다중입력 다중출력 선형 궤환제어 시스템의 결함분류 성능지표 및 능동적 결함진단

Abstract

다중입력 다중출력 시스템에서 구동기 및 센서의 수가 증가함에 따라 결함발생의 확률이 증가하였을 뿐만 아니라 결함상황에서 적절한 대처전략이 마련되어 있지 않는다면 더욱 심각한 사고를 발생시킬 수 있다. 또한 시스템이 복잡해짐에 따라 결함진단의 어려움이 증가하고 있으며, 임의의 주어진 시스템의 결함진단 성능을 예측할 필요성이 있다. 결함분류 성능은 시스템의 동적 특성과 구동기 및 센서의 조합에 의하여 결정되는 값으로 결함분류 알고리즘과는 무관한 특성을 가지고 있다. 기존의 결함분류 지표에 관한 연구는 시스템의 특정 구성요소가 결함분류가 가능한지 불가능한지에 대한 이분법적인 접근방식을 제안하였다. 그러나 수학적으로 결함분류의 조건을 만족함에도 불구하고 시스템에 존재하는 외란, 잡음 혹은 모델 불일치성의 영향에 의하여 결함을 분류할 수 없는 경우가 존재한다. 따라서 결함분류 성능에 대하여 이분법적인 지표가 아닌 연속적인 값으로 지표가 개선될 필요성이 있다. 본 연구에서는 다중입력 다중출력 선형 궤환제어 시스템을 대상으로 패리티 공간에서의 잔차벡터를 해석함으로써 결함분류 성능지표를 제안한다.

과구동 시스템에서는 구동 혹은 제어 가능한 입력의 수가 시스템의 모빌리티보다 큰 시스템을 의미한다. 성능향상에 대한 끊임없는 요구로 인하여 오늘날 과구동 시스템은 다양한 산업분야에서 널리 사용되고 있다. 과구동 시스템에서는 원하는 제어성능을 발휘할 수 있는 제어입력의 조합이 유일하지 않다는 특성을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 특성을 활용하여 능동적 결함진단을 제안함으로써 결함진단의 성능을 향상시키고자 한다. 정상상태에서 제어기는 원하는 목적에 부합하는 최적의 제어입력 조합을 결정한다. 결함이 발생한 상황에서 결함진단 시스템은 제어입력의 조합을 결함진단의 목적에 알맞은 제어입력의 조합으로 변경함으로써 시스템의 더욱 다양한 정보를 획득할 수 있으며 이에 따라 결함진단의 성능이 향상될 수 있다. 본 연구에서는 능동적 결함진단을 위한 제어입력 조정의 한가지 방법으로 제어기를 구성하는 가중치를 변경하는 전략을 제안한다.

사륜 독립 구동 및 조향 차량 시스템을 대상으로 모의실험을 진행하여 본 연구에서 제안하고자 하는 결함분류 성능지표의 타당성과 능동적 결함진단의 유용성을 검증한다.