적응 알고리즘을 이용한 미지의 주기적 외란 제거에 관한 연구

Abstract

제어 시스템에 있어서 외란은 기계적인 요인이나 외부의 환경에 있어서 쉽게 발생하며, 특히 모터와 같은 회전하는 물체에 있어서 사인형태의 주기적 외란은 흔히 발생한다. 이런 외란은 시스템 성능저하의 원인이 되기 때문에 필수적으로 보상되어야 한다. 또한 이러한 주기적 외란의 주파수 특성을 정확히 알기 어렵기 때문에 주파수 특성을 알지 못하는 주기적 외란에 대해서도 적용 가능한 보상기법이 필요하다. 본 논문은 적응 알고리즘을 이용하여 주파수 특성을 모르는 주기적 외란을 제거할 수 있는 보상기를 설계하였고 시뮬레이션과 실제 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 내부 모델 원리와 적응 피드포워드 제어를 이용하여 주기적 외란 제거시 설계시 고련된 주파수 특성과 실제 외란이 일치할 경우 외란 제거 성능이 뛰어나지만 그 외의 경우에는 외란 제거 성능이 현저히 떨어진다. 2. 적응 알고리즘을 이용하여 주기적 외란을 제거시 외란의 주파수 특성에 크게 영향을 받지 않고 우수한 외란 제거 성능을 보인다. 3. 기존의 직접 적응 알고리즘에 비해 간단하게 제어기 설계 및 구성이 가능하다. 따라서 본 논문에서 제안한 주기적 외란 제거기법의 타당성을 입증하였으며, 향후 다양한 형태의 외란에 대한 실험과 DC모터 속도제어시스템뿐 아니라 다양한 시스템에서의 적용 및 실험이 필요하다고 사료된다.

Periodic disturbances occur in a variety of engineering systems. For example, Because of the eccentricity of the track on a computer hard disk, It has periodic disturbances at the frequency of rotation of a disk. In electric motors, the so-called cogging torque (in DC motors) and detent torque (in stepper motors) create torque pulsations at the frequency of rotation of the motor, due to the tendency of permanent magnets to align themselves along directions of minimum reluctance. Several methods are available for the rejection of periodic disturbances. The most common approach is based on the internal model principle (IMP) and adaptive feedforward control(AFC). These methods need to know the exact frequency of disturbances. In most cases, it's important to know the exact frequency of disturbances. This paper presents an adaptive algorithm in order to reject periodic disturbances with unknown frequency. An adaptive algorithm using the concept of phase-locked loop is proposed, by which we can estimate the frequency and its magnitude. We show that the proposed algorithm works quite well by simulation and experiment.