로봇 매니퓰레이터를 위한 적응 보상기와 시간지연을 이용한 제어기에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 시간지연을 이용하는 제어(TDC) 에서, 시간지연추정(Time Delay Estimation)이 high nonlinearity같은 빠른 동역학적 거동을 효과적으로 추정하지 못해서 생기는, 시간지연추정 오차를 확인하고 시간지연추정 오차로 인하여 생기는 문제점을 재확인하였다. 그리고, 시간지연추정 오차를 적응 보상기를 사용하여 추정/보상하는 새로운 제어기인 「적응 보상기를 갖는 시간지연을 이용한 제어(Time Delay Control with Adaptive Compensator: TDCAC)」를 설계하고, 이를 이론적으로 고찰해보았다. 그리고 전체 폐회로 시스템이 안정하기위한 충분조건으로서의 게인의 안정 영역을 제시했다. 1,2 자유도 매니퓰레이터에 대한 모의실험과 1자유도 Linear motor system, 평면 2자유도 로봇에 대한 실험을 통해, 마찰 시스템처럼 시간지연추정 오차가 커지는 경우, 제안된 TDCAC가 TDC보다 나은 제어성능을 보임을 확인했다. 결론적으로, 본 연구에서는 시간지연추정 오차를 효과적(effective)으로 보상하는 적응 보상기를 갖는 제어기를 제안했다. 제시한 제어기의 장점은 다음과 같다. 첫 째, Gradient Method을 이용한 보상기의 도입으로, 제어 입력의 떨림이나, 안정성 영역의 큰 감소 없이 효과적으로 TDE error를 보상한다. 둘 째, 보상기법의 구조가 간단하기 때문에, 계산량 부담의 증가가 적다. TDCAC는 기존의 측정하고 있는 시스템 파라미터를 그대로 사용하고 있기 때문에, 시간지연추정 오차를 보상하기 위한 별도의 하드웨어가 필요 없다. 셋 째, TDC에 비해 추가된 하나의 적응게인γ의 선정과정이 직관적이다. 따라서, 추가된 게인의 선정과정에 대한 부담이 적다.