• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2023년도 추계학술대회
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• pp.100-102
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• 2023

항로추종성능은 자율운항선박(MASS)의 중요한 자율제어기능 중 하나이다. 이는 선박의 안전성을 보장하기 위해 중요하며, 자율운항선박의 설계 단계에서 사전 평가가 필수적이다. 본 연구는 자율운항선박의 항로추종성능 평가를 위한 전산유체역학(CFD) 모델과 LOS 알고리즘 연계 방안을 제안한다. 먼저, 자율운항선박의 정수 중 거리 이탈 편차를 이용한 항로 추종 성능 평가 모델 개발에 관하여 기술했다. 먼저, 항로 추종을 수행하는 선박 주변의 난류 흐름은 비압축성 뉴턴 유체의 가정하에 비정상 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 법을 이용하여 수치적으로 계산되었다. 중첩격자계법을 CFD 모델에 적용함으로써 거리 이탈 편차를 이용하는 LOS(Line-of-Sight) 가이던스 알고리즘에 의한 타의 회전 및 이에 따른 선체의 6 자유도 움직임을 CFD 환경에서 구현하였다. 개발된 자유 항주 선박 CFD 모델을 이용하여 항로 추종 시뮬레이션 평가 결과, 설정된 항로에서 선박의 정수 중 항로 추종 제어는 파도, 조류, 및 바람과 같은 외부 교란의 부재로 LOS 알고리즘에 의한 우현/좌현 측 변침뿐만 아니라 직진 경로의 추종도 성공적으로 수행됨을 확인하였다. 선체, 프로펠러, 타의 복잡한 상호작용을 정도 높게 해석할 수 있는 자유 항주 선박 CFD 모델과 LOS 알고리즘의 결합은 자율운항선박의 항로 추종 성능 평가를 정량적으로 평가하는 데 기여할 것으로 기대된다.

• 한국항해항만학회지
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• 제47권6호
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• pp.386-393
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• 2023

최근 자율 항해 기술의 수요가 높아져 관련 연구도 증가하는 추세이다. 자율운항선박들은 일반적으로 계획 항로를 추종하여 항해하는 도중 위험 상황에 따라 회피항로를 산출하고 산출된 항로를 추종한다. 항로 추종에는 일반적으로 자동조타장치가 활용되며, 자동조타장치의 운용 방식 중, 항로제어 모드를 자율운항선박에 적용하는 것이 현 시점에서 가장 적절한 방안이다. 따라서 본 논문에서는 자동조타장치의 항해제어 모드를 활용해 회피 항로를 적용하기 위한 항로 추종 알고리즘을 개발한다. 알고리즘은 직선구간과 선회구간을 구분하여 개발하였으며, 이에 대한 성능을 검증하기 위해 국제 인증을 취득한 시뮬레이터 장비를 사용하여 관련 국제 표준인 IEC 62065에서 제시한 성능을 만족하기 위한 성능 시험을 진행하였다. 성능 검증 결과로 보았을 때, 선박이 항로를 추종함에 있어서 선박과 항로 사이의 직선거리를 나타내는 Cross Track Error가 IEC 62065에서 제시하는 성능 기준을 만족하는 것을 확인하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제47권1호
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• pp.10-17
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• 2023

최근 자율운항선박 개발을 위한 연구가 국내외에서 추진 중에 있다. 자율운항선박 개발에서 핵심기술 중 하나는 항로추종인데, 항로추종은 선박의 안전성 확보에 중요하기 때문에 자율운항선박 설계 시 사전평가 해야 한다. 본 연구의 목적은 자율운항선박 설계 시 항로추정성능의 시각적 및 정량적 평가기법을 개발하기 위한 것이다. 이 평가기법은 전산유체역학 기반의 자유 항주 모델과 LOS(Line-of-Sight) 알고리즘을 연계하여 개발하였다. 평가기법 중, 시각적 평가는 항로추종 중인 선박에 의해 생성되는 파계를 전산유체역학 소프트웨어를 이용하여 가시화하여 평가하고, 정량적 평가는 목표 선수방위각과 추정 선수방위각 사이의 차이 값과 계획항로와 추종항로 사이의 거리 차이 값을 이용하여 평가하였다. 항로추종성능 평가 결과, 항로추종 중 변침지점 부근에서 항로이탈편차가 크게 발생함을 알았고, 또한 선박 주위 유동의 시각화를 통해 선박 주위 유체 현상을 쉽게 파악할 수 있었다. 본 연구에서 제안한 평가기법은 자율운항선박 설계 시 항로추정성능 평가에 관한 시각적 및 정량적 평가에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2016년도 춘계학술대회
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• pp.308-309
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• 2016

본 논문은 선박의 자동항법 시스템에서 주요한 부분인 항로추종 유도 기법을 다루고 있다. 특히, 웨이포인트(way-point)기반, 인클로져(enclosure)기반, 룩어헤드(lookahead)기반의 항로추종 유도기법의 성능에 관해 살펴본다. 아울러 본 논문에서는 항로추종 시 선박의 조타제어를 위해 PID제어 시스템이 적용된다. 최종적으로 3가지 유도기법의 성능은 시뮬레이션 결과를 통해 평가된다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제30권6호
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• pp.760-769
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• 2006

This paper proposes an autopilot system using a fuzzy PID controller to satisfy performances required for the automatic navigation of ships under various marine circumstances. The existing autopilot system using a PD type controller has difficulties in eliminating a steady-state error and compensating nonlinear characteristics of ships. The autopilot system using the proposed fuzzy PID controller has a self-tuning ability, an ability to compensate nonlinear characteristics, and an ability to turn at constant angular velocity. Therefore. it can naturally make a steady-state error zero, compensate nonlinear dynamic effect of ships, have an adaptability to parameter variation owing to shallow water effect, and have an ability to turn ship's course rapidly without overshoot through procedures of acceleration, constant, and deceleration of angular velocity for large course-changing.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제22권6호
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• pp.920-927
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• 1998

This paper presents a synthetic control algorithm that generates the rudder command angle to track the optimal route which is composed of straight-lines among way-points with keeping a required error limit. The control algorithm comprises three main lgorithms that is a course-keeping algorithm that eliminates the yaw angle difference between optimal route and current route a track-keeping algorithm that tracks the optimal route among way-points and a turning-control algorithm that includes the generation of optimal turning routes and control method. The effectiveness of the proposed control algorithm is assured through computer simulation.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2011년도 제42회 하계학술대회
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• pp.32-34
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• 2011

본 논문은 최대전력추종 태양광 충전법을 적용한 LED 동기점멸등 제어시스템 설계 및 구현을 목표로 한다. 즉, 선박의 야간 안전항해를 돕기 위한 항로표지인 등부표에 장착되는 LED 동기점멸등의 구동제어 시스템, 최대전력추종 방식의 전류제어 벅 컨버터를 적용한 배터리 충전시스템의 설계 및 구현, 그리고 그 특성파악에 대해 중점적으로 다룬다. 시스템에 적용한 태양광 모듈의 모델링 및 MATLAB 시뮬레이션을 통해 추출한 태양전지 파라미터를 충전회로 시스템에 적용하여 최대전력추종 태양광 충전시스템을 설계하였다. 따라서, 본 논문에서는 원칩 마이크로컨트롤러를 사용하여 최대전력추종(MPPT) 태양광 충전제어시스템과 GPS활용 LED 동기점멸등 구동제어시스템을 구현하여, 그 특성파악을 통한 실시스템 적용가능성을 확인하였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.859-866
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• 2022

능동 외란제거 제어기는 루엔버거 관측기를 이용하여 상태변수를 추정하여 제어기에서 외란을 제거하는 방식이다. 루엔버거 관측기는 정상상태에서 상수의 특징을 갖는 외란을 포함하는 비선형항을 상태변수로 정의하여 추정한다. 추정된 상태변수 값을 비례적분 제어기와 적분비례 제어기에 보상하여 개선된 속도 추종 성능을 보일 수 있다. 추정된 상태의 오차는 부하변동의 경우 1.9 [%] 이내임과 정상상태 상태 추종 오차가 영으로 수렴함을 보여 상태 추종 제어기의 외란 제거성능을 보임을 확인할 수 있다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2013년도 춘계학술대회
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• pp.17-20
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• 2013

본 연구는 외란하에서 선박 트랙 키핑에 대한 수치시뮬레이션 문제를 다루었다. 이용된 선박 모델은 새누리호 선박을 이용하여, 목포항 입구부터, 목표 부두까지 항로에서의 항로 추종를 자동제어 기법을 이용하여 시뮬레이션 수행하였다. 기존 과거 연구의 선박 트랙 키핑 문제는 주로 정속에서 수행되었으나, 본 연구에서 부두에 접안하기 전 단계까지를 감안하여, 선박 속도를 저하시키며, 접안 하기 직전 선박이 목표 지점에 도달하여 정지할 때까지의 트랙 키핑 문제를 다루었다. 사용 제어 기법은 PID기법, 외란으로 바람 영향을 고려한 트랙키핑 시뮬레이션을 수행하였고, 그 결과 접안 직전 지점까지 적정하게 속도를 저하시키며, 원하는 항로를 따라 자동 제어 됨을 알 수 있었다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2023년도 춘계학술대회
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• pp.79-80
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• 2023

본 연구에서는 자율운항선박이 복잡한 항계 내에서 다양한 해상 객체와의 충돌을 회피하기 위하여 계층적 경로 생성 기법을 연계하는 프레임워크를 제안한다. 항계 내에는 항로를 항행하는 선박 외에도 정박 영역 내 정박 또는 묘박 중인 선박뿐만 아니라 항로 표지나 부표와 같은 정적 객체들이 다양하게 분포되어 있다. 자율운항선박의 효율적 운항을 위해서는 운항 중에 조우하게 되는 객체의 정적/동적 속성에 따라 경로 생성 기법이 달리 적용되어야 한다. 본 연구에서 제안한 경로 생성 프레임워크는 항계 내의 정적 객체나 항행 가항 영역 및 항행 불가항 영역 등에 대한 위치 정보들은 사전적 정보로 활용 가능하므로, 샘플링 기반의 전역 경로 생성 기법을 적용하여, 초기 출발지에서 최종 목적지까지의 예상 경로를 생성한다. 그리고 생성된 전역 경로를 추종하며 운항하는 과정에서 조우하게 되는 동적 객체들과의 조우 상황별 국제해상 충돌예방규칙(COLREGs)을 고려한 지역 경로를 생성한다. 샘플링 기반의 전역 경로와 국소 영역에서의 충돌 회피를 위한 지역 경로를 연계하기 위한 계층적 경로 생성 프레임워크를 설계하고, 수치 시뮬레이션을 통해 제안한 프레임워크의 유용성을 검증하였다.