This thesis copes with the payload transportation system using multiple cooperative unmanned aerial vehicles. The transportation system is designed with the multiple string connections, while the large coupling effects caused by the combined pendulum motion must be stabilized. Dynamics of the slung load system is modeled with Newtonian approach using combination of Cartesian and spherical coordinates to get a minimal state-space representation. The Linear quadratic Gaussian / loop transfer recovery (LQG/LTR) technique is then implemented to logically design the control gains for the position and attitude of all the vehicles and payloads. The controller’s robustness against the variation of the payload mass is improved using the parameter-robust linear quadratic Gaussian (PRLQG) method. In order to evaluate the parameter robustness of the PRLQG control, non-LQG controllers - PID and sliding mode controller - are designed. Numerical simulations are conducted with three transportation cases, implementing one, two, and four quad-rotors respectively. The step response is evaluated to compare the performance of each control technique and the waypoint following simulation is conducted to show the three-dimensional movements. The result verifies that the PRLQG method enables the parameter robustness of the LQG-based controllers to be improved as much as that of other parameter-robust control techniques, maintaining the performance under time delay or wind effect.
본 연구는 복수 무인기의 협업 운송 시스템을 다룬다. 운송 방법은 줄을 이용한 현수 운송 시스템으로 고안되었으며, 이로 인해 발생하는 커플링 효과를 제어 하는 방법 고안이 필수적이다. 본 연구에서 현수 운송 시스템의 모델링은 뉴턴 방법으로 이루어지며, 구 좌표계와 직교 좌표계를 혼용하여 최소상태공간 시스템을 얻는 방법이 제안된다. 도출된 모델링을 바탕으로, 제어 설계시에는 모든 무인기와 화물의 위치와 자세를 모두 제어하기 위해 LQG/LTR (linear quadratic Gaussian / loop transfer recovery) 방법이 적용된다. 더하여 화물 무게에 대한 강건성을 향상시키기 위해 PRLQG (parameter-robust linear quadratic Gaussian) 방법이 추가된다. 설계된 LQG 기반 제어기의 강건성을 비교하기 위해 PID와 슬라이딩 모드 제어기를 설계한다. 설계된 네 가지의 제어기법에 대하여 한 대, 두 대, 네 대의 수송 총 세 개의 수송 시나리오를 시간 오차와 바람의 영향을 고려하여 시뮬레이션한다. 제어 성능을 비교하기 위한 스텝 응답과 삼차원 상의 기동을 확인하고자 하는 경로점 추종 시뮬레이션 결과가 주어진다. 그 결과 PRLQG기법을 이용하면 LQG 기반의 제어기도 다른 변수 강건 제어기법들에 준하는 강건성을 가질 수 있음을 확인하였다.
