모델프리 액티브 입력출력 선형화 기반 유연관절 로봇 제어

본 논문은 비선형 로봇 시스템, 특히 유연관절을 가진 단일 링크 매니퓰레이터에 대한 제어 설계에서 전통적인 입력‑출력 피드백 선형화(IOFL)의 한계를 지적하고, 이를 극복하기 위한 새로운 모델프리 액티브 입력‑출력 선형화(AIOFL) 방법을 제안한다. 첫 번째 장에서는 기존 IOFL의 기본 가정—완전한 모델 지식, 입력 채널 무외란, 시스템 불확실성 부재—을 검토하고, 실제 로봇 시스템에서 이러한 가정이 얼마나 비현실적인지를 사례를 들어 설명한다. 이어서 방해 억제 제어(Active Disturbance Rejection Control, ADRC)의 기본 개념과 확장 상태 관측기(Extended State Observer, ESO)의 역할을 소개한다. 두 번째 장에서는 제안된 AIOFL 구조를 상세히 기술한다. 핵심은 ‘일반화 방해(generalized disturbance)’ 개념으로, 이는 시스템의 비선형 동역학, 파라미터 변동, 외부 교란 등을 모두 하나의 항으로 통합한다. 이 방해항을 실시간으로 추정하기 위해 Improved Nonlinear Extended State Observer(INLESO)를 설계한다. INLESO는 기존 ESO에 비선형 포화‑유사 함수를 도입해 관측기 이득이 크게 설정돼도 추정값이 물리적 한계를 초과하지 않으며, 수렴 속도와 강인성을 동시에 확보한다. 관측기 구조는 다음과 같다: \