지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 강민식
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 가천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수11
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2018
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
이 논문은 자동차, 장갑차, 선박, 비행 차량 등과 같은 이동체에 장착된 2-축 김발 구조의 시선 안정화 시스템을 위한 칼만 필터 기반 자이로 편류 보상과 외란 토크 앞먹임 보상 제어에 대하여 설명하고, 카메라가 장착될 수 있게 제작된 시제품으로 실험하여 제어 성능을 검증하였으며, 실제 운행중인 차량에 적용할 수 있음을 확인하였다.
타겟을 추적하는 과정에서 내부 김발에 장착된 카메라와 같은 영상 시스템은 이동체가 움직이는 동안 촬영자가 영상을 흔들림 없이 촬영해야 한다. 이를 위해 플랫폼은 절대좌표 기준 안정화가 필요하고 높은 안정화 성능을 요구한다.
이러한 안정화 제어 성능은 외란의 영향에 따라 좌우된다. 그러므로 시스템에 외란이 작용할 때, 외란의 영향을 제거하는 것이 바람직하고, 만약 외란 토크 추정이 가능하다면 앞먹임 보상 제어를 하는 것이 효과적이다.
본 연구에서는 내부 김발에 3축 가속도 센서를 장착하여 시스템 파라미터와 시스템에 작용하는 외란인 질량 불균형 토크와 마찰 토크를 추정할 수 있는 실험적 방법을 제시한다. 또한, 각 김발의 질량 불균형 벡터와 마찰 토크를 동시에 확인하기 위한 외란 식별 방법을 제안하였다.
안정화 제어기는 3-축 자이로 센서와 가속도 센서를 이용해 센서 융합을 하고 이때, 칼만 필터를 적용한다. 이를 위해, 회전좌표계에서의 가속도 변화율을 이용해 상태천이방정식으로 나타내어 시스템 모델을 구하고 자이로 센서의 편류를 가속도 신호를 이용해 보상하여 편류를 제거하였고 추정된 가속도 신호를 이용해 경사각을 추정한다. 그러나 이 때 추정된 경사각은 절대좌표계 기준이기 때문에 안정화를 위한 차량 기준의 구동각으로 변환을 해야하며 차량의 이동에 따라 항상 수평 상태를 유지할 수 있는 구동각을 계산하는 방법에 대해 연구하였다.
결과적으로, 실험적 외란 토크 식별 방법에 기반한 앞먹임 보상이 안정화 성능을 향상시키는데 효과적인 것을 확인하였고, 칼만 필터를 통해 자이로 센서의 편류를 제거하여 김발이 치우치는 현상을 제거할 수 있었다. 또한 제어 알고리즘을 이용해 세가지의 외란 발생 조건을 정하고 안정화 제어 실험을 한 결과 앞먹임 보상을 적용하는 것이 기존의 PID 제어기만 사용했을 때보다 더 좋은 안정화 성능을 가지는 것을 확인했다.
타겟을 추적하는 과정에서 내부 김발에 장착된 카메라와 같은 영상 시스템은 이동체가 움직이는 동안 촬영자가 영상을 흔들림 없이 촬영해야 한다. 이를 위해 플랫폼은 절대좌표 기준 안정화가 필요하고 높은 안정화 성능을 요구한다.
이러한 안정화 제어 성능은 외란의 영향에 따라 좌우된다. 그러므로 시스템에 외란이 작용할 때, 외란의 영향을 제거하는 것이 바람직하고, 만약 외란 토크 추정이 가능하다면 앞먹임 보상 제어를 하는 것이 효과적이다.
본 연구에서는 내부 김발에 3축 가속도 센서를 장착하여 시스템 파라미터와 시스템에 작용하는 외란인 질량 불균형 토크와 마찰 토크를 추정할 수 있는 실험적 방법을 제시한다. 또한, 각 김발의 질량 불균형 벡터와 마찰 토크를 동시에 확인하기 위한 외란 식별 방법을 제안하였다.
안정화 제어기는 3-축 자이로 센서와 가속도 센서를 이용해 센서 융합을 하고 이때, 칼만 필터를 적용한다. 이를 위해, 회전좌표계에서의 가속도 변화율을 이용해 상태천이방정식으로 나타내어 시스템 모델을 구하고 자이로 센서의 편류를 가속도 신호를 이용해 보상하여 편류를 제거하였고 추정된 가속도 신호를 이용해 경사각을 추정한다. 그러나 이 때 추정된 경사각은 절대좌표계 기준이기 때문에 안정화를 위한 차량 기준의 구동각으로 변환을 해야하며 차량의 이동에 따라 항상 수평 상태를 유지할 수 있는 구동각을 계산하는 방법에 대해 연구하였다.
결과적으로, 실험적 외란 토크 식별 방법에 기반한 앞먹임 보상이 안정화 성능을 향상시키는데 효과적인 것을 확인하였고, 칼만 필터를 통해 자이로 센서의 편류를 제거하여 김발이 치우치는 현상을 제거할 수 있었다. 또한 제어 알고리즘을 이용해 세가지의 외란 발생 조건을 정하고 안정화 제어 실험을 한 결과 앞먹임 보상을 적용하는 것이 기존의 PID 제어기만 사용했을 때보다 더 좋은 안정화 성능을 가지는 것을 확인했다.
목차
I. 서론1. 연구 배경 및 목적 12. 연구 방향 및 목표 4II. 본론1. 안정화 제어 시스템의 구성1) 안정화 제어 개념 52) 안정화 제어를 위한 2-축 김발 시스템 구성 82. 좌표계 정의 및 좌표계간의 관계1) 좌표계 정의 102) 좌표계간의 관계 및 변환 113. 안정화 제어1) 안정화 제어 알고리즘 122) 자이로 편류 보상 ? 칼만 필터 17(1) 직선 가속도가 없을 경우 19(2) 직선 가속도가 있을 경우 223) 가속도계 출력과 자이로를 이용한 경사각 추정 244) 안정화를 위한 피치, 롤 구동각 결정 385) 질량 불균형 토크 및 마찰 토크 식별(1) 질량 불균형 토크 식별 43(i) 롤 김발 토크 계산 44(ii) 피치 김발 토크 계산 45(2) 마찰 토크 식별(i) 마찰의 특성 47(ii) 마찰 토크 식별을 위한 방법 486) 시스템 파라미터 식별 이론 49(1) 롤 김발 운동방정식 50(2) 피치 김발 운동방정식 51(3) 시스템 파라미터의 실험적 식별 방법 524. 실험 및 결과1) 실험 장치 및 실험 방법 562) 시스템 파라미터 식별 실험(1) 개별 구동에 의한 식별 실험 62(2) 동시 구동에 의한 식별 실험 693) 위치 제어를 통한 질량 불균형과 마찰 토크 보상 실험 784) 안정화 제어 실험 81III. 결론 94IV. 참고문헌 96V. 부록A. 실험 장치 사양 101B. 회전 좌표계에서의 가속도 변화율 106C. 벡터와 행렬에서의 미분 110ABSTRACT 111
최근 본 자료
댓글(0)
0