This dissertation presents the control design methods for the nonlinear systems containing the uncertainties. First, the robust stabilization of approximately feedback linearizable time-varying systems with uncertainties is considered. The original system is transformed into the singularly perturbed system by using high-gain feedback. Based on the Lyapunov stability theorem, a new stabilizing controller is proposed by using singular perturbation and feedback linearization. The proposed method relaxes the conditions for feedback linearization and compensates the effect of uncertainties. Second, the ultimate boundedness of the nonlinear singularly perturbed system with measurement noise is considered. In the nonlinear singularly perturbed system, the composite feedback controller is commonly used to stabilize the overall singularly perturbed system by using the slow subsystem and the fast subsystem. In the presence of the measurement noise, the composite feedback controller does not guarantee the ultimate boundedness of the singularly perturbed system with the measurement noise. Thus, we propose the modified composite controller to show the ultimate boundedness of the nonlinear singularly perturbed system with measurement noise. Third, the output feedback controller with fast state observer for the nonlinear singularly perturbed system is considered. We stabilize the nonlinear singularly perturbed system with the state feedback controller. The state feedback controller is suggested to stabilize the fast subsystem of the nonlinear singularly perturbed system. Then, by the stable slow manifold, the slow subsystem is stabilized. Using the state feedback controller and the fast state observer, we design the output feedback controller for the nonlinear singularly perturbed system. With the only fast state observer, we stabilize the nonlinear singularly perturbed system. Then, we consider the measurement noise in this system using proposed output feedback control with modified fast state observer. Forth, we present practical examples using singularly perturbed method in spacecraft system. Many examples from the spacecraft systems are appeared in the previous results. However, they does not consider the measurement noise in the practical examples. Thus, based on the proposed results, we apply the modified composite feedback control with the measurement noise to the DC-DC converter for the desired voltage output and modified output feedback control for the electro-magnetic torque driver using DC-DC converter for the attitude
본 연구에서는 불확실한 요소가 존재하는 시스템에 대하여 특이섭동 시스템이 가지고 있는 장점을 이용한 강인한 제어 방법에 대하여 다루었다. 먼저, 불확실성을 갖는 시변 비선형 시스템의 안정성을 위해 비선형 시스템을 고 이득 궤환 기법을 이용하여 특이섭동 시스템으로 변환 하고, 리아푸노프 안정성 이론을 바탕으로 특이섭동 특성과 궤환 선형화 방법을 이용하여 불확실성을 갖는 시변 시스템이 안정화되는 새로운 제어기를 제안하였다. 또한 시스템의 불확실한 요소 중 센서 노이즈가 존재하는 특이 섭동 시스템의 제어기에 대하여 다루었다. 센서 노이즈는 시스템의 안정성에 영향을 주지않는 플랜트나 구동기의 불확실성과는 달리 시스템의 안정성에 영향을 주게 된다. 이러한 센서 노이즈가 있는 시스템의 강인한 제어를 위해 먼저 상태 궤한 제어 방법과 리아프노프 함수를 이용하여 시스템을 안정화 시키고 이러한 시스템에 센서 노이즈가 존재하게 될 경우에도 시스템이 바운드 될 수 있도록 새로운 제어기를 제안하였다. 이러한 센서 노이즈에 의해 상태가 불안해지는 시스템에 제안된 제어기를 이용하여 불안한 시스템이 바운드 됨을 보였다. 관측 오류에 의한 시스템의 안정성에 대한 연구는 이전에도 수행된 바 있었으나, 특이 섭동 시스템의 관측 오류에 의한 연구는 본 연구에서 처음 수행되었다. 또한 출력 궤환 방법을 이용한 특이 섭동 시스템의 제어에 대하여 다루었으며, 본 연구에서는 특이 섭동 시스템의 두 서브 시스템중 빠른 부 시스템의 관측기만을 이용하여 전체 시스템이 안정화 되도록 새로운 출력 궤한 제어기를 제안하였다. 이러한 출력 궤한 제어 시스템에 센서 노이즈가 유입되는 관측 오류시에도 새로운 관측기와 제어기를 이용하여 시스템이 바운드 될 수 있음을 보였다. 마지막으로 제안된 특이 섭동 시스템의 제어방법들을 인공위성의 서브시스템중 전력 서브시스템과 자세제어 서브시스템의 전력 변환장치와 자기구동기의 제어에 직접 적용하여 보았다. 전력 변환 장치는 특이 섭동 시스템으로 구성하여 새로운 상태 궤한 제어기를 적용하여 센서 노이즈에 강인함을 보였으며, 자기 구동기의 경우에는 새로운 출력 궤한 제어방법을 이용하여 시스템에 센서 노이즈가 유입될 경우에도 강인한 제어가 이루어 짐을 보임으로 이론적인 연구결과가 실제 시스템에서 적용될 수 있음을 보였다.
