본 논문에서는 기계적 링키지의 가역 (Reversible) 비행조종장치를 갖는 항공기익 조종간 조종력 재현 시스템 (CLS : Control Loading System) 개발을 목적으로 조종력 재현 장치 제어기 설계, 시스템 구성, 조종력 재현 장치 운용 환경을 구축하고 시험평가를 수행한 내용을 기술한다. 시스템 구성은 기계적인 외형부분과 힘을 측정하는 센서부분과 스틱에서의 반력을 재현하는 모터부분과 안전장치로 되어 있다. 하드웨어와 PC간의 입출력 신호 연결 및 제이기로 dSpace 사의 DS1103 DSP장치를 사용하였다. 대상항공기 (KT-1)의 비행 조종장치 모델링을 바탕으로 피치축과 롤축에 대한 CLS를 구성하고, 조종력 재현장치 제어법칙 설계와 모니터링 S/W 및 실시간 시험평가도구를 포함한 시험평가 및 운용환경 대해 기술하였다. 정적 및 동적시험을 수행하여 실제 대상항공기 데이터와 비교함으로써 개발한 시스템을 검증하였다.
여유 조종면은 고성능 비행 모드 혹은 내고장 제어를 가능하게 하기 때문에 현대의 항공기 설계에 많이 채택되고 있으며, 효율적인 관리 방안이 필요하다. 본 논문에서는 여유 조종면 관리 방안의 하나로 조종력을 할당하는 문제를 다루며, 기존의 방법에 비해서 성능이 향상된 의사역행렬 재분배 기법을 제시한다. 기존의 의사역행렬 재분배 기법은 의사 역행렬 계산에서 포화가 일어나는 모든 조종력을 동시에 한계 값으로 설정하였지만, 수정 된 기법은 하나의 조종력만을 한계 값으로 설정하고 나머지를 재분배하는 방법이다. 수치 예제를 이용하여 기존의 기법과 제안한 기법의 성능을 비교하였으며, 더 뛰어난 성능을 보였다.
위성의 자세제어 시스템의 신뢰도를 높이기 위하여 여유 추력기를 장착하는데, 이를 활용하기 위해서 효율적인 관리 방안이 요구된다. 본 논문에서는 조종력 할당 기법을 위성의 여유 추력기 관리 방안으로 제안한다. 조종력 할당 기법은 최척화 기법을 이용해서 원하는 모멘트 입력을 구현하는 여유 조종력을 결정하는 방법이다. 여기에서는 여유 추력기에 대한 할당 문제는 선형 프로그래밍 문제로 표현할 수 있음을 보인다. 또한 수치예제를 통해서 제안한 방법이 기존의 방법에 비해 효율적임을 보인다.
논문에서는 두루미-II 무인기 모델을 이용하여 다양한 조종력 할당 기법의 성능을 평가하였다. 조종력 할당 기법은 먼저 조종면 고장을 고려하지 않은 상태에서 대상 항공기의 기준 비행제어 시스템을 설계한 후, 조종력 할당 알고리즘을 결합하여 구현할 수 있다. 본 논문에서 대상 항공기 모델인 두루미-II 무인기의 기준 비행제어 시스템을 고전제어 기법에 근거하여 설계하였다. 그리고 Psuedo-inverse CA 기법과 Direct CA 기법 및 Optimization CA 기법을 구현하여 두루미-II 무인기의 기준 비행제어 시스템과 결합한 후, 조종면 고장 시나리오에 따른 비선형 시뮬레이션을 통해 각 조종력 할당 기법의 성능을 평가하고 비교하였다.
본 논문은 전기 추진 수직이착륙 무인기의 형상에 적합하도록 회전익 모드에서 추진시스템이 고장난 상황을 대처하기 위한 컨벡스 최적화 기법 기반의 믹서를 제시한다. 각 모터 및 프로펠러의 고장 영향성을 분석하기 위하여 컨벡스 함수 성질을 이용하여 가용 조종력 집합을 계산하였으며 이를 도시하는 방법을 기술하였다. 조종력 할당을 최적화 문제로 정의하고, 실시간으로 최적해를 구하기 위하여 컨벡스 함수로 문제를 재정의하였다. 컨벡스 최적화 솔버를 사용하여 수직 이착륙 비행 모드의 믹서를 구현하였으며 조종력 할당 기법들의 성능을 가용 조종력 범위 집합으로 비교하였다. 최종적으로 비선형 6자유도 시뮬레이션을 통하여 타기법(의사역행렬 기법, 재분배의사역행렬 기법)과 비교 분석하였다.
가상세계에서 다중 에이전트들의 집단행동을 사실적으로 시뮬레이션하는 것은 중요하다. 대부분의 기존 연구가 개방된 공간에서의 집단행동에 초점 맞춘 반면, 본 논문은 제한된 공간에서 조종력을 이용한 집단행동에 대하여 연구한다. 에이전트들은 제한된 공간에서 하나의 공동 목적지를 가지며, 다른 에이전트와 충돌을 피하면서 목적지로 이동하여야 한다. 이러한 환경에서 세 가지 가능한 에이전트 모델을 제시 하였으며, 각 모델에 필요한 여섯 가지 조종력도 제안하였다. 제안된 모델의 올바름을 보이기 위하여 모델들을 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과는 벽들과 출입구에 따라 각 에이전트가 목적지에 도착하는 시간은 달랐지만, 단순히 조종력만을 사용하는 제안된 모델들이 제한된 공간에서 잘 동작하는 것을 보였다.
이 연구는 선박 설계 초기단계에서 선형 변화에 따른 선박 조종성능 추정에 관한 내용을 다루었다. 선박제원을 대표하는 파라메터 그리고 선미형상의 변화를 민감하게 반영할 수 있는 새로운 파라메터를 선정하는 작업을 수행하였다. 이렇게 선정된 파라메터와 유체력 미계수와의 상관관계를 알아보기 위하여 구속모형 실험을 수행하였다. 그 결과 기본적인 선박제원 중 선체 유체력 미계수와 상관도가 높은 파라메터를 가려낼 수 있었다. 또한 선미형상의 새로운 파라메터와 조종성능과의 상관도를 추정할 수 있었다. 또한 이를 활용하여 유체력미계수에 대한 새로운 경험식을 제시하였다. 이를 활용하면, 초기 선형 설계 시 선형변화 및 수정에 따른 조종성능 추정에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
선박이 일정속도 이상의 전진속도를 갖일 때의 조종성능 평가법은 지금까지 많이 제안되어 왔으나, 이들을 항만내에서의 다양한 운동모드 즉, 출발, 정지, 후진, 미속조종 등에는 적용에 무리가 있다. 본 연구에서는 출발, 정지, 후진, 미속조종 등을 포함하는 저속항행시의 조종운동 특성의 평가법을 제안하기 위해서, 대각도 횡류각 뿐만 아니라 광범위한 프로펠러 작동하에서의 선체, 프로펠러, 타에 작용하는 유체력의 특성을 수식모형화 하였다. 제안된 수식모형을 이용하여 액화가스 운반선, 대형유조선 두 선박에 대해 저속항행시의 조종운동 시뮬레이션 계산을 수행하여 실선시험 또는 모형시험 결과와 비교, 검토하였다.
제한수역에서 선박조종시 선박간에 생기는 상호간섭력과 또한 이러한 선박들이 측벽으로부터 받는 간섭력은 항로설계 및 선박조종운동의 관점에서 보았을 때 대단히 중요한 문제이다. 이 논문에서는 측벽 부근을 항해하는 두 척의 대형선박에 미치는 측 벽의 간섭 영향에 대해서 다루었다. 이 논문의 목적은 협수로나 천수로와 같은 제한수로에서 근접하여 항해하는 선박들이 안전조종 운동을 할 수 있도록 상호 간섭력을 최소화 할 수 있는 선박의 속력 및 선박과 선박 및 측벽 상호간의 거리에 대한 계산을 행하고, 제한된 항로에서 안전하게 항해할 수 있는 기준을 마련하는데 있다.
측벽과 선박간의 상호 간섭력이 선박 조종 운동에 상당히 크게 작용하는 것은 잘 알려져 있다. 이 논문예서는 측벽 부근을 항해하는 선박에 미치는 측벽의 간섭 영향에 대해서 다루어지고, 선박과 측벽간의 간섭력 추정을 위해 세장체 이론을 토대로 한 계산 방법이 적용되며, 선박 조종 운동에 미치는 측벽의 영향을 파악하기 위하여 선박과 돌제(반원)형상을 하고 있는 측벽간의 간섭력을 수치 계산하였다. 이 논문에서 사용되어진 계산 방법은 제한수역에서의 충돌 회피를 위한 선박의 자동 제어 시스템과 해상 고통 제어 시스템 및 항만 건설등을 위한 초기 설계 단계에서 선박 조종성의 예측에 상당히 유용할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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