외란과 모델 불확실성에 강인한 DC모터의 속도 제어용 H-infinity 제어기 설계
H-infinity controller design for robust speed control against disturbance and model uncertainty of DC motors
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초록
DC모터의 서보제어를 위해 파라미터 불확실성과 외란에 강인한 제어기를 설계하고, 시뮬레이션과 실험을 통해 그 타당성을 검증한다. 제어는 SMC에서와 같은 채터링 문제가 원천적으로 발생하지 않으며, 특히 외란과 모델의 불확실성에 강인하다는 장점이 있다. 제어기의 원리는 외란을 포함한 외부 입력으로부터 목표 제어량까지의 전달함수를 구하고, 그 주파수 전달함수의 최대 이득값인 놈(norm)을 최소화함으로써 외란의 영향을 억제한다. 이 방식에서 외란과 잡음은 가중함수를 통한 루프 정형(loop shaping)을 통해 감도함수와 상보감도함수를 최적화함으로써 그 영향이 감소된다. 또한 소이득 정리(small gain theorem)를 통해 모델 불확실성에 대한 제어계의 견실 안정성도 확보할 수 있다. 제어는 이들을 혼합감도 문제(mixed sensitivity problem)로 정식화하여 외란과 모델 불확실성에 대해 강인성을 갖도록 설계한다. 본 논문에서는 DC모터를 대상으로 설계한 제어기의 강인성을 시뮬레이션과 실험을 통해 분석하고, PI 제어기와의 성능 비교를 통해 그 유효성을 입증한다.
Abstract
This paper describes the design of H-infinity controller for robust control of a DC motor system. The suggested controller can ensure robustness against disturbance and model uncertainty by minimizing H-infinity norm of the transfer function from exogenous input to performance output and applying the small gain theorem. In particular, the controller was designed to reduce the effects of disturbance and model uncertainty simultaneously by formalizing these problems as a mixed sensitivity problem. The validity of the proposed controller was demonstrated by computer simulations and real experiments. Moreover, the effectiveness of the proposed controller was confirmed by comparing its performance with PI controller, which was tested under the same experimental condition as the H-infinity controller.
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