본 논문에서는 Arnold 방정식, Chua 방정식, 하이퍼카오스 방정식을 이동 로봇에 내장한 카오스 이동 로봇에서의 카오스 거동을 해석하였다. 이동 로봇에서의 카오스 거동을 분석하기 위해서 시계열데이터, 임베딩 위상공간의 정성적인 분석뿐만 아니라 리아프노프 지수와 같은 정량적인 분석을 수행하였다.
본 논문에서는 카오스 현상을 나타내는 수식을 변형하여 암호시스템이나 PN(pseudo-noise)시퀸스에 적용하기 위하여 복잡한 카오스 신호를 발생시키는 하이퍼카오스 VP 사상(HVPM, Hyper chaos Volume Preserving Maps)과 이들간의 카오스 동기화를 제안한다. 단계별 모듈러(modulus) 함수를 이용하여 랜덤한 카오스 신호를 발생시키기 위하여 이산시간(discrete-time) HVPM 모델을 설정하고, 수치해석 실험으로 아날로그 카오틱시퀸스(CAS. chaotic analog sequence)의 특징을 분석한다. 그리고 HVPM의 신호를 기존의 단순한 PC(Pecora, Carroll)방법을 응용한 치환동기화 (synchronous substitution)를 이용하여 구동 및 응답시스템간의 카오스 동기화(chaos synchronization) 제어를 한다. 수치실험에서 카오스 신호가 갖는 특징들을 확인할 수 있었으며, 치환동기시스템에서 효과적인 카오스 동기화가 수행됨을 증명할 수 있었다.
최근에 본 연구자에 의하여 기존 스크류의 간단한 수정을 통해 단축 압출공정에서 의 혼합성능을 증진시키는 카오스 스크류를 개발하였고, 단축압출기에서의 기존스크류와 비 교하여 카오스 스크류를 사용하였을 경우 혼합성능이 월등하게 증진됨을 실험적으로 얻은 혼합형태로부터 알수 있었다. 본논문에서는 카오스 스크류에서 일어나는 카오스 유동을 집 중적으로 수치모사 하였으며 그결과를 중요한 무차원 변수에 대하여 입자 궤적,포인카레 단 면 본 논문에서 제안한 쉘사상법을 통하여 나타내었다. 쉘사사아법은 혼합형태와 불변체군 을 얻기에 매우 효과적인 방법이며 수치해석으로 얻은 불변체군은 실험결과와 잘 일치하였다.
본 연구에서는 카오스 스크류에 대해 비선형 동력학적 모델을 도입하여 카오스가 일어나는 경로를 밝히고 이를 수치적으로 증명하였다. 배리어가 계속존재하는 경우를 적분 가능계로 정의하고 공간주기적 상공간에서 두 개의 호모클리닉 궤도를 포함하는 원환체를 적분가능계의 모델로 도입하였다. 주기적으로 삽입된 배리어 없는 영역을 교란 으로 취급하 여 해 사상을 도입하여 면적 보존의 포인카레 단면을 정의 하였다. 호모클리닉 궤도가 깨어 져 칸토로 집합을 이룸을 설명했고 내부의 원환체는 공진띠와 KAM띠를 이루며 혼합을 방 해함을 설명했다. 다변유한요소를 이용한 완전 3차원수치해석을 통해 회전수 x/3에 해당하 는 공진띠의 존재를 보이고 교란이 큰 경우에는 거의 모든 영역이 무작위적인 혼합을 보여 주는 카오스 영역으로 바뀜을 보였다.
본 논문에서는 전압 제어형 카오스 신호 발생회로를 설계하고, 온도변화에 따른 특성을 해석 하였다. 제안하는 CMOS 회로로 이루어지며, 카오스 특성의 전압 제어형 오실레이터의 온도 변화에 따른 특성해석을 실시하였다. 제안하는 회로는 2상 클럭의 샘플앤드회로 3개의 MOS 소자로 이루어지는 비선형 함수 블록과 소스 팔로워로 이루어지는 레벨 쉬프터로 구성된다. SPICE 모의실험을 통하여 온도변화에 따른, 비선형함수의 전달함수 변화를 통하여, 분기도 특성, 주파수 특성 등의 카오스 다이나믹스가 변화됨변화됨을 확인 하였다. 또한 $25^{\circ}C$ 의 온도 조건에서, 제어전압 1.2 V-2.3 V 범위에서, 카오스 신호가 생성됨을 확인하였다.
많은 자연계가 선형성과 비선형성을 동시에 포함한 카오스적인 모습을 보여준다 예를 들면 춤추는 불꽃, 부서지는 파도. 하늘에 떠다니는 무수한 구름 등 외관상으로는 불규칙해 보이는 듯 하면서 어떤 규칙성을 가진 다양한 모습을 나타낸다. 특히 공학분야에서는 거의 모든 현상이 비선형계로 이루어져 있다 이러한 비선형계의 해석에 카오스 이론이 적용될 수 있는데 최근 들어 카오스에 내재하는 질서구조가 밝혀짐에 따라 여러 공학분야에서 이를 활발히 응용하고 있다. 본 논문에서는 카오스 이론에 대해 간단히 논하고 이러한 카오스 이론이 응용될 수 있는 분야를 공학적 측면에서 일목요연하게 정리하였다. 특히 전력계통 및 송배전설비 분야 중 GIS 상태감시 및 부분방전 검출기법에 대해서 시계열 데이터를 이용한 카오스 이론의 적용 가능성을 타진하였다.
카오스 신호는 공학, 의학 그리고 생물학과 같은 모든 분야에서 많이 이용되고 있으며 최근 카오스 신호를 이용한 디지털 통신시스템에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다. 본 논문은 카오스 신호를 디지털 통신시스템에 적용할 목적으로 System Generator를 이용하여 비선형 방정식으로 구성된 6개의 카오스 신호 발생기를 설계하고 FPGA로 하드웨어를 구현하였다. 이 결과로부터 Hardware co-simulation으로 본 설계를 검증하기 위해 비트 스트림을 FPGA 보드로 로드하였다. 또한 6개의 카오스 발생기의 성능을 평가하기 위해 타이밍 해석을 통한 최대 동작 주파수와 사용한 로직의 resource량을 조사하여 비교하였다.
수문시계열 분석과 예측은 대부분 ARMA(AutoRegressive Moving Average) 형태의 선형적인 추계학적인 모형을 이용하였으나 자현현상이 복잡해지고 비선형적인 특성을 가짐에 따라 선형적인 해석은 수문시계열의 분석과 예측에 있어서 많은 오류를 내포하고 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 시도로 Chaos이론이란 개념이 사용되기 시작하였으며, 수자원분야에서는 1980년대 후반부터 물수지 방정식 및 강우유출에 대한 카오스적 특성분석 등 많은 연구가 진행되었다. 본 연구에서는 영산강유역의 본류를 대표하는 나주지점을 대상으로 2003년 1월 1일 00시부터 2004년 12월 31일 23시까지 17,544개의 시수위 자료에 대하여 해당 년도의 Rating-Curve식을 적용 환산한 유출량자료에 데한 카오스적 특성을 분석하였다. 카오스적 특성을 분석하기에 앞서 원자료에 대하여 이동평균법과 Savitzky-Golay Filter를 적용하여 잡음을 제거하였으며, 1차원의 단일변량의 자료에 대한 상태공간(Phase Space)의 재건을 통하여 비교검토 하였다. 이러한 일련의 과정을 거친 자료에 대하여 상관차원법을 이용하여 영산강 유역의 나주지점의 시유출량 자료에 대한 카오스적 특성을 분석한 결과 저차원의 수렴으로 카오스 특성을 가졌다.
본 논문에서는 카오스 현상을 발생시키는 이산 로렌츠 시스템의 컴퓨터 모의 실험에 대한 방법을 제시하였다. 모의 실험에서의 카오스적인 움직임은 수치해석에 의해 예측된 결과와 일치하였다. 동기화된 카오스 시스템의 원리를 사용함으로써, 비화통신을 위한 접근 방법 로렌츠 방정식을 코딩한 송.수신기를 컴퓨터를 사용, 모의 실험함으로써 증명하였다. 송신기에서는 카오스 신호를 사용해서 보내고자 하는 메시지를 먼저 카오스 신호와 곱하고 다시 카오스 신호를 더해서 전송한다. 한편 수신기에서는 전송된 신호를 수신측 카오스 신호로 빼준 후에 다시 나누어서 전송된 메시지를 회복하는 방법을 사용하였다. 비선형 상태추정으로써 로렌츠 이산 카오스 동기 시스템의 견고성의 정도를 결정하기 위해서 샘플링 시간을 달리했으며, 이때 동기 오차와 그에 따른 송신신호와 수신신호와의 오차 값을 비교하여 성능을 평가하였다.
사람의 감정 중의 하나인 사랑은 사회학과 심리학에서 주된 관심사로 연구되어 왔다. 기본적인 사랑 모델에서 비선형 특성을 찾기는 어렵다. 따라서 본 논문에서는 기본적인 사랑모델에서 비선형 거동을 찾기 위하여 기본적인 사랑 방정식에 외력을 주고 이때의 시계열과 위상 공간을 통하여 비선형 거동이 있음을 확인한다. 또한 이 비선형거동이 일반 카오스 발생현상인 주기배증과정, 카오스, 주기과정의 현상과 유사하게 유사한 주기 배증 과정, 카오스, 주기과정이 있음을 확인한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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