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서보시스템의 추적성능 향상에 관한 연구 = (A)study on the enhancement of tracking performance of a servo system

자료유형: 학위논문

청구기호: 559.9323 이855ㅅ

저자명: 이제희

서명/저자: 서보시스템의 추적성능 향상에 관한 연구 = (A)study on the enhancement of tracking performance of a servo system / 이제희

발행사항: 서울 : 인하대학교, 1997.

형태사항: 97 p. ; 26 cm.

학위논문주기: 학위논문(박사) - 인하대학교 대학원 : 전기공학과 기기 및 제어전공, 1997

초록/해제: 초록 :이 논문의 목적은 외란이 존재하는 서보시스템의 추적정밀도를 향상시키기 위한 개량된 서보제어기의 개발에 있다. 이러한 목적을 만족시키기 위한 개선된 서보 제어기법으로서, 역기전력을 고려한 전류 추적기법, 연속형 슬라이딩 제어기법, 2자유도(Two degrees-of-freedom) 구조를 가지는 외란관측자(Disturbance observer), 그리고 개선형 상호결합 제어기(Enhanced cross-coupled controller)를 제시한다. 이 논문에서는 이러한 제어기법을 서보 제어기에 적용하여 기존의 서보제어기가 가지고 있는 여러 단점들을 극복하는 방법들을 제시한다. 첫 번쩨로 제안하는 전류제어기는 서보시스템의 구동기인 교류서보모터에 적용한다. 전류 제어기법은 환류전류를 고려한 임의의 역기전력 파형으로부터 유도한다. 이 전류제어기는 서보시스템의 넓은 속도범위에서 맥동없는 전류를 가지고 정확한 추적제어 성능을 얻을 수 있다. 또한 이 제어기는 계산기간의 부담을 줄이는 새로운 모터 모델링에 의해 구현이 용이해진다. 두번째로 속도제어 루프에 적용하는 연속형 슬라이딩 제어기법은 높은 추적 정밀도, 빠른 응답 그리고 강인성을 지니고 있다. 불연속 제어입력은 맥동현상을 저감시키기 위하여 설정되어진 경계층안에서 연속신호로 변환한다. 이 경계층은 시스템의 상태변수가 정상상태에 도달하면 0으로 수렴하게 하였다. 적분보상기를 부가하여 정상상태 오차를 줄이고 연속적인 토크지령치를 발생시킨다. 슬라이딩 평면구성에 필요한 가속도 정보는 관측자에 의해 추정된다. 특히, 제어입력에 슬라이딩 평면을 포함시켜 제어기의 이득을 변화시키지 않고 강인성과 과도응답을 개선시킨다. 이 슬라이딩 제어기법은 적용실험을 통해 그 성능을 증명한다. 세 번째로 제안하는 외란관측자는 되먹임 제어기의 응답특성을 변화시키지 않으면서 외란억제 특성을 개선하는 2자유도 제어구조를 사용한다. 시스템에서 사용하는 외란억제, 서보시스템의 불확실성(Uncertainty)보상, 그리고 측정잡음 제거에 대한 영향을 결정짓는 중요한 역할을 한다. 마지막으로 다축 시스템에서 자주 발생하는 윤곽오차를 감소시키기 위해서 성능이 개선된 상호결합 제어기를 적용한다. 이 논문에서는 제어기의 매개변수에 대한 안정영역을 결정하기 위하여 상호결합 제어기의 안정도 해석을 한다. 기존의 상호결합 제어기는 윤곽오차 모델링을 직선궤적을 기반으로 함으로써 임의의 원이나 포물선과 같은 곡선궤적을 추적하는데 있어서 낮은 효용성을 갖는 단점이 있다. 이에 반해 이 논문에서 제시하는 개선형 상호결합 제어기는 임의의 곡선궤적에서도 우수한 추적성능을 보여준다. 이 제어기는 임의의 궤적을 원으로 근사화하는 오차계산 방법을 사용하여 궤적의 윤곽오차를 최소화시킨다. 이때의 상호결합 제어기의 이득들은 궤적의 형태에 따라 동작하는 동안 실시간 조정된다. 전체적인 서보제어기는 각 축의 되먹임루프에 연속형 슬라이딩 속도제어기를 적용하고 앞먹임루프에 외란관측자가 외란에 대해 보상하는 형태로 구성한다. 제시하는 서보제어기는 2축 위치 서보시스템에 적용하여 성능을 검증한다. 이 논문에서 제시하는 제어기들의 적용실험의 결과들은 기존 제어기에 비교하여 매우 향상된 시간영역 응답을 보여준다.