자율무인잠수정의 심도 제어를 위한 유전알고리즘 기반 PD 제어기
PD controller based on genetic algorithms for depth control of an autonomous underwater vehicle
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초록
현재 산업 공정 및 기타 여러 제어 문제에서 제어기의 95% 이상이 PID 제어기를 사용하고 있다. PID 제어기는 적분제어를 통해서 정상상태 오차를 제거하고 미분제어를 통해서 미래를 예상할 수 있는 중요한 기능들을 가지고 있다. PID 제어기를 튜닝하기 위한 여러 가지 방법이 있으며, 본 논문에서는 외부 루프 제어 시스템의 피치 제어를 위한 P 제어기와 내부 루프 제어 시스템의 핀 제어를 위해 미분 폭주현상을 완화시키기 위해 수정된 PD 제어기를 AUV의 일종인REMUS의 심도 제어를 위해 이중 루프 제어시스템으로 구성하고, 실수코딩 유전알고리즘과 통합하여 제안한다. 심도 제어기의 최적 매개 변수들은 실수코딩 유전알고리즘 및 REMUS의 심도 제어를 위해 선형화 된 모델을 기반으로 얻어진다. 실수코딩 유전알고리즘을 기반으로 제어 시스템의 성능을 평가할 때 성능지수로는 제곱오차적분(ISE), 절대오차적분(IAE) 및 시간곱 절대오차적분(ITAE)을 채택하였다. 제안된 REMUS의 심도 제어기가 포화기를 포함하고 시스템에서도만족할 만한 추종 성능을 보여주는지 알아보기 위해 시뮬레이션을 수행하였다.
Abstract
In industrial processes and many other control problems, more than 95% of the controllers are of the PID controller type. The PID controller has several important functions. It can eliminate the steady-state error through integral action and anticipating the future through derivative action. There are many different methods for tuning the PID parameters. In this paper, depth control for a remote environmental monitoring units (REMUS) autonomous underwater vehicle (AUV) is proposed by two controllers incorporated with real-coded genetic algorithms (RCGAs). The first controller, a P type, was used for pitch control of the outer loop control systems. The second one, a modified PD type, was used to reduce the derivative kick phenomenon as a fin controller of inner loop control systems. The optimal parameters set for the depth controller were obtained based on RCGAs and a linearized depth plane model of the REMUS. As for assessing the performance of the control systems based on RCGAs, three performance criteria which are integral of the square error (ISE), integral of the absolute error (IAE) and integral of the time-weighted absolute error (ITAE) were used. A set of simulation works were carried out on depth control systems of a REMUS AUV to satisfy the set-point tracking performance.
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