최적 절환 초평면을 갖는 슬라이딩 모드에 의한 DC모터의 강인한 속도제어 (Robust DC Motor Speed Control Based on a Sliding Mode with an Optimum Switching Surface)

서지정보

· 발행기관 : 한국동력기계공학회
· 수록지 정보 : 동력시스템공학회지 / 24권 / 4호 / 17 ~ 25페이지
· 저자명 : 양상원, 정태영, 정석권

초록

이 논문에서는 DC모터의 외란 인가 및 모터 파라미터의 변동 시에 대한 강인한 속도 제어를 위하여 Sliding Mode Controller(SMC)를 설계하였다. 이 연구에서 SMC는 최적제어 이론을 도입하여 제어 오차와 입력 에너지를 최적화하도록 절환 초평면을 설계하였으며, 시스템의 상태변수가 모델 불확실성, 외란 등으로 인해 슬라이딩 평면을 벗어났을 때, 강제적으로 절환 초평면에 도달시키는 제어 입력을 Lyapunov 점근 안정이 만족되도록 설계하여 강인성을 확보하였다. 또한 속도 지령값에 엄밀하게 추종하기 위하여 확대계를 구성하여 서보 시스템으로 설계하였다. 제안된 SMC의 타당성은 PI 제어기와의 비교 실험 결과를 통해 검증하였으며, 특히 부하 인가 실험과 파라미터 변동 실험을 통하여 제어기의 강인성을 입증하였다. 실험 결과를 통해 설계한 SMC는 PI 제어기보다 외란 및 파라미터 변동에 대하여 제어 성능이 더 강인함을 확인하였다.

영어초록

This paper deals with robust speed servo control for DC motors based on a sliding mode control (SMC). SMC is well known for its robust control performance against external disturbances including motor parameter variations. An optimum switching plane, a key issue for SMC, is designed to minimize control error and input energy in a state space model. Voltage command which is an output of the sliding mode controller is induced to satisfy the Lyapunov’s second method for critical stability. The robust control performance of the suggested sliding mode control is evaluated by two experiments such as a load test and parameter variation test. The external load test was conducted by applying 100% and 80% of the rated torque using a powder brake. The parameter variation experiment was conducted by increasing nominal parameters of the motor used in the controller by 3 times. Moreover, the effectiveness of SMC is clarified by comparing with the PI control experimental results. The experimental results showed that SMC has stronger control performance against the disturbance and parameter changes than the PI controller.

참고자료

· 없음