KR101019667B1 - 작동기 재형상 제어방법 - Google Patents

작동기 재형상 제어방법 Download PDF

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KR101019667B1
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Abstract

본 발명은 항공기 작동기의 센서고장이 발생하였을 때, 고장이 심하지 않은 경우, 해당 제어채널을 차단하지 않고 다시 사용하여 제어시스템의 신뢰성을 높인 작동기 재형상 제어방법에 관한 것으로, a) 제어 대상 기기에 설치된 적어도 하나의 제어채널 중 어느 하나의 제어채널을 통하여 특정 센서 그룹으로부터 오류감지신호가 입력되면 다른 제어채널을 통하여 제어 대상 기기를 자율 비행시키는 단계-상기 제어채널은 상기 제어 대상 기기에 설치된 적어도 하나의 제어 대상 작동기의 동작을 수행 및 감시하는 통신채널이고, 상기 센서 그룹은 상기 제어 대상 작동기의 동작을 감지하는 적어도 하나의 센서를 포함함-; b) 제어 대상 작동기의 동작데이터를 수집하여, 새로운 제어 테이블을 생성하는 단계; c) 상기 생성된 제어 테이블의 파라메타값에 기초하여 상기 제어 대상 작동기의 선형성을 판단하는 단계; 및 d) 상기 판단결과, 생성된 제어 테이블의 선형성이 유지되는 경우, 상기 새로운 데이터 테이블에 기초하여 해당 제어 대상 기기를 제어하고, 생성된 제어 데이터 테이블의 선형성이 유지되지 않은 경우, 상기 어느 하나의 제어채널을 차단하는 단계;를 포함하는 작동기 재형상 제어방법을 제공하여, 작동기의 동작데이터를 재수집하여 새로운 제어 테이블을 생성하고, 이를 검증하여 해당 제어채널을 차단하지 않고 사용함으로써, 제어 대상 기기의 신뢰성을 높인 장점이 있다.

Description

작동기 재형상 제어방법{Reconfiguration Control Method of Actuator}
본 발명은 작동기 재형상 제어방법에 관한 것으로, 항공기 작동기의 센서고장이 발생하였을 때, 고장이 심하지 않은 경우, 해당 제어채널을 차단하지 않고 다시 사용하여 제어시스템의 신뢰성을 높인 전자장비 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 항공기는 높은 제어 안정도와 신뢰성을 요구하기 때문에, 제어 안정도 및 신뢰성을 확보하기 다양한 방법들이 적용되고 있다.
특히, 최근 항공기에는 통신 및 제어기술이 발달함에 따라, 자율비행을 위한 시스템이 구비되는데, 다양한 비행상황에 따르는 예기치 못한 위험에 대처하고, 안정된 비행상태를 유지하고자 각 조종면에 부착된 작동기를 2중, 3중으로 설계하거나, 작동기의 제어채널을 다중으로 구성하여 작동기의 고장여유(Fault Tolerance)를 확보하고 있다.
작동기의 고장여유란, 항공기 상태를 실시간으로 모니터링하여 작동기의 고장유무를 판단하고, 고장이 발생한 경우, 고장이 난 작동기나 제어채널을 배제하고 정상동작하는 작동기나 제어채널로 비행성능을 보장하여 항공기의 안전성을 확보하는 것을 말한다.
그러나, 이러한 작동기의 고장여유를 확보하기 위해 구성되는 다중화 구조는 많은 제어 구성요소들로 인하여 전체 시스템의 무게 및 비용이 증가하는 측면이 있기 때문에, 적절히 구성되어야 한다.
이러한 다중화 시스템에서의 문제점 중, 비행성능에 크게 영향을 미치지 않는 센서들의 작은 오류에도, 해당 센서를 포함하는 제어채널을 전면적으로 차단하기 때문에, 항공기의 신뢰성이 급감하는 문제점이 있다.
일반적으로 항공기의 경우, 최소 요구되는 임계 신뢰도가 설정되어 있고, 임계 신뢰도 이하로 신뢰성이 떨어지면, 항공기는 임무를 수행할 수 없고 기지로 귀환해야 한다.
때문에, 작동기 센서들의 사소한 오류로 인하여, 항공기의 비행이 중단되어 비행효율이 떨어지는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 문제가 되는 제어채널을 재검증하여 작동기에 설치된 센서들의 오류정도에 따라 해당 제어채널을 재사용함으로써, 신뢰성을 작동기 재형상 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제어 대상 기기의 신뢰성을 유지하면서도, 하나의 제어채널에 대한 사용효율을 극대화함으로써, 제어 대상기기의 제어 시스템 비용 및 무게를 줄일 수 있는 작동기 재형상 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, a) 제어 대상 기기에 설치된 적어도 하나의 제어채널 중 어느 하나의 제어채널을 통하여 특정 센서 그룹으로부터 오류감지신호가 입력되면 다른 제어채널을 통하여 제어 대상 기기를 자율 비행 시키는 단계-상기 제어채널은 상기 제어 대상 기기에 설치된 적어도 하나의 제어 대상 작동기의 동작을 수행 및 감시하는 통신채널이고, 상기 센서 그룹은 상기 제어 대상 작동기의 동작을 감지하는 적어도 하나의 센서를 포함함-와 b) 제어 대상 작동기의 동작데이터를 수집하여, 새로운 제어 테이블을 생성하는 단계와 c) 상기 생성된 제어 테이블의 파라메타값에 기초하여 상기 제어 대상 작동기의 선형성을 판단하는 단계 및 d) 상기 판단결과, 생성된 제어 테이블의 선형성이 유지되는 경우, 상기 새로운 데이터 테이블에 기초하여 해당 제어 대상 기기를 제어하고, 생성된 제어 데이터 테이블의 선형성이 유지되지 않은 경우, 상기 어느 하나의 제어채널을 차단하는 단계를 포함하는 작동기 재형상 제어방법을 제공한다.
상기 b)단계는 상기 b)단계는 b-1)상기 제어 대상 작동기가 최소 변위를 가지도록, 해당 제어 대상 작동기를 동작시키고 상기 동작 데이터를 수집하는 과정; b-2)상기 제어 대상 작동기가 최대 변위를 가지도록, 해당 제어 대상 작동기를 동작시키고 상기 동작 데이터를 수집하는 과정; b-3)상기 b-1) 및 b-2) 과정에서 수집된 동작데이터들을 포함하는 새로운 제어 데이터 테이블을 생성하는 과정;을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 b-2)과정 이후에, b-4)상기 제어 대상 작동기의 동작 설정값을 수집하는 과정을 더 포함하고,- 상기 동작 설정값은 상기 동작범위내에서 작동기가 특정하게 동작하기 위하여 설정된 값임- 상기 b-3)과정은, 상기 수집된 동작 설정값을 새로운 제어 데이터에 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 c)단계는 c-1)파라메타값을 입력받는 과정과 c-2)상기 입력받은 파라메타값과 정상동작값을 비교하는 과정과 c-3) 상기 비교결과, 상기 파라메타값과 정상동작값의 차이가 허용오차범위 이내인 경우, 생성된 제어 테이블이 선형성을 갖는 것으로 판단하고, 상기 파라메타값과 정상동작값의 차이가 허용오차범위를 벗어난 경우, 생성된 제어 테이블이 비선형성을 갖는 것으로 판단하는 과정을 포함것이 바람직하다.
본 발명에 따른 작동기 재형상 제어방법은 센서 고장진단시, 작동기의 동작데이터를 재수집하여 새로운 제어 테이블을 생성하고, 이를 검증하여 해당 제어채널을 차단하지 않고 사용함으로써, 제어 대상 기기의 신뢰성을 높인 장점이 있다.
또한, 본 발명에 작동기 재형상 제어방법은 제어 대상 기기의 신뢰성을 유지하면서도, 하나의 제어채널 사용효율을 극대화함으로써, 해당 제어 재상 기기의 제어 시스템 비용 및 무게를 줄 일수 있는 장점이 있다.
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도 1은 본 발명에 따른 작동기 재형상 제어방법의 일실시예를 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에서 S200단계를 설명하기 위해 도시한 순서도이다
도 3은 도 1에 도시된 실시예에서 S300단계를 설명하기 위해 도시한 순서도이다
도 4는 도 1에 도시된 실시예에서 S300단계에서 선형성 판단하는 과정을 나타낸 그래프도면이다.
이하, 본 발명에 따른 작동기 재형상 제어방법의 바람직한 일실시예에 대해 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도면에서, 도 1은 본 발명에 따른 작동기 재형상 제어방법의 일실시예를 설명하기 위해 도시한 순서도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에서 S200단계를 설명하기 위해 도시한 순서도이며, 도 3은 도 1에 도시된 실시예에서 S300단계를 설명하기 위해 도시한 순서도이고, 도 4는 도 1에 도시된 실시예에서 S300단계에서 선형성 판단하는 과정을 나타낸 그래프도면이다.
제어 대상 기기 자율 비행 단계(S100)
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제어 대상 기기를 지율 비행 시킨다.(S100).
본 단계(S100)는 제어 대상 기기에 설치된 적어도 하나의 제어채널 중 어느 하나의 제어채널을 통하여 특정 센서 그룹으로부터 오류감지신호가 입력되면 제어 대상 기기를 자율 비행 시키는 단계이다.
여기서, 제어 대상 기기란 제어하려는 목적이 되는 장치로서, 본 실시예에서는 고정익기나 회전익기와 같은 항공기가 이에 해당한다.
본 실시예의 이해를 돕기위하여, 항공기에 설치된 작동기(actuator)의 제어구성을 간략히 설명하면 다음과 같다.
항공기에는 비행에 필요한 각 조종면, 즉 날개의 플랩(Flap), 에일러론(Ailerons), 엘리베이터(Elevators)와 같은 조종면에는 각각 작동기(actuator)가 연결되고, 각 작동기에는 해당 작동기의 변위정보, 위치정보 등을 검출하는 센서 그룹들이 구비된다. 이러한 센서 그룹들을 통한 정보는 각각의 제어채널을 통해서 항공기의 비행제어부(FCC:Flight Contorl Computer)로 전송된다.
여기서, 제어채널이란, 제어 대상 기기에 설치된 적어도 하나의 제어 대상 작동기의 동작을 수행 및 감시하는 통신채널로서, 센서, 프로세서와, 입출력수단등과 같은 제어구성요소들의 단일조합체를 뜻한다.
상기 센서 그룹은 제어 대상 작동기의 동작을 감지하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 것을 말한다.
본 단계(S100)에는 먼저, 특정 작동기(예를 들어: 날개의 플랩(Flap)에 설치된 센서 그룹으로부터 오류감지신호가 비행제어부(FCC)로 입력되면 진행된다.
여기서, 오류감지신호란, 본 발명이 센서들의 오류를 전제로 진행하는 제어방법임을 고려할 때, 특정 작동기의 센서 그룹중 해당 작동기의 변위나 특정위치, 속도에 관하여 오차허용범위를 벗어나는 상이한 정보를 갖는 센서가 존재한다는 신호임을 말한다.
특정 작동기의 각 제어채널에 속하는 센서들의 측정값은 동일해야 한다.
그러나 해당 제어채널들이 센서의 측정값을 상호 비교하여, 그 차이가 오차허용범위를 벗어나면, 해당 제어채널들은 상술한 오류감지신호을 비행제어부(FCC)에 전달하여 고장으로 판단하는 과정을 수행한다.
상술한 센서들은 RVDT센서, 전류센서, Tachometer, 전압센서 등으로 구성될 수 있다.
이렇게 특정 센서 그룹으로부터 오류감지신호가 입력되면 항공기를 자율비행 모드로 변환한다.
즉, 비행제어부(FCC)의 자율비행 지령과 함께, 항공기가 고정익인 경우, 수평이동비행을 하고, 항공기가 헬리콥터와 같이 회전익인 경우, 호버링(hovering)비행을 유지하도록 하는 것이다.
새로운 제어 테이블 생성단계 ( S200 )
다음으로, 제어 대상 작동기의 동작데이터를 수집하여 새로운 제어 테이블을 생성한다(110).
본 단계(S200)에서는 먼저, 이전 단계(S100)에서 수행한 자율비행 상태에서 새롭게 작동기의 동작데이터를 수집한다.
여기서, 작동기의 동작데이터란, 항공기의 각 조정면에 설치된 작동기의 최소/최대 변위에 따른 조정면의 동작에 대한 관계정보를 말한다.
이러한, 작동기의 동작데이터를 수집하기 위하여 항공기의 비행제어부(FCC)는 항공기의 모든 작동기에 최소/최대 변위가 일어나도록 작동명령을 보낸다. 이때, 상술한 항공기의 자율 비행 상태가 유지되는 한도내에서 상기 동작데이터의 수집과정을 수행하는 것이 바람직하다
본 단계(S200)의 실시예로서 제시한 과정은 도 2에서 확인할 수 있다.
항공기에 설치된 각 작동기가 최소 변위를 갖도록 해당 작동기를 동작시키고 동작데이터을 수집한다.(S210)
이후, 항공기에 설치된 각 작동기가 최대 변위를 갖도록 해당 작동기를 동작시키고 동작데이터를 수집한다.(S220)
한편, 항공기가 특정기동을 수행할 때 요구되는, 동작 설정값을 수집한다.(S230)
여기서, 동작 설정값이란, 각 작동기가 동작하는 범위내에서 해당 작동기가 특정하게 동작하기 위하여 설정된 값을 뜻한다.
이전단계(S210,S220,S230)에서 수집한 동작데이터와 동작 설정값을 기반으로 하여 새로운 제어 테이블을 생성한다.(S240)
본 단계(S200)에서는 이전단계(S100)에서 고장진단을 한 경우, 문제가 되는 센서를 포함하는 제어채널을 식별하고, 해당 제어채널을 차단하는 종래의 기술과 달리, 해당 제어채널의 재사용 여부를 판단하기 위해, 새로운 제어 테이블을 생성하는 것이다.
새로운 제어 테이블에 기초한 선형성 판단( S300 )
다음으로, 이전단계(S200)에서 생성된 제어 테이블의 파라메타값에 기초하여 제어 대상 작동기의 선형성을 판단한다.(S300)
제어 대상 작동기의 선형성 판단은 작동기에 설치된 센서들의 고장정도를 파악하기 위한 것으로, 후술할 파라메타값들에 대한 상관관계를 선형회귀분석을 수행하여 이를 활용한다.
본 단계(S300)는 도 3에서 확인할 수 있듯이, 먼저 파라메타값을 입력받는다.(S310)
파라메타값이란, 이전단계(S200)에서 수집한 작동기의 동작데이터들중 고장판단의 기준이 될 수 있는 항목의 측정값을 말하는 것으로, 작동기의 입력항목과 이에 대응한 출력항목이나 입력.출력 항목과 같은 관계항목의 측정값을 뜻한다.
예를 들어, 작동기가 RVDT일 경우, 입력전압과 회전각의 측정값이 선형회귀분석 변수가 되는 파라메타값에 해당할 수 있다.
위와 같은 파라메타값은 제어 대상 기기 및 제어 대상 작동기에 따라 달리 설정될 수 있는 것으로 이에 한정되지 않는다.
이후, 상기 파라메타값과 정상 동작값을 비교하여 차이값을 계산한다.(S320)
여기서, 정상 동작값이란, 상기 파라메타값들을 변수로 하여 선형회귀분석을 수행하고, 특정 회귀계수를 갖는 회귀방정식을 산출하였을 때, 상기 회귀방정식을 표현한 직선상에 대응되는 파라메타의 값을 뜻한다.
이는 선형회귀분석의 예측도를 기준으로 작동기 센서의 고장여부를 판단하는데 활용하기 위한 것이다.
즉, 도 4에서 확인할 수 있듯이, 작동기가 RVDT일 경우, 입력전압(볼트:V)과 회전각(Deg)의 상관관계를 파라메타(P)값으로 결정하고 입력전압(볼트:V)과 회전각(Deg)를 변수로 하여 선형회귀분석을 수행하면, 도 4의 C와 같이 직선으로 표현되는 회귀방정식이 산출된다.
이때, 도 4의 C 직선상에 대응하는 정상 동작값과 해당 파라메타(P)값의 차이값(e)를 계산하다.
이후, 상기 차이값(e)이 허용오차범위이내인지 판단한다.(S330)
상기 허용오차범위는 항공기의 각 작동기 설계자가 지정하는 것으로, 각 작동기의 기능 및 특성에 따라 달리 할 수 있다.
만약, 상기 차이값(e)이 허용오차범위 보다 크면, 이전단계(S200)에서 생성된 새로운 제어 테이블은 비 선형으로 판단된다.(S340)
예를 들어, 상기 차이값(e)이 허용오차범위를 벗어나면, RVDT 입력전압(볼트:V)과 회전각(Deg)의 상관관계성이 낮아지기 때문에, 이전단계(S200)에서 수집한 상기 입력전압(볼트:V)과 회전각(Deg)와 같은 RVDT의 동작데이터를 기반으로 하는 새로운 제어 테이블은 비 선형으로 판단한다.
만약, 상기 차이값(e)이 허용오차범위 보다 작으면, 이전단계(S200)에서 생성된 새로운 제어 테이블은 선형으로 판단된다.(S350)
예를 들어, RVDT 입력전압(볼트:V)과 회전각(Deg)의 상관관계성이 예측 가능할 정도 인정되기 때문에, RVDT를 제어함에 있어서, 신뢰성을 확보할 수 있는 것으로 판단하고, 이전단계(S200)에서 수집한 RVDT의 동작데이터를 기반으로 하는 새로운 제어 테이블을 선형으로 판단한다.
새로운 제어 테이블에 기초한 제어( S400 )
다음으로, 이전단계(S300)에서 판단한 새로운 제어 테이블의 선형성 유무에 따라 새로운 제어 테이블에 기초하여 해당 제어 대상 기기를 제어하거나 해당 제어채널을 차단한다.(S400)
본 단계(S400)는 새로운 제어 테이블의 선형성이 유지된다고 판단한 경우,
새로운 제어 테이블에 기초하여 해당 제어 대상 기기를 제어한다.
이전단계(S100)에서 고장으로 확인된 센서를 포함하는 제어채널이라도, 상술한 바와 같이, 작동기의 동작데이터를 다시 수집하여, 이에 기초한 새로운 제어 테이블의 선형성이 유지된다면, 문제가 되는 센서를 포함한 제어채널을 재사용 하는 것이다.
때문에, 상술한 바와 같이, 비행성능에 문제없는 사소한 센서오류로 인하여 해당 제어채널을 차단함으로써 항공기 전체의 신뢰성을 급감시키는 문제점을 방지할 수 있다.
본 단계(S400)는 새로운 제어 테이블의 선형성이 유지되지 않는다고 판단한 경우, 문제가 되는 센서가 포함된 제어채널을 차단한다.
작동기의 선형성이 유지되지 않는 경우는, 비행성능에 영향을 끼치는 치명적인 센서오류에 해당되는 경우이기 때문에, 해당 제어채널을 차단하여 문제가 되는 센서에서 오는 작동기의 동작데이터들을 배제하고 항공기를 제어한다.
이때, 해당 작동기에서 정상작동하는 센서를 포함한 제어채널을 통하여 작동기를 보완하여 제어하겠지만, 항공기 전체의 신뢰도는 급감할 것이다.
임계 신뢰도 이하로 신뢰가 급감하면, 항공기는 결국 기지로 귀환하게 되어 항공기 본래의 임무를 수행하지 못할 것이다.
위와 같이, 본 발명에 따른 작동기 재형상 제어방법에 관한 실시예에 따르면 항공기의 안전성을 확보하는 한도내에서 항공기 신뢰도를 최대한 유지할 수 있는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명에 따른 작동기 재형상 제어방법에 관한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
P: 파라메타 C: 회귀방적식에 의한 직선
e: 차이값

Claims (4)

  1. a) 제어 대상 기기에 설치된 적어도 하나의 제어채널 중 어느 하나의 제어채널을 통하여 특정 센서 그룹으로부터 오류감지신호가 입력되면 다른 제어채널을 통하여 제어 대상 기기를 자율 비행시키는 단계-상기 제어채널은 상기 제어 대상 기기에 설치된 적어도 하나의 제어 대상 작동기의 동작을 수행 및 감시하는 통신채널이고, 상기 센서 그룹은 상기 제어 대상 작동기의 동작을 감지하는 적어도 하나의 센서를 포함함-;
    b) 상기 자율 비행 상태에서 상기 제어 대상 작동기의 동작데이터를 수집하여, 새로운 제어 테이블을 생성하는 단계;
    c) 상기 생성된 제어 테이블의 파라메타값에 기초하여 상기 제어 대상 작동기의 선형성을 판단하는 단계; 및
    d) 상기 판단결과, 생성된 제어 테이블의 선형성이 유지되는 경우, 상기 새로운 데이터 테이블에 기초하여 해당 제어 대상 기기를 제어하고, 생성된 제어 데이터 테이블의 선형성이 유지되지 않은 경우, 상기 어느 하나의 제어채널을 차단하는 단계;를 포함하는 작동기 재형상 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 b)단계는
    b-1)상기 제어 대상 작동기가 최소 변위를 가지도록, 해당 제어 대상 작동기를 동작시키고 상기 동작 데이터를 수집하는 과정;
    b-2)상기 제어 대상 작동기가 최대 변위를 가지도록, 해당 제어 대상 작동기를 동작시키고 상기 동작 데이터를 수집하는 과정;
    b-3)상기 b-1) 및 b-2) 과정에서 수집된 동작데이터들을 포함하는 새로운 제어 데이터 테이블을 생성하는 과정;를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동기 재형상 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 b-2)과정 이후에,
    b-4)상기 제어 대상 작동기의 동작 설정값을 수집하는 과정을 더 포함하고,- 상기 동작 설정값은 상기 동작범위내에서 작동기가 특정하게 동작하기 위하여 설정된 값임-
    상기 b-3)과정은, 상기 수집된 동작 설정값을 새로운 제어 데이터에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 작동기 재형상 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 c)단계는
    c-1)파라메타값을 입력받는 과정
    c-2)상기 입력받은 파라메타값과 정상 동작값을 비교하는 과정;
    c-3) 상기 비교결과, 상기 파라메타값과 정상 동작값의 차이가 허용오차범위 이내인 경우, 생성된 제어 테이블이 선형성을 갖는 것으로 판단하고, 상기 파라메타값과 정상 동작값의 차이가 허용오차범위를 벗어난 경우, 생성된 제어 테이블이 비선형성을 갖는 것으로 판단하는 과정을 포함하는 작동기 재형상 제어방법.
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