관성센서를 이용한 도립진자의 제어를 위한 상보필터 설계 및 성능평가
Design and Performance Evaluation of a Complimentary Filter for Inverted Pendulum Control with Inertial Sensors
- 발행기관 亞洲大學校 大學院
- 지도교수 홍석교
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
This paper designs and evaluates a complementary filter for fusion of inertial sensor signals. Specifically, the designed filter is applied to inverted pendulum control where the pendulum's angle information is obtained from low-cost tilt and gyroscope sensors instead of an optical encoder. The complementary filter under consideration is a conventional one which consists of low- and high-pass filters. However, to improve the performance of the filter on the gyroscope, we use an integrator in the filter's outer loop. Frequency responses are obtained with both tilt and gyroscope sensors. Based on the frequency response results, we determine appropriate parameter values for the filter. The performance of the designed complementary filter is evaluated by applying the filter to inverted pendulum control. Experiments show that the performance of the designed filter is comparable to that of an optical encoder and low-cost inertial sensors can be used for inverted pendulum control with the help of sensor fusion.
more목차
본문차례
Abstract = 10
제 1 장 서론 = 11
제 2 장 도립진자 제어 시스템 = 12
2.1 도립진자 제어 시스템 소개 = 12
2.2 수레형 도립진자 제어 시스템 모델링 = 12
2.3 회전형 시스템 모델링 = 15
2.4 선형 최적제어 이용을 상태 궤환 제어기 설계 = 17
2.5 도립진자 시스템과 관성센서 = 18
제 3 장 관성센서(Inertial Sensors) = 19
3.1 관성센서 = 19
3.2 자이로스코프(Gyroscope) = 19
(1) 소개 = 19
(2) 자이로스코프의 오차 모델링 = 20
3.3 가속도 센서(Accelerometer) = 21
(1) 소개 = 21
(2) 가속도계의 오차 모델링 = 21
(3) 가속도계를 이용한 기울기 측정 = 22
제 4 장 상보필터(Complimentary Filter) = 24
4.1 상보필터 = 24
4.2.1 상보필터 설계 = 24
4.2.2 자이로스코프의 바이어스 오차 = 25
4.3 자이로스코프 바이어스 오차를 고려한 상보필터 설계 = 26
4.4 관성센서의 주파수 응답 특성 = 28
(1) 각 관성센서의 주파수 응답 = 28
(2) 차단 주파수 W_(c) = 30
제 5 장 실험 및 결과(상보필터 비교 실험) = 31
5.1 필터 성능 실험 = 31
5.1.1 자단 주파수 W_(c) = 31
5.1.2 상보필터 설계변수 K₁K₂의 결정 = 31
5.2.1 외부조건을 고려한 필터 성능 실험 = 33
5.2.2 필터 성능 실험 = 34
제 6 장 실험 및 결과(도립실험) = 35
6.1 도립 실험 = 35
6.2.1 실험의 시스템 구성 = 35
6.2.2 도립진자 시스템 소개 = 36
6.2.3 수레형 도립진자 시스템 구성 = 37
6.2.4 도립진자 시스템 구성 = 38
6.3 관성센서의 설치 방법 = 39
6.4 평지 도립실험 = 40
6.5 수레형 도립진자 시스템을 이용한 평지 도립 실험 = 41
6.6 수레형 도립진자 시스템을 이용한 경사 도립 실험 = 42
6.7 실험결과 = 43
제 7 장 결론 = 44
참고문헌 = 45
