산업용 서보 시스템에서의 입자 군집 최적화 및 새로운 안정도 지표를 이용한 복수개의 노치 필터 파라미터 설정 방법

Abstract

산업용 서보 및 로봇 시스템은 모터에 여러가지 부하들이 결합되며, 이로 인한 공진으로 인해 그 성능이 제한되는 경우가 많다. 노치 필터는 이러한 기계적 공진을 억제하는데 효과적이며, 높은 성능을 위한 여러 응용 분야에서는 복수개의 노치 필터가 많이 사용되고 있다. 복수개의 노치 필터가 요구되는 상황에서 이 노치 필터들의 파라미터를 설정하는 과정은 어려우며, 사람의 주관적인 생각이 반영되는 경우가 많다. 주파수 응답 함수 (Frequency response function, 이하 FRF)는 노치 필터 파라미터를 설정하기 위해 많이 사용되어 왔으나, 이 경우 데이터 획득 상에 발생하는 측정 노이즈, 시간 지연뿐만 아니라 위치 별로 바뀌는 공진 특성이나 마찰, 고조파 등 비선형 적인 요소들이 FRF 측정값들에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 이러한 영향을 고려한 노치 필터 파라미터의 설정 방법이 필요하다. 본 논문은 particle swarm optimization (PSO)를 이용한 복수개의 노치 필터들의 파라미터를 설정 방법을 개발하였다. 제안하는 방법에서는 FRF 측정 과정에서의 오차들을 고려한 새로운 안정도 지표를 개발하고 이를 노치 필터 파라미터 설정에 활용한다. 제안한 방법은 산업용 벨트 드라이브 시스템에 적용되었으며, 제안한 방법을 통해 복수 개의 노치 필터 파라미터를 설정하여 높은 성능의 구동이 가능함을 보인다.

Industrial servo and robotic system are composed of the motor connected to various types of mechanical components, and the control performance is often limited by resonances. Notch filters are effective in suppressing these resonances, and multiple notch filters are required in various systems. It is hard to set multiple notch-filter parameters. Also, it can be subjective to manually identify these parameters. Frequency response functions (FRFs) can be utilized to identify notch-filter parameters, however, FRFs is vulnerable to the position-dependent resonant characteristics or the nonlinear effects due to measurement noise and delay. So, the method to consider these characteristics are required. This paper proposes the particle-swarm-optimization based method to identify multiple notch-filter parameters. A new stability index is defined to address uncertainty due to the FRF measurement errors and this index is applied to identify notch-filter parameters. The experiments are performed in an industrial load-carrying system. The results show that multiple notch-filter parameters are identified using the proposed method and the high performance can be achieved.