외란 관측기와 SOS 제어기법을 이용한 트윈로터의 자세제어

Abstract

본 논문은 헬기타입 트윈로터의 안정적인 자세제어를 위해 SOS접근법을 이용하 여 제어기를 구성하고 시스템에서 존재할 수 있는 모델 불확실성과 미지의 파라미 터에 의해 시스템의 성능을 저하시키는 것을 방지하기 위해 외란 관측기를 이용하 여 보상하는 제어 기법을 제안한다. 기존에 연구되었던 트윈로터 시스템에 대한 연 구에서는 궤환선형화 기법을 이용해 모델을 선형화시킨 후 제어기를 설계하였는데, 강한 비선형성을 보상하지 못하는 선형제어기는 좋은 성능을 기대하기 어렵다. 또 한, 트윈로터 시스템을 여러 개의 선형모델의 조합인 퍼지 모델로 표현하고 제어입 력을 LMI 제어기법을 통해 얻은 기존의 연구의 경우 시스템을 자세히 표현하기 위 하여 다수의 선형시스템 행렬이 필요하다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하 기 위해 제어입력의 시스템행렬에 상태변수를 포함하고 있는 sum of squares (SOS) 제어기법을 통해 제어기를 구성하고 외란관측기를 이용하여 모델 불확실성 을 보상함으로서 보다 안정적인 제어기를 설계하도록 한다. 제어입력을 설계하기 위해 테일러 급수 전개를 통해 시스템 행렬을 다항식 형태로 변환하고 SOS 접근 법을 이용하도록 한다. SOS 접근법은 LMI 기법의 확장된 형태로 시스템 행렬에 상태변수가 포함되어도 제어입력을 설계할 수 있는 장점이 있다. 제안된 알고리즘 의 타당성을 밝히기 위해 모의실험을 통해 그 성능을 검증하도록 한다. 모의실험 결과 헬기타입 트윈로터는 초기상태에서 목표상태로 잘 수렴하였으며 미지의 파라 미터와 모델 불확실성을 외란으로 고려하여 적용하였을 때에도 우수한 성능을 나 타냄을 확인하였다.