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학위논문 상세정보

Hybrid GA-PID Wavenet제어기를 이용한 모형 헬리콥터 시스템의 자세 제어 원문보기
Attitude Control of Helicopter Simulator System using Hybrid GA-PID Wavenet Controller

  • 저자

    박두환

  • 학위수여기관

    東亞大學校 大學院

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    전기공학과

  • 지도교수

  • 발행년도

    2004

  • 총페이지

    viii, 111p.

  • 키워드

    Hybrid GA-PID Wavenet 모형헬리콥터시스템 자세제어;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10067252&outLink=K  

  • 초록

    좁은 공간에서 수직으로 이착륙하며 공중 정지가 가능한 헬리콥터가 비행할 때 가장 중요한 사항은 고정도의 자세제어를 통한 안정성과 조종성이다. 이와 같은 비선형 시스템은 고차의 지연시간과 구조적 불안정성 및 비선형성으로 인해 선형화 없이 종래의 제어기법으로 자세 제어를 행한다는 것은 어려운 과제 중의 하나이다. 비선형 시스템에 있어서는 다양한 동작 모드에 대응하는 정확한 수학적 모델을 얻기 어렵고, 얻어진다 하더라도 주어진 비선형 모델에 대한 제어기의 설계는 만족스럽지 못한 경우가 많다. 그러나, 최근, 신경회로망과 Wavelet 분해(decomposition) 이론 사이의 구조적인 유사성에 기인하여 이들을 상호 결합한 Wavenet(Wavelet Neural Network)은 기존의 신경회로망보다 우수한 근사 능력을 가진다는 것이 증명되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 비선형성이 강하며 모델링이 어려운 모형 헬리콥터 시스템의 고정밀 자세제어를 위하여 과도 응답 특성이 우수한 Wavenet 제어기와 정상 상태 특성이 우수한 GA-PID 제어기를 Hybrid 형태로 구성한 Hybrid GA-PID Wavenet 제어기를 제안하였다. 즉, GA에 의해 Wavelet의 신축 및 이동변수, Wavenet의 구조 및 신경망 연결 가중치(weight) 및 PID 제어기의 최적 이득 계수를 구하고, 이들을 적절하게 결합하여, 제안한 제어기 설계 알고리즘의 유효성과 우수성을 입증하였다.


    Generally, the problem of a control system design consists of choosing a proper controller considering the system dynamics, which is to be controlled, and desired performance specifications. The helicopter system is built of robust, lightweight and high strength-materials. A two-stroke petrol engine propels the main and tail-rotor. The complexity of helicopter flight control results from the number of different sensors and actuators the system has to handle concurrently, the difficulty in flying the helicopter, and the limitations of the autopilot system (electrical consumption, limited computational power, vibrations, jitter, etc.). Moreover, the helicopter is a dangerous and expensive platform, where a trial-and-error approach cannot be used. The control and navigation algorithms are based on hard real-time assumptions that have to be guaranteed under all circumstances by the implementation. In general, a Proportional-Integral-Derivative controller is widely used across the industry. It is easy to implement and relatively easy to tune. It is needed to develop different tuning methods for the processes with various properties in PID control. The key problem is to adjust optimally three multipliers Kp, Ki and Kd by using NN(Neural Network) Theory or GA[Genetic Algorithm]. The optimal PID controllesr tuned by NN and GA are more or less sufficient to achieve acceptable step response and steady state error characteristics. However, the simplicity of the controllers puts some limitations on their capabilities in dealing with complex control problems, such as the nonlinear helicopter system with wide operation regions. Therefore, in this paper, we proposed an Attitude Control technique of Helicopter Simulator System using a Hybrid GA-PID Wavenet Controller. The controller is designed as the hybrid combination of GA-PID and GA-Wavenet[Wavelet Neural Network] controller with Morlet wavelet as mother wavelet function which is similar to the Radial Basis Function neural network (RBF). GA is used to tune simultaneously all the parameterssuch as translation variable, dilation variable, connection weights and network structures of controller from a random state. That is, by using a mathematical helicopter model, the Hybrid GA-PID Wavenet Controller parameters are then encoded and tune by GA based on a predefined performance criteria. Its satisfactory results are compared to a PID, a NN-PID, a GA-PID, and a GA-Wavenet controller.


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