차륜형 역진자의 광학식 엔코더에 적용한 신경망 기반 속도추정에 관한 시뮬레이션 연구 (A Simulation Study of Neural Network Based Velocity Estimation for Optical Encoder in the Wheeled Inverted Pendulum)

서지정보

· 발행기관 : 한국지능시스템학회
· 수록지 정보 : 한국지능시스템학회 논문지 / 30권 / 6호 / 424 ~ 430페이지
· 저자명 : 이세한

초록

광학식 엔코더는 정밀한 모터 제어에 쉽게 적용될 수 있는데, 광학식 엔코더의 출력은 디지털 펄스이며, 그 디지털 펄스는 마이크로프로세서에 쉽게 입력될 수 있다. 광학식 엔코더를 사용하는 속도추정 방법으로 T-, M-, M/T법 등 여러 가지가 존재한다. 첫 번째 2가지 방법은 매우 느린 속도에서 속도추정 성능이 측정주기에 민감하게 의존한다는 공통적인 한계점을 갖고 있다. 그 추정성능을 개선하기 위해서 테일러 급수에 기반하는 새로운방법이 제안되었는데, 테일러 급수는 현재의 위치 데이터뿐만 아니라 과거의 여러 개의 위치 데이터를 사용하고 있다. 순수 테일러 급수는 과거의 여러 개의 데이터를 사용함에도불구하고 구조적으로 고차 미분항 때문에 속도를 양호하게 추정하지 못하고 있다. 이 점을극복하기 위해서, 테일러 급수와 유사한 비선형 함수를 근사할 수 있는 신경망이 제안되었다. 신경망용 학습 데이터로 실제 차륜형 역진자의 속도응답과 유사한 응답이 사용되었다.
신경망에 기반한 속도 추정은 기존의 M법에서는 곤란했던 속도응답의 흔들림을 완화하였다.

영어초록

An optical encoder is easily implemented for precise motor control application. The output of the optical encoder is a digital pulse form, which can make it easy to be connected to a microprocessor. There are various velocity estimation methods, T-, M-, and M/T-method by using an optical encoder. The first both methods have common limitation that the velocity estimation performance is strongly subject to estimation period in case of low velocity range. To improve the estimation performance a new method is proposed based on Taylor series which is using not only the present position data but also several ones in the past, while the M/T-method is using just present and previous sample data. Pure Taylor series cannot manage to estimate velocity well because of its having high order derivatives characteristics though it can govern a relationship among present velocity, past velocity and several past position data. To cope with it, neural network is proposed which can manage to approximate a nonlinear function resembling the Taylor series. To provide the neural network with learning data, velocity-position curve are proposed that resemble the velocity response of a real wheeled inverted pendulum. The neural network based velocity estimation can attenuate fluctuation over the velocity response while the conventional M-method cannot well.

참고자료

· 없음