도립진자 제어시스템

소개

도립진자시스템을 설계하고 자동제어하는 설계과목

목차

I. 이론
1.도립진자
2.시스템 설명
3.수학적 모델링
4.시스템 설계
II. 실험
1.도립진자 시스템 설계
(1)부품사양
(2도립진자 시스템 구성
2.실험장치 설명
3.제어기 설계 이론
(1)PID 제어기
(2)PI 제어기
(3)PID 제어기
4.프로그램
(1)Block Diagram
(2)Front Pannel
5.실험 및 제어기 계수선정
(1)P계수 선정
(2)PI계수 선정
(3)PID계수 선정
6.제어기 성능 평가
(1)P제어기 응답특성
(2)PI제어기 응답특성
(3)PID제어기 응답특성
(4)PID제어기 출력신호
III. 결론 1

본문내용

Ⅰ. 이론
1. 도립진자
도립진자 시스템은 수레 위의 진자가 적당한 제어 힘이 없는 상황에서 중력에 의해 어느 한 쪽으로 넘어지려고 할 때 외부에서 수레에 힘을 가하여 특정 위치와 진자의 각도를 유지시키는 시스템을 말한다. 이러한 도립진자 시스템은 미사일 제어, 크레인 제어 및 2족 보행 로봇의 자세제어 등의 기본이 되는 비선형 시스템의 대표적인 예로서, 현재 산업 전반에 수행되고 있는 위치 및 자세 제어 분야의 다양한 시스템에 응용 가능한 시스템이다.
손가락 끝에 막대를 올려놓고 평형하게 유지하도록 하는 문제는 발사 초기단계에 있는 미사일의 비행자세를 조정하는 문제와 다를 바 없듯이 도립진자의 제어는 이것의 축소판으로서 가치가 있다.
도립진자를 직접 설계해 봄으로써 그 동안 자동제어공학 및 제어시스템공학 강의시간에 배워오던 제어 이론을 실제로 적용해 보는 것을 목적으로 한다. 도립진자를 구현하는 데 있어 그 동안 배워왔던 시간영역 또는 주파수영역에서의 해석과 시스템에 최적의 성능을 설계하는 것을 활용하여 하나의 완전한 시스템을 만들어 볼 수 있기 때문에 자동제어 분야에서의 가장 적합한 과제라고 생각한다.
도립진자는 제어에 관련된 거의 모든 책에서 예시가 되어 있고 복잡하지 않은 과정으로 제어를 실제적으로 해 볼 수 있으므로 이론을 실제의 시스템에 적용시키기에 적합한 과제라고 생각한다.

2. 시스템 설명

[그림1]에 나타낸 그림이 도립진자 시스템의 개략도이다. 이 시스템은 진자와 카트, 엔코더, DC모터, 그리고 카트가 움직이는 축으로 구성되어 있고 축의 끝에는 카트가 더 이상 움직이지 못하도록 리미터를 설치되어 있다.
진자의 각도 θ는 수직축으로부터 기울어진 경사각이라 정의하고 오른쪽으로 기울어진 방향을 +방향으로 하였다. 그리고 진자의 각도를 조정하는 입력으로 힘 F를 가하였다.

3. 수학적 모델링
역진자와 수레의 동력학 식을 나누어 구하면 아래와 같다.

참고자료

· 없음