Design of a Decentralized Controller for Deep-sea Mining System

The deep-sea mining system is generally composed of surface vessel, lifting system, buffer, flexible pipe and miner. The mining system can be regarded as a large-scale system in which each subsystem is interconnected to other ones. In order to control a large-scale system, decentralized control approaches have been proposed recently. In this paper, as a basic study on application of decentralized control, firstly, the mining system was modeled in a simplified way. Lifting system and buffer were regarded as a spherical pendulum and the flexible pipe was taken as a two-dimensional linear spring connection. Based on the simplified model dynamics, the mining system can be decentralized two subsystems, the one consisting of surface vessel, lifting system and buffer, and the other, the miner. Next, this paper proposed the design of controller for each decentralized subsystem by regarding the interacting terms as disturbances. The controllers kept the constant distance between two subsystems during the miner was moving on the specified track. Finally, the efficiency of proposed controller was proven through the numerical simulation of the derived model.

심해저 채광시스템에 대한 분산제어기 설계에 관한 연구

심해채광시스템(Deep-sea mining system)은 보편적으로 수상선(Surface vessel), 양광관(Lifting system), 버퍼(Buffer), 유연관(Flexible pipe) 그리고 집광기(Miner)로 구성된다. 이러한 채광시스템은 하부시스템들(Subsystems)로 구성되기 때문에 대규모 시스템(Large-scale system)으로 가정할 수 있다. 대규모 시스템을 제어하기 위하여, 최근에는 분산제어기법(Decentralized control approach)이 널리 적용되고 있다. 본 논문에서는 대규모 시스템인 채광시스템에 분산제어 기법의 적용성에 대한 기본연구로서, 먼저 심해채광시스템을 유사 모델(양광관과 버퍼를 구면진자 유연관을 2차원 선형 스프링 결합)로 가정하고 간략하게 모델화하였다. 간략화된 모델을 바탕으로, 대규모 심해 채광시스템을 2개의 하부 시스템, 수상선, 양광관과 버퍼로 구성된 시스템과 집광기 시스템으로 각각 나누었다. 다음으로 각 하부 시스템 사이의 상호작용 요소(Interaction term)를 외란(Disturbance)으로 가정하고, 각 하부시스템에 대한 분산제어기를 설계하였다. 여기서 제어기는 집광기가 주어진 경로를 움직이는 동안, 집광기 시스템과 수상선, 양광관과 버퍼 시스템 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 제어하였다. 끝으로 제안된 제어기의 효율성을 검증하기 위해, 간략화된 모델을 이용한 수치 시뮬레이션을 수행하였다.