In the dissertation we study a gain-scheduled control scheme of a multi-input, multi-parameter linear parameter varying(LPV) system and its application to flight vehicle control.
First, we studied an LPV modelling method of a nonlinear system by linearization on the equilibrium manifold of a nonlinear system. The definition of the equilibrium manifold, the necessary assumptions for parameterized linearization, the LPV modelling by parameterized linearization on the equilibrium manifold, and the LPV modelling of a nonlinear control system with external time-varying parameters are studied.
Secondly, for a multi-input, multi-parameter LPV model of which the elements are nonlinear functions of the internal and the external parameters, we study how to design a gain-scheduled controller from linear state feedback controllers by switching. We proposed a design method of the local linear controllers using both the minimum sensitivity eigenvalue assignment method and the quadratic stability check technique. Then each designed local controller assigns the eigenvalues of the frozen LPV system in the prespecified disjoint desired regions and guarantees the stability of the LPV system.
Finally, in order to apply the proposed control scheme to a flight vehicle, we obtained an LPV model from its nonlinear dynamics. The local controllers are designed using the proposed controller design method. The designed gain-scheduled controllers are implemented to the nonlinear flight dynamics model and the nonlinear 6-dof simulation studies are performed to show the usefulness of the proposed gain-scheduled control scheme.
Consequently, in the dissertation, we have proposed a gain-scheduled control scheme of the multi-input, multi-parameter, nonlinearly parameter dependent LPV systems which are obtained from parameterized linearization of nonlinear systems. The proposed gain-scheduled control scheme was applied to flight vehicle and its usefulness was shown by a nonlinear 6-dof simulation studies.
다중입력, 다중 파라미터를 가진 선형 파라미터 변화 시스템의 이득제어 방법과 그 응용에 관한 연구 논문이다. 첫째, 평형다양체상에서의 선형화를 통한 비선형 시스템의 선형 파라미터 변화 시스템으로의 모델링 방법을 연구하였다. 평형다양체의 정의와 평형다양체상에서의 매개 변수화된 선형화가 되기 위해서 필요한 가정, 평형다양체상에서 매개 변수화된 선형화에 의해 선형 파라미터 변화 시스템으로 모델링 되기 위해서 필요한 가정과 시변 외부 파라미터를 가진 비선형 시스템의 선형 파라미터 변화 시스템으로 모델링 되기 위해서 필요한 가정를 논했다. 둘째, 시스템 행렬의 원소가 내부 파라미터와 외부 파라미터등 다중 파라미터의 비선형 함수로 표시되는 다중 입력 선형 파라미터 변화 시스템에 대해서 선형 상태변수 피드백 제어기를 스윗칭하여 이득계획 제어기를 설계하는 방법을 연구하였다. 최소 민감도 고유치 배치방법과 쿼드레틱 안정성 확인방법의 두가지 방법을 동시에 이용하여 선형 국소 제어기를 설계하는 방법을 제안 하였다. 이 방법으로 설계된 국소 제어기는 고정 파라미터 선형 파라미터 변화 시스템의 고유치를 미리 정해진 각각 떨어진 원하는 영역에 위치시키는 동시에 그 선형 파라미터 변화 시스템의 쿼드레틱 안정성을 보장하게 된다. 또한, 이렇게 설계된 국소제어기를 이용하면 전체 동작 영역을 포함하는 국소제어기의 갯수가 최소가 된다. 마지막으로, 제안된 제어방법을 비행체 제어에 적용하기 위해서 비행체의 비선형 동력학으로 부터 선형 파라미터 변화 시스템으로 모델링을 구하였다. 제안된 제어기 설계방법으로 국소 제어기를 설계하였고, 제안된 이득계획제어방법을 비선형 비행체 동력학 모델에 적용하여, 비선형 6-자유도 모의시험을 통해서 제안된 이득계획제어방법의 유용성을 보였다. 이상과 같이, 본 논문에서는 비선형 시스템을 매개 변수화된 선형화를 통해 구한, 다중입력, 다중 파라미터, 비선형 파라미터 의존형 선형 파라미터 변화 시스템을 최소 갯수의 국소제어기의 스윗칭 방법으로 이득계획제어를 하는 방법을 제안하였다. 제안된 이득계획제어방법을 비행체 제어에 적용하였고, 비선형 6-자유도 모의시험을 통해서 유용성을 확인하였다.
