KR20240087329A - Gimbal Control Using Disturbance Observer - Google Patents

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KR20240087329A
KR20240087329A KR1020220172926A KR20220172926A KR20240087329A KR 20240087329 A KR20240087329 A KR 20240087329A KR 1020220172926 A KR1020220172926 A KR 1020220172926A KR 20220172926 A KR20220172926 A KR 20220172926A KR 20240087329 A KR20240087329 A KR 20240087329A
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gimbal
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disturbance
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KR1020220172926A
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이도현
오세훈
정영훈
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한화에어로스페이스 주식회사
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Abstract

본 개시의 실시예들은 동역학 모델과 외란 관측기를 이용하여 짐벌의 안정화 제어를 수행하는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 포탑의 짐벌(gimbal)은, 중력 방향을 기준으로 제1 각속도를 측정하는 자이로 센서; 짐벌을 기준으로 제2 각속도를 측정하는 각도 센서; 및 짐벌에 관한 지령을 입력 받고, 지령에 기초하여 모터에 관한 신호을 생성하는 컨트롤러;를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 제1 지령을 입력 받고, 상기 제1 지령 및 상기 제1 각속도에 대응하는 제1 외란에 기초하여 제2 지령을 생성하고, 상기 제2 지령 및 상기 제2 각속도에 대응하는 제2 외란에 기초하여 제3 지령을 생성하고, 상기 제3 지령을 짐벌의 동역학 모델에 입력하여 상기 신호을 생성할 수 있다.Embodiments of the present disclosure provide technology for performing stabilization control of a gimbal using a dynamic model and a disturbance observer.
A gimbal of a turret according to an embodiment of the present disclosure includes a gyro sensor that measures a first angular velocity based on the direction of gravity; An angle sensor that measures a second angular velocity based on the gimbal; And a controller that receives a command related to the gimbal and generates a signal related to the motor based on the command, wherein the controller receives a first command and sends a first command corresponding to the first command and the first angular velocity. A second command is generated based on a disturbance, a third command is generated based on a second disturbance corresponding to the second command and the second angular velocity, and the third command is input into the dynamic model of the gimbal to generate the signal. can be created.

Description

외란 관측기를 이용한 짐벌 제어{Gimbal Control Using Disturbance Observer}Gimbal Control Using Disturbance Observer}

본 개시의 실시예들은 동역학 모델과 외란 관측기를 이용하여 짐벌의 안정화 제어를 수행하는 기술이다.Embodiments of the present disclosure are techniques for performing stabilization control of a gimbal using a dynamic model and a disturbance observer.

짐벌을 이용한 안정화 기술이란 외란이 발생하더라도 사용자가 원하는 상태를 일정하게 유지하는 기술을 말한다.Stabilization technology using a gimbal refers to a technology that maintains the user's desired state even when a disturbance occurs.

오늘날 짐벌 안정화 기술은 다양한 분야에서 사용되고 있으나 CCTV나 카메라 받침대와 같이 안정화 대상이 비교적 가벼운 물체에 대해서는 안정화 성능을 확보하는 것이 간단하나 RCWS와 포탑에서와 같이 무거운 물체에 대한 안정화 성능은 확보하기 어렵다. 또한 고중량의 물체에 대한 짐벌은 제조상의 공차, 마찰 특성 변화에 민감하게 반응하므로 일률적인 안정화 제어가 어렵다. Today, gimbal stabilization technology is used in various fields, but it is simple to secure stabilization performance for relatively light objects such as CCTV or camera stands, but it is difficult to secure stabilization performance for heavy objects such as RCWS and turrets. Additionally, gimbals for heavy objects react sensitively to changes in manufacturing tolerances and friction characteristics, making uniform stabilization control difficult.

전술한 배경기술은 발명자가 본 개시의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 개시의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 개시의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-mentioned background technology is technical information that the inventor possessed for deriving this disclosure or acquired in the process of deriving this disclosure, and cannot necessarily be said to be known technology disclosed to the general public before filing the application for this disclosure.

본 개시의 실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 동역학 모델과 외란 관측기를 이용하는 장치와 이를 이용한 방법을 제공한다.Embodiments of the present disclosure are proposed to solve the above-described problems and provide a device using a dynamic model and a disturbance observer and a method using the same.

상술한 과제를 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 포탑의 짐벌(gimbal)은, 중력 방향을 기준으로 제1 각속도를 측정하는 자이로 센서; 짐벌을 기준으로 제2 각속도를 측정하는 각도 센서; 및 짐벌에 관한 지령을 입력 받고, 지령에 기초하여 모터에 관한 신호을 생성하는 컨트롤러;를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 제1 지령을 입력 받고, 상기 제1 지령 및 상기 제1 각속도에 대응하는 제1 외란에 기초하여 제2 지령을 생성하고, 상기 제2 지령 및 상기 제2 각속도에 대응하는 제2 외란에 기초하여 제3 지령을 생성하고, 상기 제3 지령을 짐벌의 동역학 모델에 입력하여 상기 신호을 생성할 수 있다.A gimbal of a turret according to an embodiment of the present disclosure for achieving the above-described problem includes a gyro sensor that measures a first angular velocity based on the direction of gravity; An angle sensor that measures a second angular velocity based on the gimbal; And a controller that receives a command related to the gimbal and generates a signal related to the motor based on the command, wherein the controller receives a first command and sends a first command corresponding to the first command and the first angular velocity. A second command is generated based on a disturbance, a third command is generated based on a second disturbance corresponding to the second command and the second angular velocity, and the third command is input into the dynamic model of the gimbal to generate the signal. can be created.

상기 컨트롤러는, 상기 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제1 각속도에 관한 제1 역 모델을 이용하여 상기 제1 외란을 추정하는 제1 외란 관측기; 및 상기 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제2 각속도에 관한 제2 역 모델을 이용하여 상기 제2 외란을 추정하는 제2 외란 관측기를 포함할 수 있다.The controller includes: a first disturbance observer that estimates the first disturbance using a first inverse model for a first angular velocity derived by the dynamic model of the gimbal; and a second disturbance observer that estimates the second disturbance using a second inverse model for the second angular velocity derived by the dynamic model of the gimbal.

상기 제1 외란 관측기는, 필터링된 상기 제2 지령 및 상기 제1 각속도를 상기 제1 역 모델의 입력으로 하여 상기 제1 외란을 추정하고, 상기 제1 외란 관측기는, 필터링된 상기 제3 지령 및 상기 제2 각속도를 상기 제2 역 모델의 입력으로 하여 상기 제2 외란을 추정할 수 있다.The first disturbance observer estimates the first disturbance by using the filtered second command and the first angular velocity as input to the first inverse model, and the first disturbance observer estimates the first disturbance by using the filtered second command and the first angular velocity as input to the first inverse model. The second disturbance can be estimated by using the second angular velocity as an input to the second inverse model.

상기 컨트롤러는, 상기 제1 각속도에서 상기 제2 각속도의 차분 값에 기초하여 관성좌표계에 대한 차량의 선회 각속도와 자이로를 이용하여 측정한 관성좌표계에 대한 2축 짐벌 선회 각속도를 제3 각속도로 산출하고, 상기 제2 지령, 상기 제2 각속도에 대응하는 제2 외란 및 상기 제3 각속도에 기초하여 상기 제3 지령을 생성할 수 있다.The controller calculates the turning angular velocity of the vehicle with respect to the inertial coordinate system and the two-axis gimbal turning angular velocity with respect to the inertial coordinate system measured using a gyro as a third angular velocity based on the difference value between the first angular velocity and the second angular velocity, and , the third command may be generated based on the second command, a second disturbance corresponding to the second angular velocity, and the third angular velocity.

상기 짐벌은 상기 컨트롤러로부터 상기 신호를 전달 받아 제어되는 서보모터를 더 포함할 수 있다.The gimbal may further include a servo motor that is controlled by receiving the signal from the controller.

상술한 과제를 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 포탑의 짐벌(gimbal)의 제어 방법은, 제1 지령을 입력 받는 단계; 자이로 센서로부터 측정된, 중력 방향을 기준으로 하는 제1 각속도를 전달 받는 단계; 상기 제1 지령 및 상기 제1 각속도에 대응하는 제1 외란에 기초하여, 제2 지령을 생성하는 단계; 각도 센서로부터 측정된, 짐벌을 기준으로 하는 제2 각속도를 전달 받는 단계; 상기 제2 지령 및 상기 제2 각속도에 대응하는 제2 외란에 기초하여, 제3 지령을 생성하는 단계; 및 상기 제3 지령을 짐벌의 동역학 모델에 입력하여 신호을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.A method of controlling a gimbal of a turret according to an embodiment of the present disclosure for achieving the above-described problem includes receiving a first command; Receiving a first angular velocity measured from a gyro sensor and based on the direction of gravity; generating a second command based on the first command and a first disturbance corresponding to the first angular velocity; Receiving a second angular velocity measured from the angle sensor and based on the gimbal; generating a third command based on the second command and a second disturbance corresponding to the second angular velocity; And it may include generating a signal by inputting the third command into a dynamic model of the gimbal.

상기 제어 방법은 상기 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제1 각속도에 관한 제1 역 모델을 이용하여 상기 제1 외란을 추정하는 단계; 및 상기 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제2 각속도에 관한 제2 역 모델을 이용하여 상기 제2 외란을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The control method includes estimating the first disturbance using a first inverse model for a first angular velocity derived by a dynamic model of the gimbal; and estimating the second disturbance using a second inverse model for the second angular velocity derived by the dynamic model of the gimbal.

상기 제1 외란을 추정하는 단계는, 필터링된 상기 제2 지령 및 상기 제1 각속도를 상기 제1 역 모델의 입력으로 하여 상기 제1 외란을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of estimating the first disturbance may include estimating the first disturbance by using the filtered second command and the first angular velocity as input to the first inverse model.

상기 제2 외란을 추정하는 단계는, 필터링된 상기 제3 지령 및 상기 제2 각속도를 상기 제2 역 모델의 입력으로 하여 상기 제2 외란을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of estimating the second disturbance may include estimating the second disturbance by using the filtered third command and the second angular velocity as input to the second inverse model.

상기 제어 방법은 상기 제1 각속도에서 상기 제2 각속도의 차분 값에 기초하여 관성좌표계에 대한 차량의 선회 각속도와 자이로를 이용하여 측정한 관성좌표계에 대한 2축 짐벌 선회 각속도를 제3 각속도로 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 지령을 생성하는 단계는, 상기 제2 지령, 상기 제2 각속도에 대응하는 제2 외란 및 상기 제3 각속도에 기초하여 상기 제3 지령을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The control method calculates the turning angular velocity of the vehicle with respect to the inertial coordinate system and the two-axis gimbal turning angular velocity with respect to the inertial coordinate system measured using a gyro as a third angular velocity based on the difference value of the second angular velocity from the first angular velocity. Further comprising the step of generating the third command, the step of generating the third command based on the second command, a second disturbance corresponding to the second angular velocity, and the third angular velocity. You can.

상기 제어 방법은 상기 신호에 기초하여 서보모터를 구동하는 단계를 더 포함할 수 있다.The control method may further include driving a servomotor based on the signal.

본 개시의 일 실시예에 따르면 포탑의 안정화 정밀도를 높일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the stabilization precision of the turret can be increased.

실시예의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The effects of the embodiment are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 짐벌을 이용한 포탑 시스템을 도시한다.
도 2는 마찰 보상을 이용한 짐벌의 제어 구조를 나타낸 블록도이다.
도 3은 동역학 모델을 이용한 짐벌의 제어 구조를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 짐벌의 선회(roll) 방향 제어 구조를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 짐벌의 고저(pitch) 방향 제어 구조를 나타낸 블록도이다.
도 6는 본 개시의 일 실시예에 따른 짐벌의 제어 동작을 나타내는 순서도이다.
도 7는 본 개시의 일 실시예에 따른 짐벌의 선회(roll) 방향 안정도를 나타내는 그래프이다.
도 8는 본 개시의 일 실시예에 따른 짐벌의 고저(pitch) 방향 안정도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 다른 짐벌의 구조를 나타내는 블록도이다.1 shows a turret system using a gimbal according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 2 is a block diagram showing the control structure of a gimbal using friction compensation.
Figure 3 is a block diagram showing the control structure of a gimbal using a dynamic model.
Figure 4 is a block diagram showing a gimbal roll direction control structure according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 5 is a block diagram showing a pitch direction control structure of a gimbal according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 6 is a flowchart showing the control operation of a gimbal according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 7 is a graph showing the stability of the roll direction of the gimbal according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 8 is a graph showing stability in the pitch direction of a gimbal according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 9 is a block diagram showing the structure of another gimbal according to an embodiment of the present disclosure.

본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.Terms used in the present disclosure are merely used to describe specific embodiments and may not be intended to limit the scope of other embodiments. Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise. Terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field described in this disclosure. Among the terms used in this disclosure, terms defined in general dictionaries may be interpreted to have the same or similar meaning as the meaning they have in the context of related technology, and unless clearly defined in this disclosure, have an ideal or excessively formal meaning. It is not interpreted as In some cases, even terms defined in the present disclosure cannot be interpreted to exclude embodiments of the present disclosure.

이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.In various embodiments of the present disclosure described below, a hardware approach method is explained as an example. However, since various embodiments of the present disclosure include technology using both hardware and software, the various embodiments of the present disclosure do not exclude software-based approaches.

짐벌(gimbal)은 축을 중심으로 물체가 회전할 수 있도록 만들어진 구조물이다. 짐벌은 pitch, roll, yaw 라고 불리는 각각의 축을 기준으로 회전이 가능하여 물체의 균형을 유지할 수 있다. 본 개시에 따른 짐벌은 선회(roll) 방향, 고저(pitch) 방향 두개의 축을 이용한 짐벌일 수 있다.A gimbal is a structure made to rotate an object around an axis. The gimbal can rotate around each axis called pitch, roll, and yaw to maintain the balance of the object. The gimbal according to the present disclosure may be a gimbal using two axes: a roll direction and a pitch direction.

짐벌은 민수분야 군사분야를 막론하고 폭넓게 사용된다. 다만 CCTV, 카메라 받침, 액션캠에서와 같은 짐벌과 다르게 포탑 시스템에서의 짐벌은 극한의 환경에서 다양한 외란에 영향을 받으면서도, 포탑과 같은 비교적 질량이 큰 물체의 균형을 잡아야 한다. 더 나아가 포탑 시스템에서의 짐벌은 포탑의 조준 정확도, 정밀도와 직결 되어 군사 작전 등의 상황에서 신뢰성 높은 시스템을 구현할 수 있도록 동작하여야 한다. 때문에 포탑 시스템에서의 짐벌은 외란의 효과를 최소화 하여 안정성 높게 설계될 필요가 있다.Gimbals are widely used in both civil and military fields. However, unlike gimbals used in CCTV, camera stands, and action cameras, gimbals in turret systems must balance relatively large objects such as turrets while being affected by various disturbances in extreme environments. Furthermore, the gimbal in the turret system is directly related to the turret's aiming accuracy and precision and must operate to implement a highly reliable system in situations such as military operations. Therefore, the gimbal in the turret system needs to be designed to be highly stable by minimizing the effects of disturbance.

이하 본 개시는 짐벌의 제어에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 외란을 추정하는 짐벌을 이용하여 목표물을 일정하게 조준하기 위한 기술을 설명한다.Hereinafter, the present disclosure relates to control of a gimbal. Specifically, the present disclosure describes a technique for consistently aiming at a target using a gimbal that estimates disturbance.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 개시에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 개시에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Below, various embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings so that those skilled in the art can easily implement them. However, since the technical idea of the present disclosure can be modified and implemented in various forms, it is not limited to the embodiments described in the present disclosure. In describing the embodiments disclosed in the present disclosure, if it is determined that detailed description of related known technologies may obscure the gist of the technical idea of the present disclosure, the detailed description of the known technologies will be omitted. Identical or similar components will be assigned the same reference number and duplicate descriptions thereof will be omitted.

본 개시에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present disclosure, when an element is described as being “connected” to another element, this includes not only the case of being “directly connected” but also the case of being “indirectly connected” with another element in between. When an element is said to "include" another element, this means that it does not exclude another element in addition to the other element, but may further include another element, unless specifically stated to the contrary.

일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.Some embodiments may be described in terms of functional block configurations and various processing steps. Some or all of these functional blocks may be implemented as any number of hardware and/or software configurations that perform specific functions. For example, the functional blocks of the present disclosure may be implemented by one or more microprocessors, or may be implemented by circuit configurations for certain functions. Functional blocks of the present disclosure may be implemented in various programming or scripting languages. The functional blocks of this disclosure may be implemented as algorithms running on one or more processors. Functions performed by a functional block in the present disclosure may be performed by a plurality of functional blocks, or functions performed by a plurality of functional blocks in the present disclosure may be performed by a single functional block. Additionally, the present disclosure may employ conventional technologies for electronic environment setup, signal processing, and/or data processing.

또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용되었으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다. In addition, in the present disclosure, the expressions greater than or less than are used to determine whether a specific condition is satisfied or fulfilled, but this is only a description for expressing an example and excludes descriptions of more or less. It's not about doing it. Conditions written as ‘more than’ can be replaced with ‘more than’, conditions written as ‘less than’ can be replaced with ‘less than’, and conditions written as ‘more than and less than’ can be replaced with ‘greater than and less than’.

본 개시에 따른 기호 의 위 첨자, 변수 및 아래첨자는, 관성좌표계(Inertia coordinate) ''에 대한 2축 짐벌 외부좌표계(Outer gimbal coordinate) ''의 각속도 ''을 2축 짐벌 외부좌표계 '' 위에 나타낸 값을 지시할 수 있다.Symbols according to this disclosure Superscripts, variables, and subscripts are inertia coordinates. 'Outer gimbal coordinate system for '2-axis gimbal' 'Angular velocity of ' '2-axis gimbal external coordinate system' ' You can indicate the value shown above.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 6자유도 모션 플랫폼(120)을 포함한 포탑 시스템(100)을 도시한다. 도 1을 참고하면, 포탑(110)은 짐벌 구조로 구현될 수 있다. 1 illustrates a turret system 100 including a six-degree-of-freedom motion platform 120 according to one embodiment of the present disclosure. Referring to FIG. 1, the turret 110 may be implemented as a gimbal structure.

포탑(110)은 목표물을 다양한 방향으로 조준하고 발사할 수 있다. 예컨대 포탑(110)은 RCWS(Remotely Controlled Weapon Station)와 같이 전투차량의 상부장착 무장체계로서 다양한 환경에 의한 외란의 영향을 받을 수 있다.The turret 110 can aim and fire targets in various directions. For example, the turret 110 is a weapons system mounted on the top of a combat vehicle, such as a Remotely Controlled Weapon Station (RCWS), and can be affected by disturbances in various environments.

6자유도 모션 플랫폼(120)은 외란을 모사할 수 있도록 만들어진 구조물로서, 포탑(110)은 그 외란의 효과를 상쇄하여 목표물을 조준하고 발사할 수 있도록 제어될 수 있다. 예컨대 포탑(110)은 컨트롤러에 의해 센서 등에 의해 측정되는 각 축의 자세각이 일정하게 유지되도록 제어될 수 있다. 이러한 과정을 통해 외란이 발생하는 상황에서 사용자가 원하는 방향을 일정하게 지향할 수 있도록 한다.The six-degree-of-freedom motion platform 120 is a structure built to simulate disturbance, and the turret 110 can be controlled to aim and fire at a target by offsetting the effect of the disturbance. For example, the turret 110 may be controlled by a controller so that the attitude angle of each axis measured by a sensor or the like is kept constant. Through this process, the user can consistently aim in the desired direction in situations where disturbance occurs.

이러한 포탑(110)은 양산되는 경우 동일 제품이라 할지라도 공차 및 모터의 특성에 따라 마찰의 크기가 달라져 안정화 정밀도가 일정하지 않을 수 있다. 따라서 제품별 마찰 특성에 적응적으로 대응하는 안정화제어 기술을 발명하여 동일 제품의 양산간 안정화 정밀도를 일정하게 유지하는 것이 요구된다. 이하 마찰 보상을 이용한 짐벌, 동역학 모델을 이용한 짐벌의 제어 구조를 설명한다.When such a turret 110 is mass-produced, even if it is the same product, the magnitude of friction may vary depending on tolerances and characteristics of the motor, so stabilization precision may not be constant. Therefore, it is necessary to invent a stabilization control technology that adaptively responds to the friction characteristics of each product to maintain constant stabilization precision between mass productions of the same product. Below, we will describe the control structure of a gimbal using friction compensation and a gimbal using a dynamics model.

도 2는 마찰 보상을 이용한 짐벌의 제어 구조(200)를 나타낸 블록도이다.Figure 2 is a block diagram showing the control structure 200 of a gimbal using friction compensation.

도 2를 참고하면, 자이로 센서를 이용하여 각속도를 측정하고 고전 제어 블록(210)과 마찰 보상 블록(220)을 이용하여 안정화 제어를 위한 모터 토크 지령을 산출한다. 이후 산출된 모터 토크 지령을 전류 변환 블록(230)을 통해 전기적 신호로 변환하고 모터 블록(240)에 입력하여 모터를 제어한뒤 다시 자이로 센서를 이용하여 각속도를 측정하는 루프를 개략적으로 나타낸다.Referring to FIG. 2, the angular velocity is measured using a gyro sensor, and a motor torque command for stabilization control is calculated using the classical control block 210 and the friction compensation block 220. Afterwards, the calculated motor torque command is converted into an electrical signal through the current conversion block 230, input to the motor block 240 to control the motor, and then the angular velocity is measured again using the gyro sensor.

예컨대 선회(yaw) 방향에 대한 짐벌 제어인 경우, 선회 방향에 대한 각속도 지령 , 을 자이로 센서를 이용하여 측정된 각속도 와 비교하여 오차 를 비교한다. For example, in the case of gimbal control for the yaw direction, the angular velocity command for the yaw direction , the angular velocity measured using a gyro sensor error compared to Compare.

고전 제어 블록(210)에서는 오차를 이용하여 PID 제어와 같은 방식을 이용하여 모터 토크를 제어하기 위한 토크 지령 을 출력한다. In the classical control block 210, a torque command is given to control the motor torque using a method such as PID control using error. outputs.

마찰 보상 블록(220)은 짐벌에 관한 정적 또는 동적 마찰 모델에 기초하여 추정되는 마찰 보상을 통해 토크 지령을 출력한다.The friction compensation block 220 provides a torque command through friction compensation estimated based on a static or dynamic friction model for the gimbal. outputs.

고전 제어 블록(210)과 마찰 보상 블록(220)에 의해 산출되는 최종 토크 지령 을 전류 변환 블록(230)에 입력하여 전기적 신호 를 모터 블록(240)에 입력한다.Final torque command calculated by classical control block 210 and friction compensation block 220 is input to the current conversion block 230 to obtain an electrical signal Input to the motor block 240.

위와 같은 과정을 반복하여 짐벌을 제어할 수 있다.You can control the gimbal by repeating the above process.

이러한 마찰 보상을 이용한 짐벌의 제어는 고전제어와 마찰 보상이 설계되는 기준점에서는 목표 안정화 정밀도가 확보되나 설계기준점을 벗어난 경우에는 안정화제어 성능이 현저히 하락 하게 된다. 또한 양산품별로 마찰 특성이 다를 경우 각 제품의 안정화 정밀도를 일정하게 확보하는 것이 어렵다.In the control of the gimbal using such friction compensation, target stabilization precision is secured at the reference point where classical control and friction compensation are designed, but when the design reference point is exceeded, the stabilization control performance is significantly reduced. Additionally, if the friction characteristics are different for each mass-produced product, it is difficult to ensure consistent stabilization precision for each product.

도 3은 동역학 모델을 이용한 짐벌의 제어 구조를 나타낸 블록도이다.Figure 3 is a block diagram showing the control structure of a gimbal using a dynamic model.

도 3을 참고하면, 짐벌의 동역학 모델(320)을 이용하여 모터에 토크 지령을 전달하고, 자이로 센서를 이용하여 각속도를 측정하며, 고전 제어 블록(310)과 외란 관측기(330)를 이용하여 안정화 제어를 위한 모터 토크 지령을 산출한다.Referring to Figure 3, torque commands are transmitted to the motor using the gimbal's dynamics model 320, angular velocity is measured using a gyro sensor, and stabilization is performed using the classical control block 310 and disturbance observer 330. Calculates motor torque command for control.

예컨대 선회(yaw) 방향에 대한 짐벌 제어인 경우, 선회 방향에 대한 각속도 지령 , 을 자이로 센서를 이용하여 측정된 각속도 와 비교하여 오차 를 비교한다. For example, in the case of gimbal control for the yaw direction, the angular velocity command for the yaw direction , the angular velocity measured using a gyro sensor error compared to Compare.

고전 제어 블록(310)에서는 오차를 이용하여 되먹임(feedback)을 수행하고 및 이미 알려진 각속도 지령 을 이용하여 앞먹임(forwardback)을 수행할 수 있다. 이러한 과정을 통해 모터 토크를 제어하기 위한 토크 지령 을 출력한다. In the classical control block 310, feedback is performed using an error and a known angular velocity command. You can perform forwardback using . Torque command to control motor torque through this process outputs.

이후 외란 관측기(330)로부터 출력된 토크 외란 추정치 차분한 토크 지령 을 짐벌의 동역학 모델(320)에 입력할 수 있다. 이때 는 비선형 토크 외란으로서, 수학적으로 정의되지 않는 노이즈일 수 있으며, 토크 지령 와 같이 동역학 모델(320)에 입력될 수 있다.Thereafter, the torque disturbance estimate output from the disturbance observer 330 Calm torque command can be input into the dynamic model 320 of the gimbal. At this time is a nonlinear torque disturbance, which may be noise that is not mathematically defined, and is a torque command It can be input into the dynamics model 320 as follows.

동역학 모델(320)은 짐벌의 모터 토크 지령에 따른 각속도의 동역학 모델을 지시할 수 있다. 짐벌의 동역학 모델(320)은 전달 함수로 표현 될 수 있으며, 짐벌의 특징에 따라 고차 방정식의 함수로 표현될 수 있다. 짐벌의 동역학 모델(320)은 짐벌의 제어 지령에 따른 전달 함수를 통해 계산되고, 실측 값에 따라 파라미터등이 조정될 수 있다. 예컨대 동역학 모델(320)은 설계 기준에 대한 수학모델 으로 정립될 수 있다.The dynamic model 320 may indicate a dynamic model of angular velocity according to the gimbal's motor torque command. The dynamic model 320 of the gimbal can be expressed as a transfer function and, depending on the characteristics of the gimbal, as a function of higher-order equations. The dynamic model 320 of the gimbal is calculated through a transfer function according to the control command of the gimbal, and parameters can be adjusted according to the actual measured values. For example, the dynamic model 320 is a mathematical model for design standards. It can be established as

외란 관측기(330)는 토크 지령 과 각속도 에 기초하여 토크 외란 추정치 를 산출할 수 있다. 구체적으로 외란 관측기(330)는 각속도에 관한 동역학 모델(320)의 역 모델(331) 및 저역 통과 필터(333)를 포함할 수 있다. The disturbance observer 330 provides a torque command. and angular velocity Torque disturbance estimate based on can be calculated. Specifically, the disturbance observer 330 may include an inverse model 331 and a low-pass filter 333 of the dynamics model 320 for angular velocity.

역 모델(331)은 동역학 모델(320)로부터 도출된 역 모델(inverse model)로서, 동역학 모델(320)의 입력 신호를 출력 신호로 하고 동역학 모델(320) 출력 신호를 입력 신호로 하여 생성된 모델을 지시할 수 있다. 예컨대 역 모델(331)은 역함수 과 저역 통과 필터 를 이용하여 구현될 수 있다. The inverse model 331 is an inverse model derived from the dynamics model 320, and is a model created using the input signal of the dynamics model 320 as an output signal and the output signal of the dynamics model 320 as an input signal. can be instructed. For example, the inverse model 331 is an inverse function and low-pass filter It can be implemented using .

저역 통과 필터(333)는 토크 지령을 저주파수 대역의 필터에 통과시키고, 역 모델(331)의 출력 값에서 차분하여 토크 외란 추정치 를 산출할 수 있다.The low-pass filter 333 is a torque command is passed through a filter in a low frequency band, and the torque disturbance estimate is differentiated from the output value of the inverse model 331. can be calculated.

외란 관측기(330)는 외란 추정치 를 모터 토크를 제어하기 위한 토크 지령 에 전달하여 상쇄 시킴으로서 외란에 의한 오차를 최소화 할 수 있다. 짐벌은 위와 같은 짐벌의 제어 구조(300)을 반복하여 균형을 유지할 수 있다.The disturbance observer 330 provides a disturbance estimate. Torque command to control motor torque By transmitting it to and canceling it out, errors caused by disturbance can be minimized. The gimbal can maintain balance by repeating the gimbal control structure 300 described above.

짐벌 중 2축 짐벌은 선회(yaw) 방향과 고저(pitch) 방향의 안정화 제어를 통해 짐벌의 균형을 유지할 수 있다. 이하 2축 짐벌의 구체적인 제어 방법에 대해 후술한다.Among gimbals, 2-axis gimbals can maintain the balance of the gimbal through stabilization control in the yaw and pitch directions. The specific control method of the two-axis gimbal will be described below.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 짐벌의 선회(yaw) 방향 제어 구조(400)를 나타낸 블록도이다. Figure 4 is a block diagram showing a yaw direction control structure 400 of a gimbal according to an embodiment of the present disclosure.

도 4를 참고하면 짐벌의 선회 방향 제어 구조(400)는 중력 방향을 기준으로 제1 각속도 를 측정하는 자이로 센서와 짐벌을 기준으로 제2 각속도를 측정하는 각도 센서를 이용하고, 짐벌의 동역학 모델을 통해 짐벌을 제어할 수 있다.Referring to Figure 4, the turning direction control structure 400 of the gimbal is configured to set a first angular velocity based on the direction of gravity. The second angular velocity based on the gyro sensor and gimbal that measures Using an angle sensor that measures , the gimbal can be controlled through the dynamic model of the gimbal.

도 4에 도시된 것과 같이 제1 고전 제어 블록(410)에서는 제1 지령 과 제1 각속도 간의 오차를 이용하여 되먹임(feedback)을 수행하고 및 이미 알려진 각속도 지령 를 이용하여 앞먹임(forwardback)을 수행할 수 있다. 이후 제1 외란 관측기(440)로부터 출력된 제1 외란 추정치 를 차분하여 제2 지령 을 생성할 수 있다.As shown in Figure 4, in the first classical control block 410, the first command and first angular velocity Feedback is performed using the error between the angular velocities and the already known angular velocity command. You can perform forwardback using . Thereafter, the first disturbance estimate output from the first disturbance observer 440 Calm down the second command can be created.

제2 지령은 관성좌표계 I 에 대한 2축 짐벌 외부 좌표계 O 의 각속도이므로, 관성좌표계에 대한 차량의 선회 각속도인 제3 각속도 를 이용하여, 제2 지령을 관성좌표계 B 에 대한 2축 짐벌 외부 좌표계 O 의 각속도로 좌표 변환할 수 있다. 이때 제3 각속도는 제1 각속도 에서 제2 각속도 를 차분한 값일 수 있다.Since the second command is the angular velocity of the two-axis gimbal external coordinate system O with respect to the inertial coordinate system I, the third angular velocity is the turning angular velocity of the vehicle with respect to the inertial coordinate system. Using , the second command can be coordinate converted to the angular velocity of the two-axis gimbal external coordinate system O with respect to the inertial coordinate system B. At this time, the third angular velocity is the first angular velocity 2nd angular velocity at can be a calm value.

제2 고전 제어 블록(420)에서는 좌표 변환한 제2 지령 과 제2 각속도 간의 오차를 이용하여 되먹임(feedback)을 수행하고 및 이미 알려진 각속도 지령 를 이용하여 앞먹임(forwardback)을 수행할 수 있다. 이후 제2 외란 관측기(450)로부터 출력된 제2 외란 추정치 를 차분하여 제3 지령 을 생성할 수 있다. In the second classical control block 420, the coordinate-converted second command and second angular velocity Feedback is performed using the error between the angular velocities and the already known angular velocity command. You can perform forwardback using . Thereafter, the second disturbance estimate output from the second disturbance observer 450 The third command is calm. can be created.

이후 제3 지령을 동역학 모델(430)에 입력할 수 있다. 이때 이때 는 비선형 토크 외란으로서, 수학적으로 정의되지 않는 노이즈일 수 있으며 제3 지령과 같이 동역학 모델(430)에 입력될 수 있다.Afterwards, the third command can be input into the dynamics model 430. At this time is a nonlinear torque disturbance, which may be noise that is not mathematically defined and may be input to the dynamics model 430 like the third command.

동역학 모델(430)은 짐벌의 토크 지령에 따른 선회 방향 각속도의 동역학 모델을 지시할 수 있다. 짐벌의 동역학 모델(430)은 전달 함수로 표현 될 수 있으며, 짐벌의 특징에 따라 고차 방정식의 함수로 표현될 수 있다. 짐벌의 동역학 모델(430)은 짐벌의 제어 지령에 따른 전달 함수를 통해 계산되고, 실측 값에 따라 파라미터등이 조정될 수 있다. 예컨대 동역학 모델(430)은 수학모델 으로 정립될 수 있다. 동역학 모델(430)은 제3 지령을 입력받아 서보 모터에 입력될 전기적 신호를 생성할 수 있다.The dynamic model 430 may indicate a dynamic model of the angular velocity in the turning direction according to the torque command of the gimbal. The dynamic model 430 of the gimbal can be expressed as a transfer function and, depending on the characteristics of the gimbal, as a function of higher order equations. The dynamic model 430 of the gimbal is calculated through a transfer function according to the control command of the gimbal, and parameters can be adjusted according to the actual measured values. For example, the dynamics model 430 is a mathematical model It can be established as The dynamics model 430 may receive the third command and generate an electrical signal to be input to the servo motor.

제1 외란 관측기(440)는 제2 지령 과 자이로 센서로 측정된 제1 각속도에 기초하여 제1 외란 추정치 를 산출할 수 있다. 구체적으로 제1 외란 관측기(440)는 제1 각속도에 관한 동역학 모델(430)의 역 모델(441) 및 저역 통과 필터(444)을 포함할 수 있다.The first disturbance observer 440 is the second command and the first angular velocity measured by the gyro sensor First disturbance estimate based on can be calculated. Specifically, the first disturbance observer 440 may include an inverse model 441 and a low-pass filter 444 of the dynamics model 430 regarding the first angular velocity.

제1 각속도에 관한 동역학 모델의 역 모델(441)은 동역학 모델(430)로부터 도출된 역 모델(inverse model)로서 내부루프(각도센서 사용)의 입력 신호를 출력 신호로 하고 동역학 모델(430)의 출력 신호를 입력 신호로 하여 생성된 모델을 지시할 수 있다. 즉 역 모델(441)은 제1 각속도를 입력신호로 제2 지령을 출력으로 할 수 있다. 예컨대 역 모델(441)은 역함수 과 저역 통과 필터 를 이용하여 구현될 수 있다.The inverse model 441 of the dynamics model for the first angular velocity is an inverse model derived from the dynamics model 430, with the input signal of the inner loop (using an angle sensor) as the output signal and the dynamic model 430. The generated model can be indicated by using the output signal as an input signal. That is, the inverse model 441 can use the first angular velocity as an input signal and the second command as an output. For example, the inverse model 441 is an inverse function and low-pass filter It can be implemented using .

저역 통과 필터(444)는 제2 지령 을 저주파수 대역의 필터에 통과시키고, 역 모델(441)의 출력 값에서 차분하여 제1 외란 추정치 를 산출할 수 있다.The low-pass filter 444 is the second command is passed through a low-frequency band filter, and is differentiated from the output value of the inverse model 441 to estimate the first disturbance. can be calculated.

제2 외란 관측기(450)는 제3 지령 과 각도 센서로 측정된 제2 각속도 에 기초하여 제2 외란 추정치 를 산출할 수 있다. 구체적으로 제2 외란 관측기(450)는 제2 각속도에 관한 동역학 모델(430)의 역 모델(451) 및 저역 통과 필터(453)을 포함할 수 있다.The second disturbance observer 450 is the third command and the second angular velocity measured with the angle sensor. Second disturbance estimate based on can be calculated. Specifically, the second disturbance observer 450 may include an inverse model 451 and a low-pass filter 453 of the dynamics model 430 regarding the second angular velocity.

제2 각속도에 관한 동역학 모델의 역 모델(451)은 동역학 모델(430)로부터 도출된 역 모델(inverse model)로서 동역학 모델(430)의 입력 신호를 출력 신호로 하고 동역학 모델(430)의 출력 신호를 입력 신호로 하여 생성된 모델을 지시할 수 있다. 즉 역 모델(451)은 제2 각속도를 입력으로 제3 지령을 출력으로 할 수 있다. 예컨대 역 모델(451)은 역함수 과 저역 통과 필터 를 이용하여 구현될 수 있다.The inverse model 451 of the dynamics model for the second angular velocity is an inverse model derived from the dynamics model 430, with the input signal of the dynamics model 430 as the output signal and the output signal of the dynamics model 430. The generated model can be indicated using as an input signal. That is, the inverse model 451 can use the second angular velocity as input and the third command as output. For example, the inverse model 451 is an inverse function and low-pass filter It can be implemented using .

저역 통과 필터(453)는 제3 지령 을 저주파수 대역의 필터에 통과시키고, 역 모델(451)의 출력 값에서 차분하여 제2 외란 추정치 를 산출할 수 있다.The low-pass filter 453 is the third command is passed through a filter in a low frequency band, and is differentiated from the output value of the inverse model 451 to estimate the second disturbance. can be calculated.

제1 외란 관측기(440)는 제1 외란 추정치를 제2 지령에 전달하여 외란 효과를 상쇄 시키고, 제2 외란 관측기(450)는 제2 외란 추정치를 제3 지령에 전달하여 외란 효과를 상쇄시킬 수 있다. 짐벌은 위와 같은 짐벌의 제어 구조(400)을 반복하여 선회 방향의 균형을 유지할 수 있다.The first disturbance observer 440 transmits the first disturbance estimate to the second command to cancel out the disturbance effect, and the second disturbance observer 450 transmits the second disturbance estimate to the third command to cancel out the disturbance effect. there is. The gimbal can maintain the balance of the turning direction by repeating the gimbal control structure 400 described above.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 짐벌의 고저(pitch) 방향 제어 구조를 나타낸 블록도이다.Figure 5 is a block diagram showing a pitch direction control structure of a gimbal according to an embodiment of the present disclosure.

도 5를 참고하면 짐벌의 고저 방향 제어 구조(500)는 중력 방향을 기준으로 제1 각속도를 측정하는 자이로 센서 및 각도센서와 짐벌을 기준으로 제2 각속도를 측정하는 각도 센서를 이용하고, 짐벌의 동역학 모델을 통해 짐벌을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 5, the elevation direction control structure 500 of the gimbal controls the first angular velocity based on the direction of gravity. The second angular velocity is based on the gyro sensor, angle sensor, and gimbal that measure Using an angle sensor that measures , the gimbal can be controlled through the dynamic model of the gimbal.

도 5에 도시된 것과 같이 제1 고전 제어 블록(510)에서는 제1 지령과 제1 각속도간의 오차를 이용하여 되먹임(feedback)을 수행하고 및 이미 알려진 각속도지령 을 이용하여 앞먹임(forwardback)을 수행할 수 있다. 이후 제1 외란 관측기(540)로부터 출력된 제1 외란 추정치 를 차분하여 제2 지령 을 생성할 수 있다.As shown in Figure 5, in the first classical control block 510, the first command and first angular velocity Feedback is performed using the error between the angular velocity and the already known angular velocity command. You can perform forwardback using . Thereafter, the first disturbance estimate output from the first disturbance observer 540 Calm down the second command can be created.

제2 지령은 관성좌표계 I 에 대한 2축 짐벌 내부 좌표계 G 의 각속도이므로, 자이로를 이용하여 측정한 관성좌표계에 대한 2축 짐벌 선회 각속도인 제3 각속도 를 이용하여, 제2 지령을 좌표계 O 에 대한 좌표계 G 의 각속도로 좌표 변환할 수 있다. 이때 제3 각속도 는 자이로센서에서 측정된 2축 짐벌 외부 좌표계의 고저(pitch)방향 각속도 값일 수 있다.Since the second command is the angular velocity of the two-axis gimbal internal coordinate system G with respect to the inertial coordinate system I, the third angular velocity is the two-axis gimbal turning angular velocity with respect to the inertial coordinate system measured using the gyro. Using , the second command can be converted to the angular velocity of the coordinate system G with respect to the coordinate system O. At this time, the third angular velocity May be the angular velocity value in the pitch direction of the two-axis gimbal external coordinate system measured by the gyro sensor.

제2 고전 제어 블록(520)에서는 좌표 변환한 제2 지령 과 제2 각속도 간의 오차를 이용하여 되먹임(feedback)을 수행하고 및 이미 알려진 각속도지령 을 이용하여 앞먹임(forwardback)을 수행할 수 있다. 이후 제2 외란 관측기(550)로부터 출력된 제2 외란 추정치 를 차분하여 제3 지령 을 생성할 수 있다.In the second classical control block 520, the coordinate-converted second command and second angular velocity Feedback is performed using the error between the angular velocity and the already known angular velocity command. You can perform forwardback using . Thereafter, the second disturbance estimate output from the second disturbance observer 550 The third command is calm. can be created.

이때 고저 방향에 있어서 제3 지령 에 대해 중력 보상(570)을 수행할 수 있다. 중력 보상(570)은 고저 방향의 각속도 및 각도에 따라 중력을 보상하는 모델에 제2 각속도 또는 각도를 입력하여 출력된 값을 이용하여 중력 보상을 할 수 있다.At this time, the third command in the elevation direction Gravity compensation 570 may be performed for . Gravity compensation 570 may compensate for gravity using the value output by inputting a second angular velocity or angle into a model that compensates for gravity according to the angular velocity and angle in the elevation direction.

이후 제3 지령을 동역학 모델(530)에 입력할 수 있다. 이때 이때 는 비선형 토크 외란으로서, 수학적으로 정의되지 않는 노이즈일 수 있으며 제3 지령과 같이 동역학 모델(530)에 입력될 수 있다.Afterwards, the third command can be input into the dynamics model 530. At this time is a nonlinear torque disturbance, which may be noise that is not mathematically defined and may be input to the dynamics model 530 like the third command.

동역학 모델(530)은 짐벌의 토크 지령에 따른 고저 방향 각속도의 동역학 모델을 지시할 수 있다. 짐벌의 동역학 모델(530)은 전달 함수로 표현 될 수 있으며, 짐벌의 특징에 따라 고차 방정식의 함수로 표현될 수 있다. 짐벌의 동역학 모델(530)은 짐벌의 제어 지령에 따른 전달 함수를 통해 계산되고, 실측 값에 따라 파라미터등이 조정될 수 있다. 예컨대 동역학 모델(530)은 수학모델 으로 정립될 수 있다. 동역학 모델(530)은 제3 지령을 입력받아 서보 모터에 입력될 전기적 신호를 생성할 수 있다.The dynamic model 530 may indicate a dynamic model of angular velocity in the high and low directions according to the torque command of the gimbal. The dynamic model 530 of the gimbal can be expressed as a transfer function and, depending on the characteristics of the gimbal, as a function of higher-order equations. The dynamic model 530 of the gimbal is calculated through a transfer function according to the control command of the gimbal, and parameters can be adjusted according to the actual measured values. For example, the dynamics model 530 is a mathematical model It can be established as The dynamics model 530 may receive the third command and generate an electrical signal to be input to the servo motor.

제1 외란 관측기(540)는 제2 지령 과 자이로 센서 및 각도 센서로 측정된 제1 각속도 에 기초하여 제1 외란 추정치 를 산출할 수 있다. 구체적으로 제1 외란 관측기(540)는 제1 각속도에 관한 동역학 모델(530)의 역 모델(541) 및 저역 통과 필터(543)을 포함할 수 있다.The first disturbance observer 540 is the second command and the first angular velocity measured by the gyro sensor and the angle sensor First disturbance estimate based on can be calculated. Specifically, the first disturbance observer 540 may include an inverse model 541 and a low-pass filter 543 of the dynamics model 530 regarding the first angular velocity.

제1 각속도에 관한 동역학 모델의 역 모델(541)은 동역학 모델(530)로부터 도출된 역 모델(inverse model)로서 내부루프(각도센서 사용)의 입력 신호를 출력 신호로 하고 동역학 모델(530)의 출력 신호를 입력 신호로 하여 생성된 모델을 지시할 수 있다. 즉 역 모델(541)은 제1 각속도를 입력신호로 제2 지령을 출력으로 할 수 있다. 예컨대 역 모델(541)은 역함수 과 저역 통과 필터 를 이용하여 구현될 수 있다.The inverse model 541 of the dynamics model for the first angular velocity is an inverse model derived from the dynamics model 530, which uses the input signal of the inner loop (using an angle sensor) as an output signal and is the inverse model of the dynamics model 530. The generated model can be indicated by using the output signal as an input signal. That is, the inverse model 541 can use the first angular velocity as an input signal and the second command as an output. For example, the inverse model 541 is an inverse function and low-pass filter It can be implemented using .

저역 통과 필터(543)는 제2 지령 을 저주파수 대역의 필터에 통과시키고, 역 모델(541)의 출력 값에서 차분하여 제1 외란 추정치 를 산출할 수 있다.The low-pass filter 543 is the second command is passed through a low-frequency band filter, and is differentiated from the output value of the inverse model 541 to estimate the first disturbance. can be calculated.

제2 외란 관측기(550)는 제3 지령 과 각도 센서로 측정된 제2 각속도 에 기초하여 제2 외란 추정치 를 산출할 수 있다. 구체적으로 제2 외란 관측기(550)는 제2 각속도에 관한 동역학 모델(530)의 역 모델(551) 및 저역 통과 필터(553)을 포함할 수 있다.The second disturbance observer 550 is the third command and the second angular velocity measured with the angle sensor. Second disturbance estimate based on can be calculated. Specifically, the second disturbance observer 550 may include an inverse model 551 and a low-pass filter 553 of the dynamics model 530 for the second angular velocity.

제2 각속도에 관한 동역학 모델의 역 모델(551)은 동역학 모델(530)로부터 도출된 역 모델(inverse model)로서 동역학 모델(530)의 입력 신호를 출력 신호로 하고 동역학 모델(530)의 출력 신호를 입력 신호로 하여 생성된 모델을 지시할 수 있다. 즉 역 모델(551)은 제2 각속도를 입력으로 제3 지령을 출력으로 할 수 있다. 예컨대 역 모델(551)은 역함수 과 저역 통과 필터 를 이용하여 구현될 수 있다.The inverse model 551 of the dynamics model for the second angular velocity is an inverse model derived from the dynamics model 530, with the input signal of the dynamics model 530 as the output signal and the output signal of the dynamics model 530. The generated model can be indicated using as an input signal. That is, the inverse model 551 can use the second angular velocity as input and the third command as output. For example, the inverse model 551 is an inverse function and low-pass filter It can be implemented using .

저역 통과 필터(553)는 제3 지령 을 저주파수 대역의 필터에 통과시키고, 역 모델(551)의 출력 값에서 차분하여 제2 외란 추정치 를 산출할 수 있다.The low-pass filter 553 is the third command is passed through a low-frequency band filter, and is differentiated from the output value of the inverse model 551 to estimate the second disturbance. can be calculated.

제1 외란 관측기(540)는 제1 외란 추정치를 제2 지령에 전달하여 외란 효과를 상쇄 시키고, 제2 외란 관측기(550)는 제2 외란 추정치를 제3 지령에 전달하여 외란 효과를 상쇄시킬 수 있다. 짐벌은 위와 같은 짐벌의 제어 구조(500)을 반복하여 고저 방향의 균형을 유지할 수 있다.The first disturbance observer 540 can transmit the first disturbance estimate to the second command to cancel out the disturbance effect, and the second disturbance observer 550 can transmit the second disturbance estimate to the third command to cancel out the disturbance effect. there is. The gimbal can maintain balance in the elevation and low directions by repeating the control structure 500 of the gimbal described above.

도 6는 본 개시의 일 실시예에 따른 짐벌의 제어 동작을 나타내는 순서도이다.Figure 6 is a flowchart showing the control operation of a gimbal according to an embodiment of the present disclosure.

도 6을 참고하면, 짐벌은 S610 단계에서 제1 지령을 입력 받을 수 있다. 제1 지령은 중력 방향을 기준으로 하는 제1 각속도를 제어하기 위한 지령일 수 있다.Referring to Figure 6, the gimbal can receive the first command in step S610. The first command may be a command for controlling the first angular velocity based on the direction of gravity.

짐벌은 S620 단계에서 중력 방향을 기준으로 하는 제1 각속도를 전달 받을 수 있다. 구체적으로 짐벌은 자이로 센서로부터 측정된, 중력 방향을 기준으로 하는 제1 각속도를 전달 받을 수 있다.The gimbal can receive the first angular velocity based on the direction of gravity in step S620. Specifically, the gimbal can receive the first angular velocity measured from the gyro sensor and based on the direction of gravity.

짐벌은 S630 단계에서 제1 지령 및 제1 각속도에 대응하는 제1 외란에 기초하여, 제2 지령을 생성할 수 있다. 이러한 제2 지령은 자이로 센서로부터 측정된 각속도와 제1 지령 사이의 오차를 피드백 받거나 이미 알려진 각속도 지령과 함께 제1 각속도에 대응하는 제1 외란을 고려하여 생성될 수 있다. The gimbal may generate a second command based on the first command and the first disturbance corresponding to the first angular velocity in step S630. This second command may be generated by feeding back an error between the angular velocity measured from the gyro sensor and the first command, or by considering the first disturbance corresponding to the first angular velocity together with the already known angular velocity command.

이러한 제1 외란은 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제1 각속도에 관한 제1 역 모델을 이용하여 추정된 값일 수 있다. 구체적으로 짐벌은 필터링된 제2 지령 및 제1 각속도를 제1 역 모델의 입력으로 하여 제1 외란을 추정할 수 있다.This first disturbance may be a value estimated using a first inverse model for the first angular velocity derived by a dynamic model of the gimbal. Specifically, the gimbal may estimate the first disturbance using the filtered second command and first angular velocity as input to the first inverse model.

짐벌은 S640 단계에서 각도 센서로부터 측정된, 짐벌을 기준으로 하는 제2 각속도를 전달 받을 수 있다.The gimbal may receive the second angular velocity measured from the angle sensor and based on the gimbal in step S640.

짐벌은 S650 단계에서 제2 지령 및 제2 각속도에 대응하는 제2 외란에 기초하여, 제3 지령을 생성할 수 있다. 구체적으로 짐벌은 제1 각속도에서 제2 각속도의 차분 값에 기초한 관성좌표계에 대한 차량의 선회 각속도와 자이로를 이용하여 측정한 관성좌표계에 대한 2축 짐벌 선회 각속도를 제3 각속도로 산출하고 제2 지령, 제2 각속도에 대응하는 제2 외란 및 제3 각속도에 기초하여 제3 지령을 생성할 수 있다. 제3 지령은 모터를 제어하기 위한 지령을 지시할 수 있다. 이러한 제3 지령은 각도 센서로부터 측정된 각속도와 제2 지령 사이의 오차를 피드백 받거나 이미 알려진 각속도 지령과 함께 제2 각속도에 대응하는 제2 외란을 고려하여 생성될 수 있다.The gimbal may generate a third command based on the second command and the second disturbance corresponding to the second angular velocity in step S650. Specifically, the gimbal calculates the turning angular velocity of the vehicle with respect to the inertial coordinate system based on the difference value of the second angular velocity from the first angular velocity and the two-axis gimbal turning angular velocity with respect to the inertial coordinate system measured using the gyro as the third angular velocity and provides a second command. , a third command may be generated based on the second disturbance and the third angular velocity corresponding to the second angular velocity. The third command may indicate a command for controlling the motor. This third command may be generated by feeding back an error between the angular velocity measured from the angle sensor and the second command, or by considering a second disturbance corresponding to the second angular velocity together with an already known angular velocity command.

이러한 제2 외란은 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제2 각속도에 관한 제2 역 모델을 이용하여 추정된 값일 수 있다. 구체적으로 짐벌은 필터링된 제3 지령 및 제2 각속도를 제2 역 모델의 입력으로 하여 제2 외란을 추정할 수 있다.This second disturbance may be a value estimated using a second inverse model for the second angular velocity derived by a dynamic model of the gimbal. Specifically, the gimbal may estimate the second disturbance by using the filtered third command and second angular velocity as input to the second inverse model.

짐벌은 S660 단계에서 제3 지령을 짐벌의 동역학 모델에 입력하여 모터를 제어하기 위한 전기적 신호를 생성할 수 있다. 짐벌의 서보 모터는 전기적 신호에 기초하여 짐벌의 균형을 유지하거나 포탑의 안정성을 유지할 수 있다. 서보 모터에 의한 제어와 병렬적으로 자이로 센서는 중력 방향을 기준으로 하는 제1 각속도를 측정하여 제1 외란 관측기 및 제1 지령에 대해 되먹임 할 수 있다. 또한 서보 모터에 의한 제어와 병렬적으로 각도 센서는 짐벌을 기준으로 하는 제2 각속도를 측정하여 제2 외란 관측기 및 제2 지령에 대해 되먹임 할 수 있다.The gimbal can generate an electrical signal to control the motor by inputting the third command into the dynamics model of the gimbal in step S660. The gimbal's servo motor can maintain the balance of the gimbal or the stability of the turret based on electrical signals. In parallel with the control by the servo motor, the gyro sensor can measure the first angular velocity based on the direction of gravity and provide feedback to the first disturbance observer and the first command. Additionally, in parallel with the control by the servo motor, the angle sensor can measure the second angular velocity based on the gimbal and provide feedback to the second disturbance observer and the second command.

도 7는 본 개시의 일 실시예에 따른 짐벌의 선회(yaw) 방향 안정도를 나타내는 그래프이고, 도 8는 본 개시의 일 실시예에 따른 짐벌의 고저(pitch) 방향 안정도를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing stability in the yaw direction of a gimbal according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 8 is a graph showing stability in the pitch direction of the gimbal according to an embodiment of the present disclosure.

구체적으로 도7 및 도 8은 RCWS 1호기와 RCWS 2호기에 동일한 외란을 인가한 후 RCWS 1 과 RCWS 2 에 대해 자이로에서 측정한 각속도 정보다. 그 각속도 정보를 각도로 적분한 후 0(deg)를 기준으로 표준편차를 계산하여 안정화 정밀도를 산출한 값이다.Specifically, Figures 7 and 8 show angular velocity information measured by the gyro for RCWS 1 and RCWS 2 after applying the same disturbance to RCWS 1 and RCWS 2. This is the value obtained by integrating the angular velocity information into angles and then calculating the standard deviation based on 0 (deg) to calculate stabilization precision.

도 7 및 도 8에서의 결과는 표 1에서와 같이 나타낼 수 있다.The results in FIGS. 7 and 8 can be shown as in Table 1.

선회turning 고저height 안정화 정밀도 기준Stabilization precision criteria RCWS 1호기RCWS Unit 1 0.69[mrad]0.69[mrad] 0.53[mrad]0.53[mrad] 1[mrad] = 0.001[rad]1[mrad] = 0.001[rad] RCWS 2호기RCWS Unit 2 0.61[mrad]0.61[mrad] 0.64[mrad]0.64[mrad] 1[mrad] = 0.001[rad]1[mrad] = 0.001[rad]

표 1에서 나타낸 것과 같이 2개의 RCWS간의 안정화 정밀도 차이는 약 0.1[mrad]으로, 포탑의 안정화를 위한 정밀도 기준치인 1[mrad]을 만족한다. 이와 같이 양산품을 중력 방향을 기준으로 제1 각속도를 측정하는 자이로 센서와 짐벌을 기준으로 제2 각속도를 측정하는 각도 센서를 이용하고, 짐벌의 동역학 모델을 통해 짐벌을 제어하게 될 경우, 높은 안정화 정밀도를 가지는 제어 시스템을 구현할 수 있다.도 9는 본 개시의 일 실시예에 다른 짐벌의 구조(900)를 나타내는 블록도이다. 짐벌은 자이로 센서(910), 각도 센서(920), 서보 모터(930) 및 컨트롤러(940)를 포함할 수 있다.As shown in Table 1, the difference in stabilization precision between the two RCWS is about 0.1 [mrad], which satisfies the precision standard of 1 [mrad] for stabilization of the turret. In this way, when mass-produced products use a gyro sensor that measures the first angular velocity based on the direction of gravity and an angle sensor that measures the second angular velocity based on the gimbal, and the gimbal is controlled through the dynamics model of the gimbal, high stabilization precision is achieved. A control system having a can be implemented. FIG. 9 is a block diagram showing the structure 900 of another gimbal according to an embodiment of the present disclosure. The gimbal may include a gyro sensor 910, an angle sensor 920, a servo motor 930, and a controller 940.

자이로 센서(910)는 중력 방향을 기준으로 짐벌의 제1 각속도를 측정하고 컨트롤러(940)에 측정된 제1 각속도를 전달할 수 있다. 자이로 센서(910)는 짐벌의 YaW, Roll, Pitch 방향의 회전 속도를 측정할 수 있다.The gyro sensor 910 may measure the first angular velocity of the gimbal based on the direction of gravity and transmit the measured first angular velocity to the controller 940. The gyro sensor 910 can measure the rotational speed of the gimbal in the YaW, Roll, and Pitch directions.

각도 센서(920)는 짐벌을 기준으로 제2 각속도를 측정하고 컨트롤러(940)에 측정된 제2 각속도를 전달할 수 있다. 각도 센서(920)는 짐벌의 회전 축에 연결되어 각속도를 측정할 수 있다.The angle sensor 920 may measure the second angular velocity based on the gimbal and transmit the measured second angular velocity to the controller 940. The angle sensor 920 is connected to the rotation axis of the gimbal and can measure angular velocity.

서보 모터(930)는 컨트롤러(940)로부터 전기적 신호를 받아 제어될 수 있다. 서보 모터(930)는 짐벌의 회전 축에 연결되어 짐벌의 균형을 유지할 수 있다.The servo motor 930 may be controlled by receiving an electrical signal from the controller 940. The servo motor 930 is connected to the rotation axis of the gimbal to maintain the balance of the gimbal.

컨트롤러(940)는 짐벌의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(940)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(940)는 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 수신되는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다. The controller 940 controls the overall operations of the gimbal. For example, the controller 940 may be configured to process instructions of a computer program by performing basic arithmetic, logic, and input/output operations. The controller 940 may be configured to execute received commands according to program codes stored in the recording device.

일 실시예에 따른 컨트롤러(940)는 제1 지령을 입력 받고, 제1 지령 및 제1 각속도에 대응하는 제1 외란에 기초하여 제2 지령을 생성하고, 제2 지령 및 제2 각속도에 대응하는 제2 외란에 기초하여 제3 지령을 생성하고, 제3 지령을 짐벌의 동역학 모델에 입력하여 신호을 생성할 수 있다.The controller 940 according to one embodiment receives a first command, generates a second command based on the first disturbance corresponding to the first command and the first angular velocity, and generates a second command corresponding to the second command and the second angular velocity. A third command may be generated based on the second disturbance, and a signal may be generated by inputting the third command into the dynamic model of the gimbal.

일 실시예에 따른 컨트롤러(940)는 상기 제1 각속도에서 상기 제2 각속도의 차분 값에 한 관성좌표계에 대한 차량의 선회 각속도와 자이로를 이용하여 측정한 관성좌표계에 대한 2축 짐벌 선회 각속도를 제3 각속도로 산출하고 상기 제2 지령, 상기 제2 각속도에 대응하는 제2 외란 및 상기 제3 각속도에 기초하여 상기 제3 지령을 생성할 수 있다.The controller 940 according to an embodiment determines the turning angular velocity of the vehicle with respect to the inertial coordinate system and the two-axis gimbal turning angular velocity with respect to the inertial coordinate system measured using a gyro to the difference value between the first angular velocity and the second angular velocity. 3 Angular velocities may be calculated and the third command may be generated based on the second command, the second disturbance corresponding to the second angular velocity, and the third angular velocity.

이러한 컨트롤러(940)는 제1 외란 관측기(941) 및 제2 외란 관측기(943)를 포함할 수 있다. This controller 940 may include a first disturbance observer 941 and a second disturbance observer 943.

제1 외란 관측기(941)는 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제1 각속도에 관한 제1 역 모델을 이용하여 상기 제1 외란을 추정할 수 있다.The first disturbance observer 941 may estimate the first disturbance using a first inverse model for the first angular velocity derived from the dynamic model of the gimbal.

제2 외란 관측기(943)는 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제2 각속도에 관한 제2 역 모델을 이용하여 제2 외란을 추정할 수 있다.The second disturbance observer 943 may estimate the second disturbance using a second inverse model for the second angular velocity derived by the dynamic model of the gimbal.

이러한 컨트롤러(940)는 단일 CPU 또는 복수의 CPU(또는 DSP, SoC)로 구현될 수 있다. 컨트롤러(940)는 디지털 신호를 처리하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor(DSP), 마이크로프로세서(microprocessor), TCON(Time controller)으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), MCU(Micro Controller Unit), MPU(micro processing unit), 컨트롤러(controller), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함하거나, 해당 용어로 정의될 수 있다. This controller 940 may be implemented with a single CPU or multiple CPUs (or DSP, SoC). The controller 940 may be implemented as a digital signal processor (DSP), a microprocessor, or a time controller (TCON) that processes digital signals. However, it is not limited to this and may be implemented with a central processing unit ( central processing unit (CPU), micro controller unit (MCU), micro processing unit (MPU), controller, application processor (AP), or communication processor (CP), ARM processor It may include one or more of the following, or may be defined in those terms.

위와 같이 좌우 선회방향과 위아래 고저방향으로 운동하는 2축 짐발의 방향조정은 서보 모터(930)로 제어되고 2축 짐발의 회전 속도는 자이로 센서(910)와 각도 센서(920)로부터 측정된다. 각 센서에서 측정된 회전 속도를 안정화제어 알고리즘에 되먹임하여 사용자가 지정한 상태를 유지하는데 필요한 모터 토크 지령을 생성한다. 생성된 지령은 전류명령으로 변환하며, 그 전류명령을 모터에 전달하여 안정화제어를 수행한다.As described above, the direction adjustment of the two-axis gimbal moving in the left and right turning directions and the up and down directions is controlled by the servo motor 930, and the rotation speed of the two-axis gimbal is measured from the gyro sensor 910 and the angle sensor 920. The rotation speed measured by each sensor is fed back to the stabilization control algorithm to generate the motor torque command necessary to maintain the state specified by the user. The generated command is converted into a current command, and the current command is transmitted to the motor to perform stabilization control.

비록 본 개시가 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 개시의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present disclosure has been described in relation to the above-mentioned preferred embodiments, various modifications and variations can be made without departing from the gist and scope of the invention. Accordingly, the scope of the appended patent claims will include such modifications or variations as long as they fall within the gist of the present disclosure.

100: 포탑 시스템 110: 포탑
120: 6자유도 모션 플랫폼 200: 짐벌의 제어 구조
210: 고전 제어 블록 220: 마찰 보상 블록
230: 전류 변환 블록 240: 모터 블록
310: 고전 제어 블록 320: 동역학 모델
330: 외란 관측기 331: 역 모델
333: 저역 통과 필터 400: 제어 구조
410: 제1 고전 제어 블록 420: 제2 고전 제어 블록
430: 동역학 모델 440: 제1 외란 관측기
441: 역 모델 443: 저역 통과 필터
450: 제2 외란 관측기 451: 역 모델
453: 저역 통과 필터 500: 고저 방향 제어 구조
510: 제1 고전 제어 블록 520: 제2 고전 제어 블록
530: 동역학 모델 540: 제1 외란 관측기
541: 역 모델 543: 저역 통과 필터
550: 제2 외란 관측기 551: 역 모델
553: 저역 통과 필터 570: 중력 보상
900: 짐벌의 구조 910: 자이로 센서
920: 각도 센서 930: 서보 모터
940: 컨트롤러 941: 제1 외란 관측기
943: 제2 외란 관측기100: Turret system 110: Turret
120: 6 degrees of freedom motion platform 200: Gimbal control structure
210: Classic control block 220: Friction compensation block
230: Current conversion block 240: Motor block
310: Classical control block 320: Dynamics model
330: Disturbance observer 331: Inverse model
333: low-pass filter 400: control structure
410: first classical control block 420: second classical control block
430: Dynamics model 440: First disturbance observer
441: Inverse model 443: Low-pass filter
450: Second disturbance observer 451: Inverse model
453: Low-pass filter 500: High-low direction control structure
510: first classical control block 520: second classical control block
530: Dynamics model 540: First disturbance observer
541: Inverse model 543: Low-pass filter
550: Second disturbance observer 551: Inverse model
553: Low-pass filter 570: Gravity compensation
900: Structure of gimbal 910: Gyro sensor
920: Angle sensor 930: Servo motor
940: Controller 941: First disturbance observer
943: Second disturbance observer

Claims (11)

포탑의 짐벌(gimbal)에 있어서,
중력 방향을 기준으로 제1 각속도를 측정하는 자이로 센서;
짐벌을 기준으로 제2 각속도를 측정하는 각도 센서; 및
짐벌에 관한 지령을 입력 받고, 지령에 기초하여 모터에 관한 신호을 생성하는 컨트롤러;를 포함하고,
상기 컨트롤러는,
제1 지령을 입력 받고,
상기 제1 지령 및 상기 제1 각속도에 대응하는 제1 외란에 기초하여 제2 지령을 생성하고,
상기 제2 지령 및 상기 제2 각속도에 대응하는 제2 외란에 기초하여 제3 지령을 생성하고,
상기 제3 지령을 짐벌의 동역학 모델에 입력하여 상기 신호을 생성하는, 짐벌.In the turret gimbal,
A gyro sensor measuring a first angular velocity based on the direction of gravity;
An angle sensor that measures a second angular velocity based on the gimbal; and
A controller that receives commands related to the gimbal and generates signals related to the motor based on the commands,
The controller is,
After receiving the first command,
Generating a second command based on the first command and a first disturbance corresponding to the first angular velocity,
Generating a third command based on the second command and a second disturbance corresponding to the second angular velocity,
A gimbal that generates the signal by inputting the third command into a dynamic model of the gimbal. 제1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제1 각속도에 관한 제1 역 모델을 이용하여 상기 제1 외란을 추정하는 제1 외란 관측기; 및
상기 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제2 각속도에 관한 제2 역 모델을 이용하여 상기 제2 외란을 추정하는 제2 외란 관측기를 포함하는, 짐벌.According to claim 1,
The controller is,
a first disturbance observer that estimates the first disturbance using a first inverse model for a first angular velocity derived by the dynamic model of the gimbal; and
A gimbal comprising a second disturbance observer that estimates the second disturbance using a second inverse model for a second angular velocity derived by the dynamic model of the gimbal. 제2 항에 있어서,
상기 제1 외란 관측기는, 필터링된 상기 제2 지령 및 상기 제1 각속도를 상기 제1 역 모델의 입력으로 하여 상기 제1 외란을 추정하고,
상기 제1 외란 관측기는, 필터링된 상기 제3 지령 및 상기 제2 각속도를 상기 제2 역 모델의 입력으로 하여 상기 제2 외란을 추정하는, 짐벌.According to clause 2,
The first disturbance observer estimates the first disturbance by using the filtered second command and the first angular velocity as input to the first inverse model,
The first disturbance observer estimates the second disturbance by using the filtered third command and the second angular velocity as input to the second inverse model. 제1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 제1 각속도에서 상기 제2 각속도의 차분 값에 기초한 관성좌표계에 대한 차량의 선회 각속도와 자이로를 이용하여 측정한 관성좌표계에 대한 2축 짐벌 선회 각속도를 제3 각속도로 산출하고
상기 제2 지령, 상기 제2 각속도에 대응하는 제2 외란 및 상기 제3 각속도에 기초하여 상기 제3 지령을 생성하는, 짐벌.According to claim 1,
The controller is,
Calculating the turning angular velocity of the vehicle with respect to the inertial coordinate system based on the difference value of the second angular velocity from the first angular velocity and the two-axis gimbal turning angular velocity with respect to the inertial coordinate system measured using the gyro as the third angular velocity;
A gimbal that generates the third command based on the second command, a second disturbance corresponding to the second angular velocity, and the third angular velocity. 제1 항에 있어서,
상기 컨트롤러로부터 상기 신호를 전달 받아 제어되는 서보모터를 더 포함하는, 짐벌.According to claim 1,
A gimbal further comprising a servomotor that is controlled by receiving the signal from the controller. 포탑의 짐벌(gimbal)의 제어 방법에 있어서,
제1 지령을 입력 받는 단계;
자이로 센서로부터 측정된, 중력 방향을 기준으로 하는 제1 각속도를 전달 받는 단계;
상기 제1 지령 및 상기 제1 각속도에 대응하는 제1 외란에 기초하여, 제2 지령을 생성하는 단계;
각도 센서로부터 측정된, 짐벌을 기준으로 하는 제2 각속도를 전달 받는 단계;
상기 제2 지령 및 상기 제2 각속도에 대응하는 제2 외란에 기초하여, 제3 지령을 생성하는 단계; 및
상기 제3 지령을 짐벌의 동역학 모델에 입력하여 신호을 생성하는 단계를 포함하는, 짐벌의 제어 방법.In the method of controlling the gimbal of the turret,
Step of receiving a first command;
Receiving a first angular velocity measured from a gyro sensor and based on the direction of gravity;
generating a second command based on the first command and a first disturbance corresponding to the first angular velocity;
Receiving a second angular velocity measured from the angle sensor and based on the gimbal;
generating a third command based on the second command and a second disturbance corresponding to the second angular velocity; and
A gimbal control method comprising generating a signal by inputting the third command into a dynamic model of the gimbal. 제6 항에 있어서,
상기 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제1 각속도에 관한 제1 역 모델을 이용하여 상기 제1 외란을 추정하는 단계; 및
상기 짐벌의 동역학 모델에 의해 도출된, 제2 각속도에 관한 제2 역 모델을 이용하여 상기 제2 외란을 추정하는 단계를 더 포함하는, 짐벌의 제어 방법.According to clause 6,
estimating the first disturbance using a first inverse model for a first angular velocity derived by the dynamic model of the gimbal; and
A method for controlling a gimbal, further comprising the step of estimating the second disturbance using a second inverse model for the second angular velocity derived by the dynamic model of the gimbal. 제7 항에 있어서,
상기 제1 외란을 추정하는 단계는,
필터링된 상기 제2 지령 및 상기 제1 각속도를 상기 제1 역 모델의 입력으로 하여 상기 제1 외란을 추정하는 단계를 포함하는, 짐벌의 제어 방법.According to clause 7,
The step of estimating the first disturbance is,
A gimbal control method comprising estimating the first disturbance by using the filtered second command and the first angular velocity as input to the first inverse model. 제7 항에 있어서,
상기 제2 외란을 추정하는 단계는,
필터링된 상기 제3 지령 및 상기 제2 각속도를 상기 제2 역 모델의 입력으로 하여 상기 제2 외란을 추정하는 단계를 포함하는, 짐벌의 제어 방법.According to clause 7,
The step of estimating the second disturbance is,
A gimbal control method comprising the step of estimating the second disturbance by using the filtered third command and the second angular velocity as input to the second inverse model. 제6 항에 있어서,
상기 제1 각속도에서 상기 제2 각속도의 차분 값에 기초한 관성좌표계에 대한 차량의 선회 각속도와 자이로를 이용하여 측정한 관성좌표계에 대한 2축 짐벌 선회 각속도를 제3 각속도로 산출하는 단계를 더 포함하고,
상기 제3 지령을 생성하는 단계는,
상기 제2 지령, 상기 제2 각속도에 대응하는 제2 외란 및 상기 제3 각속도에 기초하여 상기 제3 지령을 생성하는 단계를 포함하는, 짐벌의 제어 방법.According to clause 6,
Further comprising calculating the turning angular velocity of the vehicle with respect to the inertial coordinate system based on the difference value between the first angular velocity and the second angular velocity and the two-axis gimbal turning angular velocity with respect to the inertial coordinate system measured using a gyro as a third angular velocity; ,
The step of generating the third command is,
Generating the third command based on the second command, a second disturbance corresponding to the second angular velocity, and the third angular velocity. 제6 항에 있어서,
상기 신호에 기초하여 서보모터를 구동하는 단계를 더 포함하는, 짐벌의 제어 방법.
According to clause 6,
A gimbal control method further comprising driving a servomotor based on the signal.
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