대용량의 퍼지데이터를 처리하기 위한 퍼지제어 시스템의 가장 큰 과제는 퍼지추론 및 비퍼지화 단계에서의 수행속도의 개선이다. 본 논문에서는 퍼지제어기의 속도 향상을 위해 [0, 1]사이의 실수값을 갖는 퍼지 소속 함수값을 정수형 격자(pixel)에 매핑시켜 정수형 퍼지 소속함수값만을 가지고 퍼지연산을 하는 정수형 퍼지제어기법을 적용한 고속이 정수 연산을 수행하는 퍼지 프로세서와 주변제어 시스템을 FPGA로 설계하여 기존 퍼지제어 시스템에 비해 매우 빠른 실시간 고속퍼지 제어시스템을 구현한다.
TSK 퍼지 시스템의 뛰어난 성능을 일반 산업 현장에서 가장 많이 사용되고 있는 PID 제어기에 접목시켜, 비선형 시스템의 제어가 가능하고 강인성이 뛰어난 퍼지 PID 제어기의 설계를 제안한다. TSK 퍼지 제어기는 TSK 퍼지 모델로부터 극 배치법을 이용하여 설계되며, 비선형 시스템의 제어에서 시스템의 응답이 원하는 응답과 같아지도록 하는 뛰어난 능력이 있으나 구조가 복잡하여 산업 현장에서 사용되기에는 어려움이 있다. 본 연구에서는 구현하기 간편한 PID 제어기의 형태를 하면서, TSK 퍼지 제어기의 도움을 받아 설계되는 퍼지 PID 제어기를 제안한다. 즉, 먼저 비선형 시스템의 TSK 퍼지 제어기를 설계하고 그 TSK 퍼지 제어기의 제어 시뮬레이션으로부터 얻은 데이터를 이용하여 제안하는 퍼지 PID 제어기를 설계한다. 제안하는 제어기를 연속시간 비선형 시스템과 이산시간 비선형 시스템의 예제에 적용시켜 제어 시뮬레이션을 하였다. 그 결과 기존의 선형 PID 제어기로는 제어가 원만하지 않았으나 제안하는 제어기로는 원하는 응답 형태와 거의 같은 응답을 보이는 제어가 가능함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 Hybrid형 퍼지-PID 제어기와 모델참조 퍼지제어기를 이용하여 병렬형 퍼지 제어기를 설계 하였다. 먼저 첫 번째 제어기는 퍼지 PI와 퍼지 PD가 결합한 Hybrid형 퍼지-PID 제어기로서 원하는 응답특성에 대해 안정하게 도달하는 목적과 플랜트에 대해 외란이 발생한 경우 외란을 극복할 수 있는 역할을 하게 된다. 그리고 두 번째 제어기인 모델참조 퍼지제어기는 원하는 응답에 대해 빠른 응답을 나타낼 수 있도록 설계하였다. 본 논문에서 설계된 병령형 퍼지제어기를 이용하여 DC 모터에 적용하여 응답특성을 살펴본 결과 빠르고 안정된 응답특성과 또한 외란이 발생한 경우 빠른 시간에서 외란을 극복함을 확인하였다.
많은 제어분야에서 비선형성이 강하고 명확하지 않는 장치를 효과적으로 제어하기 위해 1973년 Mamdani가 퍼지이론을 스팀-엔진제어에 성공적으로 적용한 이후, 퍼지 이론이 이러한 분야에서 효과적으로 응용되고 있다. Nguyen과 Widrow에 의해 최초로 제안된 Fuzzy truck backer-upper problem은 퍼지 제어 이론을 바탕으로 자동차를 제어하는 대표적인 비선형 제어 문제이다. 본 논문에서는 주변 환경에 적응적으로 트럭의 방향과 속도를 제어하기 위해서 방향 제어뿐만 아니라 속도 제어를 포함하는 퍼지 멤버쉽 함수를 설계하여 실제적으로 적용 가능한 적응적 퍼지 트럭 제어 시스템을 제안하고 Simulation을 통한 실험 및 검증을 수행한다.
본 논문에서는 시설내 작물재배 시스템의 완전자동화를 구현함에 동시에 자동 제어 방식 설계상에 존재하는 많은 문제들 때문에 실현하지 못했던 작물의 직접제어자동화를 구현하였다. 시설내 작물재배 자동제어 시스템은 제어대상에 따라서 세 가지로 구분될 수 있다. 시설외부로부터 기상 환경 등을 계측하여서 시설내 재배 제어에 응용하는 외부 환경 제어, 시설 내부 환경을 직접 계측하고 제어하는 내부 환경 제어, 작물의 성장에 직접 공급되는 배양액의 적절한 조성에 관련된 배양액 제어로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 이 세 가지의 자동 제어시스템을 완전 실현하며, 배양액의 급액량을 제어함으로서 작물의 우량 성장을 자동적으로 조절할 수 있는 고난도 제어시스템을 설계하였다.
이동로봇의 제어는 로봇 분야에 있어 중요한 이슈이다. 이동로봇의 자율주행은 다양한 작업 환경에서 중시되고 있다. 자율 주행을 위해 이동로봇은 장애물을 감지, 회피하며 지능시스템을 도입한 제어 방식들을 사용해 충돌회피의 성능을 보완하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 이동 로봇의 기구학적 모델을 분석하고 조향각 제어를 위한 type-2 fuzzy self-tuning PID 제어기를 설계하였다. Type-2 fuzzy 제어기는 type-1 fuzzy 제어기와 달리 복수 개의 값을 가지므로 언어표현의 모호함의 자유도가 높다. 본 논문에서는 설계된 제어기와 기존의 PID 제어기, type-1 fuzzy self-tuning PID 제어기를 비교하기 위한 방법으로 MATLAB Simulink를 사용하여 시뮬레이션을 하였다. 시뮬레이션 비교 결과 기존의 PID제어기와 type-1 fuzzy self-tuning PID 제어기의 성능보다 type-2 fuzzy self-tuning PID 제어기의 성능이 우수하다는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 치수방재 효과를 향상시키기 위한 단일댐운영 모형을 개발하였으며, 제어기법은 퍼지제어 기법을 사용하였다. 본 모형은 저수지 수위와 유입량을 기준으로 제어규칙을 설정하였으며 방류량을 결정하는 제어기준에 따라 Fuzzy I, II, III의 세가지 모형을 개발하였다. Fuzzy I 모형은 6개의 제어규칙에 의해 홍수조절만을 고려한 것이고, Fuzzy II 모형은 I 모형의 치수효과를 가지면서도 홍수후의 저수위를 상승시켜 이수적인 효과도 얻기 위한 모형이며, Fuzzy III 모형은 적응제어모형으로 제어규칙을 9개로 세분화하여 치수효과와 이수효과를 동시에 거둘 수 있도록 한 모형이다.
본 논문은 뉴로-퍼지 제어기를 이용한 최적의 퍼지 소속함수에 동조하는 다층 신경회로망을 사용한 성능이 개선된 MPPT 알고리즘을 제안한다. 퍼지 제어기의 성능은 퍼지규칙과 퍼지 소속함수의 폭의 영향을 받는다. 뉴로-퍼지 제어기는 신경망 학습을 통해 퍼지 소속함수의 최적 폭을 이용하기 때문에 기존 퍼지 제어기보다 우수한 응답특성을 갖는다. 실험과 시뮬레이션 결과를 통해 제안된 알고리즘의 우수한 제어특성을 확인한다.
산업현장의 제어기들은 센서들로부터 수집된 다양한 형태의 신호들을 처리한다. 이 신호들은 고정된 값을 가지지 않고 물리적으로 변화하는 특성을 가진다. 이와 같이 변화하는 값을 처리하는 방법으로 다양한 형태의 연구가 진행되고 있고, 그 한 분야로 퍼지(Fuzzy)이론을 바탕으로 한 퍼지 제어 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. Fuzzy PLC 시스템은 현재 초기단계 형태로 개발되어 사용되고 있으며 그 응용 방법도 조금씩 보급되고 있는 실정이다. 본 논문은 변화하는 값들에 대해 간결하고 적절한 제어를 수행 할 수 있는 기 개발된 Fuzzy PLC 시스템을 이용한 플랜트 제어에 대한 연구이다. 크레인(Crane) 제어용으로 사용한 Fuzzy PLC 시스템은 Moeller사의 FT4-400-MM2 PLC 모듈이다. 본 시스템을 이용하여 대상 플랜트인 크레인을 제어하는 퍼지 함수 로직을 개발하고, 입 출력 제어 프로그램 기법에 대하여 연구한다. 또한 퍼지 제어 시스템을 이용한 퍼지 제어 기법을 개발하는 과정에 대하여 소개한다. 결론적으로 Fuzzy PLC System 개발 및 응용 모델로서 제안하고자 한다.
본 논문은 신경회로망에 의한 퍼지제어기의 소속함수를 자동동조하는 방법을 제시하였다. 신경회로망 에뮬레이터는 퍼지제어기의 소속함수와 퍼지규칙을 재구성하는 경로를 제공하며, 재구성된 퍼지제어기는 유도전동기의 속도제어를 위해 사용한다. 따라서, 연산 시간과 시스템 성능의 관점에서 제안된 방법은 전동기 상수가 변동될 시에도 기존의 제어 방식보다 우수하다. 공간전압벡터 PWM 발생을 위한 고속연산을 수행하고 자기학습형 퍼지제어기 알고리즘을 구현하기 위해서 32비트 마이크로프로세서인 DSP(TMS320C31)을 사용하였다. 컴퓨터 시뮬레이션과 실험 결과를 통하여, 제안된 방식이 PI 제어기나 기존의 퍼지제어기보다 향상된 제어 성능을 보일 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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