Optimal Design of a Continuous Time Deadbeat Controller

연속시간 유한정정제어기의 최적설계

Deadbeat property is well established in digital control system design in time domain. But in continuous time system, deadbeat is impossible because of it's ripples between sampling points inspite of designs using the related digital control system design theory. But several researchers suggested delay elements. A delay element is made from the concept of finite Laplace Transform. From some specifications such as internal model stability, physical realizations as well as finite time settling, unknown coefficents and poles in error transfer functions with delay elements can be calulted so as to satisfy these specifications. For the application to the real system, robustness property can be added. In this paper, error transfer function is specified with 1 delay element and robustness condition is considered additionally. As the criterion of the robustness, a weighted sensitive function's $H_{infty}$ norm is used. For the minimum value of the criterion, error transfer function's poles are calculated optimally. In this sense, optimal design of the continuous time deadbeat controller is obtained.

유한정정 특성은 시간영역에서 디지털 제어시스템 설계를 위해 잘 정립이 되어 있다. 그러나 연속시간 제어시스템에서는 유한정정 특성은 불가능한데, 그 이유는 디지털 제어시스템에서 사용하는 이론으로 유한정정 특성을 나타내게 설계하여도 샘플링점에서는 유한정정이 되나, 샘플링점간에 리플이 존재하기 때문이다. 그러나 몇몇 학자들이 지연요소를 제안하여 이러한 문제를 해결하였다. 지연요소는 연속계에서 유한라플라스변환의 성질로부터 얻은 개념이다. 유한정정제어기 설계를 위해서는 유한정정외에 내부모델안정성, 실현가능성 등의 조건들을 추가로 설정하고, 이런 조건들이 만족되게 오차 전달함수의 미지계수, 팍점 등을 구할 수 있다. 지연소자로 된 미지 다항식을 계산할 수 있다. 실시스템에 대한 적용을 위해서는 이러한 조건외데 견실성에 관한 조건이 첨가될 수 있다. 본 논문에서는 1개 지연요소를 사용하여 오차전달함수를 표시하고, 유한정정에 관련된 조건들외에 견실성을 고려한다. 견실성의 지표로는 가중감도함수를 선택하고, 이의 $H_{infty}$놈이 최소가 되도록 유한정정제어기를 설계한다. 즉 오차전달함수의 극점을 초기값을 계속 사용하지 않고 견실성지표의 $H_{infty}$놈이 최소화되도록 극점을 최적화하여 최적설계를 한다.