• 수산해양기술연구
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• 제36권3호
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• pp.257-265
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• 2000

본 논문에서는 BLDC 서보모터의 속도 제어성 향상을 위해 속도제어계에 2자유도 적분형 최적 제어법을 적용하고 그 결과를 기존의 PI제어계 및 2자유도 PI제어계와 비교하였다. 2자유도 적분형 최적제어법은 PI제어법이 갖는 지령치 추종특성과 외란 억제특성간의 트레이드오프 문제를 해결하고, 제어계의 최적성을 확보하고자 도입되어졌으며, 시뮬레이션과 실험을 통해 그 유효성을 고찰하였다. 시뮬레이션을 통해 얻은 결과는 다음과 같다. (1) 2자유도 적분형 최적제어계는 PI제어계에 비해 양호한 지령치 추종성과 외란 및 모델링 오차제거 특성을 보였다. (2) 2자유도 적분형 최적제어계는 제어파라미터인 하중행렬 Q, R 및 W에 대한 제약요건이 없을 경우, 모터의 정격조건 하에서 이들을 적절히 설정함으로써 2자유도 PI제어계보다도 양호한 지령치 추종성과 외란 및 모델링 오차 제거 특성을 얻을 수 있다. (3) 2자유도 적분형 최적제어계는 인가전압 및 전류의 크기를 2자유도 PI제어계의 그것과 동일하게 제약할 경우 2자유도 PI제어계에 비해 지령치 추종에 관한 정정시간 외에는 그다지 우수한 성능을 보이지 않았다. 또한, 실험을 통해 고찰한 PI 및 2자유도 PI제어계의 속도추종성능은 시뮬레이션 결과와 거의 동일하였다. 2자유도 적분형 최적제어계에 대한 실험결과는 논문에 나타내지 못하였으나, PI및 2자유도 PI제어계의 실험결과에서 알 수 있듯이 2자유도 적분형 최적제어계도 시뮬레이션 결과와 같은 경향을 보일 것으로 사료된다. 따라서, 본 논문에서 검토된 방법은 기존의 PI 제어계가 갖는 지령치 추종과 외란억제의 트레이드오프 문제를 상당부분 해결 가능할 것으로 보인다. 또한, 일정의 부하외란 및 모델링 오차내에서는 2자유도 PI제어계 보다 나은 제어성능을 보여 BLDC 모터의 속도 제어성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대가 된다. 향후, 2자유도 적분형 최적제어계의 실험결과를 통한 엄밀한 제어성능검증과 스텝외란 외의 주기성 외란 인가시 2자유도 적분형 최적제어계의 외란제거 방안 등이 검토되어야 할 것으로 사료된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.73-79
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• 2009

본 논문에서는 승객 보호용으로 지하철 역사에 설치된 PSD(승강장 스크린 도어)의 상부 헤더박스 내에 부착되어 개폐용 유리문을 지지하는 알루미늄 구동(레일)부재에 대한 구조해석과 최적설계를 수행하였다. 구동부재의 볼트 체결부에 대한 엄밀한 구조해석을 위하여 물리적 현상과 일치하도록 상세 유한요소 모델링하여 해석의 정확도를 높였다. 또한 유리문이 구동부재에 걸려 있으면서 개폐될 때 발생하는 하중의 이동상태를 고려한 구조해석 결과, 설계 목표치인 내구 수명 20년이 만족되었다. 구동부재 단면의 단면 길이를 설계변수로 하고 설계제약조건(응력의 최소화, 중량의 감소)에 만족할 수 있도록 반응표면법을 적용한 최적화를 수행하여 15%의 감량 결과를 도출하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권5호
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• pp.541-547
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• 2010

메타모델의 정확도를 엄밀하게 검증하는 것은 메타모델링에서 중요한 연구주제이다. k 점 선택교차검증기법이 많은 계산시간을 요구하면서도 메타모델의 정확도를 정략적으로 측정하지 못한다. 최근들어, 평균 $_0$ 기준이 메타모델의 정확도를 정량적으로 제공하기 위하여 제안되었다. 그러나 평균 $_0$ 검증 기준은 크리깅 메타모델이 부정확함에도 불구하고 일찍 수렴하는 경향이 있다. 따라서 본 연구에서는 최대엔트로피를 이용한 순차적 실험계획에서 크리깅모델의 평균과 분산을 이용한 정확도 평가기법을 제안한다. 이 제안한 기법은 평균 및 분산을 계산할 때 수치해석으로 구하는 것이 아니라 크리깅메타모델을 직접 적분하여 구하기 때문에 k 점 선택교차검증기법보다 효율적이며 정확하다. 제안한 기준은 실제 응답의 평균제곱오차의 경향과 매우 유사하여 순차적 실험계획의 수렴기준으로 사용할 수 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.645-654
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• 2011

복층거더 번들형 사장교의 대블럭 가설 중 내풍안정성 확보를 위해 잭업바지 위에 임시벤트를 설치하여 가설 구조계를 지지하는 방안이 검토되었다. 일반적으로 거스트 계수를 곱한 정적 항력으로 임시벤트를 설계하는 경우 거더의 버페팅력에 의해 발생되는 임시벤트의 축력 변동성분을 고려할 수 없으며, 이는 일부 설계기준에 제시된 정적 상향 풍력으로도 평가할 수 없다. 유용한 해결 방안으로 주파수영역 버페팅해석을 수행하고 임시벤트에 작용하는 거더의 반력을 산정하였다. 우선 임시벤트를 해석 모델에 포함하고 거더와의 동적 상호작용을 엄밀히 반영하는 해석을 수행하였으며, 그 결과를 임시벤트가 거더를 받치는 고정 지지점으로 간주하여 해석한 경우의 결과와 비교 검토하였다. 임시벤트의 강성을 고려하는 경우 산정된 임시벤트와 거더 간 작용력은 임시벤트를 고정 지지점으로 간주하여 얻은 반력에 비하여 작은 값을 보였다. 따라서 대상교량의 가설 구조물 내풍설계를 수행하는 경우 임시벤트가 포함된 해석 모델링의 필요성과 버페팅해석을 통한 동적내풍 설계의 유용성을 제시하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2008년도 춘계 학술발표회 초청강연 및 논문집
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• pp.59-70
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• 2008

도심지 터널의 설계, 시공 그리고 유지관리에 있어서 지반 변위 억제와 변형거동 예측은 중요하다. 국내 외 연구자들은 다양한 수치해석적인 기법과 현장 계측 결과를 이용하여 터널 시공과 관련된 변형거동 예측을 시도하였다. 하지만, 설계물성치의 산정과 지반 모델링 그리고 수치해석기법과 관련된 사용상의 어려움에 의해 아직까지 만족스러운 결과를 얻지는 못하였다. 본 논문은 수치해석적인 기법과 인공신경망을 이용하여 도심지 NATM 터널의 설계 물성치 산정과 변형거동 예측에 관한 방법을 제안하였다. 인공신경망 모델 개발을 위한 학습과 테스트과정은 데이터베이스된 수치해석결과를 이용하였다. 개발된 인공신경망 모델은 입력변수인 지반변위와 결과변수인 설계 물성치 간의 상호관계를 적절히 인식할 수 있다. 수치해석은 지반의 연화거동을 모사할 수 있는 변형률 연화모델을 적용하였다. 사례분석에 있어서 굴착 초기단계의 계측 값을 개발된 인공신경망 모델에 입력하여 설계 물성치를 계산하였으며, 수정된 설계 물성치는 수치해석을 통하여 다음 굴착단계에서의 터널 주변의 지반 변형거동을 예측하였다. 본 논문에서 제안된 방법을 토대로 시공조건이 엄밀한 도심지 터널의 설계물성치의 정량적인 평가 및 변형거동 예측이 계측이 입수된 초기 굴착단계에서 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.433-437
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• 2015

XP-SWMM은 유한차분방법에 의한 천수방정식을 기반으로 하는 TUFLOW 엔진을 탑재하여 1차원 솔루션 엔진과 동적으로 연결하여 범람원에서의 흐름거동을 2차원으로 해석할 수 있다. 유역에서 발생한 모든 유출량은 해당 소유역의 노드(맨홀)로 유입되며 2차원 침수양상은 관로상태에 따라 노드를 통해 역류한 유출수에 의해서 폰딩(Ponding)되는 조건으로 모의한다. XP-SWMM의 침수범람 모의는 침수범람 상황을 가시적으로 보여주는데 상당한 강점을 가지고 있으나 실제 지형여건에 따른 자연현상을 엄밀하게 모델링하는데 일정부분 한계가 있다. 모형의 한계는 담수된 노드의 수위로 인한 에너지 영향(오리피스 흐름)으로 인접관로의 침수가 부가적으로 유발할 수 있다는 점이며 실제 대부분의 경사지에서의 침수상황은 노드에 유출수가 담수되지 않고 하류로 지면을 따라서 확산(Diffusion)되어 담수영향으로 인한 인접관로 침수가 추가적으로 유발되지 않을 가능성이 매우 높다. 즉, XP-SWMM의 담수허용조건, 지반고 2D연결 옵션은 유역에서의 침수발생량을 과대평가 할수 있으며 특정 유역에서는 실제 침수발생 상황과 차이가 발생 할 수 있는 것이다. 본 연구에서는 서울시 광화문 일대의 효자배수분구 우수관로를 SWMM으로 구성하고 강우조건 95mm/hr에서 노드조건을 담수허용, 2D연결, 담수없음 조건으로 모형을 수행하여 침수모의 결과를 비교, 검토하였다. 전체관로 노드조건을 담수허용, 2D연결로 설정하게 되면 담수없음 조건과 비교하여 1.2-2.8배의 침수발생량이 추가로 발생하는 것으로 검토되었다. 즉, 담수없음 조건의 경우 침수발생시 노면 수위상승 인한 동수경사 영향이 반영된 압력관로 영향이 반영되지 않아 노드간 침수발생량이 중복되지 않는다. 반면, 담수허용이나 2D연결로 모형을 수행할 경우 지면의 경사가 충분히 있는 지역에 침수가 발생하더라도 일정 수심이상의 수두(동수경사선)가 형성되어 침수를 추가로 유발하는 것으로 보인다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권5호
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• pp.287-292
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• 2021

본 논문에서는 CAD 시스템에서 사용하는 NURBS 기저함수를 사용하는 아이소-지오메트릭 해석(Isogeometric analysis) 방법과 기하학적으로 엄밀한 빔 모델링(geometrically exact beam model)을 활용하여 회전과 병진 운동이 결합된 새로운 형태의 메타물질(metamaterial)에 대한 해석을 진행하였다. 이차원 셀 구조는 자유형상변환(Free-form deformation) 법과 적절한 내삽법(Interpolation)을 통해 원통 위에 입혀졌다. 원통의 치수와 셀 개수가 비틀림 각도에 미치는 영향이 매개변수 연구(parametric study)를 통해 확인되었다. 비틀림과 병진 운동이 결합된 구조의 메커니즘에 대해 수치 예제를 통해 알아보았다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.241-247
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• 2019

밴드갭은 기계적 파동의 전파가 금지되는 특정 주파수 범위를 의미한다. 본 연구는 경사도 기반의 설계 최적화 방법을 사용하여 낮은 가청 주파수 범위에서 밴드갭을 갖는 3차원 켈빈 격자를 설계하는 것을 목적으로 하고 있다. 블로흐 이론을 이용하여 무한주기 격자에서의 탄성파 전파를 해석하고, 기하학적으로 엄밀한 빔 이론에서 선형화를 통해 얻은 전단 변형 가능한 빔 모델을 사용하여 격자 구조 연결선을 모델링하였다. 주어진 격자 구성에서 중립 축 및 단면 두께를 B-spline 함수를 이용한 아이소-지오메트릭 매개화를 통해 설계 변수로 정의하고, 격자 구조의 밴드갭의 크기를 극대화하는 최적 설계를 수행하였다.

• 한국수학교육학회지시리즈E:수학교육논문집
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• 제36권3호
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• pp.439-467
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• 2022

미래 사회에는 지식뿐만 아니라 창의성과 협동심, 융합적 사고 등을 포함하는 다양한 역량이 필요하다. 본 연구는 중요한 수학 교과 역량인 수학 문제해결력, 의사소통 능력 등의 함양을 기대하며 수학 정보과학 융합을 위한 프로그램을 개발하였다. 선행지식이 크게 요구되지 않고, 일상언어와 쉽게 접할 수 있는 도구만으로 동기유발이 가능하며 다자간 협력이 필수적인 창의적 문제해결 활동 기반 프로그램이다. 활동의 참가자 수가 증가함에 따라 수학의 유용성과 엄밀성을 경험할 수 있으며, 이론적 원리는 유한체 위에서의 행렬 이론을 바탕으로 한다. 또한 정보과학에서 주요 주제 중 하나인 오류정정코드와의 관련성을 강조할 수 있도록 구성하였다. 본 프로그램의 실세계 맥락이 수학적 의사소통 능력의 함양과 수학의 가치 경험 기회 제공에 도움이 되기를 바라고, 코딩을 수반하지 않는다는 점에서 교사들의 접근성이 높기를 기대한다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.162-162
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• 2017

구글에서 공개한 Tensorflow를 이용한 여러 학문 분야의 연구가 활발하다. 농업 시설환경을 대상으로 한 빅데이터의 축적이 증가함과 아울러 실효적인 정보 획득을 위한 각종 데이터 분석 및 마이닝 기법에 대한 연구 또한 활발한 상황이다. 한편, 타 분야의 성공적인 심층학습기법 응용사례에 비하여 농업 분야에서의 응용은 초기 성장 단계라 할 수 있다. 이는 농업 현장에서 취득한 정보의 난해성 및 완성도 높은 생육/환경 모델링 정보의 부재로 실효적인 전과정 처리 기술 도출에 소요되는 시간, 비용, 연구 환경이 상대적으로 부족하기 때문일 것이다. 특히, 센서 기반 데이터 취득 기술 증가에 따라 비약적으로 방대해진 수집 데이터를 시간 복잡도가 높은 심층 학습 모델링 연산에 기계적으로 단순 적용할 경우 시간 효율적인 측면에서 성공적인 결과 도출에 애로가 있을 것이다. 매우 높은 시간 복잡도를 해결하기 위하여 제시된 하드웨어 가속 기능의 경우 일부 개발환경에 국한이 되어 있다. 일례로, 구글의 Tensorflow는 오픈소스 기반 병렬 클러스터링 기술인 MPICH를 지원하는 알고리즘을 공개하지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 심층학습 기법 연구에 있어서, 예상 가능한 다양한 자원을 활용하여 최대한 연산의 결과를 빨리 도출할 수 있는 하드웨어적인 접근 방법을 모색하였다. 호스트에서 수행하는 일방적인 학습 알고리즘과 달리 이기종간 심층 학습이 가능하기 위해선 우선, NFS(Network File System)를 이용하여 데이터 계층이 상호 연결이 되어야 한다. 이를 위해서 고속 네트워크를 기반으로 한 NFS의 이용이 필수적이다. 둘째로 제한된 자원의 한계를 극복하기 위한 메모 공유 라이브러리가 필요하다. 셋째로 이기종간 프로세서에 최적화된 병렬 처리용 컴파일러를 이용해야 한다. 가장 중요한 부분은 이기종간의 처리 능력에 따른 작업을 고르게 분배할 수 있는 작업 스케쥴링이 수행되어야 하며, 이는 처리하고자 하는 데이터의 형태에 따라 매우 가변적이므로 해당 데이터 도메인에 대한 엄밀한 사전 벤치마킹이 수행되어야 한다. 이러한 요구조건을 대부분 충족하는 Open-CL ver1.2(https://www.khronos.org/opencl/)를 이용하였다. 최신의 Open-CL 버전은 2.2이나 본 연구를 위하여 준비한 4가지 이기종 시스템에서 모두 공통적으로 지원하는 버전은 1.2이다. 실험적으로 선정된 4가지 이기종 시스템은 1) Windows 10 Pro, 2) Linux-Ubuntu 16.04.4 LTS-x86_64, 3) MAC OS X 10.11 4) Linux-Ubuntu 16.04.4 LTS-ARM Cortext-A15 이다. 비교 분석을 위하여 NVIDIA 사에서 제공하는 Pascal Titan X 2식을 SLI로 구성한 시스템을 준비하였다. 개별 시스템에서 별도로 컴파일 된 바이너리의 이름을 통일하고, 개별 시스템의 코어수를 동일하게 균등 배분하여 100 Hz의 데이터로 입력이 되는 온도 정보와 조도 정보를 입력으로 하고 이를 습도정보에 Linear Gradient Descent Optimizer를 이용하여 Epoch 10,000회의 학습을 수행하였다. 4종의 이기종에서 총 32개의 코어를 이용한 학습에서 17초 내외로 연산 수행을 마쳤으나, 비교 시스템에서는 11초 내외로 연산을 마치는 결과가 나왔다. 기보유 하드웨어의 적절한 활용이 가능한 심층학습 기법에 대한 연구를 지속할 것이다