A Robust Control for Robot Manipulators using Output Feedback Disturbance Observer

로봇 매니퓰레이터는 대표적인 다중 입력 다중 출력(MIMO) 비선형 시스템이며, 정확한 파라미터를 식별하기 어려워 시스템 불확실성이 큰 제어 대상 중 하나이다. 또한 로봇 매니퓰레이터를 제어할 때, 각 관절의 각도는 센서를 통해 취득하지만, 각속도의 경우 측정한 각도 값을 미분하여 사용하는 경우가 많다. 수치 미분을 통해 구한 각속도의 값을 사용할 때는 고주파 잡음(noise) 증폭이나 센서 분해능에 따른 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문은 외부 외란과 시스템 불확실성이 존재하는 로봇 매니퓰레이터를 위한 강인 출력 궤환 제어기를 제안한다. 로봇 매니퓰레이터 시스템은 동역학적 특성상 입력 이득 행렬이 관절 각도에 따라 달라지는 비선형 특성을 갖는다. 본 논문에서는 공칭 시스템이 이러한 비선형 상태 종속적 입력 이득 행렬을 가질 수 있도록 허용함으로써 기존 연구의 가정을 확장한다. 또한 외란 관측기 기반의 출력 궤환 구조를 제안하여 공칭 폐루프 시스템의 안정성을 보장한다. 제어기는 고이득 관측기(high-gain observer)와 필터링을 사용하여 측정되지 않은 상태 변수와 외부 외란과 시스템 불확실성의 영향이 결합된 전체 외란을 추정하고 상쇄한다. 제안된 방법의 유효성을 검증하기 위해 시뮬레이션 결과를 제시한다. 시뮬레이션으로 검증하였을 때, 제안하는 방법의 외란 추정 오차가 기존 방법 대비 약 55.6% 감소함을 확인하였다.