In this dissertation, adaptive control methods are studied for the robot manipulator to track nominal trajectory as closely as possible in spite of the highly nonlinear and coupled manipulator dynamics and parameter uncertainties of links and payload.
First, a centralized adaptive control scheme is developed based on the Lyapunov direct method and a linearized perturbation equation of the manipulator dynamics around the nominal trajectory and parameters of links and payload. And a condition of asymptotic stability is derived. Then the centralized adaptive control scheme is applied to form a control scheme for the manipulator which consists of two components: a nominal control and a variational control. The nominal control, which drives the manipulator to the neighborhood of the trajectory, is generated from the direct calculation of the manipulator dynamics along the nominal trajectory and parameters of links and payload. The variational control, which regulates the perturbation in the vicinity of the nominal trajectory, is obtained from the developed adaptive control scheme.
Next, a decentralized adaptive control scheme is also presented to avoid the defects of the centralized control scheme from the standpoints of production and maintenance. It is based on the Lyapunov direct method and an input-decentralized form of the linearized perturbation equation of the manipulator dynamics, and a condition of asymptotic stability is derived. The decentralized adaptive control scheme is also applied to generate the variational control for the manipulator.
Computer simulation studies were conducted to evaluate and compare the performances of the proposed manipulator control schemes with those of the conventional control schemes.
본논문의 목적은, 로보트머니퓰레이터의 운동방정식이 비선형 상호 결합형이고 머니퓰레이터 링크 및 부하의 파라메터가 불확실내지 변동함에도 불구하고, 머니퓰레이터가 주어진 공칭궤적을 충실히 따라 가도록 하는 제어방식을 개발하는 것이다.
이를 위해서 공칭궤적, 링크와 부하의 공칭 파라메터상에서 선형화된 섭동방정식과 Lyapunov 의 직접적 방법에 의거한 집중적응 제어방식이 개발되었으며, 점근안정조건도 유도되었다. 이집중적응제어방식은 머니퓰레이터제어에 응용되었는데, 이때의 제어토오크는 공칭제어와 미소제어로 이루어져 있다. 공칭제어는 공칭궤적, 링크와 부하의 공칭파라메타상에서 운동방정식을 직접계산함으로써 얻어지는데, 이 공칭제어를 머니퓰레이터에 인가하면 머니퓰레이터는 공칭궤적으로 근접하게 된다. 미소제어는, 개발된 집중적응제어방식으로부터 얻어지며, 이것은 공칭궤적 주변에서의 추적오차를 줄이는 작용을 한다.
일반적으로 집중제어방식은 생산 및 보수 입장에서 불리하므로, 이러한 문제의 해결방안으로 비집중적응제어방식도 연구되었다. 머니퓰레이터운동방정식의 선형섭동방정식을 입력 비집중화하고 Lyapunov 의 직접적 방법을 사용하여 비집중적응제어방식이 개발되었으며, 점근 안정조건도 유도되었다. 이러한 비집중제어방식은 머니퓰레이터의 미소 제어로 사용되어 공칭궤적근처에서의 추적오차를 줄이는 작용을 하게 된다.
앞에서 제시된 머니퓰레이터의 적응제어방식들의 성능을 평가하고, 기존의 일정궤환이득제어방식과 비교검토하기 위해서, 컴퓨터 시뮬레이션이 여러조건하에서 실행되었다. 이때에 적응제어방식들이 일정궤한이득제 어방식보다 부하와 링크파라메터 변동에도 불구하고 향상된 성능특성을 갖음을 알수 있었다. 그리고 비집중적응제어방식의 특성이 집중적응 제어방식의 그것에 비해 그다지 떨어지지 않으므로, 모듈형태의 제어기가 요구되는 경우에 유용하게 사용할 수 있다.
