This paper presents an asymptotic formation control scheme for a group of underactuated autonomous underwater vehicles (AUVs) where only three control inputs - surge force, yaw moment and pitch moment are available for each vehicle's six degree of freedom (DOF) underwater motion. Usually, the dynamics agents applied in most of the formation algorithms presented so far have been modeled as particle systems, which is a simple double-integrator system. Therefore, these algorithms cannot be directly applicable to the practical systems, especially to the underwater vehicles whose dynamics are highly nonlinear. Moreover, the vehicles considered in this paper are underactuated. The formation control is derived using general potential function method, and the corresponding potential function consists of two parts: interactions between vehicles and virtual-leader following. Proposed formation scheme guarantees asymptotic local stability of closed-loop system. Numerical simulations are carried out to illustrate the effectiveness of proposed formation scheme.
In this study, the characteristics of crossing a river of Ground Armored Vehicle (GAV) were evaluated by numerical method and real size tests. 3-D hybrid mesh systems were constructed by 3-D models of the GAV, and a commercial software, FLUENT, was used in numerical analysis. In order to deal with multi-phase problem (air and water), Volume Of Fluid (VOF) method was used, and Moving and Deforming Mesh (MDM) was adapted for unsteady motion of GAV. There were two steps in this research. Firstly, stability of the GAV which cruised a river was evaluated by changing several shapes of water-proof-front-wing of the GAV in steady state, and compared results (free surface shape and drag value in 10km/h) with those of real size tests. Secondly, results of unsteady analysis considering weight and moment of inertia of the GAV were presented. There were showed a maximum velocity with a designed water jet and dynamic stability including pitch, roll, and yaw moment. Based on these results, the optimal shape of water-proof-front-wing of the GAV was determined for a proto-type of the GAV.
When a ship is travelling in following seas, the encounter frequency is reduced to be very low. In that case broaching phenomenon is most likely to occur, and it may be due to wave exciting forces acting on ships. It is thought that the wave exciting forces acting on ships in following seas almost consist of two components. One is hydrostatic force due to Froude-Krylov hypothesis, and the other is hydrodynamic lift force due to orbital motion of water particles below the wave surface. In the present paper, the emphasis is laid upon wave exciting sway force, yaw moment and roll moment acting on ships in following seas. The authers take the case that the component of ship speed in the direction of wave propagation is equal to the wave celerity, i.e., the encounter frequency is zero. Hydrostatic force components are calculated by line integral method on Lewis form plane, and hydrodynamic lift components are calculated by lifting surface theory. Furthermore captive model tests are carried out in regular following waves generated by means of a wave making board. Through the comparison between calculated and measured values, it is confirmed that the wave exciting forces acting on ships in following seas can be predicted in terms of present method to a certain extent.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제10권1호
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pp.69-84
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2018
In order to analyze the characteristics of propeller exciting force, the hybrid grid is adopted and the numerical prediction of KCS ship model is performed for hull-propeller-rudder system by Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) method and volume of fluid (VOF) model. Firstly, the numerical simulation of hydrodynamics for bare hull at oblique state is carried out. The results show that with the increasing of the drift angle, the coefficients of resistance, side force and yaw moment are constantly increasing, and the bigger the drift angle, the worse the overall uniformity of propeller disk. Then, propeller bearing force for hull-propeller-rudder system in oblique flow is calculated. It is found that the propeller thrust and torque fluctuation coefficient peak in drift angle are greater than that in straight line navigation, and the negative drift angle is greater than the positive. The fluctuation peak variation law of coefficient of side force and bending moment are different due to various causes.
The present study suggests a procedure of establishing a ship dynamics modeling by regression of free-running model test results. The hydrodynamic force and moment of the whole model ship is derived from the low-pass filtered acceleration in the turning circle and zigzag maneuver tests. Force and moment of the propeller and rudder are separated from that of the whole ship to acquire the hull force and moment terms, based on the principles of the component model. The low-pass filter frequency is verified in prior to dynamics modeling, to find the threshold frequency of 2.5 Hz. The dynamics modeling of the hull is compared with the component modeling by captive model tests. Because of strong correlation between sway velocity, yaw angular velocity, and heel angle, each maneuvering coefficient is not able to be validated, but the whole modeling shows good agreement with the captive model tests.
KARI (Korea Aerospace Research Institute) is going to launch a Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) at summer of 2009. It will be first thing to be developed for a geostationary satellite through domestic technology. Of course, KARI has performed this development program with EADS Astrium in France since 2005. COMS has the non-symmetric configuration that the solar array is only attached on the south panel. Due to the configuration, momentum of satellite will be rapidly accumulated induced by solar pressure and then 3 wheels of large momentum are located on roll-yaw plane for attitude control. Therefore, to prevent the saturation of wheel momentum, wheel off-loading will be performed two times per day during 10 minutes for each one. At the moment, translation movement on 3-axes direction appears because of using thrusters. In this paper, strategy of the wheel off-loading and triaxiality which is the translation effect on 3-axes are introduced. Consequently, the result of optimized triaxiality considering the wheel off-loading strategy is summarized.
This article presents an integrated chassis control with electronic stability control (ESC) and active front steering (AFS) under saturation of front lateral tire force. Regardless of the use of AFS, the front lateral tire forces can be easily saturated. Under the saturated front lateral tire force, AFS cannot be effective to generate a control yaw moment needed for the integrated chassis control. In this paper, new integrated chassis control is proposed in order to limit the use of AFS in case the front lateral tire force is saturated. Weighed pseudo-inverse control allocation (WPCA) with variable weight is adopted to adaptively use the AFS. To check the effectiveness of the proposed scheme, simulation is performed on a vehicle simulation package, CarSim. From simulation, the proposed integrated chassis control is effective for vehicle stability control under saturated front lateral tire force.
This paper presents a design of the controller for vehicle lateral dynamics using active yaw moment. Vehicle lateral motion is incorporated with directional controllability and stability. These are conflicting each other from the view of vehicle handling performance. To compromise the trade-off between these two aspects, we suggest a new control algorithm based on the sliding mode with time-varying switching surface according to the body side slip angle. The controller can deal with the nonlinear region in vehicle driving and be robust to the parameter uncertainties in the plant model. Control performance was evaluated from the simulation.
The helicopter rotor system generates lift, thrust, maneuvering force and moment to the helicopter with the torque and pitch control force transferred from the main rotor hub/control. And the tail rotor system generates the thrust for yaw axis control of the helicopter with the torque and pitch control force transferred from the tail rotor hub/control. Ground whirl test shall be performed to verify the compliance of requirement performance test and dynamic test of rotor blade and hub/control. This paper describes a design of whirl tower test facility for helicopter rotor system test and evaluation. Design results are summarized and compared with design requirements.
A vehicle stability control logic for 4WD hybrid electric vehicle is proposed using the regenerative braking of the rear motor and electronic brake force distribution module. Performance of the stability control logic is evaluated for J-turn and single lane change. It is found from the simulation results that the regenerative braking at rear motor is able to provide improved stability compared with the vehicle performance without my stability control. Additional improvement can be achieved by applying the regenerative braking plus electronic brake farce distribution control. It is expected that the regenerative braking offers additional improvement of the fuel economy as well as the vehicle stability control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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