• 한국항공운항학회지
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• 제26권2호
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• pp.61-67
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• 2018

This paper presents a method to apply disturbance observer to PID controller for robustness enhancement of UAVs. The system uncertainties and disturbances bring adverse effects on performance and stability of UAVs. In this paper, we estimate the acceleration disturbances using nonlinear disturbance observer, then compensate disturbances with composite controller. By employing nonlinear disturbance observer and composite controller, we have better performance and robustness than conventional PID controller. The asymptotical stability of nonlinear disturbance observer is presented through theoretical analysis. The estimation performance of nonlinear disturbance observer is evaluated by numerical simulation. And performance of disturbance observer based PID controller is evaluated by comparing the performance with conventional PID controller.

• 한국안전학회지
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• 제18권4호
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• pp.169-175
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• 2003

본 연구에서는 외부의 알 수 없는 외란을 포함한 수중이동시스템의 상태를 추정하는 추정방법을 제시하였다. 우선, 수중이동시스템의 동력학적 운동방정식을 수직평면과 수평평면에 대하여 확장 테일러 전개법에 의하여 각각 유도하였다. 수중이동시스템에서 바다표면의 파랑, 주류, 바람 등과 같이 측정하기 어려운 외력을 시스템의 외란으로 간주하였으며, 이러한 외란을 시스템에 대한 외부 입력으로 고려하였다. 본 연구에서는 위와 같은 외부에서 가해지는 잘 알려지지 않은 외란 등에 대해 전혀 영향을 받지 않는 미지외란 관측기를 제안하였으며, 제안된 관측기가 미지외란에 대해서 영향을 받지 않음을 증명하였다. 또한, 수중이동시스템의 강인한 제어를 위해 수치적인 시뮬레이션을 통하여 본 미지 외란 관측기의 유효성을 확인하였다.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 1986년도 한국자동제어학술회의논문집; 한국과학기술대학, 충남; 17-18 Oct. 1986
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• pp.503-505
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• 1986

주어진 제어대상 모델에 대하여 제어기를 구성하여 실제로 적용하는 경우 모델의 불일치, 모델링에서 고려하지 않은 외란(disturbance), 측정잡음등에 의하여 성능이 설계시와 달라진다. 실제적용에서도 성능을 계속 유지하기 위하여 제어기는 안정성, 계수변화(parameter variation)에 대한 강인성(robustness), 외란상쇄(disturbance rejection) 및 측정잡음에 둔감함등의 특성을 가져야 한다. 귀환(feedback)을 사용하여 제어기를 구성하는 경우 위의 모든 조건을 만족 시킬 수 없으므로 제어목적에 따라 적당한 조건을 선정하여 중요한 특성을 주로 갖게 한다. 본 논문에서는 쌍동선(small waterplane area twin hull ship-SWATHS)에 대하여 PID, LQ, LQG 제어기를 구성하여 안정성, 계수 변화에 대한 강인성, 외란 상쇄 및 측정잡음의 영향을 비교하였다. 쌍동선의 경우 다른 단동선(mono hull ship)에 비하여 접수면(waterplane)이 적으므로 무게증변을 흡수할 수 있는 복원력이 약하여 적은 외력에도 상하동요(heave)와 종동요(pitch)가 심하게 일어난다. 이러한 동요를 줄이는 것이 쌍동선의 제어목적이다. 본 연구에서는 먼저 선형화된 수직축 운동방정식을 이용하여 선체운동의 모델을 구했으며 중첩의 원리(super-position theorem)에 의하여 주파수 응답의 합으로 파도입력을 모델링 하였으며 제어를 위하여 필요한 측정치는 IMU(Inertial Measurement Unit)에서 제공된다고 가정하였다. 쌍동선의 동요의 원인은 파도, 바람, 조류 등이 있으나 파도에 의한 영향이 가장 크므로 본 논문에서는 파도에 의한 영향만을 고려하였다. 파도는 쌍동선에 외란으로 작용하며 측정할 수 없는 양이므로 PID, LQ 제어에서는 제어모델에 포함되지 않지만 LQG 제어에서는 제어모델에 포함된다. LQG 제어의 경우 제어모델에 파도를 백색잡음으로 가정하고 제어기를 구성한 것 (LQG1)과 2차의 쉐이핑필터(shaping filter)를 사용하여 구성한 것(LQG2)으로 나누었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권10호
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• pp.821-828
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• 2021

쿼드로터는 다른 비행체에 비해 작고 가벼워서 바람과 같은 외란에 민감하다는 단점이 있다. 이 단점을 해결하기 위해 외란에 강인한 제어기법을 이용하는 연구가 많이 이루어져 왔다. 본 논문에서는 외란을 해결하기 위해 적은 힘으로 큰 토크를 발생시킬 수 있는 CMGs (Control Moment Gyros)를 활용하였다. 쿼드로터의 자세 제어를 위해 2개의 CMGs를 활용하였고, 4개의 로터와 2개의 CMGs를 구동하기 위한 시스템을 구성하였다. 구성한 시스템의 제어 성능을 확인하기 위해 외란이 있는 환경에서 자세 제어에 대한 시뮬레이션을 진행하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권10호
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• pp.1045-1052
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• 2015

본 논문은 장거리 탐지 레이더(LRSR;Long Range Surveillance Radar) 회전 구동 안정화에 관한 내용으로, 외란에 강인한 제어기 설계에 관한 것이다. 외란에 강인한 제어기 설계를 위하여 시스템 동특성과 외란 요소를 분석하고 그에 대한 수학적 모델링을 수행한다. 탐지레이더는 바람이 강한 높은 지대에 설치되는 특성과 넓은 안테나면을 갖는 형상적인 특성을 감안하였을 때 주 외란 요소는 풍속을 들 수 있다. 풍속은 베어링의 마찰을 증가시키는 요소로 작용하고 이는 안정화 성능을 저해 한다. 풍속이 탐지레이더에 미치는 영향은 전산유체역학(CFD;Computational Fluid Dynamics) 해석 결과를 이용한다. 전산유체역학 해석 결과를 제어알고리즘의 외란 입력으로 구성하여 제어기법에 대한 안정화 성능을 시뮬레이션과 실험을 통하여 기술한다. 플랜트 모델링 및 제어기는 Matlab / Simulink 를 이용하여 구성한다.

• 전자공학회논문지SC
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• 제44권4호통권316호
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• pp.21-26
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• 2007

본 논문에서는 광범위하게 적용되고 있는 단상 인버터 시스템에 대한 강인성을 향상시키기 위해 외란관측기 기반의 PI-제어기 설계 방법을 제안한다. 출력 단에 모터나 정류기와 같은 가변부하가 존재할 경우, 인버터의 출력 전압은 변동하기 쉬우며 바람직하지 않은 과도현상을 보일 수 있다. 본 논문에서는 가변부하에 의해 발생하는 출력 전압의 변화를 시스템의 외란에 의한 결과를 간주하여 부하 전류와 시스템의 불학실성에 의한 오차 (파라미터 변화나 잘못된 모델링과 같은)를 보상하는 외란관측기 기반 제어기를 설계한다. Matlab Simuink의 SimPowerSystem을 이용하여 단상 인버터 시스템에 대한 외란관측기 기반 제어기의 성능을 입증한다.

• 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 2018년도 추계학술대회
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• pp.173-174
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• 2018

온난화 현상으로 북극 해빙 속도가 가속화되면서 북극 운항 선박이 증가하고 있어 선박의 안전 항해를 위한 기술개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 선박해양플랜트연구소에서 개발 중인 KRISO Arctic Safe Routing System(KARS)의 안전 최적항로 계획 방법의 선박실 운항 추진성능 모델 과 선박 고유의 빙 저항 추진 성능 데이터베이스 구성 내용을 소개하였다. 추진성능 모델은 예인 수조시험의 속도-마력 -RPM 성능 데이터와 실 운항에서 조우할 수 있는 바람, 파도 등의 외란에 기인하는 부가저항 및 빙해수조 결과를 바탕으로 다양한 빙상환경에 따른 빙 성능 추정결과를 활용하여 ISO15016: 2002 기반으로 Calm sea 및 빙 해역에서의 선박 속도-마력 성능에서 외란에 의한 부가저항에 따른 소요마력 및 속도변화를 추정하도록 하였다. 제안된 성능모델은 최적 북극항로 탐색 모듈과 결합되어 안전한 북극항로를 도출할 수 있음을 확인하였다.

• 한국항공운항학회지
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• 제24권1호
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• pp.55-61
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• 2016

In this work a guidance and control system for an a powered ram air parafoil under wind disturbance is considered. After analyzing a 6 Dof and 9 Dof nonlinear dynamic models of the parafoil, wind effect is added to them. In order to actively respond to the wind acting on the transverse direction of the vehicle a new guidance algorithm is proposed. After a Hardware-In-the-Loop Simulation (HILS) study, flight tests are performed to demonstrate its potential under wind disturbances.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2012년도 춘계학술대회
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• pp.539-540
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• 2012

최근까지 무인 항공기는 군사적인 목적으로 활용하기 위해 활발하게 연구 되어 왔다. 근래에 들어 레저용, 또는 상업용으로 활용도가 급격히 증대되고 있다. 이에 국내외의 대학 및 연구기간에서 무인항공기의 자동비행 제어시스템을 위한 연구를 활발히 진행되고 있다. 최근 들어 무인항공기로 제어하기가 쉽고 활용도가 높은 쿼드로터 비행체가 각광을 받고 있는데 이미 많은 연구가 진행되어 왔다. 이러한 쿼드로터는 4개의 로터의 속도 제어로 비행체의 위치제어가 가능하다. 쿼드로터의 구조적인 이점으로 제어가 쉬운 반면 바람과 같은 외란에 매우 취약하다는 단점이 있어 실제 위치 제어가 쉽지가 않다. 본 논문에서는 외란(disturbance)에 취약한 쿼드로터의 위치제어를 안정하게 제어하기 위해 비행체의 자세 측정 센서인 관성측정장치(Inertial Measurement Unit)를 만들어 비행체의 자세를 측정 할 수 있도록 하였다. IMU는 자이로(Gyro)와 가속도(Accelerometer) 센서를 융합하여 비행체의 Roll, Pitch, Yaw 자세를 계측할 수 있도록 하였다. 본 논문에서는 일반적인 PID 제어기법을 적용하여 기존의 쿼드로터의 비행체에 대한 제어 성능을 실험을 제시하고자 한다.