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학위논문 상세정보

매개변수 추정 및 슬라이딩 모드를 이용한 강인 H∞제어기에 관한 연구 원문보기

  • 저자

    김민찬

  • 학위수여기관

    昌原大學校 大學院

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    電氣電子制御工學科

  • 지도교수

  • 발행년도

    2003

  • 총페이지

    xvi, 110장.

  • 키워드

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T8932889&outLink=K  

  • 초록

    H_∞제어는 외란이나 잡음에 대하여 강인성을 가지고 있기 때문에 실제 H_∞제어 시스템의 설계에 광범위하게 응용되어 왔다. 이 제어의 핵심은 출력과 외란 사이에서 정의된 전달함수의 H_∞놈을 최소화하는 것이다. 또한 그 접근 방법은 다항식 접근방법과 상태공간 접근방법이 있다. 다항식 접근방법에서 H_∞제어기는 감도함수와 부 감도함수에 의해서 정의되는 혼합 감도함수의 H_∞놈을 최소화한다. 하지만 이 두 함수를 동시에 최소화시키는 것은 어렵기 때문에 저주파 외란의 이득으로 정의되는 감도함수는 저주파에서 고주파 노이즈의 이득으로 정의되는 부 감도함수는 고주파에서 각각 선택적으로 최소화시킨다. 그러므로 본 논문에서는 Youla 제어기를 도입하여 평가함수인 혼합 감도함수의 H_∞놈을 최소화하였다. 하지만 시스템에 파라미터 불확실성이 존재하면 불확실한 파라미터로 설계된 H_∞제어기는 강인성을 보장받을 수가 없다. 그러므로 본 논문에서는 파라미터 추정 알고리즘인 RLS 알고리즘으로 파라미터를 정확히 추정함으로써 강인한 H_∞제어기를 설계할 수 있는 적응 H_∞제어기를 설계하였다. 반면 상태 공간 접근방법의 H_∞제어기 설계는 외란의 입출력을 전달함수로 표현한 다음 이 전달함수의 H_∞놈을 최소화 할 수 있는 제어 입력을 구하는 것이다. 또한 파라미터 불학실성이 존재하고 시스템의 정합조건을 만족하면 H_∞제어보다 더 강인한 성질을 가지고 있는 제어기법이 슬라이딩 모드 제어이다. 그러므로 본 논문에서는 H_∞제어기에 슬라이딩 모드 제어의 강인성을 부가하기 위하여 H_∞제어와 슬라이딩 모드 제어의 장점을 가질 수 있는 H_∞-SMC를 제안하였다. 하지만 전형적인 슬라이딩 모드 제어를 H_∞제어에 결합하기란 쉬운 일이 아니다. 그러므로 새로운 형태의 SMC가 사용되었다. 이 제어기법은 실제 시스템보다 한 차수 높은 동특성을 가지며 불확실성이 존재하더라도 원하는 공칭 시스템의 것과 같은 동특성을 가지는 증가된 시스템을 바탕으로 설계된다. 본 논문에서는 공칭 제어기로서 상태 공간 접근방법의 H_∞제어기가 사용되었다. 그러므로 제안된 슬라이딩 평면의 동특성은 H_∞제어기에 의해서 제어되는 공칭 시스템의 동특성과 같다. 그리고 정합 조건을 만족할 때 외란과 불확실성을 가진 시스템은 슬라이딩 모드 제어의 강인성을 가질 수 있고 정합 조건을 만족하지 않는 경우에도 제안된 H_∞제어기는 전형적인 H_∞제어기의 강인성을 가질 수 있다. 이상의 내용으로 본 논문에서 제안된 제어 기법의 우수한 성능을 검증하기 위해서 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 그 타당성을 검토하였다.


    H_∞ control has been widely applied to the design of practical control systems because of its robustness to disturbance and noise. The main idea of this control is to minimize H_∞ norm of the transfer function between outputs and disturbances. The H_∞ control has two approaches. One is polynomial approach and the other is state space approach. In polynomial approach, H_∞ controller can minimize H_∞ norm of mixed sensitivity function defined by sensitivity function and complementary sensitivity function. However, it has difficulty that these two functions can not be minimized at the same time. Therefore, the sensitivity function and the complementary sensitivity function have to be minimized in low-frequency and high-frequency respectively. In this paper, a H_∞ controller with Youla parameterization is used to minimize the cost function defined by mixed sensitivity function. But this H_∞ controller can not guarantee the robustness in the case of parameter uncertainties. So an adaptive H_∞ controller is designed by using RLS algorithm which can exactly estimate system parameter. In state space approach, a control law can minimize H_∞ norm of the input-output transfer function of disturbances. Otherwise the sliding mode control is more robust than H_∞ control and give the better performance if the matching condition is satisfied. So in this paper, H_∞-SMC, which can have the advantages of H_∞ control and the SMC, is proposed to add the robustness of the SMC to the H_∞ controller. But it is not easy that the general SMC is used with H_∞ control. So new type of SMC is used in this paper. Its design is based on the augmented system of which dynamics have one higher order than that of the original system and has the same dynamic as the desired nominal system in spite of uncertainties. In this paper, H_∞ controller of state space approach is used as the nominal controller. Therefore the dynamic of proposed sliding surface is the same dynamic as nominal system controlled by H_∞ controller. When matching condition of system is satisfied, system with disturbance and parameter uncertainty can have the robustness of sliding mode control. In the case of no matching condition, proposed controller have the robustness of general controller. Conclusively, computer simulation results are presented to show the performance of proposed control methods


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