KR102263239B1 - Device for reducing Noise Induced Tracking Error - Google Patents
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Abstract
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 제어기로 피드백되는 노이즈가 포함된 시스템출력 신호에서 HPF(High Pass Filter)를 적용하여 시스템 출력 성분 중 빠르게 변하는 응답 성분을 건드리지 않으면서 측정 잡음만 선택적으로 줄이고자 한다. In a preferred embodiment of the present invention, a high pass filter (HPF) is applied to a system output signal including noise fed back to a controller to selectively reduce measurement noise without touching a rapidly changing response component among system output components.
Description
본 발명은 제어시스템에서 측정 잡음을 줄이는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for reducing measurement noise in a control system.
최근 액츄에이터 등을 포함하는 제어시스템에서 측정 잡음으로 인한 출력 오차 현상이 발견되면서, 이 문제를 해결하기 위한 대안들이 제시되고 있다. 측정 잡음으로 인한 출력 오차 현상은 비례적분(proportional integral : PI)제어시스템에서 뿐만 아니라 DOB(Disturbance observer based control)가 적용된 시스템에서도 문제가 되고 있다. Recently, as an output error phenomenon due to measurement noise has been discovered in a control system including an actuator, alternatives have been proposed to solve this problem. The output error phenomenon due to measurement noise is a problem not only in proportional integral (PI) control systems but also in systems to which DOB (Disturbance Observer based control) is applied.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1 과 같은 방식으로 LPF(Low Pass Filter)를 이용하는 방식을 이용하였으나, 이 경우 제어시스템 또는 DOB가 적용된 시스템의 출력 성분 중 빠르게 변하는 응답 성분까지 제거되는 문제점이 여전히 남아 있으며, LPF(Low Pass Filter)를 이용할 때 시스템 안정성을 고려해야 하는 추가적인 문제점이 있다. In order to solve this problem, a method using LPF (Low Pass Filter) was used in the same manner as in FIG. 1, but in this case, there is still a problem in that even a rapidly changing response component is removed among the output components of the control system or the system to which the DOB is applied. , there is an additional problem that system stability must be considered when using a low pass filter (LPF).
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 제어시스템이나 DOB가 적용된 시스템에서 측정 잡음으로 인한 출력 오차를 줄이고자 한다. In a preferred embodiment of the present invention, an output error due to measurement noise is reduced in a control system or a system to which DOB is applied.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 제어기로 피드백되는 노이즈가 포함된 시스템출력 신호에서 HPF(High Pass Filter)를 적용하여 시스템 출력 성분 중 빠르게 변하는 응답 성분을 건드리지 않으면서 측정 잡음만 선택적으로 줄이고자 한다. In a preferred embodiment of the present invention, a high pass filter (HPF) is applied to a system output signal including noise fed back to a controller to selectively reduce measurement noise without touching a rapidly changing response component among system output components.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 측정잡음제거장치는 입력신호와 피드백신호의 차분을 입력받아 비례 제어에 적분 동작을 수행하여 제어하는 비례적분제어기; 안티와인드업 기능이 적용되며, 상기 비례적분기의 출력신호와 제어입력신호를 입력받는 액츄에이터; 상기 액츄에이터의 출력신호를 입력받아 제어를 수행하는 플랜트; 상기 플랜트의 출력신호와 측정잡음신호가 포함된 신호를 입력받은 후 HPF(High Pass Filter)를 통과시켜 상기 측정잡음신호만을 선택적으로 제거하는 측정잡음필터링부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. As a preferred embodiment of the present invention, the measurement noise removing apparatus includes: a proportional integral controller for receiving a difference between an input signal and a feedback signal and performing an integral operation to control the proportional control; an actuator to which an anti-wind-up function is applied and receiving an output signal and a control input signal of the proportional integrator; a plant receiving the output signal of the actuator and performing control; and a measurement noise filtering unit that selectively removes only the measurement noise signal by passing a high pass filter (HPF) after receiving a signal including the output signal of the plant and the measurement noise signal.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 비례적분제어기의 상기 피드백신호는 상기 측정잡음필터링부의 출력값인 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the feedback signal of the proportional integral controller is an output value of the measurement noise filtering unit.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 측정잡음필터링부는 상기 플랜트의 출력신호 값을 예상한 예상출력신호값을 계산하는 노미널 플랜트부; 상기 플랜트의 출력신호와 측정잡음신호가 포함된 신호에서 상기 노미널 플랜트부에서 계산한 상기 예상출력신호값을 제거한 후 고주파를 제거하는 고주파필터링부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. As a preferred embodiment of the present invention, the measured noise filtering unit includes: a nominal plant unit for calculating an expected output signal value that is expected to be an output signal value of the plant; and a high-frequency filtering unit that removes the high frequency after removing the expected output signal value calculated by the nominal plant unit from the signal including the output signal of the plant and the measurement noise signal.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 비례적분기와 안티-와인드업 회로부가 구비된 제어시스템에서 측정잡음을 제거하는 측정잡음제거장치는 상기 제어시스템에서 제어하는 대상인 플랜트의 출력 신호와 측정잡음신호가 포함된 피드백신호를 수신하는 수신부; 및 상기 피드백신호에서 고주파성분을 제거하는 고주파필터링부;를 포함하며, 상기 필터링부의 출력신호가 상기 비례적분기의에 제공되며, 상기 비례적분기는 입력신호와 상기 필터링부의 출력신호의 차분을 입력받아 비례 제어에 적분 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.As a preferred embodiment of the present invention, a measurement noise removing device for removing measurement noise in a control system provided with a proportional integrator and an anti-windup circuit unit includes an output signal and a measurement noise signal of a plant that is a control object in the control system. a receiver for receiving a feedback signal; and a high-frequency filtering unit that removes a high-frequency component from the feedback signal, wherein an output signal of the filtering unit is provided to the proportional integrator, and the proportional integrator receives a difference between an input signal and an output signal of the filtering unit and is proportional It is characterized in that the integral operation is performed on the control.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 측정잡음제거장치는 상기 플랜트의 출력신호 값을 예상한 예상출력신호값을 계산하는 노미널 플랜트부;를 더 포함하고, 상기 고주파필터링부는 상기 플랜트의 출력신호와 측정잡음신호가 포함된 신호에서 상기 노미널 플랜트부에서 계산한 상기 예상출력신호값을 제거한 후 고주파를 제거하는 것을 특징으로 한다.As a preferred embodiment of the present invention, the measurement noise removing device further includes a nominal plant unit for calculating an expected output signal value that is expected to be an output signal value of the plant, wherein the high-frequency filtering unit is configured to combine the output signal of the plant with the output signal of the plant. It is characterized in that the high frequency is removed after the expected output signal value calculated by the nominal plant unit is removed from the signal including the measurement noise signal.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서 측정잡음제거장치는 제어시스템의 출력 중 빠르게 변화하는 응답 성분은 유지시키면서 측정 잡음만을 선택적으로 제어하는 측정 잡음 제거 효과가 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the measurement noise removing device has an effect of selectively controlling only the measurement noise while maintaining the response component that changes rapidly among the output of the control system.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 측정잡음제거장치는 제어시스템의 출력 중 측정 잡음만을 선택적으로 제거함과 동시에 제어시스템의 출력이 자체적으로 가지고 있는 빠르게 변화하는 응답 성분을 유지할 수 있는 효과가 있다. As a preferred embodiment of the present invention, the measurement noise removing apparatus has the effect of selectively removing only the measurement noise from the output of the control system and maintaining the rapidly changing response component of the output of the control system by itself.
도 1 은 제어시스템에서 측정잡음으로 인한 왜곡을 줄이기 위해 LPF(Low Pass Filter)를 이용한 일 실시예를 도시한다.
도 2 내지 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 측정 잡음만을 선택적으로 필터링하는 제어시스템의 일 예를 도시한다. 도 2 는 구성도를 나타내며, 도 3은 도 2 의 일 예를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 측정잡음제거장치의 효과를 비교한 일 예를 도시한다.1 shows an embodiment in which a low pass filter (LPF) is used to reduce distortion due to measurement noise in a control system.
2 to 3 show an example of a control system that selectively filters only measurement noise as a preferred embodiment of the present invention. 2 shows a configuration diagram, and FIG. 3 shows an example of FIG. 2 .
4 shows an example comparing the effects of the measurement noise removing device as a preferred embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 제어시스템에서 측정잡음으로 인한 왜곡을 줄이기 위해 LPF(Low Pass Filter)를 이용한 일 실시예를 도시한다. 1 shows an embodiment in which a low pass filter (LPF) is used to reduce distortion due to measurement noise in a control system.
도 1 의 제어시스템(100)은 비례적분제어기(110), 액츄에이터(120), 플랜트(230), 안티와인드업회로부(140) 및 LPF(150)를 포함한다. 도 1 에서 r(S110)은 레퍼런스 신호, u(S112)는 제어입력, v(S120)은 액츄에이터 출력신호, y(S130)는 제어시스템 출력신호, 그리고 n(S140)은 측정 잡음을 각각 나타낸다. The
액츄에이터(120)는 로 표시하며, α는 액츄에이터의 최소 한계값, β는 액츄에이터의 최대 한계값을 나타내며, 액츄에이터(120)는 아래와 같이 정의된다. The
도 1 의 제어시스템(100)에서는 측정잡음이 포함된 피드백신호 y+n(S142)가 LPF(150)로 입력되어, 비례적분제어기(110)에 측정 잡음이 줄어든 신호를 제공한다. 그러나, 이 경우 제어시스템의 출력신호 y(S130)에 자체적으로 존재하는 빠르게 변하는 응답 성분 역시 LPF(150)를 통과하며 필터링되므로 시스템의 응답에 영향을 미치는 문제점이 있다. In the
도 2 내지 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 측정 잡음만을 선택적으로 필터링하는 제어시스템의 일 예를 도시한다. 도 2 는 구성도를 나타내며, 도 3은 도 2 의 일 예를 도시한다.2 to 3 show an example of a control system that selectively filters only measurement noise as a preferred embodiment of the present invention. 2 shows a configuration diagram, and FIG. 3 shows an example of FIG. 2 .
도 2 내지 3에 도시된 제어시스템(200)은 비례적분제어기(210), 액츄에이터(220), 플랜트 P(s)(230), 안티와인드업회로부(240) 및 측정잡음필터링부(250)를 포함한다. 또한, r(S210)은 레퍼런스 신호, u(S212)는 제어입력, v(S220)은 액츄에이터 출력신호, y(S230)는 제어시스템 출력신호, 그리고 n(S240)은 측정 잡음을 각각 나타낸다. 그리고, Kaw는 안티-와인드업 이득을 나타낸다.The
도 2 내지 3에 도시된 제어시스템(200)은 안티-와이드업 기법이 적용된 비례적분 제어시스템이다. 제어시스템(200)은 비례적분제어기(210)의 입력되는 레퍼런스 신호 r(S210)와 필터링된 피드백신호 y'(S254)를 입력받아 비례 제어에 적분동작을 수행하여 제어를 수행한다. The
그 후 비례적분제어기(210)의 출력값과 제어입력 u(S212)이 합하여 액츄에이터(220)의 입력신호로 입력되며, 액츄에이터의 출력값 v(S220)이 플랜트(230)에 입력되고, 플랜트(230)는 출력값 y(S230)을 생성한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 플랜트(230)는 제어하고자 하는 대상을 모두 포함한다.After that, the output value of the proportional
액츄에이터(220)는 안티-와인드업 회로부(240)를 통해 안티-와인드업 기능을 구현한다. 비례적분 제어기(210)의 출력이 포화하는 경우 액츄에이터(220)의 속도응답 특성에 오버슈트(overshoot)가 증가하고, 타임 응답(time response)이 느려지는 현상이 발생하는데 이것을 와인드업(wind-up)이라고 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 이러한 와인드업 현상이 발생되는 것을 방지하기 위해 액츄에이터(220)에 안티-와인드업(Anti-windup)회로부(240)가 구현된다.The
구체적으로, 액츄에이터(200)의 출력값 v(S220)과 액츄에이터(200)의 제어입력값 u(S212)의 차분에 대해 안티-와인드업 이득값 Kaw만큼 증폭시킨 신호를 다시 액츄에이터(200)의 제어입력값 u(S212)에 합하도록 구현된다. 이로써 액츄에이터(220)에서 발생하는 와인드업을 제거할 수 있다. Specifically, for the difference between the output value v (S220) of the
측정잡음필터링부(250)는 플랜트(230)의 출력값 y(S230)에 측정 잡음 n(S240)이 부가된 피드백신호에서 측정잡음 n(S240)을 선택적으로 필터링하도록 구현된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 측정잡음필터링부(250)는 HPF(High Pass Filter)(270)를 이용함으로써 측정잡음 n(S240)만을 선택적으로 필터링하며, 플랜트(230)의 출력값 y(S230)에 포함된 빠르게 변하는 응답성분을 필터링하지 않은채 보존할 수 있다. The measurement
도 3 을 참고하면 측정잡음필터링부(250)는 측정잡음이 포함된 플랜트의 출력신호에서 선택적으로 측정잡음만을 제거한다. 측정잡음필터링부(250)는 노미널플랜트부(260)과 고주파필터링부(270)를 포함한다. Referring to FIG. 3 , the measurement
노미널플랜트부(260)는 플랜트(230)에서 출력할 예상출력값을 계산한다. 측정잡음필터링부(250)에서는 측정잡음이 포함된 플랜트의 출력신호 y+n를 수신한 후, 노미널 플랜트부(260)에서 계산한 플랜트(230)의 예상출력값을 차분한 y1(S270)을 출력한다. The
y1=[P(s)-Pn(s)]v+ n으로 표현될 수 있으며, Pn(s)는 노미널 플랜트를 나타낸다. 측정잡음필터링부(250)는 y1 신호(S270)를 고주파필터링부(280)에 입력한다. 고주파필터링부(270)는 1-Q(s)의 형태로 구현될 수 있으며, 이 경우 Q(s)는 LPF를 나타낸다. It can be expressed as y1=[P(s)-Pn(s)]v+n, where Pn(s) represents a nominal plant. The measurement
고주파필터링부(270)는 y1신호에서 저주파 성분인 [P(s)-Pn(s)]v 부분은 통과시키지 못하고, 측정 잡음 성분만이 통과된다. 측정잡음필터링부(250)는 측정잡음 성분만을 통과시킨 후, y+n 신호와 차분함으로써 y 신호만을 피드백 신호로 비례제어기(210)로 전달할 수 있다.The high-
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 측정잡음제거장치의 효과를 비교한 일 예를 도시한다.4 shows an example comparing the effects of the measurement noise canceling device as a preferred embodiment of the present invention.
도 4에서 410은 모터의 속도를 나타내는 기준신호이다. 420은 출력 잡음을 제거하기 위하여 어떠한 필터링로 적용하지 않은 경우의 출력값을 나타낸다. 430은 도 1과 같이 저주파필터링을 적용한 경우의 일 예를 도시한다. 440은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 고주파 필터링을 적용한 경우의 일 예를 도시한다. 4, 410 is a reference signal indicating the speed of the motor. 420 denotes an output value when no filtering is applied to remove output noise. 430 shows an example in which low-frequency filtering is applied as shown in FIG. 1 .
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, with respect to the present invention, the preferred embodiments have been looked at. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
Claims (5)
안티와인드업 기능이 적용되며, 상기 비례적분제어기의 출력신호와 제어입력신호를 입력받는 액츄에이터;
상기 액츄에이터의 출력신호를 입력받아 제어를 수행하는 플랜트;및
상기 플랜트의 출력신호와 측정잡음신호가 포함된 신호를 입력받은 후 HPF(High Pass Filter)를 통과시켜 상기 측정잡음신호만을 선택적으로 제거하는 측정잡음필터링부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정잡음제거장치. a proportional integral controller for receiving a difference between an input signal and a feedback signal and performing an integral operation for proportional control;
an actuator to which an anti-windup function is applied and receiving an output signal and a control input signal of the proportional integral controller;
A plant that receives the output signal of the actuator and performs control; And
Measurement noise removal comprising a; a measurement noise filtering unit that selectively removes only the measurement noise signal by passing a high pass filter (HPF) after receiving a signal including the output signal of the plant and the measurement noise signal Device.
상기 피드백신호는 상기 측정잡음필터링부의 출력값인 것을 특징으로 하는 측정잡음제거장치. The method of claim 1, wherein the proportional integral controller
The feedback signal is an output value of the measurement noise filtering unit.
상기 플랜트의 출력신호 값을 예상한 예상출력신호값을 계산하는 노미널 플랜트부;
상기 측정잡음이 부가된 상기 플랜트의 출력신호에서 상기 노미널 플랜트부에서 계산한 상기 예상출력신호값을 제거한 후 고주파를 필터링하는 고주파필터링부;를 포함하며, 이 경우 상기 고주파필터링부에서는 측정잡음만이 필터링되고, 저주파 성분인 상기 플랜트의 출력신호 값과 상기 예상출력신호값의 차이값은 필터링되지 않는 것을 특징으로 하는 측정잡음제거장치. The method of claim 1, wherein the measurement noise filtering unit
a nominal plant unit for calculating an expected output signal value that is expected to be an output signal value of the plant;
and a high-frequency filtering unit that filters the high frequency after removing the expected output signal value calculated by the nominal plant unit from the output signal of the plant to which the measurement noise is added, and in this case, the high-frequency filtering unit uses only the measurement noise This is filtered, and the difference value between the output signal value of the plant which is a low frequency component and the expected output signal value is not filtered.
상기 제어시스템에서 제어하는 대상인 플랜트의 출력 신호와 측정잡음신호가 포함된 피드백신호를 수신하는 수신부; 및
상기 피드백신호에서 고주파성분을 제거하는 고주파필터링부;를 포함하며, 상기 필터링부의 출력신호가 상기 비례적분제어기의에 제공되며, 상기 비례적분제어기는 입력신호와 상기 필터링부의 출력신호의 차분을 입력받아 비례 제어에 적분 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 측정잡음제거장치. A measurement noise removal device for removing measurement noise from a control system having a proportional integral controller and an anti-windup circuit unit, comprising:
a receiver for receiving a feedback signal including an output signal and a measurement noise signal of a plant to be controlled by the control system; and
and a high-frequency filtering unit that removes a high-frequency component from the feedback signal, wherein an output signal of the filtering unit is provided to the proportional integral controller, the proportional integral controller receiving a difference between an input signal and an output signal of the filtering unit Measurement noise removal device, characterized in that performing an integral operation for proportional control.
상기 플랜트의 출력신호 값을 예상한 예상출력신호값을 계산하는 노미널 플랜트부;를 더 포함하고, 상기 고주파필터링부는
상기 플랜트의 출력신호와 측정잡음신호가 포함된 신호에서 상기 노미널 플랜트부에서 계산한 상기 예상출력신호값을 제거한 후 고주파를 필터링하는 것을 특징으로 하는 측정잡음제거장치. 5. The method of claim 4,
Further comprising; a nominal plant unit for calculating an expected output signal value of the expected output signal value of the plant, the high-frequency filtering unit
Measurement noise removing device, characterized in that the high frequency is filtered after removing the expected output signal value calculated by the nominal plant unit from the signal including the output signal of the plant and the measurement noise signal.
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JP2009510606A (en) | 2005-09-29 | 2009-03-12 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | On-demand automatic tuner for plant control systems |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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KR20190063053A (en) | 2019-06-07 |
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