공진효과 및 비선형 마찰이 존재하는 서보 시스템의 μ-제어기 설계에 관한 연구 = A Study on the μ-Controller Design for Servo Systems with Resonance and Nonlinear Friction
공진 효과와 비선형 마찰은 거의 모든 서보 시스템(servo system)에 존재하며, 이를 무시하고 제어기를 설계한 경우 성능 저하를 초래하거나 전체 시스템이 불안정해지는 등, 제어 시스템의 성능에 큰 영향을 주게 된다. 본 논문에서는 이러한 공진 효과와 비선형 마찰이 존재하는 서보 시스템에 대하여 μ-제어기법을 적용하여 제어기를 설계하는 방법을 제시한다. 정상상태 오차 없이 마찰력을 보상할 수 있는 제어기를 설계하기 위하여 원래의 시스템을 적분기로 확장한다. 이렇게 확장된 시스템에 대하여 μ-제어기 설계 방법을 적용하여 제어기를 설계한다. μ-제어기 설계 방법은 부분적으로 H∞ 제어 방법을 사용하는데 일반적으로 적분형 서보 시스템에 H∞ 제어 방법을 적용한 경우 과도응답 특성이 나빠지므로, 과도응답 특성을 개선하기 위하여 제어기를 2-자유도 구조로 변환한다. 때때로 전체 제어 시스템에서 비선형 마찰과 적분기의 상호작용으로 인하여 리미트 사이클이 발생할 수 있으므로 기술 함수법을 사용하여 리미트 사이클의 존재여부를 확인한다.
더보기In the designing servo controllers, the most important problems which should be considered are resonance effects and nonlinear frictions. These problems exist in almost all the servo systems, and sometimes cause difficulties in designing controllers. In this thesis, a controller design procedure with employ μ-control method is proposed for the servo systems with these problems. In order to design a controller which is capable of compensating frictions and ensures no steady-state error, the original system is augmented with an integrator and μ-control method is applied. In the course of μ-control method, H∞ control method is partially used. Since a conventional H∞ control problem for integral type servo systems sometimes presents poor control performance in transient response, a control structure is transformed into 2-degree of freedom structure in order to obtain satisfactory control output in transient response. And, sometimes, there is a possibility of limit cycles due to the interaction between the nonlinear friction and integrator. To check the possibility of limit cycles, describing function method is used.
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