불확실성과 시간지연을 지닌 3링크 로봇팔의 강인 적응 제어

Abstract

본 논문은 3링크 매니퓰레이터 시스템에서 그리퍼가 물체를 잡거나 링크의 휘어짐으로 발생할 수 있는 외란과 모터의 모델링 오차로부터 발생할 수 있는 모델 불확실성을 보상할 수 있는 강인 제어 기법을 제안한다. 또한 매니퓰레이터에 제어입력이 전달될 때 시간지연에 의한 제어 성능 저하를 보상할 수 있는 시간지연 외란 관측기를 제안한다. 매니퓰레이터의 관절로 사용한 다이나믹셀은 내부 제어기를 알 수 없는 서보형 모터이기 때문에 입출력 데이터를 이용하여 시스템 전달함수를 식별한다. 그리고 기준입력이 구형파와 같이 급격하게 변하면 그 구간의 미분값은 무한대가 되어 제어입력이 비현실적으로 커지게 된다. 이를 해결하기 위해 기준궤적을 2차 전달함수에 통과시켜 재생성하게 한다. 논문에서 사용한 적응제어기법은 슬라이딩 모드 제어기를 사용하는데, 슬라이딩 모드 제어기의 계수는 그 값에 따라 정상상태 오차와 과도응답 성능 사이에 트레이드 오프가 생긴다. 이를 해결하기 위해 적응제어기는 정상상태 오차를 줄이는 방향으로 설계하고 과도응답에서 성능은 외란 관측기를 설계하여 보완한다. 설계한 제어기와 외란 관측기의 안정성은 수학적 증명을 통해 보장한다. 또한, 시뮬레이션과 실험 결과를 통해 제안된 기법의 성능을 입증한다.