입력제한을 고련한 이동로봇의 다항 퍼지 모델링 및 궤적 추적 제어

Abstract

이 논문에서는 이동로봇의 궤적추적문제를 해결함에 있어 이동로봇이 가지는 입력제한을 고려하여 제어입력을 얻는 방법을 다루고 있다. 최근 이동로봇의 궤적추적문제에서 제어입력을 피드포워드 입력과 피드백 입력으로 구분하여 사용하면 궤적추적문제는 시스템 안정성 문제로 변환될 수 있음이 증명되었다. 이렇게 변환된 모델은 선형화를 통해 제어입력을 쉽게 얻을 수 있었다. 한편, 이동로봇을 비롯한 다양한 시스템에는 입력제한 조건이 존재한다. 이를 고려하지 않으면 시스템의 성능이 저하되므로 선형모델에 대한 LMI기반의 제어방법이 활발히 연구되어 왔다. 하지만, 선형화 과정을 통해 얻어진 제어입력은 모델링오차 때문에 그 성능이 좋지 않은 한계가 있다. 따라서 본 논문에서는 본래 모델이 가지고 있는 비선형항을 테일러 전개를 통한 다항 퍼지 모델로 표현하고 이를 이용한 이동로봇의 궤적추적 제어방법을 제안한다. 또한, 기존의 LMI 기반의 접근방법에서 볼록 다각형 형태로 나타낼 수 있는 입력제한 조건도 포함하여 제어입력을 얻도록 한다. 제안한 방법은 기존의 비선형 제어기법과 모의실험을 통해 그 성능을 비교하도록 한다. 모의실험 결과 이동로봇은 주어진 기준궤적을 잘 추종하였으며 기존의 비선형 제어기법과 비교하여 보다 빠른 수렴속도를 나타내었다. 또한 제안된 방법을 이용하면 입력제한을 가지는 일반적인 비선형 시스템에 쉽게 적용 가능한 장점이 있다.