KR20010095860A - 액츄에이터 시스템의 정밀 속도 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정밀 속도 제어시 문제되는 외란(Disturbance)의 영향을 획기적으로 제거한 액츄에이터 시스템의 정밀 속도 제어 방법에 관한 것으로, 추가된 상태 궤환 제어기와, 외란의 영향을 효과적으로 줄일 수 있는 데드 비트형 외란 관측기와, 상기 관측기 시스템의 잡음을 줄이기 위한 MA필터를 포함하는 액츄에이터 시스템의 정밀 속도 제어로서, 실제 속도와 레퍼런스 속도를 입력하는 단계; 아그먼트 스테이지 + 플랜트부에서 진행되는 피드백 제어단계; 데드 비트 관측기에 의해 부하 토크를 추정하는 단계; MV필터를 통해 필터링 출력을 수행하는 단계; 상기 피드백 제어단계와 필터링 출력 단계에서 출력되는 신호를 입력받고, 그에 따른 제어 신호를 산출하는 단계; 및 상기 제어신호를 산출하는 단계에 의해 보정된 제어신호를 출력하는 단계; 를 포함하여 된 것이다.

Description

액츄에이터 시스템의 정밀 속도 제어 방법{METHOD CONTROLLING ACCURACY SPEED FOR ACTUATOR SYSTEM}

본 발명은 고 정밀 속도 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고 정밀 속도 제어시 문제되는 외란(Disturbance)의 영향을 획기적으로 제거한 액츄에이터 시스템의 정밀 속도 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 속도제어방식에 있어서, 비교적 구현이 간단한 PI제어기가 많이 상용되고 있으나, 추적 제어(Tracking Control) 에서는 고성능을 얻기 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 출력오차를 사용한 상태변수를 추가 궤환하는 방법으로, 추적 제어기를 이용하는 것은 이미 잘 알려져 있다. 이 방법은 상기 PI제어기에서 트라이얼 앤 에러(Trial-and-Error) 방법을 사용하는 것보다 최적 제어 이론을 사용함으로써, 이득을 구하는 것에 더 효과적이다.

한편, 실제 값을 알 수 없고, 찾아내기 어려운 입력에 대해서 관측기가 연구되어 졌으며, 관측기의 노이즈를 줄이기 위해서 낮은 이득을 갖는 관측기가 사용되어진바 있다. 그러나, 이득이 낮아 관측속도가 느려짐으로써 빠른 외란 보상이 어려운 등, 그 속도제어에 한계가 있었다.

첨부된 도면, 도 1은 일반적인 상태 궤환 디지털 제어기를 나타내는 블록도로서, 각각의 궤환이득(k₁)(k₂)은 LQC이론에 의거하여 최적의 이득을 계산하며, y는 액츄에이터 출력을. y_r은 레퍼런스출력을, z는 부가상태를 나타내는 일반적인 제어 시스템이다.

도 2는 상기 도 1에 개시된 일반적인 제어기에서 발생되는 외란에 대한 영향을 제거하기 위해 사용된 관측기(observer)로서, 제어기의 출력(u(k))이 아그먼트 스테이지+플랜트(augmented state + plant)부를 통해 엑츄에이터 속도(w(k))를 발생시키고, 상기 엑츄에이터 속도(w(k))와 부하 토크 관측기(load torque observer)로부터 출력되는 엑츄에이터 추정속도(w^(k))가 합산되어, 그 결과출력이 다시 상기 부하 토크 관측기(load torque observer)로 피드백 되고, 상기 부하 토크 관측기(load torque observer)로부터 발생되는 추정된 외란(T_L)이 피드 포워드시스템(feed forward system)(Hff)에 입력되고, 상기 피드 포워드 시스템(Hff)의 출력과 상기 아그먼트 스테이지+플랜트(augmented state + plant)부로부터 발생되는 추정이득(k^)이 합산되어 다시 제어기출력(u(k))으로 입력되도록 구성되어 있다.

그러나, 이와 같은 외란 제거용 관측기는 노이즈 문제 때문에 다소 낮은 이득을 가질 수밖에 없었다.

따라서, 낮은 이득을 갖는 외란 관측기에 의해 추정된 외란은 추정 속도가 느림으로 고성능의 외란 제거 효과를 얻기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하고자 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 외란이 있는 정밀 액츄에이터 시스템에 있어서, 미소한 속도오차를 극도로 줄일 수 있도록 한 액츄에이터 시스템의 정밀 속도 제어 방법을 제공하는 것에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 추가된 상태 궤환 제어기와, 외란의 영향을 효과적으로 줄일 수 있는 데드 비트형 외란 관측기와, 상기 관측기 시스템의 잡음을 줄이기 위한 MA필터를 포함하는 액츄에이터 시스템의 정밀 속도 제어로서, 실제 속도와 레퍼런스 속도를 입력하는 단계와, 아그먼트 스테이지 + 플랜트부에서 진행되는 피드백 제어단계와, 데드 비트 관측기에 의해 부하 토크를 추정하는 단계와, MV필터를 통해 필터링 출력을 수행하는 단계와, 상기 피드백 제어단계와 필터링 출력 단계에서 출력되는 신호를 입력받고, 그에 따른 제어 신호를 산출하는 단계와, 상기 제어신호를 산출하는 단계에 의해 보정된 제어신호를 출력하는 단계를 포함하여 된 특징이 있다.

도 1은 일반적인 상태 궤환 디지털 제어기를 나타내는 블럭도,

도 2는 일반적인 외란 보상을 위한 관측기를 갖는 시스템의 제어 블럭도,

도 3은 본 발명이 적용되는 액츄에이터 시스템의 제어 블록도,

도 4는 본 발명에 따른 액츄에이터 시스템의 정밀 속도 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하. 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명한다.

도 3은 본 발명이 적용되는 액츄에이터 시스템의 제어 블록도이다.

도시된 바와 같이, 제어기의 출력(u(k))을 입력받아 엑츄에이터 속도(w(k))를 출력하는 아그먼트 스테이지+플랜트(augmented state + plant)부와, 상기 엑츄에이터 속도(w(k))와 엑츄에이터 추정속도(w^(k))가 합산된 출력을 입력받아 다시 엑츄에이터 추정속도(w^(k)를 출력하는 부하 토크 관측기(load torque observer)를 포함하여 구성되는 데드 비트(dead beat) 외란 관측기에, 데드 비트 외란 관측기의 노이즈 성분을 극도로 저감하기 위한 포스트 필터(post filter)로서 MAF(Moving Average Filter)를 더 포함하여 구성한 것이다,

이와 같은 구성으로 노이즈 성분이 제거된 외란을 이용하여 외란에 상응하는 제어입력을 정궤환 보상함으로써 외란의 영향이 없는 제어기가 구현된다.

상기 데드 비트 관측기는 매우 높은 궤환 이득을 갖는 추정 시스템이다. 따라서 빠른 외란 추정이 가능하다. 반면에 높은 이득에 의해서 추정된 외란 신호에 많은 노이즈를 포함하며, 노이즈에 높은 이득을 갖는다는 단점도 있다.

그러나, 상기 MAF는 무빙 에버리지(moving average) 처리에 의해 이산신호백색잡음에 대한 영향을 제거하는 효과를 가지며, 다음 (식)과 같은 처리에 의하여 외란(T_L)은 추정 외란(T_L^₎에 포함된 랜덤 외란(random disturbance)을 자동상관 관계에 의해 제거시킬 수 있다.

본 발명에 따르자면, N값을 크게 하면, 잡음의 영향을 효과적으로 줄일 수 있으나 신호를 왜곡시킨다. 반면 N의 값을 작게 하면 잡음 제거효과는 낮아지나 신호의 왜곡을 줄일 수 있다. 따라서 적정한 N값의 설정으로 효과적인 필터를 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 액츄에이터 시스템의 정밀 속도 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 실제 속도(real speed)와 레퍼런스 속도(reference speed)를 입력하는 단계(S1)와, 아그먼트 스테이지+플랜트(augmented state + plant)부에서 진행되는 피드백 제어단계(S2)와, 데드 비트 관측기에 의해 부하 토크를 추정하는 단계(S3)와, MV필터를 통해 필터링 출력을 수행하는 단계(S4)와, 상기 피드백 제어단계(S2)와 필터링 출력 단계(S4)에서 출력되는 신호를 입력받고, 그에 따른 제어 신호를 산출하는 단계(S5)와, 상기 단계(S5)에 의해 보정된 제어신호를 출력하는 단계(S6)로 구성된다.

따라서, 본 발명에 따르자면, 최적제어이론을 이용한 추가 상태궤환 제어기와, 외란의 영향을 효과적으로 줄일 수 있는 데드 비트 외란 관측기와, 관측기 시스템의 잡음을 줄이기 위한 MA필터 및 추정된 외란에 의한 정궤환 보상기에 의해서 외란에 강인한 고정밀 속도제어가 가능하다.

이상에서와 같이, 본 발명은 외란 관측기에 데드 비트 관측기와 MA필터를 사용하여 외란의 영향을 효과적으로 제거하여 정밀한 속도제어를 수행할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (2)

1. 상태 궤환 제어기와, 외란의 영향을 효과적으로 줄일 수 있는 데드 비트형 외란 관측기와, 상기 관측기 시스템의 잡음을 줄이기 위한 MA필터를 포함하는 액츄에이터 시스템의 정밀 속도 제어로서,

   실제 속도와 레퍼런스 속도를 입력하는 단계;

   아그먼트 스테이지 + 플랜트부에서 진행되는 피드백 제어단계;

   데드 비트 관측기에 의해 부하 토크를 추정하는 단계;

   MV필터를 통해 필터링 출력을 수행하는 단계;

   상기 피드백 제어단계와 필터링 출력 단계에서 출력되는 신호를 입력받고, 그에 따른 제어 신호를 산출하는 단계; 및

   상기 제어신호를 산출하는 단계에 의해 보정된 제어신호를 출력하는 단계; 를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 액츄에이터 시스템의 정밀 속도 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 외란 관측기에서 관측된 외란은 포스트필터(post-filter)로 노이즈를 저감시켜 위치, 속도, 전류 및 전압 등을 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템의 정밀속도 제어방법.