In this paper, Research on adaptive control that compensates for the uncertainty caused by a quadrotor
transporting the unknown payloads is performed. To transport goods or people using a quadrotor, the
hybrid-power system using alternative energy sources such as gasoline and hydrogen fuel is required to
ensure operating hours and what model parameters change from the payload is essential. Therefore, the
stable controller is essential to compensate for the uncertainty of the mass, the moment of inertia, and the
center of gravity due to payload and fuel consumption. We proposed the Feedback Linearization-based
Model Reference Adaptive Control (FL-MRAC) method to solve the flight performance degradation
caused by model parameter uncertainty. First, we derive the mathematical model of the quadrotor
considering the effect of the off-diagonal inertia tensor, the change rate of mass and moment of inertia
over time and center of gravity. Second, the reference model is selected through the feedback linearization
of response dynamics. In addition, the closed-loop reference model is used to improve the transient
response and robustness. Third, adaptive laws are derived using a Lyapunov candidate function that
satisfies uniform ultimate boundedness under the sensor noise, external disturbance, time-varying mass,
and moment of inertia. Lastly, we give numerical simulation results illustrating FL-MRAC, which shows
more accurate control performance than the feedback linearization with integral action. The transient
response of proposed controller is analyzed using the open-loop reference model and closed-loop reference
model.
본 논문에서는 임의의 물체를 운반하는 쿼드로터에 야기되는 불확실성과 외란을 보상하는 적응제어기법에
관해서 연구를 수행하였다. 쿼드로터를 이용하여 물건을 운반하거나 사람을 수송하기 위해서는 운용시간을
보장하기 위해서 가솔린, 수소연료와 같은 대체 에너지원을 이용한 하이브리드 발전이 필요하고, 페이로드
(payload)로 변화되는 모델 파라미터에 대해서 정확히 알아야 한다. 따라서 연료소모로 인한 질량과 관성모
멘트의 시간에 따른 변화뿐만 아니라 페이로드로 인한 질량, 관성모멘트, 무게중심의 불확실성은 모델기반
제어기법에 악영향을 주므로 이를 보상하는 안정적이고 능동적인 제어기가 필수적이다. 이에 본 논문에서는
모델 파라미터의 불확실성으로 야기되는 비행성능 저하를 해결하기 위해서 궤환선형화(Feedback Linearization)기반의 모델참조 적응제어기법을 제안하였다. 첫 번째로, 시간에 따른 질량과 관성모멘트의 변화율,
대각 항이 아닌 관성모멘트, 무게중심의 변화가 고려된 쿼드로터의 동역학 모델을 유도하였다. 두 번째로,
참조 모델은 궤환선형화 기법의 응답모델을 기반으로 설계되었다. 그리고 과도응답과 강인성을 향상시키기
위해서 폐루프 형태의 참조모델을 사용하였다. 세 번째로, 적응제어 법칙은 리아프노프 후보 함수를 이용하
여 유도되었으며 이 과정을 통해 센서 노이즈와 같은 구조화되지 않은 불확실성이나 외란에 대해서도 균등
유계 하다는 것도 증명하였다. 마지막으로, 제안한 궤환선형화 기반의 모델참조 적응제어기법(FL-MRAC)
의 성능을 적분기가 추가된 궤환선형화 기법과 수치 시뮬레이션 결과를 비교하였다. 그리고 개루프 참조
모델과 폐루프 참조 모델을 적용하여 제안한 제어기의 과도응답 성능을 분석하였다.
