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비선형 연속계의 안정화를 위한 모델예측제어(Stabilizing model predictive control of nonlinear continuous time)

전문가 제언: □ 모델예측제어(MPC)는 이동 구간 제어라고도 불리며, 20세기 후반부터 산업전반, 특히 화학공정 등 비교적 샘플링 주기가 긴 프로세스에 성공적으로 적용된 제어기법이다.

□ 모델예측제어는 매 순간마다 일정 시간단위의 최적화 솔루션을 찾아내어 현재 시간에 반영한 후, 다음 단계에서도 같은 과정을 반복한다는 의미에서 피드백 제어의 개념을 실현하는 동시에 최적화의 개념을 도입했다는 의미를 찾을 수 있다.

□ 실제 모든 제어과정에서 제어입력 혹은 상태의 제약조건(전압 허용 범위 등)은 존재하기 마련이지만, 대다수의 제어기법들은 이를 설계과정에서 고려하기 때문에 매 설계시마다 이를 경험적 혹은 시행착오를 거쳐서 고려하고 설계에 반영해야 한다는 문제점이 있다.

□ 예측제어 기법은 이론적으로 입력 혹은 상태 제약조건이 있는 제어문제의 안정도를 보장할 수 있으며, 선형계 등 간단한 계의 경우 제어입력에서부터 안정도 증명까지의 과정을 단일 최적화 문제의 솔루션을 구하는 과정을 통해 해결할 수 있기 때문에 특히 각광받고 있다.

□ 본 논문은 이러한 제약조건이 있는 예측제어 문제에 관해 고려하고 있다. 서두에서는 예측제어의 기본적인 개념을 설명하고 있으며, 제약조건이 존재하는 경우 가장 중요한 종단조건에 관해 각각의 특성을 소개하고 있다. 제어구간이 경과할 때 상태가 도달해야할 곳을 0만 허용하는 경우와 타원으로 결정하는 경우, 부가의 비선형 제어입력을 통해 구성하는 경우 등으로 나누어 소개하고 있다.

□ 본 논문을 통해서 독자들은 예측제어의 기본적인 발상과 개념에 관해 생각해 볼 수 있으며, 이를 실제로 구현하여 알고리즘화 하는 과정을 이해할 수 있을 것이다. 이 과정에서 이론적인 안정도를 보장하기 위한 종단조건의 필요성과 해결방안들의 장단점까지 이해한다면 여러 제어이론 중 독특한 한 분야인 예측제어에 관해 많은 지식을 얻는 시발점이 될 수 있을 것이다.

저자: L.Magni, R.Scattolini
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