상대 위치 정보를 활용한 두관성 시스템 공진비 제어 설계

두관성 시스템은 모터와 부하가 탄성 스프링으로 연결된 구조로, 로봇 관절·시리즈 엘라스틱 액추에이터·벨트 구동 등 다양한 산업용 메카트로닉스에 널리 적용된다. 이러한 시스템은 고유 공진 주파수에서 진동이 크게 증폭돼 제어 정확도와 안정성을 저하시킨다. 기존 연구에서는 DOB(Disturbance Observer)를 활용해 모터 측 교란을 억제하거나, 스프링 변형·토션 토크 센서를 이용해 공진을 직접 차단하는 방법이 제안되었다. 그러나 대부분의 접근법은 모터와 부하 양쪽의 절대 위치·속도 정보를 사용했으며, 상대 위치(모터‑부하 변위) 정보를 활용한 제어는 거의 다루어지지 않았다. 상대 위치는 스프링 변형을 직접 나타내는 물리량으로, 이를 제어에 활용하면 교란이 4차 시스템이 아닌 2차 시스템으로 나타나 DOB 설계가 용이해진다. 본 논문은 이러한 관점을 바탕으로 ‘상대 위치 기반 공진비 제어(RRC)’를 제안한다. 먼저 두관성 시스템의 동역학을 식(1)‑(2) 로 정리하고, 상대 위치 x_r = x_m − x_l 를 정의한다. 이를 이용해 입력 힘 F_ref 에 대한 상대 위치 전달함수 P_r(s) = 1/