자동차 선회주행(코너링)을 위한 속도제어 ( PID제어기 설계 )

소개

제어시스텀설계 과목에서 설계프로젝트 레포트이며
자동차가 코너를 돌때 경로를 이탈하지 않고 주행할 수 있도록 속도를 제어하는 것을
목표로 레포트를 작성하였습니다. 차의 움직임을 모델링하여 전달함수를 구하는 과정과 블록다이어그램등이 포함되어 있으며 매트랩을 이용하여 안정성 판별과 PID제어를 통하여 제어기를 설계하는 과정, 결과 파형 그래프가 포함되어있습니다.

목차

1. 서론
2. 시스템 개요
3. 모델링 결과
4. 시스템 전달함수와 블록다이어그램
5.시스템 안정도 해석
6. PID 설계
7. 시뮬레이션 및 파형분석
8. 결론 및 고찰

본문내용

5.시스템 안정도 해석

시스템의 L(s)의 극점으로부터 전체시스템의 근궤적을 그려보니 위 그림과 같았다. 모든 근들이 LHP에 존재 하였고 K값을 증가해도 근들이 RHP로 가지 않는 것을 볼 때 이 시스템은 안정하다고 볼 수 있다.
그래서 이 시스템은 PID 설계시 Ziegler-Nichols법을 쓸 수 없어서 Chien-Hrones-Reswick법을 쓰기로 했다.

6. PID 설계

CHR보상법은 개루프 플랜트의 계단응답의 모양을 이용하여 PID게인을 설정하는 방법이다. 일단 아래와 같은 개루프시스템에 계단입력을 넣고 반응을 살펴보았더니 다음과 같았다.

1) 윗 파형에서 곡선의 선형부분을 따라 직선을 긋고, 여기서 Tu=0.1, Tg=0.7임을 알 수 있다.
2) 이므로 아래 표(a)를 보면 이 시스템은 PID제어를 해야함을 알 수 있다.
3) 표(b)로부터 직접적인 PID게인을 구할 수 있다.

여기서 는 개루프시스템의 직류이득으로 플랜트 에 s=0을 대입
하면 3.92가 나온다.
Overdamped로 구하면 Kp=0.53, Ti=0.7, Td=0.05 20% Overshoot으로 구하면 Kp=1.7, Ti=0.95, Td=0.047이 나온다. 이를
에 대입하면 Overdamped 에세 P=0.53, I=0.757, D=0.0265가 나온다. 20% Overshoot은 P=1.7, I=1.79, D=0.0799가 된다.

7. 시뮬레이션 및 파형분석

곡률반경이 30m일 경우 입력각속도에 대하여 출력각속도가 어떻게 변하는지를 관찰했다.

Case1. PID제어기를 달지 않은 경우
Reference 각속도가 563.8인데 출력 각속도가 Overshoot이 크고 450정도까지 밖에 따라가지 못하였다. 여기에 PD 제어를 하여 Overshoot을 줄이고 Reference값을 따라갈 수 있는 제어를 해야 겠다.

참고자료

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