SOS 제어기법을 이용한 입력제한이 있는 2관절 로봇팔의 추종제어

Abstract

본 논문은 2관절 로봇팔 시스템의 조정제어를 위해 Sum Of Squares (SOS) 기법을 이용하여 제어기를 설계하고 입력에 제한이 있을 경우 시스템의 성능 저하를 방지하기 위해 제한조건을 고려한 제어 기법을 제안한다. 기존의 2관절 로봇팔 시스템에 대한 연구는 시스템의 비선형성을 모두 선형화하여 선형모델을 사용하였다. 선형제어기의 경우 시스템 모델이 간단해지기 때문에 외란에 강인하고 제한조건을 고려한 제어기를 설계할 수 있다. 하지만 동작점 부근에서만 선형화된 모델을 사용하기 때문에 성능에 한계가 있으며 복잡한 비선형성을 포함한 시스템의 경우 모델링 오차가 발생하게 된다. 이를 보완하기 위해 fuzzy LMI기법을 사용한 경우에는 다수의 선형모델이 필요하기 때문에 시스템이 복잡해지는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 2관절 로봇팔 시스템을 테일러 급수 전개를 통해 하나의 다항모델로 나타낸다. 또한 SOS 제어기법을 이용하여 제어입력의 크기가 제한되었을 경우를 고려한 제어기를 설계한다. 제안된 제어기법은 시스템의 비선형성을 근사화하여 표현할 수 있고 입력제한을 고려한 제어기 설계가 가능하다. 제안된 제어기법의 타당성은 모의실험을 통하여 입증한다. 모의실험 결과 제안된 제어기법을 이용한 제어기의 안정성을 확인하고 입력제한이 있는 시스템에서도 상태변수가 목표 값으로 수렴하는 것을 확인하였다.