축소된 TSK 퍼지 모델을 이용한 비선형 시스템의 추적제어

Abstract

이 논문에서는 비선형 시스템의 추적제어를 위해 축소된 Takagi-Sugeno-Kang (TSK) 퍼지 모델을 제안하였다. 기존의 TSK 퍼지 모델을 이용한 추적제어는 레퍼런스 모델을 필요로 하였으나, 제안된 축소된 TSK 퍼지 모델은 추적제어에 레퍼런스 모델을 필요로 하지 않는다. 따라서, 제어기의 안정성을 보장하는 조건이 기존의 것에 비해 훨씬 간단해지는 장점이 있다. 축소된 TSK 퍼지 모델을 구축하기 위해서 먼저 슬라이딩 모드 제어에서 정의되는 제어변수와 유사한 방법으로 변수를 정의한 후, 정의된 제어변수와 Taylor 시리즈를 이용하여 축소된 TSK 퍼지 모델의 하부시스템을 결정하고 그 하부시스템들의 조합으로 축소된 TSK 퍼지 모델을 구축한다. 구축된 축소된 TSK 퍼지 모델은 제어기를 설계에 이용하기 위한 것인데, 이 논문에서는 H-infinity 제어성능을 만족하고, 추적오차를 특정범위 이내로 줄이는 제어기와 그 설계조건을 제안한다. 그리고 그 제어기의 성능을 확인하기 위하여, 제안된 제어기와 입출력 선형화 기법을 이용한 슬라이딩 모드 제어기로 각각 천장 크레인을 제어하고 그 성능을 비교하였다. 이와 함께 역진자 시스템 및 2관절 매니퓰레이터에 제안된 모델을 바탕으로 추적제어기를 설계하고 시뮬레이션을 수행한 결과도 추가적으로 첨부하였다.

In this thesis, a reduced order Takagi-Sugeno-Kang (ROTSK) fuzzy model is proposed and based on the proposed model a tracking controller of a class of nonlinear systems is designed. A conventional TSK fuzzy tracking control requires a reference model, however, the proposed model enables us to design a tracking controller of a class of nonlinear systems without a reference model and simplifies stability condition. To construct an ROTSK fuzzy model, new variables are defined in a similar way to sliding surface variables of sliding mode control. A ROTSK fuzzy model is constructed with subsystems which are represented in terms of the new variables. Using the constructed ROTSK fuzzy model, a tracking controller which guarantees H-infinity control performance and ultimately bounded convergence of tracking errors is designed. To evaluate the effectiveness of the proposed controller, we compare overhead crane control performance of the proposed controller with that of a sliding mode controller which uses input-output linearization technique. In addition, an inverted pendulum and two-link manipulator examples are also attached.