적분 슬라이딩 모드 관측기 기반 이동로봇의 선도-추종 군집제어
Integral Sliding Mode Observer Based Leader-Follower Formation Control of Mobile Robot
- 주제(키워드) 이동 로봇 , 선도 추종 군집 제어 , 적분 슬라이딩 모드 관측기
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 좌동경
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000029662
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문은 기구학적 외란(kinematic disturbance)과 한정적인 센서를 가지는 선도-추종(leader-follower) 군집에서 적분 슬라이딩 모드 관측기 기반 선도-추종 군집제어를 제안한다. 기존 선도-추종 군집제어 연구에서는 이동로봇의 기구학적 외란을 고려하지 않았지만 추종로봇(follower robot)의 기구학에는 기구학적 외란이 포함되며, 천장에 부착된 카메라를 통해 오로지 선도 및 추종로봇의 자세정보만을 얻기 때문에 이동로봇의 속도정보는 직접 측정할 수 없는 상황을 고려한다. 추종로봇이 선도로봇(leader robot)을 추종할 때 선도로봇의 자세 정보에 기초하여 목표로봇(target robot)의 자세가 먼저 생성되어야 하고, 추종로봇은 목표로봇의 경로를 추종한다. 이를 위해 기구학적 추종 오차 모델(kinematic tracking error model)을 자세 정보에 기반하여 정의한다. 그러나 기구학적 추종 오차 모델에서 선도 및 추종로봇의 기구학적 외란과 속도 정보는 사용할 수 없다. 따라서 적분 슬라이딩 모드 관측기는 기구학적 외란과 선도 및 추종로봇의 속도를 동시에 관측할 수 있도록 설계되어야 한다. 선도로봇의 속도와 추종로봇이 가지는 기구학적 외란의 추정 값은 기구학적 추종 오차 모델을 기반으로 설계된 백스테핑 유사 궤환 선형화(backstepping-like feedback linearization) 제어기에 사용된다. 본 논문에서 제안한 기법의 성능을 검증하기 위해 실험을 통하여 두 개의 다른 궤적에서 이전 기법과 비교하는 결과를 보여준다.
more초록/요약
The leader-follower formation control based on an integral sliding mode observer is proposed by considering the kinematic disturbance and sensor limits because the kinematics of the follower robot includes the kinematic disturbance, and only the posture information of the leader and follower robots can be obtained from the ceiling-mounted camera sensor. On the basis of the posture information of the leader robot, the posture of the target robot needs to be first generated, and the follower robot should then follow the trajectory of the target robot. To this end, the kinematic tracking error model is defined based on the posture information. The kinematic disturbance and the velocities of the leader and follower robots in the kinematic tracking error model are, however, not available; thus, the integral sliding mode observer should be designed to estimate the kinematic disturbance and the velocities of the leader and follower robots at the same time. The estimates of the leader robot velocity and the kinematic disturbance are used in the backstepping-like feedback linearization tracking controller that is designed based on the kinematic tracking error model. The experimental results using both the proposed method and the existing method are provided for two different trajectories to verify the performance for the proposed integral sliding mode observer based leader-follower formation control method.
more목차
1. 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 내용 및 기여 3
1.3 논문 구성 5
2. 이동로봇의 기구학과 기구학적 추종 오차 모델 6
2.1 선도로봇, 목표로봇, 추종로봇의 기구학 6
2.2 기구학적 추종 오차 모델 9
3. 속도와 기구학적 외란을 추정하기 위한 적분 슬라이딩 모드 관측기 13
4. 목표로봇의 경로를 추종하기 위한 백스테핑 궤환 선형화 제어기 21
5. 선도-추종 군집제어 실험 26
5.1 실험 환경 26
5.2 실험 매개변수 및 조건 28
5.3 실험 결과 30
6. 결론 및 향후 연구 40
참고문헌 41
Abstract 43
