A Study on 2-Degree-of-Freedom Controller Design of Magnetic Levitation System by $H_{\infty}$ Control

$H_{\infty}$ 제어기법에 의한 자기부상계의 2자유도 제어기 설계에 관한 연구

본 연구에서는 자기부상시스템에 대해 흡인식 자기부상방식을 채택하고 쇠구슬에 대한 운동을 상하 1자유도로 가정하여 운동방정식을 세운다. 이때 전자석이 자기 부상력은 전자석에 흐르는 전류와 인덕턴스의 함수라 가정하고, 모델의 불확실성은 자기부상계의 운동 방정식으로부터 선형화 할 때 발생하는 오차 및 파라미터 변동으로 생각한다. 또한 모델의 불확실성이 존재하더라도 정상편차 없이 부상하는 서보제어계를 설계한다. 그런데 저자등은 강인성 문제 및 정상편차 없는 것에 역점을 두어 H$_{\infty}$ 제어이론에 기초한 1형 로바스트 서보 제어기를 구하여 자기부상 시스템의 안정화 제어계로써 적용한 적이 있다. 이때 중심해 이외의 해를 이용하여 설계한 서보 제어계는 자기부상계의 과도상태시에 일어나는 오버슈트를 줄일 수 없었다. 따라서 시스템 내부 안정화를 위하여 H$_{\infty}$ 제어이론에 의해 설계된 피드백(feedback) 제어기와 물체가 부상할 때 오버슈트를 줄이고 제어량이 목표치에 잘 추종하기 위해 설계된 피드 포워드(feed forward) 제어기로써 2자유도를 갖는 제어계를 설계한다. 이렇게 설계한 2자유도 제어계를 가지고 모의 응답실험과 본 연구자들이 만든 자기부상 시스템의 실험결과를 비교함으로써 설계된 제어기의 타당성을 조사한다.