KR100252716B1 - Operating control device for virtual reality system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An operating control device for a virtual reality system is provided to enhance a sense of reality by reducing a delay of an output with respect to a reference input. CONSTITUTION: A reference signal for operating a virtual reality system is inputted to a reference input means(220). An inverse dynamic controller(250) is realized as an inverse function of a transfer function of the virtual reality system, and generates a feed forward control force to reduce a follow error in following the reference signal. A subtracting means(230) subtracts a position estimating signal of the virtual reality system from the reference signal from the reference input means, and outputs an error signal. A PID controller(210) generates a feedback control force to stabilize an instability due to a modeling error of the inverse dynamic controller and to improve the control performance. An adding means adds the feed forward control force and the feedback control force and outputs it to the virtual reality system.

Description

가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치(OPERATING CONTROL DEVICE FOR VITUAL REALITY SYSTEM)OPERATING CONTROL DEVICE FOR VITUAL REALITY SYSTEM

본 발명은 피드백 제어기와 피드포워드 제어기를 사용하여 운동 재현을 위한 출력과 입력 사이의 시간 지연을 줄여 편로드 유압 실린더를 제어하기 위한 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a drive control apparatus of a virtual reality motion reproducer for controlling a single rod hydraulic cylinder by reducing a time delay between an output and an input for reproducing a motion using a feedback controller and a feedforward controller.

종래의 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치는 도 1 에 도시한 바와 같이 가상 현실 운동 재현기의 실린더를 임의대로 움직이기 위해 설정된 기준 신호(r(t))를 입력시키기 위한 기준 입력부(120), 상기 기준 입력부(120)로 부터 출력되는 기준 신호(r(t))로 부터 실린더의 위치 추정 신호(y(t))를 감산하여 오차 신호(e(t))를 출력하는 감산기(130), 상기 감산기(130)로 부터 출력되는 오차 신호(e(t))를 입력으로 PID(Proportion Integral Differential) 제어를 통해 보상하는 PID 제어기(110), 상기 PID 제어기(110)로 부터 출력되는 제어력(u(t))에 따라 동작하고 그 출력(y(t))을 상기 감산기(130)의 타입력으로 피드백하는 플랜트(100), 및 가상 현실 운동 재현기의 구동시 스크린상에 영상을 디스플레이하는 영상 발생부(140)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the driving control apparatus of the conventional virtual reality motion reproducer includes a reference input unit 120 for inputting a reference signal r (t) set to arbitrarily move the cylinder of the virtual reality motion reproducer. And a subtractor 130 which outputs an error signal e (t) by subtracting the cylinder position estimation signal y (t) from the reference signal r (t) output from the reference input unit 120. PID controller 110 for compensating through error (e (t)) output from the subtractor 130 through PID (Proportion Integral Differential) control, and the control force output from the PID controller 110 ( a plant 100 operating according to u (t)) and feeding back its output y (t) to the type force of the subtractor 130, and displaying an image on the screen when the virtual reality motion reproducer is driven. The image generator 140 is configured.

상기 플랜트(100)는 유압 장치에서 유압을 공급하거나 귀환시키기 위해 서브 밸브 위치에 따라 실린더를 수축 및 팽창하는 유압부(101), 서보 밸브를 개폐하여 유입된 유압을 실린더로 보내 구동하거나 상기 유압부(101)로 보내는 구동부(102), 상기 구동부(102)를 통해 보내진 유압에 따라 작동하고 외부 외란(ξ)을 받는 유압 실린더의 작동에 따라 그 변위를 측정하여 변위 측정 신호를 출력하는 운동 재현기 및 감지부(103), 상기 운동 재현기 및 감지부(103)로 부터 출력되는 변위 측정 신호를 증폭시키고 상기 구동부(102)를 작동하기 위한 신호를 출력하는 증폭부(104), 및 상기 증폭부(104)로 부터 출력되는 증폭된 위치 추정 신호(y(t))를 상기 감산기(130)로 출력하고 상기 PID 제어기(110)로 부터 출력되는 제어력(u(t)), 즉 실린더 작동 신호를 상기 증폭부(104)로 출력하기 위한 입출력부(105)로 구성된다.The plant 100 drives the hydraulic unit 101 which contracts and expands the cylinder according to the sub-valve position in order to supply or return the hydraulic pressure from the hydraulic unit, and opens and closes the servo valve to drive the hydraulic pressure introduced to the cylinder or drive the hydraulic unit. A motion reproducer which outputs a displacement measurement signal by measuring the displacement in accordance with the operation of the driving unit 102 to be sent to the 101 and the hydraulic cylinder sent through the driving unit 102 and receiving external disturbance ξ. And an amplifier 104 which amplifies the displacement measurement signal output from the detector 103, the motion reproducer and the detector 103, and outputs a signal for operating the driver 102. The amplified position estimation signal y (t) output from 104 is output to the subtractor 130 and the control force u (t) output from the PID controller 110, that is, the cylinder operation signal is output. Output to the amplifier 104 It consists of the input-output unit 105 for group.

한편 영상 발생부(140)가 있어서 가상 현실 운동 재현기에 탑승한 탑승자에게 생동감을 주기 위해 스크린 위에 영상을 재현한다.On the other hand, there is an image generating unit 140 to reproduce the image on the screen to give the passengers aboard the virtual reality motion reproducer alive.

이와 같이 구성되는 종래의 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치의 동작을 설명한다.The operation of the drive control device of the conventional virtual reality motion reproducer configured as described above will be described.

기준 신호(r(t))는 감산기(130)에서 이전에 플랜트(100)로 부터 출력되어 피드백된 출력 신호(y(t))가 감산된후 PID 제어기(110)에서 PID 제어를 통해 보상된다. 즉, 아래 수학식 1 에 나타낸 바와 같이 상기 가산기(100)의 출력(e(t))은 PID 제어기(110)에서 PID 제어를 통해 제어력(u(t))으로 출력된다.The reference signal r (t) is compensated through the PID control in the PID controller 110 after the output signal y (t) fed back from the plant 100 and fed back from the plant 100 in the subtractor 130 is subtracted. . That is, as shown in Equation 1 below, the output e (t) of the adder 100 is output as the control force u (t) through the PID control in the PID controller 110.

u(t)=u(t-1)+q0e(t)+q1e(t-1)+q2e(t-2)u (t) = u (t-1) + q 0 e (t) + q 1 e (t-1) + q 2 e (t-2)

여기서, 상기 q0 , q1 , q2 은 PID 게인이고, e(t) = r(t) - y(t) 이다.Where q 0 , q 1 , q 2 Is the PID gain and e (t) = r (t)-y (t).

따라서 기준입력(r(t))으로 부터 출력값(y(t))이 감산된 오차값(e(t))은 PID 제어기(110)에서 PID 제어에 의해 보상되어 제어력(u(t))으로 출력된다. 상기 PID 제어기(110)로 부터 출력되는 제어력(u(t))은 상기 플랜트(100)를 작동시키게 되고 상기 플랜트(100)로 부터 출력되는 출력값, 즉 위치에 대한 변위(y(t))는 상기 감산기(130)의 감산 단자(-)로 입력되어 다음에 입력되는 기준 입력(r(t))으로 부터 감산된다.Accordingly, the error value e (t) obtained by subtracting the output value y (t) from the reference input r (t) is compensated by the PID control in the PID controller 110 to the control force u (t). Is output. The control force u (t) output from the PID controller 110 operates the plant 100 and the output value output from the plant 100, that is, the displacement y (t) with respect to the position The subtractor 130 is subtracted from the reference input r (t) which is input to the subtraction terminal (-).

따라서 종래의 가상현실 운동 재현기의 구동 제어 장치는 기준 입력에 대한 플랜트(100)의 출력값(y(t))에 의해 의존하여 PID 제어하기 때문에 제어 성능에 한계가 있다.Therefore, the drive control apparatus of the conventional virtual reality motion reproducer has a limitation in control performance because the PID control is dependent on the output value y (t) of the plant 100 with respect to the reference input.

즉, 종래의 가상현실 운동 재현기의 구동 제어 장치는 기준 입력(r(t))과 출력(y(t)) 사이에 항상 시간적 차이, 즉 위상 차가 발생하여 가상 현실 운동 재현기의 가상 현실감을 저하시키는 문제점이 있었다.That is, the driving control apparatus of the conventional virtual reality motion reproducer always generates a time difference, that is, a phase difference between the reference input r (t) and the output y (t), so that the virtual reality of the virtual reality motion reproducer is generated. There was a problem of deterioration.

상기 문제점을 개선하기 위한 본 발명의 목적은 기준 입력에 대한 출력의 시간 지연을 줄여 가상 현실감을 고조시키시 위한 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치를 제공함에 있다.An object of the present invention to improve the above problems is to provide a drive control apparatus of a virtual reality motion reproducer for enhancing the virtual reality by reducing the time delay of the output to the reference input.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 가상 현실 운동 재현기를 임의대로 움직이기 위해 설정된 기준 신호를 입력시키기 위한 기준 입력 수단, 상기 가상 현실 운동 재현기의 전달 함수의 역함수로 이루어져 상기 기준 입력 수단으로 부터 출력되는 기준 신호를 입력으로 피드 포워드 제어력을 발생하여 기준 신호의 추종시 추종 오차를 줄여주는 역동역학 제어 수단, 상기 기준 입력 수단으로 부터 출력되는 기준 신호로 부터 상기 가상 현실 운동 재현기의 위치 추정 신호를 감산하여 오차 신호를 출력하는 감산 수단, 상기 감산 수단으로 부터 출력되는 오차 신호를 입력으로 PID 제어를 이용한 피드백 제어력을 발생하여 상기 역동역학 제어 수단의 모델링 오차에 의한 불안정성을 안정화시키고 제어 성능을 향상시키는 PID 제어 수단, 및 상기 역동역학 제어 수단과 상기 PID 제어 수단으로 부터 출력되는 제어력들을 가산하여 상기 가상 현실 운동 재현기로 출력하는 가산 수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a reference input means for inputting a reference signal set to move the virtual reality motion reproducer arbitrarily, and an inverse function of a transfer function of the virtual reality motion reproducer, which is output from the reference input means. A dynamic dynamics control means for generating a feedforward control force by inputting a reference signal to reduce the tracking error when following the reference signal, and a position estimation signal of the virtual reality motion reproducer from the reference signal output from the reference input means. Subtraction means for subtracting and outputting an error signal, generating feedback control force using PID control as an input of the error signal output from the subtraction means to stabilize instability due to modeling error of the dynamic control means and improve control performance. PID control means, and the inverse dynamics By adding the control force to be output from the control unit to the PID control means provides a drive control apparatus for a virtual reality exercise reproduction group, characterized by including addition means configured to output a group reproduce the VR movement.

도 1 은 종래의 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치의 구성도1 is a configuration diagram of a drive control apparatus of a conventional virtual reality motion reproducer

도 2 는 본 발명에 의한 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치의 구성도2 is a configuration diagram of a drive control apparatus for a virtual reality motion reproducer according to the present invention;

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100, 200 : 플랜트 101, 201 : 유압부100, 200: plant 101, 201: hydraulic part

102, 202 : 서보 밸브 103 : 운동 재현기 및 감지부102, 202: Servo valve 103: motion reproducer and detection unit

104, 204 : 증폭기 105, 205 : 입출력부104, 204: amplifier 105, 205: input / output unit

110, 210 : PID 제어기 120, 220 : 기준 입력부110, 210: PID controller 120, 220: reference input unit

130, 230 : 감산기 140, 240 : 영상 발생부130, 230: subtractor 140, 240: image generator

203 : 운동 재현기 206 : 센서203: motion reproducer 206: sensor

250 : 역동역학부 260 : 가산기250: Faculty of Inverse Dynamics 260: Adder

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 의한 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치는 도 2 에 도시한 바와 같이 기준 입력부(220), 역동역학 제어부(250), 감산기(230), PID 제어기(210), 및 가산기(260)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the driving control apparatus of the virtual reality motion reproducer according to the present invention includes a reference input unit 220, a dynamic dynamics control unit 250, a subtractor 230, a PID controller 210, and an adder 260. It consists of.

상기 기준 입력부(220)는 가상 현실 운동 재현기의 유압 실린더를 임의대로 움직이기 위해 설정된 기준 신호(r(t))를 입력시키기 위한 것이다.The reference input unit 220 is for inputting a reference signal r (t) set to arbitrarily move the hydraulic cylinder of the virtual reality motion reproducer.

상기 역동역학 제어부(250)는 상기 가상 현실 운동 재현기의 전달 함수의 역함수로 이루어져 상기 기준 입력부(220)로 부터 출력되는 기준 신호(r(t))를 입력으로 피드 포워드 제어력(u2(t))을 발생하여 기준 신호의 추종시 추종 오차를 줄여주는 것이다.The inverse dynamics controller 250 includes an inverse function of a transfer function of the virtual reality motion reproducer, and receives a feedforward control force u2 (t) as a reference signal r (t) output from the reference input unit 220. ) To reduce the tracking error when following the reference signal.

상기 감산기(230)는 상기 기준 입력부(220)로 부터 출력되는 기준 신호(r(t))로 부터 상기 가상 현실 운동 재현기의 위치 추정 신호(y(t))를 감산하여 오차 신호(e(t))를 출력하는 것이다.The subtractor 230 subtracts the position estimation signal y (t) of the virtual reality motion reproducer from the reference signal r (t) output from the reference input unit 220 to obtain an error signal e ( t)).

상기 PID 제어기(210)는 상기 감산기(230)으로 부터 출력되는 오차 신호를 입력으로 PID 제어를 이용한 피드백 제어력(u1(t))을 발생하여 상기 역동역학 제어기(250)의 모델링 오차에 의한 불안정성을 안정화시키고 제어 성능을 향상시킨다.The PID controller 210 generates a feedback control force u1 (t) using PID control as an input of an error signal output from the subtractor 230 to generate instability due to modeling error of the dynamics controller 250. Stabilize and improve control performance.

상기 가산기(260)는 상기 역동역학 제어기(250)와 상기 PID 제어기(210)로 부터 출력되는 제어력, 즉 피드포워드 제어력(u2(t))과 피드백 제어력(u1(t))을 가산하여 상기 가상 현실 운동 재현기로 출력하는 것이다.The adder 260 adds a control force output from the inverse dynamic controller 250 and the PID controller 210, that is, a feedforward control force u2 (t) and a feedback control force u1 (t). It is to output to a realistic motion reproducer.

상기 영상 발생부(240)는 상기 가상 현실감을 고조시키기 위해 스크린상에 영상을 디스플레이하는 것으로, 상기 가상 현실 운동 재현기의 구동과 함께 가상 현실을 실감나게 재현할 수 있도록 한다.The image generator 240 displays an image on a screen in order to enhance the virtual reality, so that the virtual reality can be realistically reproduced with the driving of the virtual reality motion reproducer.

한편, 플랜트(200)는 상기 가산기(260)로 부터 발생된 제어력(u(t))에 따라 작동하는 것으로, 유압 장치에서 유압을 공급하거나 귀환시키기 위해 서브 밸브 위치에 따라 유압 실린더를 수축 및 팽창하는 유압부(201), 서보 밸브를 개폐하여 유입된 유압을 실린더로 보내 구동하거나 상기 유압부(201)로 보내는 구동부(202), 상기 구동부(202)를 통해 보내진 유압에 따라 유압 실린더를 구동시켜 작동하는 운동 재현기(203), 외부 외란(ξ)을 받는 유압 실린더의 작동에 따라 상기 운동 재현기(203)의 변위를 측정하여 변위 측정 신호를 출력하는 센서(206), 상기 센서(206)로 부터 출력되는 변위 측정 신호를 증폭시키고 상기 서보 밸브(202)를 개폐하기 위한 신호를 출력하는 증폭부(204), 및 상기 증폭부(204)로 부터 출력되는 증폭된 위치 추정 신호(y(t))를 상기 감산기(230)로 출력하고 상기 가산기(260)로 부터 출력되는 제어력(u(t)), 즉 운동 재현기 구동 신호인 실린더 작동 신호를 상기 증폭기(204)로 출력하는 입출력부(205)로 구성된다.On the other hand, the plant 200 operates according to the control force u (t) generated from the adder 260, and contracts and expands the hydraulic cylinder according to the sub-valve position in order to supply or return hydraulic pressure from the hydraulic device. The hydraulic unit 201, opening and closing the servo valve to drive the hydraulic pressure flows into the cylinder to drive or drive the hydraulic cylinder in accordance with the hydraulic pressure sent through the drive unit 202, the drive unit 202 to the hydraulic unit 201 The sensor 206 and the sensor 206 which measure displacement of the motion reproducer 203 and output a displacement measurement signal according to the operation of the motion reproducer 203 that operates, the hydraulic cylinder subjected to external disturbance ξ. An amplifying unit 204 for amplifying the displacement measurement signal outputted from the amplifier and outputting a signal for opening / closing the servovalve 202, and an amplified position estimation signal y (t) output from the amplifying unit 204. )) To the subtractor 230 And an output unit 205 for outputting a control force u (t) output from the adder 260, that is, a cylinder operation signal, which is a motion reproducer driving signal, to the amplifier 204.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치의 동작을 설명한다.The operation of the drive control device of the virtual reality motion reproducer according to the present invention configured as described above will be described.

먼저, 피드포워드 제어력을 출력시키는 상기 역동역학 제어기(250)에 대해 설명하면 다음과 같다.First, the dynamics controller 250 that outputs the feedforward control force will be described.

상기 역동역학 제어기(250)의 전달함수는 가상 현실 운동 재현기의 전달함수의 역함수로 이루어진다. 즉, 가상 현실 운동 재현기(203)의 전달 함수(W(z-1))는 다음 수학식 2와 같이 나타내지므로, 역동역학 제어기(250)의 전달 함수(W(z-1)-1)는 다음 수학식 3과 같이 나타내진다.The transfer function of the inverse dynamics controller 250 includes an inverse function of the transfer function of the virtual reality motion reproducer. That is, since the transfer function W (z −1 ) of the virtual reality motion reproducer 203 is represented by Equation 2, the transfer function W (z −1 ) −1 of the inverse dynamics controller 250. Is expressed as in Equation 3 below.

Figure 1019970053090_B1_M0001
Figure 1019970053090_B1_M0001

Figure 1019970053090_B1_M0002
Figure 1019970053090_B1_M0002

따라서 상기 역동역학 제어기(250)로 부터 출력되는 피드 포워드 제어력(u2(t))은 다음 수학식 4 와 같다.Therefore, the feed forward control force u2 (t) output from the inverse dynamic controller 250 is expressed by Equation 4 below.

Figure 1019970053090_B1_M0003
Figure 1019970053090_B1_M0003

즉, 위의 수학식 4에 나타낸 바와 같이 상기 역동역학 제어기(250)로 부터 출력되는 피드 포워드 제어력(u2(t))은 앞으로의 기준 입력(r(t+1))을 입력으로 상기 운동 재현기(203)의 전달 함수의 역으로 미리 처리하여 대처할 수 있도록 하므로써, 출력(y(t))와 기준 입력(r(t)) 사이의 시간 지연, 즉 위상차를 줄일 수 있다.That is, as shown in Equation 4 above, the feedforward control force u2 (t) output from the inverse dynamic controller 250 reproduces the motion by inputting a forward reference input r (t + 1). By dealing with the inverse of the transfer function of the group 203 in advance, the time delay, that is, the phase difference between the output y (t) and the reference input r (t) can be reduced.

상기 출력(y(t))과 기준 입력(r(t)) 사이의 시간 지연을 줄이기 위해 상기 역동역학 제어기(250)로 부터 출력되는 피드포워드 제어력(u2(t))은 상기 가산기(260)에서 상기 PID 제어기(210)로 부터 출력되는 피드백 제어력(u1(t))과 가산되어 상기 가상 현실 운동 재현기를 구동하기 위해 상기 입출력부(205)로 출력된다.The feedforward control force u2 (t) output from the dynamics controller 250 to reduce the time delay between the output y (t) and the reference input r (t) is the adder 260. Is added to the feedback control force u1 (t) output from the PID controller 210 and output to the input / output unit 205 to drive the virtual reality motion reproducer.

상기 PID 제어기(210)는 위의 수학식 1에 나타낸 바와 같이 나타낸 바와 같이 제어력(u2(t))을 발생하게 된다.The PID controller 210 generates a control force u2 (t) as shown in Equation 1 above.

즉, u1(t)=u1(t-1)+q0e(t)+q1e(t-1)+q2e(t-2) 이 된다.In other words, u 1 (t) = u 1 (t-1) + q 0 e (t) + q 1 e (t-1) + q 2 e (t-2) Becomes

상기 PID 제어기(210)로 부터 출력되는 피드백 제어력(u1(t))과 상기 역동역학 제어기(250)로 부터 출력되는 피드포워드 제어력(u2(t))은 상기 가산기(260)에서 가산되어 가상 현실 운동 재현기를 구동시키게 된다.The feedback control force u1 (t) output from the PID controller 210 and the feedforward control force u2 (t) output from the inverse dynamics controller 250 are added in the adder 260 to add a virtual reality. It will drive the motion reproducer.

따라서 상기 플랜트, 즉 운동 재현기를 제어하기 위한 제어력(u(t))은 다음 수학식 5에 나타낸 바와 같다.Therefore, the control force u (t) for controlling the plant, that is, the motion reproducer, is as shown in Equation 5 below.

Figure 1019970053090_B1_M0004
Figure 1019970053090_B1_M0004

이와 같이 PID 제어기(210)와 역동역학 제어기(250)를 이용하여 제어되는 가상 현실 운동 재현기의 동작을 도 2 를 참조하여 세부적으로 설명한다.The operation of the virtual reality motion reproducer controlled using the PID controller 210 and the dynamics controller 250 will be described in detail with reference to FIG. 2.

상기 기준 입력부(220)에서는 가상 현실 운동 재현기를 임의의 위치로 움직이기 위해 설정된 기준 신호(r(t))를 발생하여 상기 감산기(230)의 (+)입력단으로 입력시키고, 상기 감산기(230)에서는 상기 기준 입력부(220)로 부터 출력되는 기준 신호(r(t))로 부터 상기 플랜트(200)의 입출력부(205)로 부터 출력되는 현재의 실린더의 위치 추정 신호(y(t))를 감산하여 오차 신호(e(t))를 출력한다.The reference input unit 220 generates a reference signal r (t) that is set to move the virtual reality motion reproducer to an arbitrary position, inputs it to the (+) input terminal of the subtractor 230, and the subtractor 230. In the present invention, the position estimation signal y (t) of the current cylinder output from the input / output unit 205 of the plant 200 is output from the reference signal r (t) output from the reference input unit 220. It subtracts and outputs the error signal e (t).

상기 감산부(230)로 부터 출력되는 오차 신호(e(t))는 상기 PID 제어기(210)에 입력되어 피드포워드 제어기의 모델링 오차에 의한 불안정성을 안정화시키고 제어성능을 향상시킨 피드백 제어력(u1(t))를 출력하도록 한다.The error signal e (t) output from the subtraction unit 230 is input to the PID controller 210 to stabilize the instability due to the modeling error of the feedforward controller and improve the control performance u1 ( t)).

즉 상기 PID 제어기(210)에서는 상기 감산부(230)로 부터 출력되는 오차 신호(e(t))를 입력으로 위의 수학식 1에 따라 PID 제어하여 피드백 제어력(u1(t))을 출력한다.That is, the PID controller 210 outputs a feedback control force u1 (t) by PID control according to Equation 1 above by inputting an error signal e (t) output from the subtractor 230. .

한편, 상기 역동역학 제어기(250)에서는 상기 기준 입력부(220)로 부터 출력되는 기준 신호(r(t))를 입력으로 위의 수학식 3과 수학식 4에 의해 가상 현실 운동 재현기의 전달함수의 역함수로 이루어진 전달 함수에 따라 피드 포워드 제어력(u2(t))을 출력한다.On the other hand, the dynamic dynamics controller 250 receives the reference signal r (t) output from the reference input unit 220 as an input of the transfer function of the virtual reality motion reproducer by the above equations (3) and (4) The feedforward control force u2 (t) is output according to the transfer function consisting of the inverse of.

상기 역동역학 제어기(250)로 부터 출력되는 피드 포워드 제어력(u2(t))은 상기 가산기(260)에 입력되어 상기 PID 제어기(210)에서 출력된 피드백 제어력(u1(t))과 가산되어 상기 가상 현실 운동 재현기를 제어하기 위한 제어력(u(t))으로 출력된다.The feed forward control force u2 (t) output from the inverse dynamics controller 250 is input to the adder 260 and added to the feedback control force u1 (t) output from the PID controller 210. The control force u (t) for controlling the virtual reality motion reproducer is output.

상기 가산기(260)로 부터 출력되는 제어력(u(t))은 상기 입출력부(205)를 통해 상기 증폭부(204)로 입력되어 증폭된후 상기 구동부(202)를 작동시킨다. 즉, 상기 구동부(202)는 상기 증폭부(204)로 부터 출력되는 증폭된 실린더 작동 신호에 따라 개폐된다.The control force u (t) output from the adder 260 is input to the amplifying unit 204 through the input / output unit 205 and amplified to operate the driving unit 202. That is, the driving unit 202 is opened and closed according to the amplified cylinder operation signal output from the amplifying unit 204.

상기 서보 밸브의 개폐에 의해 유입된 유압은 상기 유압부(201)에 입력되어 실린더를 수축 및 팽창시킨다. 다시말해서 상기 서보 밸브의 개폐에 의한 서보 밸브의 위치에 따라 유압 장치로 유압을 공급하거나 귀환시켜 실린더를 수축 및 팽창시키므로써 운동 재현기(203)가 움직이도록 한다.The hydraulic pressure introduced by opening and closing the servo valve is input to the hydraulic unit 201 to contract and expand the cylinder. In other words, the motion reproducer 203 moves by supplying or returning hydraulic pressure to the hydraulic device according to the position of the servovalve by opening and closing the servovalve to contract and expand the cylinder.

이때, 출력(y(t))와 기준 입력(r(t)) 사이의 시간 지연, 즉 위상차가 줄어들어 있으므로, 상기 영상 발생부(240)로 부터 출력되어 스크린에 디스플레이되는 영상과 지연없이 조화가 이루어지므로, 가상 현실을 보다 실감나게 재현할 수 있다.At this time, since the time delay, that is, the phase difference between the output y (t) and the reference input r (t) is reduced, harmony with the image output from the image generator 240 and displayed on the screen is not delayed. As a result, virtual reality can be more realistically reproduced.

한편, 상기 센서(206)에서는 상기 유압 실린더의 작동에 따라 해당하는 시점의 변위를 측정해서 변위 측정 신호를 상기 증폭부(204)로 출력한다. 즉, 상기 유압 실린더는 서보 밸브를 통해 보내진 유압에 따라 작동할 뿐 아니라 외부 외란(ξ)을 받기 때문에 센서(206)가 상기 유압 실린더에 의한 운동 재현기(203)의 작동에 따라 변화되는 변위를 측정하여 상기 증폭부(204)로 변위 측정 신호를 출력하게 된다.On the other hand, the sensor 206 measures the displacement of the corresponding time point in accordance with the operation of the hydraulic cylinder and outputs a displacement measurement signal to the amplifier 204. That is, since the hydraulic cylinder not only operates according to the hydraulic pressure sent through the servo valve, but also receives external disturbance ξ, the sensor 206 may change the displacement that changes according to the operation of the motion reproducer 203 by the hydraulic cylinder. The measurement outputs the displacement measurement signal to the amplifier 204.

상기 센서(206)로 부터 출력되는 변위 측정 신호는 상기 증폭부(204)에서 증폭된후 입출력부(205)를 통해 위치 추정 신호(y(t))로 상기 감산기(230)의 (-)단자로 입력된다. 이때 상기 감산기(230)로 입력되는 위치 추정 신호(y(t))는 다음 시점의 보상을 위해 감산기(230)에서 감산된후 상기 PID 제어기(210)의 제어력(u1(t))를 출력하는데 이용된다.The displacement measurement signal output from the sensor 206 is amplified by the amplifier 204 and then the negative terminal of the subtractor 230 as a position estimation signal y (t) through the input / output unit 205. Is entered. In this case, the position estimation signal y (t) input to the subtractor 230 is subtracted by the subtractor 230 to compensate for the next time point, and then outputs the control force u1 (t) of the PID controller 210. Is used.

즉, 상기 플랜트(200)의 입출력부(205)로 부터 출력되는 위치 추정 신호(y(t))는 상기 감산기(230)에서 기준 신호(r(t))로 부터 감산되어 상기 PID 제어기(210)로 피드백되는 오차 신호(e(t))를 발생시킨다.That is, the position estimation signal y (t) output from the input / output unit 205 of the plant 200 is subtracted from the reference signal r (t) by the subtractor 230 and the PID controller 210. Generates an error signal e (t) which is fed back.

이때에도 마찬가지로 상기 기준 입력부(220)로 부터 출력되는 기준 입력 신호(r(t+1))에 따라 상기 역동역학 제어기(250)에서 피드포워드 제어력(u2(t))을 출력하고 상기 PID 제어기(210)에서 피드백 제어력(u1(t))을 출력하여 가산한후 상기 가상 현실 운동 재현기를 구동시키게 된다.In this case, the feedforward control force u2 (t) is output from the dynamics controller 250 according to the reference input signal r (t + 1) output from the reference input unit 220 and the PID controller ( In step 210, the feedback control force u1 (t) is output and added, and then the virtual reality motion reproducer is driven.

이때, 상기 PID 제어기(210)에서 모델링 오차 뿐 아니라 상기 역동역학 제어기(250)에서 발생되는 피드포워드 제어력에 의한 불안정성을 극복할 수 있도록 한다.In this case, it is possible to overcome the instability caused by the feedforward control force generated in the dynamics controller 250 as well as the modeling error in the PID controller 210.

이와 같이 역동역학 제어기(250)에 의한 불안정성이 극복된 피드백 제어력(u1(t))이 상기 PID 제어기(210)에서 출력되고 출력과 입력 사이의 시간 지연을 줄이는 피드 포워드 제어력(u2(t))이 상기 역동역학 제어기(250)에서 출력되어 상기 가산기(260)에서 가산되어 최종적으로 상기 가상 현실 운동 재현기를 구동시키는 제어력(u(t))으로 출력된다.In this way, the feedback control force u1 (t), which overcomes the instability by the inverse dynamic controller 250, is output from the PID controller 210 and the feed forward control force u2 (t) reduces the time delay between the output and the input. The inverse dynamic controller 250 is added to the adder 260 and finally outputs a control force u (t) for driving the virtual reality motion reproducer.

상술한 바와 같은 과정은 계속적으로 반복되어 모델링 오차에 강하면서도 위상차를 줄여줄 수 있는 가상 현실 운동 재현기를 구현할 수 있게 된다.The process as described above is repeated repeatedly to implement a virtual reality motion reproducer that is resistant to modeling errors and can reduce phase differences.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치는 피드백 제어기인 PID 제어기와 피드포워드 제어기인 역동역학 제어기를 적용하여 피드포워드 제어기에 의한 모델링 오차에 의한 불안정성을 극복하며, 출력과 입력 사이의 시간 지연인 위상차를 줄일 수 있어 영상에 의한 가상 현실을 보다 실감나게 재현할 수 있다.As described above, the driving control apparatus of the virtual reality motion reproducer according to the present invention overcomes instability due to modeling error by the feedforward controller by applying a PID controller as a feedback controller and an inverse dynamics controller as a feedforward controller. It is possible to reduce the phase difference, which is a time delay between the input and the input, to more realistically reproduce the virtual reality caused by the image.

Claims (2)

가상 현실 운동 재현기를 임의대로 움직이기 위해 설정된 기준 신호를 입력시키기 위한 기준 입력 수단;Reference input means for inputting a reference signal set to arbitrarily move the virtual reality motion reproducer; 상기 가상 현실 운동 재현기의 전달 함수의 역함수로 이루어져 상기 기준 입력 수단으로 부터 출력되는 기준 신호를 입력으로 피드 포워드 제어력을 발생하여 기준 신호의 추종시 추종 오차를 줄여주는 역동역학 제어 수단;Inverse dynamic control means consisting of the inverse function of the transfer function of the virtual reality motion reproducer to generate a feed forward control force to the reference signal output from the reference input means to reduce the tracking error when following the reference signal; 상기 기준 입력 수단으로 부터 출력되는 기준 신호로 부터 상기 가상 현실 운동 재현기의 위치 추정 신호를 감산하여 오차 신호를 출력하는 감산 수단;Subtraction means for subtracting the position estimation signal of the virtual reality motion reproducer from the reference signal output from the reference input means and outputting an error signal; 상기 감산 수단으로 부터 출력되는 오차 신호를 입력으로 PID 제어를 이용한 피드백 제어력을 발생하여 상기 역동역학 제어 수단의 모델링 오차에 의한 불안정성을 안정화시키고 제어 성능을 향상시키는 PID 제어 수단; 및PID control means for generating feedback control force using PID control as an input of the error signal output from the subtraction means to stabilize instability due to modeling error of the dynamic control means and to improve control performance; And 상기 역동역학 제어 수단과 상기 PID 제어 수단으로 부터 출력되는 제어력들을 가산하여 상기 가상 현실 운동 재현기로 출력하는 가산 수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치.And an adding means for adding the control forces output from the inverse dynamic control means and the PID control means and outputting the added power to the virtual reality motion reproducer. 제 1 항에 있어서, 상기 가상 현실감을 고조시키기 위해 영상을 디스플레이하는 영상 발생 수단을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 가상 현실 운동 재현기의 구동 제어 장치.The apparatus of claim 1, further comprising image generating means for displaying an image to enhance the virtual reality.
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