본 연구는 관성의 변화에 견실한 피드포워드 적응 위치제어기를 제안한다. 제안된 피드포워드 적응 위치제어기는 PI 위치제어기에 피드포워드와 기준모델 적응제어기를 추가한 구조를 가진다. 제어기의 특징은 과도상태에서 적응제어기가 위치오차와 기준모델의 속도 정보를 이용하여 피드포워드 이득을 조정한다. 이것은 과도응답 특성을 향상시키고, 정상상태의 수렴 시간을 개선시킨다. 위치 오차에 속도의 정보를 받아들여 기존의 Pl 위치제어 및 기준모델 적응제어에 비하여 속응성이 우수하다. 그리고, 적응제어기에 규준화 함수를 사용하여 입력크기에 대해 출력신호가 일정한 응답특성을 가지도록 하였다. 시뮬레이션을 통하여 제안된 피드포워드 적응 위치제어기 동작의 타당성을 보였다.
본 연구는 관성의 변화, 비선형 마찰 등에 견실한 피드포워드 적응 위치제어기를 제안한다. 제안된 적응 위치제어기의 특징은 제어기 적응파라미터가 위치오차에 기준모델의 속도 정보를 받아들여 셀프 튜닝된다. 이것은 과도응답 특성을 향상시키고, 정상상태의 수렴 시간을 줄여 시스템의 성능을 개선시킨다. 시뮬레이션을 통하여 제안된 피드포워드 적응 위치제어기의 동작과 설계 방법의 타당성을 보였다.
본 연구의 목적은 가까운 미래의 선박운동정보를 이용하는 피드포워드 제어알고리즘과 FPSO 운동 수치 시뮬레이션 모델을 개발하고 시뮬레이션을 통하여 제어알고리즘의 성능을 검증하는 것이다. 본 논문에서는 조류, 바람, 파력 등의 환경하중에 의하여 발생한 선체운동의 미래 예측치를 활용한 피드포워드 제어력을 추가적으로 가지는 Dynamic Positioning System에 대하여 연구한다. 먼저, 조류력, 풍력 및 파력에 대한 수학모델을 선정하여 환경하중에서의 선체운동을 계산하고, 현재의 선체운동 값과 Brown 지수평활 예측모형을 활용하여 미래 선체운동 값을 예측하였다. 또한 위치 유지와 Heading angle 제어를 위한 제어력을 PID(Proportional-Integral-Derivative)이론을 이용하여 결정한 피드백 제어기와 미래 선체운동 값을 이용하여 결정한 피드포워드 제어기로 구성하였다. 그리고 각 Thruster에 요구되는 추력은 라그랑지승수법을 활용하여 분배하였다. 마지막으로 FPSO(Floating Production Storage and Offloading)의 운동과 Dynamic Positioning System에 대한 시뮬레이션 모델을 구축하여 선박의 위치 및 Heading angle 제어에 관한 시뮬레이션을 수행하여 제안하는 피드백 제어기와 피드포워드 제어기를 동시에 가지는 제어시스템의 성능을 평가하였다. 본 연구의 결과, 피드백 및 피드 포워드 제어기가 적용된 DPS 제어시스템이 기존의 피드백 제어기보다 위치유지 및 헤딩각 유지 능력에서 개선되었고 각 Thruster에 요구되는 평균 제어력 및 최대 제어력의 크기도 감소함을 보였다. 이에 따라 DPS에 요구되는 동력 감축과 Azimuth Thruster 용량의 감소로 인하여 비용 절감의 효과를 기대할 수 있다.
본 논문은 제어대상인 현수형 케이블의 수학적 모델을 작성하고 이것에 장력을 발생하는 교류서보 전동기의 수학적 모델을 구하였다. 제어 방법은 제어대상의 동적 모델이 비선형 시변계이기 때문에 강인성이 있는 퍼지제어를 적용하고 차대가 움직이기 시작할 때 발생하는 오버슈트을 억제하기 위해서 피드포워드제어를 채택한다. 케이블의 동적 모델에 기초하여 퍼지제어기와 피드포워드제어를 도입하여 시스템을 구성하고 시뮬레이션 실험에 의해 그 유효성을 평가하였다. 현재 로프제조 공정, 전차 트롤리선 가설공사는 장력의 제어가 필요하지만 거의 수동으로 행하고 있는 실정이고 제품의 균질성과 생산성 향상을 위하여 제조 공정의 자동화가 필요하다. 따라서 전차의 트롤리선 가설공사는 케이블을 탑재한 차대가 주행하면서 드럼에 감긴 케이블을 풀어주고 양단의 장력을 일정히 유지하도록 조절할 필요가 있다. 그러나 전기공사에서 시행하고 있는 송 배전 선로의 전력케이블 가선공사나 전차 트롤리선 가설공사는 수동으로 하고 있는 실정이고 이것의 자동화기계가 필요하다. 따라서 본 연구의 목적은 현수형 가선 케이블 가설장치의 자동화이다. 본 연구에서는 제어대상인 현수형 케이블의 수학적 모델을 작성하고 이것에 장력을 발생하는 교류서보 전동기의 수학적 모델을 구하였다. 제어 방법은 제어대상의 동적 모델이 비선형 시변계이기 때문에 강인성이 있는 퍼지제어를 적용하고 차대가 움직이기 시작할 때 발생하는 오버슈트를 억제하기 위해서 피드포워드제어를 채택한다. 케이블의 동적 모델에 기초하여 퍼지제어기와 피드포워드제어를 도입하여 시스템을 구성하고 시뮬레이션 실험에 의해 그 유효성을 평가하였다.
피드포워드 증폭기는 선형화 성능이 우수하고 선형화 대역폭이 넓은 장점이 있다. 그러나 피드포워드 증폭기는 다양한 소자들로 구성되는 개루프 시스템이기 때문에 주변 환경의 변화에 의해서 성능 저하가 일어나기 쉽다. 따라서 피드포워드 증폭기가 허용하는 범위 내에서 원하는 성능을 유지하기 위해서는 선형화 루프의 이득과 위상을 조정하기 위한 제어 방법이 필요하다. 본 논문에서는 steepest descent 알고리즘을 이용한 새로운 적응형 제어 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 기존의 제어 방법에 비해 수렴 속도가 빠르고 구현하기가 쉬운 장점이 있음을 시뮬레이션을 통해 확인하였다.
고기동 위성은 영상획득수량 등의 주요 임무성능을 향상시킬 수 있는 진보된 위성으로, 특히 지구관측분야에서 그 수요가 꾸준히 증대되고 있다. 본 논문은 고-토크 리액션휠을 장착한 위성의 기동성능을 높일 수 있는 자세제어 기법을 연구한다. 크게 3가지의 서로 독립된 방법을 제안하며, 위성 자세제어 시스템에 따라 모든 방법을 적용하거나 1-2개 방법만 적용하는 것도 가능하다. 각 방법을 요약하면 다음과 같다. 첫 번째로, 기존 피드백 제어기에 피드포워드(자세명령) 입력을 추가한 피드포워드/피드백 제어기를 소개하고 그 장단점을 요약한다. 두 번째로, 리액션휠 클러스터의 토크/모멘텀 용량을 최대한 활용하는 방법을 제안한다. 세 번째로, 마찰토크를 보상하는 토크기반 리액션휠 제어기법을 소개한다. 시뮬레이션을 통해 기존 피드백 제어기에 비해, 피드포워드/피드백 제어기를 적용 시 기동성이 향상됨을 확인하였다. 특히, 기동각이 클 때, 정착시간 감소가 두드러짐을 확인하였다.
특정 플랜트내에 원하지 않는 음이나 진동신호를 능동적으로 제어하기 위해 LMS의 Filtered reference와 Filtered error 방법으로 피드포워드 적응제어 시스템을 사용할 때 오차신호의 수렴특성을 플랜트의 추정 임펄스응답의 정확도로써 나타낼 수 있는 식을 제안하고 수치 시뮬레이션과 실험으로 그 유효성에 대해 기술한다. 플랜트내 음향전달계의 추정 임펄스응답의 안정성 평가식은 이미 W. Ren과 P. R. Kumar에 의해 발표되었으나[1], 그 평가방법은 플랜트내의 실제(True) 임펄스응답을 필요로하고있어 수치 시뮬레이션에서는 가능한 방법이지만 임펄스응답의 측정이 불가능한 실제의 적응제어 시스템에 적용하는 것은 곤란하다. 따라서, 플랜트의 추정 임펄스응답을 크로스스펙트럼법(Cross-Spectrum)으로 추정하여 그 임펄스응답을 피드포워드 적응제어 시스템에 적용했을 때 안정성 여부를 평가하고, 또한 오차신호의 수렴특성을 Filtered reference와 Filtered error 방법에서 각각 확인하였다. 수치 시뮬레이션 결과와 실험 결과가 일치함을 확인하였다.
본 논문에서는 외란토크를 효과적으로 억제할 수 있는 AC 서보모터의 견실제어 방법을 제안한다. 제안된 제어기는 플랜트 모델에 기초한 피드포워드제어기와 안정화 피드백제어기로 구성된다. 피드포워드제어기는 공칭(nominal) 플랜트의 출력이 기준 속도명령을 정확히 추적하도록 설계되며 피드백제어기는 전체 폐루프시스템을 안정화시키는 역할을 한다. 피드백제어기는 임의로 선택될 수 있는 자유함수를 포함하는데 이 자유함수는 외란토크의 영향을 억제하고 제어기가 모델오차에 견실하게(robust) 동작되도록 선택될 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 제안된 제어방식이 기존의 제어방식들에 비해 우수한 제어성능을 가짐을 입증한다.
피드포워드 방식을 이용하여 광대역, 선형 이득 제어 특성을 갖는 SiGe HBT 가변 이득 증폭기를 설계 및 제작하였다. 가변 이득 증폭기는 능동 발룬, 차동형 주 증폭기, 피드포워드 블록, 전압 조절부로 구성 되었으며, 주 증폭기와 피드포워드 블록의 신호가 역위상으로 상쇄되어 광대역의 선형 이득 제어가 가능하도록 각 부분을 최적화 시켰다. 설계된 가변 이득 증폭기는 STMicroelectronics사(社)의 0.35 ${\mu}m$ Si-BiCMOS 공정을 이용하여 제작하였다. 제작 및 측정 결과, 피드포워드 방식의 가변 이득 증폭기는 4 GHz($4\;GHZ{\sim}8\;GHz$)의 광대역 특성을 나타내었다. 또한, 제작된 가변 이득 증폭기는 6 GHz에서 9.3 dB의 최대 이득과 0.6 - 2.6 V의 조절 전압 인가시 19.6 dB의 이득 조절 범위 특성을 나타내었으며, 8 GHz에서 -3 dBm의 출력 전력 특성을 각각 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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