매니퓰레이터 시스템의 외란 및 불확실성 보상을 위한 강인제어

Abstract

본 논문은 매니퓰레이터 시스템의 복잡한 동역학 방정식을 전혀 사용하지 않으면서도, 시스템에서 발생하는 외란 및 불확실성을 보상할 수 있는 강인제어 기법을 제안한다. 특히 높은 자유도를 가진 산업용 로봇 매니퓰레이터는 모델이 매우 복잡하여 비교적 정확한 동역학 방정식을 얻는 것이 쉽지 않다. 본 논문은 이러한 문제를 극복하기 위해 상대적으로 간단한 동역학을 바탕으로 전체 시스템의 동역학의 정보가 없더라도 제어할 수 있도록 강인제어기를 설계한다. 논문에서 제어기법으로 슬라이딩 모드 제어기를 사용하는데, 채터링 현상 때문에 실제 구현에 있어서는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 제어기의 구조를 변경하는 대신 부족해진 외란 보상 성능을 외란 관측기를 설계하여 보완한다. 한편 제어기 및 외란 관측기를 설계하는데 필요한 DC 모터의 시스템 변수 일부는 시스템 식별 방법을 사용하여 구할 수 있다. 실험에서는 센서에 잡음이 존재하여 일부 상태변수를 사용할 수 없으므로 상태 관측기를 추가로 설계한다. 2링크 평면 매니퓰레이터 시스템의 동역학 전체를 외란 및 불확실성으로 둘 경우에 대해 모의실험 및 실험 결과를 통해 제안된 방법의 실효성을 보인다.