본 논문에서는 인터넷을 이용한 원격제어시 문제점으로 지적되는 동적으로 불규칙하게 변화하는 예측불가능한 시간지연을 해결할수 있는 방법을 제시하고, 이를 적용한 실험결과를 보인다. 즉 원격제어 대상 시스템에 요구되는 일정한 대역폭을 확보하여 불규칙적으로 변화하는 시간지연을 정적으로 예측가능하도록 고정시키고 실시간성을 확보함으로써, 인터넷을 이용한 원격제어시 시간지연 문제를 해결할 수 있음을 보인다. 또한 전송률을 일정하게 유지함으로써 원격제어시 지연시간을 설정한 시간내에 확실하게 처리할 수 있음을 보인다. 그리고 본 논문에서 제안한 방법과 기존의 TCP, UDP를 이용한 원격제어 방법을 각각 적용한 실험 결과를 통해 비교함으로써, 제안한 방법의 우수성을 보인다.
네트워크 제어 시스템에서는 송신 신호의 시간 변동 지연이 불가피하다. 전송 지연이 고정된 샘플링 시간보다 길면 시스템이 불안정해진다. 이 문제를 해결하기 위해 본 논문은 논리 기반의 퍼지 신경망을 이용하여 지연을 예측하는 방법을 제안하며, 예측된 시간 지연은 네트워크 제어 시스템의 샘플링 시간으로 사용된다. 제안된 방법의 효과를 검증하기 위해, 실제 시스템에서 수집된 지연 데이터를 사용하여 논리 기반 퍼지 신경 네트워크를 훈련하고 테스트한다.
원격지에 위치한 분산제어 시스템과 센서 데이터 또는 제어 명령을 주고받을 때에는 불확실한 시간지연이 발생한다. TCP/IP 프로토콜을 이용한 데이터 네트워크와 마찬가지로 데이터 네트워크와 디바이스 네트워크를 결합한 가상 디자이스 네트워크도 불확실한 시간지연이 내재되어 있다. 이러한 시간지연은 분산제어시스템의 성능을 저하시키고 불안전성을 야기하는 원인이 된다. 본 논문에서는 이러한 네트워크상에 내재하는 시간지연을 평가하고 부정적인 효과를 최소화하기 위하여 Smith Predictor를 적용하였다. 제안된 제어 알고리즘은 실시간 서보제어를 통하여 효과를 입증하였으며 가상 디바이스 네트워크 개념에 근거한 분산제어 시스템을 이용하여 실시간 예지보전을 수행할 때 효과가 있음을 제시하였다.
최근 무선 네트워크 기반 실시간 원격제어에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 무선 네트워크를 통하여 실시간 원격 제어를 구현하는데 있어서, 중요한 요소들 중 하나가 실시간 제어메시지의 지연시간 성능이다. 특히, 주기적으로 송신되는 실시간 제어메시지의 안정적인 수신을 위해 지연시간 지터를 줄이는 기술이 필요하다. 본 논문에서는 실시간 제어메시지를 무선 네트워크에서 운용 하는데 있어서 지연시간 지터를 감소시키는 동기화 전송을 제안한다. 제안된 동기화 전송은 송신노드와 무선통신기 간의 동기화를 바탕으로 적절한 전송시점을 제어하여 실시간 제어메시지가 항상 정해진 시간에 무선 네트워크를 통하여 전송 되도록 한다. 군용무인차량 시스템을 이용한 실험 결과에 따르면, 제안된 동기화 전송은 지연시간 지터를 일반 전송 방식의 지연시간 지터의 32% 수준으로 감소시켰다.
본 연구에서는 입력이 시간 지연에 민감한 트래픽과 손실에 민감한 트래픽으로 이루어진 경우의 우선순위제어기능을 가진 출력버퍼형의 ATM 스위치의 성능을 분석하였다. 손실우선순위제어 메카니즘으로는 부분 버퍼공유 방법을 택했고, 시간우선순위제어 메카니즘으로는 HOL(Head Of Line)우선순위 제어메카니즘을 택했다. 손실에 민감한 트래괵은 포아송 프로세스로 모델링하였고 시간 지연에 민간한 트래픽은 MMPP로 모델링하였다. 손실우선순위제어에서는 손실우선순위제어 메카니즘을 사용할때 손실에 민간한 트래픽의 셀손실률이 감소함을 확인하였고, 시간우선순위제어에서는 HOL 우선순위제어 메카니즘을 사용할때 시간 지연에 민감한 트래픽의 평균 시간지연이 간소함도 확인하였다. 이 결과로부터 시간우선순위제어와 손실우선순위제어를 동시에 사용하면 시간 지연에 민감한 트래괵과 손실에 민감한 트래픽의 서비스질을 동시에 만족하게 할 수가 있다는 것을 확인하였다.
본 논문은 뉴트럴 퍼지 시스템의 안정도 분석 및 제어기 설계에 대해서 논의한다. 네트워크 상에서 발생하는 뉴트럴 타입 시간 지연을 모델링하며, 전체 뉴트럴 퍼지 시스템은 뉴트럴 타입 시간 지연을 가지는 비선형 시스템이 된다. 뉴트럴 퍼지 시스템을 타카기-수게노 (Takagi-Sugeno) 퍼지 시스템으로 모델링한다. 제안하는 퍼지 제어기를 모델링하는 뉴트럴 퍼지 시스템과 같은 멤버쉽 함수를 가지게 설계한다. 전체 폐루프 시스템의 안정도를 시간 지연 간격에 종속적이게 분석하고, 뉴트럴 퍼지 시스템을 안정화 시키는 퍼지 제어기 설계를 위한 충분 조건을 유도한다. 제안된 필요 충분 조건을 선형 행렬 부등식의 형태로 나타내고, 해를 통하여 퍼지 제어기의 이득값을 설계한다. 예제를 통하여 제안된 이론의 타당성을 확인한다.
본 논문에서는 PI 제어기를 설계해야 하는 경우인 임계 주파수 부근에서 이득 감소가 적은 시스템을 구별할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 임계 주파수 부근에서 이득감소가 적은 시스템을 구별하기 위해 시간 지연 요소를 이용하여 이득 감소율을 구하는 방법을 제안하였다. 또한 크기 마진과 위상 마진이 주어진 경우 PI 제어기를 설계하는 방법을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 시간 지연요소와 포화함수를 이용하여 PI 제어가 가능한 한점의 좌표값을 계산하는 방법을 사용하였다. 제안된 방법은 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증하였다.
자율운항선박(Maritime Autonomous Surface Ships, MASS)은 4수준으로 구분되는데, 현재 세계적으로 수준 2-3 사이의 원격제어 자율운항선박이 상용화를 시작할 것으로 조사되었다. 원격제어 자율운항선박은 3 주요요소(MASS, 해상위성통신, 원격제어자)로 구성되는데, 주요한 문제는 통신 손실이다. 자율운항선박의 원격제어는 해사 위성통신을 이용할 수밖에 없는데, 이러한 해사 위성통신은 통신두절, 대용량 데이터 송수신에 의한 지연 등이 문제로 대두되고 있다. 본 연구의 목적은 제어 데이터 송수신 과정에서 발생하는 지연시간이 충돌사고에 미치는 영향을 식별하기 위한 것으로, 우선하여 이러한 영향을 식별할 수 있는 실험방법을 고찰하고자 한다. 실험방법은 선박조종시뮬레이터를 이용할 것인데, 그 이전에 제어지연이 발생하는 메카니즘을 구현하고, 이러한 메카니즘에 의해서 정량적 및 정성적 분석이 가능한 방법론을 검토하였다. 본 연구는 자율운항선박에서 발생할 수 있는 제어지연이 항해안전에 미치는 영향의 과학적 식별과 평가에 관한 하나의 기반이될 것으로 기대된다.
시간지연이 존재하는 시스템의 제어기 설계에 많이 사용되는 Smith Predictor는 플랜트와 모델이 완전히 일치해야만 특성방정식에서 시간지연을 제거 할 수 있기 때문에 실제 공정에서는 적용하기가 매우 어렵다. 본 논문에서는 Smith Predictor의 모델을 플랜트와 일치한 식이 아닌 시간지연을 포함한 2차식 형태로 제안하여 큰 시간지연에서의 응답특성을 향상 시켰다. PI 제어기의 적분상수의 범위를 제안하였다.
본 논문에서는 부 시스템간의 상호 연결 시 시간지연을 갖는 이산시간영역의 섭동을 갖는 대규모 시스템의 강인 안정화를 위한 분산 제어기를 설계한다. 안정화를 도모하기 위하여 상태 궤환 제어기를 이용하였으며, 이러한 제어기의 존재를 보장하는 충분조건을 리아프노프 안정성 해석법을 이용하여 선형행렬 부등식으로 표현하였다. 이 부등식의 해는 다양한 최적화 알고리즘을 이용하여 쉽게 찾을 수 있으며, 이 부등식의 해로부터 제어기의 게인 행렬도 쉽게 구할 수 있다. 제안된 방법을 예제를 통하여 살펴보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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