mLQT 와 Disturbance observer를 이용한 시선안정화 시스템의 제어기 설계

Abstract

본 논문에서는 시선(LOS, Line Of Sight, 카메라/센서가 지향하는 방향) 안정화 시스템의 제어기 설계에 관한 내용을 다룬다. 최근 국내에서 개발되고 있는 전자광학시스템의 개발 성능 요구 조건이 해외 선진 제품 수준으로 높아지고 있다. 또한 개발 중인 전자 광학 센서의 성능이 고배율/고해상도를 지향함에 따라 센서 성능을 최대로 발휘하기 위해 필수적인 구동제어부도 기존의 성능을 뛰어넘는 요구조건을 만족시켜야 한다.

이에 논문에서는 시선안정화 3축 김벌 시스템에 대하여, 시선안정화 제어기,외부(방위각)위치 제어기 및 내부(방위각/고각) 위치제어기를 mLQT(modified Linear Quadratic Tracker)와 Disturbance observer(외란관측기,DOB)를 이용하여 설계/제안하였다. 먼저 시선안정화제어기 및 위치제어기 설계를 위한 플랜트(plant)에 대한 모델링을 수행하고, 계측기를 통해 측정한 실제 시스템의 플랜트와 비교하여, 모델링 플랜트를 검증하였다.

그리고, 시선안정화제어기를 mLQT와 DOB를 통해 설계하고, 외부(방위각)위치 제어기 및 내부(방위각/고각) 위치제어기를 mLQT를 이용하여 설계하였다.

제어기의 검증을 위하여 Matlab/Simulink에서 제안된 제어기 및 PID, mLQT, PID+DOB, PID+Dual DOB를 함께 설계하여, 시선안정화제어기에서는 개루프 주파수 응답(Open loop frequency response), 토크 외란 주파수 응답(Torque disturbance frequency response), 민감도 함수(Sensitivity function) 등을 통해, 외부(방위각), 내부(방위각/고각) 위치제어기에서는 개루프 응답 및 스텝 응답(Step response)을 통해 성능을 평가하였다.

또한, 내부 시선안정화제어기 플랜트에 대해 동역학 모델링을 수행하고, Matlab/Simulink-Daful 간의 co-simulation을 수행하여, 시선안정화 정확도 성능을 평가하였다.