2축 Yaw-Pitch 시스템을 위한 Second Order와 Fast Terminal 슬라이딩 모드의 스위칭 제어

Abstract

전차에 장착된 능동방호 시스템은 울퉁불퉁한 지형을 달리는 중에도 정확하고 신속한 제어가 요구된다. 일반적인 발사장치 구동부(포탑)의 형태는 yaw-pitch 운동을 하는 2축 모델인데, 이는 highly nonlinear system으로 정밀한 제어를 위해 강인한 제어기가 요구된다. 예측 불가능한 외란, 예를 들어 충격 진동은 목표물을 놓치거나 엉뚱한 곳으로 발사하는 등 발사장치 구동부의 정밀도에 심각한 영향을 주는데, 이러한 외란을 제거해야 요구하는 위치 제어를 수행할 수 있다. Sliding Mode Control(이하 SMC)은 disturbance, uncertainty에 강인한 robustness와 유한한 시간 내에 시스템을 안정화 시키는 finite-time convergence가 특징으로 외란에 강인한 제어기가 요구될 때 많이 쓰인다. 하지만 SMC는 chattering현상으로 torque변화가 심해 모터에 무리가 가고 응답성 또한 요구조건보다 떨어진다. SMC의 문제점을 보완한 Advanced SMC중 Second order SMC(이하 2-SMC)는 chattering현상을 감소시키는 장점이 있고 Fast terminal SMC(이하 FTSMC)는 응답성이 매우 빠르다는 장점이 있다. 하지만 이 중 하나의 제어기로는 달리는 전차위의 포탑을 정확하고 신속하게 제어할 수 없다. 실제 발사장치 구동부의 제어 성능을 만족하기 위해 2-SMC와 FTSMC를 결합한 제어기를 제안한다. steady state에 도달하는 시간인 settling time을 전후로 FTSMC와 2-SMC를 switching하면 FTSMC의 빠른 응답성과 2-SMC의 안정성을 모두 얻을 수 있다. Matlab simulink를 통하여 시뮬레이션을 수행하였고 그 성능을 확인하였다.