확장 상태 관측기 기반 전기-정유압 구동기의 출력 피드백 서보 제어 :Extended-State-Observer Based Output Feedback Servo Control of an Electro-Hydrostatic Actuator

전기호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 전기호 (울산대학교, 울산대학교 일반대학원)

지도교수: 안경관

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2017

전기-정유압 구동기의 확장 상태 관측기 기반 비선형 서보 제어

전기호 , 안경관 드라이브·컨트롤 2017.12 학술저널

전기-정유압 구동기를 위한 출력 피드백 백스탭핑 제어

전기호 , 하태욱 , 정근희 외 1명 유공압건설기계학회 학술대회논문집 2017.11 학술대회자료

확장 상태 관측기 기반 전기-정유압 구동기의 출력 피드백 서보 제어

전기호 2017.01 학위논문

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본 논문에서는 전기-정유압 구동기(electro-hydrostatic actuator; EHA)의 서보제어를 위하여 확장 상태 관측기 기반의 비선형 서보제어기를 제안한다. 기존의 비선형 위치제어기는 이차함수 형태의 Lyapunov함수(QLF)를 도입하여 제어기를 설계하기 때문에 위치제한조건을 정량적으로 설계할 수 없었다. 하지만 Barrier Lyapunov함수(BLF)는 위치제한조건을 정량적으로 설계할 수 있기 때문에, 본 논문에서 BLF를 도입하여 서보제어를 위하여 위치제한조건을 보장할 수 있도록 한다.
대부분의 실제 시스템에서 센서의 탈?부착 여부는 시스템의 여러 제약으로 결정 되고, 일반적으로 모든 상태를 측정할 수 없다. 이러한 상황에서는 전상태 피드백 제어기인 백스탭핑(backstepping) 제어는 직접적으로 사용할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 확장 상태 관측기(extended-state-observer; ESO)를 사용한다. ESO의 가장 큰 특징은 시스템의 상태를 추정할 수 있을 뿐만 아니라 시스템의 불확실성, 외란 등을 임의의 시간에 대한 함수로 두어 이 함수를 추정하여 이를 입력 측의 feedforward항으로 보상 시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.
제안된 제어기의 성능을 입증하기 위하여 비례-적분-미분(PID) 제어기, QLF와 ESO기반의 백스탭핑 제어기, 제안된 제어기가 사용된다. EHA실험을 통해 제안된 제어기의 성능이 우수함을 증명한다.

1. 서론 ························································································ 1
2. 유압 시스템 ··········································································· 3
2.1. 밸브 제어 시스템 ····················································································· 3
2.2. 펌프 제어 시스템 ····················································································· 5
3. 수학적 모델링 ······································································· 6
3.1. EHA의 운동 방정식 ················································································ 7
3.2. EHA의 연속 방정식 ················································································ 7
3.3. EHA의 비선형 상태 공간 방정식 ···················································· 8
4. 제어기 및 관측기 설계 ························································ 8
4.1. 상태벡터와 비선형 상태 공간 방정식 수정 ······························· 8
4.2. ESO 설계 ···································································································· 9
4.3. BLF 기반 Backstepping 제어기 설계 ········································· 11
4.4. 폐루프 안정도 확인 ··············································································· 14
5. 실험 결과 ············································································· 16
6. 결론 ······················································································· 30
Reference ···················································································· 31

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