김석균 한밭대 창의융합학과 교수/사진제공=한밭대서보모터를 구동시키는데 필요한 전류 센서는 외란에 민감하고 가격이 비싸다. 뿐만 아니라 소프트웨어 설정 과정에 인력과 시간이 많이 소모된다는 단점이 있다. 저렴한 센서로 대체하면 측정 정밀도가 하락해 제어 성능이 나빠진다.
김 교수팀은 가속도가 전류량을 대체할 수 있다는 사실에 기반해 가상 입력에 대한 영-극점 상쇄형 가속도 추정 기술을 고안했다. 이어 이 기술을 통해 운동 방정식 의존성을 제거하고 이득 데이터베이스 없이 균일한 추정 성능을 보장하는 데 성공했다.
연구팀은 고성능 속도 동기화 성능을 위해 필요한 높은 폐쇄루프가 상대적 안정도를 떨어뜨리는 단점을 해결하기 위해 1차 미분 방정식을 풀어 폐쇄루프 이득을 가변하는 지능형 기술을 개발했다. 고성능과 상대 안정도라는 두 마리 토끼를 모두 잡았다.
아울러 능동 댐핑 기술을 도입하고 내부 가속도 폐쇄루프 이득 구조를 비선형화해 영-극점 상쇄를 유발, 불필요한 오버 및 언더슈트 현상을 제거했다. 고성능을 보장하면서 성능 튜닝과정의 복잡도를 낮춘 셈이다.
김 교수는 "이번 연구를 위해 NI社의 myRIO1900 프로세서와 Quenser社의 Qube-servo2 모터 3세트를 활용해 속도 동기화 실험 하드웨어를 구축했다"며 "LabVIEW와 MATLAB을 활용해 제어 및 추정 기술을 개발했다. 이는 기존의 기술과 비교해 성능 우위를 보였다"고 설명했다.
한편 이번 연구는 과기부의 '개인기초연구사업'과 교육부의 '중점연구소사업' 지원으로 수행됐다.
김석균 한밭대 교수 연구팀의 실험 장비./사진제공=한밭대
