쿼드콥터 안정화 비행을 위한 Mahony 필터와 이중 루프 PID 제어의 통합적 접근

1. 서론

쿼드콥터의 안정적인 자세 제어는 고기동성과 다양한 응용 분야 확장을 위한 필수 요소다. 4개의 로터를 이용한 비행 시스템의 특성상 외부 환경 변화와 비선형적인 동역학에 취약하며, 이로 인해 자세 불안정이 빈번하게 발생한다. 따라서 외부 환경의 영향을 최소화하고, 비선형 시스템의 특징을 효과적으로 제어할 수 있는 정교한 자세 제어 시스템 개발이 매우 중요하다.

이 연구에서는 쿼드콥터의 자세를 정확하게 추정하는 Mahony 필터와 제어 성능을 향상시키는 이중 루프 PID 제어기를 통합하여 안정적인 비행을 구현하는 새로운 자세 제어 시스템을 제안한다. Mahony 필터는 자이로스코프와 가속도계의 측정값을 융합하여 자세를 추정하는데, 이는 각 센서의 단점을 보완하여 보다. 정확하고 신뢰도 높은 자세 정보를 제공한다. 특히 자이로스코프의 누적 오차 문제와 가속도계의 중력 영향을 효과적으로 감소시켜, 외부 환경 변화에도 안정적인 자세 추정을 가능하게 한다. 이를 통해 쿼드콥터의 비행 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.

이중 루프 PID 제어기는 외곽 루프와 내곽 루프로 구성되며, 각각 자세 제어와 속도 제어를 담당한다. 외…