멀티로터 UAV에서 무게중심(CoM)의 정확한 추정과 동적 교란의 보정은 필수적이다. 만약 무게중심을 제대로 추정하지 못한다면, 예상하지 못한 unknown torque가 시스템에 작용하고, 이는 멀티로터의 안정성을 크게 저하시킬 수 있다. 이를 해결하기 위해 우리는 교란 관찰기(DOB)와 무게중심 추정기를 동시에 사용하여 빠른 응답과 느린 응답을 분리하는 방식으로 시스템을 설계한다. DOB는 외부 동적 교란을 빠르게 보정하며, 추정기는 무게중심 이동과 같은 느린 동역학적 변화를 분석하여 이를 보완한다. 이러한 결합 구조는 UAV의 모델 불확실성과 외부 요인에 대한 강건한 성능을 제공한다.
전체 시스템 구조는 위와 같이 설계된다. 컨트롤러는 멀티로터 UAV가 목표로 하는 reference 위치나 자세로 이동하기 위한 입력 토크, 및 병진힘을 계산한다. where, 토크는 블라블라 힘은 블라블라.. 생성된 토크 값은 제안된 control allocation 매트릭스를 통해 각 로터의 추력, 각도로 변환된다. 이때 본 연구는 실제 플랜트의 동역학과 노미널 플랜트 모델간의 차이를 무게중심(CoM) 이동으로 인한 모델 오차, 그리고 외부 요인으로 인해 발생하는 동적 교란의 합으로 가정하였고 아래와 같은 수식으로 정리할 수 있다.
$$ \sigma = \sigma_n + \delta_{com} + \delta_{dy} $$
where, 블라블라 (수식은 대충 쓴거)
노미널 플랜트는 초기 설계된 이상적 모델을 의미하며 다음과 같이 정의된다.
( 동역학 식 적는데 이거는 아래처럼 드론식이고 여기서 Tr 토크내는 부분에서 Pc_nominal만 쓰면 됨)
이에 따라 본 연구는 각 델타에 따른 (i,e 응답별) DOB와 추정기를 설계하여 지속적인 무게중심변화와 외부에서의 외란에 의해서도 강건하게 비행이 가능한 제어기를 설계하고자한다.
DOB
KROC꺼 가져다가 쓰기
CoM 추정기
CoM 추정기는 플랜트의 출력과 명목 모델 간의 차이를 기반으로 동적 교란 과 CoM 차이 를 추정한다. 먼저, 플랜트 출력 데이터를 활용하여 예상 토크 와 실제 토크 간의 차이를 계산한다. 이 차이는 다음과 같이 정의된다
추정과정에 대한 수식(없애도 됨)
where, 는
이 수식을 기반으로 명목 무게중심과 기준 위치 간의 거리와 힘의 외적으로 계산되며, 는 실제 무게중심과 기준 위치 간의 거리와 힘의 외적으로 계산하고 이를 통해 CoM 차이는 다음과 같이 추정된다:
이후 추정된 CoM 설정 오류를 보정하기 위한 추가 입력(d_eid)로 변환된다. 보정 입력은 다음과 같이 정의된다.
d_eid = -deltapc 어쩌구
최종적으로 본 제어기는 추정된 무게중심을 기반으로 한 보정입력과 DOB에서 추정한외란을 기반으로 플랜트에 전달됨에 따라 실제 플랜트와 노미널 플랜트간의 무게중심차이와 외부교란에도 시스템이 안정적으로 작동하도록 설계된다.
