Hybrid Robut Adaptive Controller Design for a Nonlinear Transformer Winding System with Saturation Input and External Distyrbances

Abstract

본 논문에서는 백스텝핑 기술과 모델 기준 적응 제어법을 이용하여 외부외란과 포화입력을 종속되는 비선형 변압기 권선기용 혼합 강인한 적응 속도 제어기 설계법을 제시하였다. 제안된 제어기의 목적은 권선 스핀들 시스템(WSS)과 노즐 이송 드라이브 시스템(NFDS)으로 이루어진 와이어 권선기용 변압기의 와이어 코일의 전기 손실을 방지하기 위해 와이어 감기들 간의 틈 또는 중복 없이 변압기 와이어 코일을 생산하는 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 다음과 같이 수행하였다. 첫 번째로 WSS와 NFDS의 기계 및 전기적 구성에 대한 시스템 설명이 제시되었으며, 또한 유계 불확실한 매개변수들, 외부외란들과 포화입력을 가지는 WSS와 NFDS의 시스템 모델링들이 제시되었다. 두 번째로 단일 시스템 동작을 분석하기 위하여 유계 불확실한 매개변수들, 외부외란들과 포화입력을 가지는 WSS를 위한 백스텝핑 기반 모델 기준 혼합 강인한 적응 속도 제어기가 제안되었다. 이것을 수행하기 위해 기준 입력의 미분항을 사용하여 WSS의 기준모델의 출력에 대한 수정된 기준모델을 제시하였으며, 이 수정된 기준모델의 출력이 사다리꼴형 기준 입력을 점근적으로 추적하도록 하기 위하여 백스텝핑 기술에 의해 결정된 제어 입력과 플랜트 매개변수들을 추정하기 위한 적응칙들이 수정 기준 모델 시스템의 응답을 추적하기 위해 유계 불확실한 매개변수들, 외부외란들과 포화입력을 가지는 WSS의 응답을 보증하도록 설계되었다. 제어 시스템의 강인한 안정성을 보증하기 위해, 포화 입력의 효과를 제거하기 위한 보조 시스템뿐만 아니라 적응 제어기 매개변수들의 드리프트 현상을 제거하기 위한 데드 존(dead-zone) 수정이 사용되었다. 보조 시스템과 데드존 수정을 사용으로 인한 시스템 안정성은 리아푸노프의 안정성 이론에 의해 입증되었다. 세 번째로 WSS의 제어기에 기반하여, 백스텝핑 기반 모델 기준 적응 제어 방법을 이용한 혼합 강인한 적응 cross-coupling 동기 속도 제어기가 2차 시스템으로 정의되는 유계 불확실한 매개변수들, 외부외란들과 포화입력을 가지는 WSS와 NFDS을 위해 설계되었다. 따라서, 수정 기준 모델 시스템의 출력 벡터는 사다리꼴 형태의 기준 입력 벡터를 추적하도록 설계되었다. 그리고 나서, WSS와 NFDS의 플랜트 출력 벡터는 제안된 백스텝핑 기반 제어 입력, 포화 입력의 효과를 제거하기 위한 보조시스템과 플랜트 매개 변수들을 추정하기 위한 적응칙들의 데드존 수정에 의해 수정 기준 모델 시스템의 출력 벡터를 추적하도록 제어되었다. 또한, 전체 시스템의 추적오차 벡터는 각각의 단일 시스템의 동기화 속도를 보증할 수 있는 cross-coupling 기구를 통하여 제안된 제어기에 피드백되었다. 마찬가지로, 제안된 제어기를 실현하기 위해 마이크로컨트롤러의 실행을 위한 이산 시간으로 표현되었으며, 마이크로컨트롤러는 DSP TMS320F288069사용되었다. 마지막으로 제안된 제어기의 뛰어난 효율성과 성능은 포화입력이 있는 경우/ 없는 경우과 외부 교란이 있는 경우/ 없는 경우 등의 다양한 실험 조건을 통해 실험으로 검증하였다.