완전 구동 멀티로터의 로터 추력 포화를 고려한 포화 RISE 제어기 개발

핵심 개념

완전 구동 멀티로터의 성능 저하를 방지하기 위해 외란 억제와 로터 추력 포화를 고려한 포화 RISE 제어기를 제안한다.

초록

이 논문은 완전 구동 멀티로터의 성능 저하를 방지하기 위해 외란 억제와 로터 추력 포화를 고려한 포화 RISE(Robust Integral of the Sign of the Error) 제어기를 제안한다.
먼저, 대각선이 아닌 상태 의존적인 입력 행렬을 가진 시스템에 적용할 수 있도록 기존 포화 RISE 제어기를 수정한다. 이를 통해 로터 추력 포화를 직접 고려할 수 있는 제어기를 개발한다.
다음으로, 완전 구동 멀티로터의 운동 방정식을 재구성하고 제안된 제어기를 적용한다. 시뮬레이션 결과, 기존 방법에 비해 제안된 제어기가 입력 행렬 구조를 고려할 수 있어 성능이 향상됨을 확인하였다.
주요 내용은 다음과 같다:

비대각 상태 의존적 입력 행렬을 고려할 수 있는 포화 RISE 제어기 개발
완전 구동 멀티로터의 운동 방정식 재구성 및 제안된 제어기 적용
시뮬레이션을 통한 제안 방법의 유효성 검증

통계

멀티로터의 질량 m은 2.9 kg이다.
멀티로터의 관성 모멘트 J는 diag([0.035, 0.035, 0.045]) kgm^2이다.
로터와 멀티로터 중심 사이의 거리 L은 0.258 m이다.
추력-토크 계수 kf는 0.016 m이다.
로터 틸트 각도 α는 30도이다.
최소 및 최대 로터 추력 u, u는 각각 2016 N, 2606 N이다.

인용구

"외란 억제 제어기가 필요한 이유는 매개변수 불확실성과 외부 교란으로 인한 성능 저하를 방지하기 위해서이다."
"로터 포화는 명령 입력과 실제 입력 사이의 차이로 인해 성능 저하 또는 불안정을 초래할 수 있으므로 적절히 다루어야 한다."

핵심 통찰 요약

Saturated RISE control for considering rotor thrust saturation of fully actuated multirotor

by Dongjae Lee,... 게시일 arxiv.org 04-18-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.11320.pdf

더 깊은 질문

완전 구동 멀티로터의 다른 제어 전략은 무엇이 있을까

완전 구동 멀티로터의 다른 제어 전략은 다양합니다. 일반적으로 완전 구동 멀티로터의 제어에는 PID 제어, 모델 예측 제어, 슬라이딩 모드 제어, 역행렬 제어, 백스텝핑 제어 등이 사용됩니다. 이러한 제어 전략은 각각의 장단점과 적용 가능한 상황에 따라 선택됩니다. PID 제어는 간단하고 효율적이지만 비선형 시스템에 대한 제어 능력이 제한적일 수 있습니다. 모델 예측 제어는 미래 상태를 예측하여 제어하는 방법으로 정확한 모델이 필요하지만 높은 제어 성능을 보입니다. 슬라이딩 모드 제어는 불확실성에 강건하며 빠른 응답 속도를 제공할 수 있지만 새로운 설계 요소가 필요할 수 있습니다. 역행렬 제어는 시스템의 역학을 사용하여 제어 입력을 계산하며 백스텝핑 제어는 비선형 시스템에 적합한 제어 방법입니다.

제안된 제어기의 강건성을 높이기 위해 어떤 방법을 추가로 고려할 수 있을까

제안된 제어기의 강건성을 높이기 위해 추가로 고려할 수 있는 방법은 제어기의 파라미터 튜닝과 안정성 분석을 통한 최적화입니다. 제어기의 강건성을 높이기 위해서는 각 제어기의 게인 값을 조정하고, 안정성 분석을 통해 시스템의 안정성을 확인해야 합니다. 또한, 불확실성을 고려한 강건 제어 이론을 적용하여 시스템의 불확실성에 대응할 수 있습니다. 또한, 제어기의 구조를 개선하거나 보완하여 더 나은 성능을 얻을 수 있습니다. 이를 통해 제어기의 강건성을 향상시키고 시스템의 안정성을 보장할 수 있습니다.

완전 구동 멀티로터의 실제 응용 분야는 무엇이 있을까

완전 구동 멀티로터의 실제 응용 분야는 다양합니다. 주로 완전 구동 멀티로터는 항공 산업, 무인 항공기, 무인 비행체, 무인 항공 로봇, 무인 비행 로봇 등의 분야에서 사용됩니다. 이러한 멀티로터는 정밀한 제어와 안정성이 요구되는 공간에서 사용되며, 항공 산업에서는 항공 사진 촬영, 환경 모니터링, 재난 구조 작업 등에 활용됩니다. 또한, 군사 및 보안 분야에서는 정찰, 감시, 탐지 작업에 사용되기도 합니다. 이러한 다양한 응용 분야에서 완전 구동 멀티로터의 성능과 안정성이 중요한 역할을 합니다.