시계열데이터는 ARMA 분석에 적합지 않은 요소를 내재하고 있는 경우가 있다. 특히 선형성과 주기성을 가진 요소가 확률적인 분포와 자주 혼재되어 있다. 이 논문에서는 이런 선형적 주기적 요소를 찾아내고 분석하는 방법을 제시한다. 특히 주기적 요소는 여러 주기가 층층이 겹쳐져서 나타난다. 주기 간에는 서로 일정 정수비율을 유지하며, 한 주거 안에 다른 주기가 내포되어 있는 경우(nested periods)가 많다. 시간규모(time-scale)개념을 도입하여 이러한 주기적 요소를 개념적으로 정립하고자 했다. 선형적 요소와 주기적 요소가 제거된 후 추출된 데이터는 MA-approximation이라는 방법을 사용하여 가장 데이터에 근접한 ARMA 모텔을 찾아낸다. 마지막으로 선형적 주기적 요소와 ARMA 추정결과를 종합하여 control boundary를 결정하는 방법을 제시한다.
이 연구는 알고 있는 단일 주기를 갖는 정적 및 주기적 외란의 제거에 대해서 다룬다. 자기력 부상시스템에서 외란력을 능동적으로 제거하기 위해서는 제어 입력이 두 가지 다른 이득 값을 가져야 한다. 하나는 시스템의 안정적 제어를 위한 부분이고 다른 하나는 외부로부터 시스템에 영향을 미치는 외란력의 제거를 위한 부분이다. 본 논문에서는 평형 빔을 안정 적으로 제어하기 위해서 간단한 상태 궤환 제어기를 채용하며, 외부로부터 시스템에 영향을 미치는 외란 성분을 추정하기 위해서 선형 관측기를 채용한다. 또한 자속의 궤환에 의해서 구성된 제어 전류는 관측기에 의해서 관측된 외란력과 외란력을 억제하려는 전자석의 힘의 차로 나타나며 이들 관계는 선형성을 유지한다. 이 선형성은 본질적으로 비선형성을 갖고 있는 자기력 부상 시스템에 대한 수치 해석적 용이함을 제공하며 이 논문에서 다루는 정적 및 주기외란의 제거를 위해서 우수한 성능을 발휘한다. 모의시험 결과는 제안된 제어 기법에 의한 정적 및 주기적 외란의 제거를 입증한다.
본 논문에서는, 선형 주기적 시변 시스템에 대해서, 두 개의 입출력 이득을 정의한다. 그 하나는 단위 크기의 ι$_2$노름을 갖는 모든 입력에 대한 최악의 $\iota_2$ 노름의 출력의 비로서, G($\iota_2,\iota_2$ 로 표기한다. 또 다른 하나는 단위 크기의 RMS 값을 갖는 모든 입력에 대한 최악의 RMS 값의 출력의 비로서, G(RMS, RMS)로 표기한다. 선형 시불변 시스템에 대해서는 이 두 개의 이득은 등가라는 사실이 잘 알려져 있다. 본 논문에서는 선형 주기적 시변 시스템에 대해서도 이 두 개의 이득이 등가라는 것을 증명한다. 또한, 선형 주기적 시변 시스템에 대한 주파수 응답을 얻는 두 가지 방법 사이의 관계를 유도한다. 이렇게 정의된 입출력 이득은 M-채널 필터 뱅크에 적용한다. 필터 뱅크는 음성 압축 등에 사용되는 대표적인 다중비 신호처리 시스템이다. 이러한 필터뱅크에는 일반적으로 에일리어징 왜곡, 진폭 왜곡 및 위상 왜곡이 존재한다. 본 논문에서는 오차 시스템의 G($\iota_2,\iota_2$ 이득을 최적화 하는 방법에 의해 필터 뱅크를 설계함으로써, 필터 뱅크에서 일반적으로 존재하는 왜곡을 작게할 수 있음을 보인다.
다주파수 입력을 갖는 강한 비선형 시스템의 유사주기 (quasi-periodic) 해를 해석하기 위하여 개선된 고정 점법(FPA:Fixed Point Alogrithm)을 개발하였다. 안정성 및 천이 특성을 판별하기 위하여 사용되어지는 Floquest 지수인 해석적 자코비언을 구하기 위하여 Poincare 맵상에서 이산 적분법을 새로이 고안, 사용하였다. 본 방법의 우수성을 입증하기 위하여 2개의 주파수 입력을 갖는 선형 시스템과 비선형 시스템을 예로 사용하였다. 본 방법을 이용하여 비선형 시스템에서 발생한 복잡한 chaos 현상을 체계적으로 해석하였다.
주기함수의 외력을 갖는 버선형 시스템의 다양한 응답 특성을 구하기 위해 새로운 조화함수법(HBM)을 적용하였다. 새로운 조화함수법의 해는 비선형항을 선형항으로부터 따로 분리시킨 다음 같은 주파수 성분을 갖는 비선형 방정식들을 Newton-Raphosn법으로 풀어서 구하였다. 다양한 천이(Bifurcation) 특성을 해석적으로 판별하기 위하여 HBM의 해를 이용하여 구한 섭동 방정식의 Floquet 지수의 고유해를 사용하였다. 새로이 개발한 HBM과 천이 판별법을 1차원 비선형항을 갖는 구조물인 ALP(Articulated Loading Platform) 모델과 다차원인 비선 형 회전체 모델에 적용시켜 HBM의 해의 정확성과 이들 시스템의 천이 특성의 하나인 Chaos 존재를 확인 하였다.
본 연구는 CSDP-초기설계 시스템 개발'3' 세부과제로 수행되었으며 선박의 기본 성능 및 사양을 결정하는데 필요한 제반 기본 계산을 수행하고 설계자의 의사결정을 지원하는 대화식 초기 설계 전산 시스템의 개발에 그 목적이 있으며, 크게 개념설계 분야와 선형 설계분야로 나누어 개발 되어왔다.(Fig. 4.1 참조). 이번 4차년도에는, 프로그램을 보다 효율적으로 사용할 수 잇도록 하기 위하여 개년설계 시스템을 구성하는 단위 모듈들을 단독으로 사용 가능하도록 독립성을 유지 함과 동시에, 시스템 차원의 상위 레벨에서 각각의 모듈들을 통합 제어하는 수퍼어플리케이션 개념을 이용한 유연화된 대화형 개념설계 프로그램(BASCON-3)을 개발하였다. 그리고 선박의 주기관 선정과 관련한 경험적 지식을 도출하여 지식베이스를 구성하고, 주기관 데이터베이스 및 저항.추진성능 추정 모듈들과의 통합을 통한 시험형의 주기관 선정 지원 시스템(ME-ASSIST )을 개발하였다. 또한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 채택한 확장형 선형 정의 및 변환 프 로그램(MBASTRANS)을 개발하였다. 형상 모델러인 ACIS를 도입하여, 조선 분야에의 활용 가 능성을 연구하였고, 조선소에 GUI개발 기술과 시스템 통합 기술을 이전하였다.
본 연구는 두점식 선박 계류시스템의 종방향 외력에 대한 비선형 동적거동 해석을 수행하였다. 특정 입력 매개변수에 대한 카오스 운동과 한계주기궤도 등의 비선형 거동의 특성을 연구하였다. 주로 비선형복원력은 계류시스템의 강한 비선형성과 동적거동의 다양성을 제공한다. 계의 운동방정식 시뮬레이션에 사용된 수치 적분기는 4차 룽게쿠타법이다. 외력진폭과 주파수를 변화시킬 때 분기 그림과 동적불안정 현상들을 볼 수 있다. 외력의 주파수(진동수)가 0.4 rad/s인 경우 수많은 혼돈상태 점들 사이에 주기창이라 불리는 안정적인 주기해가 관측된다. 주파수가 0.7 rad/s인 경우는 외력진폭이 1.0을 초과할 때 혼돈 영역이 갑자기 증가한다. 주파수가 1.0 rad/s인 경우는 주파수가 0.4 rad/s 및 0.7 rad/s인 경우와 비교해 볼 때, 혼돈 운동이 약화된다. 아울러, 두점식 계류시스템은 각 매개변수에서 준주기 운동, 한계주기궤도, 대칭성의 깨짐과 같은 다양한 정상상태의 궤적이 관측된다.
내부공진은 2자유도계 이상의 다양한 비선형 시스템에 존재할 수 있으며 모드 사이의 진동에너지의 교환의 원인이 된다. 위에서 설명한 흡진기의 경우처럼 그 시스템의 동작에 필수적인 요소가 되기도 하며 직사각형 평판의 경우처럼 선형이론 으로는 예측불가능한 진폭변조된 진동을 유발하기도 한다. 이론적인 해석의 결과 다양한 분기와 여러가지 형태의 해를 가지며, 특히 주기적 정상해와 혼돈적인 해를 갖는 것이 밝혀졌다. 이러한 주기적 정상해는 구조물에 따라 여러 가지 형태로 나타 나며 평판의 경우는 진폭변조된 움직이는 파형으로, 본문에서는 언급하지 않았지만 현의 경우는 타원의 퀘적의 크기와 주축의 방향의 변화로 나타난다. 이러한 다양한 해들은 구조물의 종류와 형상에 따라 다른 형태로 나타나며 향후 연구의 대상이라 생각되어진다.
플랩을 갖는 복합재 평판날개에 대해서 유격 비선형성과 구동장치의 동적 강성을 고려하여 비선형 공탄성 해석을 수행하였다. DHM 방법을 사용하여 아음속 비정상 공기력을 계산하였으며 유격은 기술함수를 적용하여 이선형 스프링으로 가정하였다. 동적 강성을 기어시스템의 지배방정식으로부터 계산하고, 적층각과 재질에 따른 공탄성 특성을 살펴보았다. 선형 및 비선형 공탄성 해석 결과들은 플러터 특성이 유격과 동강성에 따라 크게 달라지는 것을 보여주었다. 다양한 형태의 제한주기거동이 선형플러터 속도 이전과 이후에서 관찰되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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