KSR-III 김발엔진 구동장치 서보필터 설계

In this paper, a servo filter design for the gimbal engine actuator system of KSR-III(Korea Sounding Rocket-III) is considered. A reasonable filter structure is determined based on the actuator analytic models. The servo filter consists of a 2-nd order lowpass filter and a 1-st order compensator. The lowpass filter is required to protect the actuator from high frequency vibration, and the compensator to enhance the resulting stability. A Butterworth type servo filter is considered as the simplest one. The final servo filter type is determined by evaluating simultaneously both high frequency gain reduction performance and the corresponding KSR-III stability margin. Consequently it is revealed that a notch type servo filter located on the error between command signal and feedback signal in the control loop is very effective. Later, based on the proposed servo filter type, an onboard servo filter hardware of KSR-III will be designed and tested.

본 논문에서는 KSR-III 김발엔진 구동장치 서보필터 설계 방안에 대한 연구 결과를 정리하였다. 비선형 해석모델에 대한 선형 근사모델을 기준으로 서보필터 설계를 수행하였다. 서보필터의 기본 형상으로서 설계 및 제작의 편의성 관점에서 2차의 Butterworth 저주파 필터를 우선적으로 고려하였다. 저주파 필터만을 사용할 경우 발생하는 불안정성 문제를 해결하기 위해 1차의 보상기를 추가하였다. 전체 로켓 시스템의 위상 안정성 여유와 공진 이득 감쇠를 동시에 고려할 경우, 2차의 Butterworth 필터로는 설계에 한계가 있었으며, 노치 필터를 사용해야 함을 알 수 있었다. 결과적으로, KSR-III 김발엔진 구동장치용 서보필터로는 2차 저주파 노치필터를 궤환신호와 명령신호 간의 오차 신호에 위치시키는 것이 효과적이라는 결론을 얻었다. 여기서 제시한 서보필터 형상을 토대로 추후 KSR-III 비행용 서보필터 제작 및 시험이 이루어질 예정이다.