In this thesis, the controller and the obsever for nonlinear system are analyzed; and their problems are founded. In order to remedy the problems, the enhanced controller and the enhanced observer are proposed and analyzed. Through the implementation on the real system, it was confirmed that the enhanced algorithms are very effective in remedying their problems. In Chapter 2, time delay control (TDC)m which is known as a robust control algorithm, is briefly reviewed; and the effect of the friction associated with TDC is reported and its cause is presented. Through the analysis, the simulation, and the experiment, it can be shown that the friction effect causes serious degradation in control performance and that it results from the error of the time delay estimation in TDC. In an attempt to remedy the problem, TDC combined with switching action is proposed and its stability is analyzed. The proposed compensator is effective enough to handle the friction effect and has unusual simplicity and efficiency that matches the positive attributes of the original TDC. In Chapter 3, the existences of the problems (large reconstruction error due to low-frequency uncertainty and restriction on gain selection) in time delay observe (TDO) are reported; the causes are investigated; and the remedy in terms of a modified obseever structure is proposed. More specifically, it is the static filter in TDO that causes the problems; as the remedy, enhanced time delay observer (ETDO) is proposed that adopts a dynamics low pass filter (LPF) in place of the static filter. The comparison of two observers is made through analyses and experiments. as a result, ETDO has smaller reconstruction errors than TDO and no restriction on gain selection. Finally, Chapter 4 analyzed that sliding mode observer (SMO) that has a good performance against modeling error and sensor noise, has some problems (plant model, steady-state error, and robust obseevation performance). As a remedy for these problems, adopted TDE to SMO, the resulting sliding mode observer with time delay estimation (SMOTDE) is proposed and comparative analyses are executed. The analysis results plainly show that SMOTDE is effective in remedying the aforementioned problems, which have been confirmed by the experiments. Consequently, in this thesis, the problems of TDC and TDO/SMO, which are know as a robust controller and a robust observer, are analyzed. Solving these problems, the enhanced control and the enhanced observer are constructed, respectively.
이 논문에서는 비선형 시스템을 위한 기존의 강인 제어기 및 강인 관측기를 분석기를 분석하고 그 문제점들에 대해 보고 하였다. 그리고 그 문제점들을 해결하기위해 각각 개선된 제어기 및 관측기를 제안하고 그 특성에 대해 분석하였다. 그리고 실제 시스템에 대한 적용 실험을 통해 개선된 방법이 언급되었던 문제점들을 해결하는데 매우 효과적이라는 것을 확증하였다. 2장에서 강인 제어 알고리즘으로 알려져 있는 시간 지연 제어기법(time delay control: TDC) 을 간단히 정리하고 TDC와 관련된 마찰의 영향에 대해 고찰하고 그 원인을 밝혔다. 또한 오차 동역학의 분석, 모의 실험, 실제 시스템에 대한 실험을 통해 마찰의 영향이 제어 성능에 심각한 저하를 일으킨다는 것과 그 성능 저하는 TDC의 시간 지연 추정의 오차에 기인한다는 것을 밝혔다. 이 문제에 대한 해결 방안으로 스위칭 동작(switching action)과 결합된 TDC(time delay control with switching action: TDCSA)를 제안하고 그 오차 동역학의 안정성을 분석하였다. 결과적으로 제안된 보상 기법은 마찰의 영향을 해결하는데 효과적일 뿐만 아니라 그 단순한 구조로 인해 원래의 TDC 장점에 잘 부합됨을 알 수 있었다. 3장에서는 시간 지연 관측기(time delay observer: TDO)에서의 문제점들(저주파수의 불확실성에 기인한 큰 관측 오차, 게인 선정에서의 제한)에 관하여 알리고 그 원인을 분석하고 그 해결책으로 개선된 시간 지연 관측기(enhanced time delay observer: ETDO)를 제안하였다. 그 해결책으로 ETDO 에서는 static filter 대신 dynamic low pass filter를 도입한 것이다. 두 관측기(TDO, ETDO)를 비교하기 위해 다양한 분석과 실험이 이루어졌다. 결과적으로, ETDO는 TDO에 비해 더 작은 관측 오차를 갖을 뿐만 아니라 게인 선정에 제한도 없다. 마지막으로, 4장에서는 모델링 오차와 센서 잡음에 대해 좋은 성능을 갖는 슬라이딩 모드 관측기(sliding mode observer: SMO)가 몇 가지 문제점들(플랜트 모델을 사용, 정상 상태 오차, 강인 관측 성능)을 갖는다는 것을 분석하였다. 이 문제점들에 대한 해결책으로 SMO에 시간 지연 추정(time delay estimation: TDE)을 도입한 시간 지연 추정을 포함한 슬라이딩 모드 관측기(sliding mode observer with time delay estimation: SMOTDE)를 제안하고 비교 분석을 수행하였다. 분석 결과를 통해 SMOTDE가 앞의 문제점들을 해결하는데 효과적이라는 것을 명확히 알 수 있고 실험을 통해 확증할 수 있다. 결과적으로 이 논문에서는 강인 제어기와 강인 관측기로 알려져 있는 TDC와 TDO/SMO의 문제점들을 분석하였다. 이 문제점들을 해결하기 위하여 개선된 제어기와 관측기를 각각 제안하였다.
