반잠수 쌍동선의 최적 운동제어기 설계

Application of Optimal Control Techniques to SWATH Motion Control

본 논문은 SWATH선의 히브 및 피치 제어에 대한 LQ이론의 상세한 응용과정을 제시한다. 부가질량과 감쇄계수를 상하동요 고유주기에서의 값으로 근사함으로써 선형 시불변 2차 연립 미분방정식이 주파수 응답 모델로부터 유도된다. 파기진력은 사인파들의 합으로서 모델링 된다. 좋은 과도응답(transient response)과 적절한 제어핀 운동을 얻기 위하여 상태 및 제어 가중행렬의 체계적인 선택과정이 제시된다. 본 논문의 제어기 설계과정의 타당성이 시간영역 및 주파수 영역에서의 시뮬레이션과 전달함수행렬의 특이값 선도에 의해 철저히 조사되어 진다. 최종 설계된 제어시스템은 본 연구의 응용이 성공적이었음을 나타내는 좋은 전체 성능을 보여준다.

This paper presents a derailed application procedure of the linear quadratic(LQ) theory for a SWATH heave and pitch control. A time domain model of coupled, linear time-invariant second order differential equations is derived from the frequency response model with the frequency dependent added mass and damping approximated as constant values at the heave natural frequency. Wave exciting forces are modeled as a sum of sinusoids. A systematic selection procedure of state and control weighting matrices is presented to obtain good transient behavior and acceptable fin movement. The validity of this controller design process is throughly investigated by simulations both in time domain and frequency domain and singular value plots of transfer function matrices. The finally designed control system shows good overall performances revealing that the applicability of the present study is proved successful.