로봇 제어 기술

40여년전 구 소련에서 연구되기 시작한 가변구조 제어기는 제어값들 사이를 매우 빠르게 스위칭하는 점에서 단순 릴레이 제어기와는 다르다. 가변구조 제어는 제어 대상 시스템의 동특성이 그림 1과 같이 설계자에 의해 미리 설정된 스위칭면에 의해 결정된 궤적을 추종하 도록 제어 구조를 불연속적으로 변화 시킨다. 따라서 궤적이 한번 스위칭면에 도달하면 제어구조의 변화에 의해 궤적은 스위칭면 상에 존재하게 된다. 이를 슬라이딩 모드(sliding mode)라 한다. 제어구조의 불연속적인 변화는 시스템의 궤적이 스위칭면을 따라 움직이도록 하는 불연속적인 제어입력을 발생한다. 이러한 가변구조 제어 방식은 외란에 강하고 변수 변화에 의한 영향이 적으며, 제어기의 설계시 정확한 모델의 지식을 필요로 하지 않고, 단지 시스템 변수의 변화값이 가질 수 있는 최대값만 알면 되므로 로봇의 제어에 매우 적합하다고 할 수 있다. 이 제어 방식의 특징은 미리 정의된 슬라이딩 평면에서 생성되는 슬라이딩 모드의 존재이다. 응답궤적이 슬라이딩 면에 도달하면 응답은 로봇의 동적 운동방정식이 아닌 슬라이딩 평면의 동적 특성을 따르므로 슬라이딩 모드 제어는 강인한 특성을 유지한다. 적절하게 슬라이딩 평면을 설계하고, 슬라이딩 모드를 생성하는 제어 입력을 가함으로써 가변구조 제어기를 포함하는 전체 시스템은 원하는 제어 목적을 달성한다.