development of a Depth Control System for Model Midwater Trawl Gear Using Fuzzy Logic

퍼지 논리를 이용한 모형 증층트롤 어구의 수심제어시스템 개발

This paper presents a control system that uses a fuzzy algorithm in controlling the depth of a model midwater trawl net, and experimental results carried out in the circulating water channel by using a model trawl winch system.The fuzzy controller calculates the length of the warp to be changed, based on the depth error between the desired depth and actual depth of the model trawl net and the ratio of change in the depth error. The error and the error change are calculated every sampling time. Then the control input, i.e. desirable length of the warp, is determined by inference from the linguistic control rules which an experienced captain or navigator uses in controlling the depth of the trawl winch controller and the length of the warp is changed. Two kinds of fuzzy control rules were tested, one was obtained from the actual operations used by a skilled skipper or navigator, and the other was a modified from the former by considering the hydrodynamic characteristics of the model trawl system.Two kinds of fuzzy control were tested, one was obtained fro the actual operations used by a skilled skipper or navigator, and the other was a modified from the former by considering the hydrodynamic characteristics of the model trawl system.The results of these model experiments indicate that the proposed fuzzy controllers rapidly follow the desired depth without steady-state error although the desired depth was given in one step, and show robustness properties against changes in the parameters such as the change of the towing sped. Especially, a modified rule shows smaller depth fluctuations and faster setting times than those obtained by a field oriented rule.

중층트롤어구의 수심 제어는 시스템의 복잡성과 비선형성 등으로 인하여 아직까지 자동화되지 않았다. 본 연구에서는 회류수조에서 작동되는 모형 트롤어구의 예망시스템을 제작하였으며, 이 시스템의 수심을 자동으로 제어하기 위해서 퍼지논리를 이용한 제어시스템을 구성하여 성능을 실험하였다. 제어시스템의 수심제어 규칙은 숙련된 항해사나 선장이 실제 조업에서 어구의 수심을 제어하기 위해 사용하는 지식을 제어규칙화 한 것과 모형실험에 적합하도록 수정한 규칙 두 가지를 사용하였다. 제어계의 성능은 예망속도를 일정히 유지하면서 목표수심을 스텝상으로 변경시켰을 때의 추종성능 실험과 목표수심을 일정히 유지하면서 예망속도를 변경시켰을 때의 보상성능을 실험을 통하여 분석하였다. 1. 본 연구에서 제안된 두 가지 제어기는 모두 일정한 유속(0.35m/s)에서 스텝상의 목표수심 변경에대해서 빠른 추종성능을 나타내었다. 특히 수정된 제어규칙에서는 모형 어구의 수십을 보다 안정되게 제어하였다. 2. 예망속도(유속)를 변화시켜 어구저항을 증감시킨 실험에서도 두 제어기는 비교적 양호한 보상 성능을 나타내었는데, 실제 조업에서 사용하는 규칙은 작은 외란에도 빨리 반응하였으며, 수정된 제어규칙은 수심편차가 어느 정도 커져야 제어동작을 하였다. 3. 본 연구에서 제작된 모형트롤시스템은 실물트롤 시스템의 운동 특성과 거의 일치하였고, 또한 설계된 제어기는 양호한 제어성능을 나타내어 모형실험을 통한 시스템의 해석과 실물 트롤시스템에 적용가능성이 높은 제어계의 설계가 가능하였다