외란 관측기에서 왜 Q 필터가 등장하고, 리미터를 적용해야 할까요? 실무적인 관점에서 Q 필터와 리미터의 중요성에 대해서 작성했습니다. 이론적으로는 별거 아닐 수 있지만, 실무에서는 가장 중요한 요소입니다.
외란 관측기에서 리미터란?
오해가 없었으면 싶습니다. 개인 경험 상 제어를 잘하시는 분들은 가장 먼저 하는 부분이 리미터 부터 설계를 합니다. 내가 준 입력으로 인해 시스템이 망가지지 않도록 사전 안전 조치를 하고 제어를 대부분 합니다. 하지만 외란 관측깅서 리미터는 어떤 역할을 할까요? 앞서 말씀 드린 부분과 같습니다. 시스템에 타격을 주지 않도록 제어가 불가한 입력 값을 넣지 않도록 제한을 하는 역할을 합니다. 하지만, 일반적인 제어기에서 제어 출력을 제한하는 것과는 조금 다른 컨셉이 반영되어 있습니다.
외란 관측기를 반영할 때 경험이 자신이 넘치시는 분들은 외란 관측기를 전영역에 확대 도입하는 경우가 많습니다. 이런 경우에는 오히려 리미터가 큰 역할을 하지 못할 수도 있습니다. 왜냐하면, W의 초기값 0 부터 시작되기 때문에 W의 미분값이 예상했던 범위보다 크게 발생되지는 않습니다.
다만, 저처럼 조금은 소심한 사람들은 가능한 작은 범위에서만 외란 관측기를 사용하는 사람들에게는 다른 의미가 될 수 있습니다. 바로 초기값 때문입니다. 전영역을 사용하시는 분들은 초기값으로 인한 발산 현상이나 이런 부분들의 영향이 생각보다 작습니다. 그러나 부분적으로 적용하는 사람들의 경우 이미 W가 큰 값으로 변화하고 있는 상황이라면 W의 미분값은 어마어마 하게 발생 될 수 있습니다. 즉 초기 W의 미분 값이 발산하는 형태로 연산 될 수 있다는 뜻입니다.
외란 관측기에서 Q 필터란?
이것도 오해가 없었으면 싶습니다. 개인적인 경험을 바탕으로 작성하는 글이니 저 사람은 저렇게 생각하나 보다 정도로 봐주시면 감사 드리겠습니다. 외란 관측기에서 W/T = 1/Js 식을 기초로 시작이 되었습니다. 이 식을 역산을 하면 결국 미분을 하게 됩니다. 네 바로 눈치가 빠른 분들은 아실 듯 싶습니다. 미분이 있습니다. 미분이 잘쓰면 좋지, 사실 미분 한 번 잘 못했다가 ECU 뻑나고 시스템 다운 되는 경우가 비일비재합니다. 그렇기 때문에 Q 필터 즉 Low pass filter가 필요합니다. 미분을 한번 잡아 준다는 개념으로 봐주시는게 개념적 이해를 위해서는 더 도움이 되지 않을까 싶습니다. 주파수 도메인에서 수식을 풀어도 좋집만, 외란 관측기 컨셉적인 측면에서 검토하면 단순하게 미분으로 인한 부작용을 막는다 정도가 적합한 의미이지 않을까 싶습니다.
마무리
외란 관측기 설계시 실무 관점에서 중요한 2가지 요소인 리미터와 Q필터에 대해서 작성했습니다. 결국 미분 때문에 발생된 녀석들입니다. 다음 편에는 외란 관측기의 한계점에 대해서 작성해 보고자합니다.