이 논문은 자유자이로의 방향보존성을 이용하여 위치를 결정하는 방법을 이론적으로 유도한 것이다. 즉, 임의 위치에서 두 대의 자유자이로 회전축의 경사각과 기준 위치로부터 측정한 경과 시간을 기본 요소로 하여 위치를 결정하는 시스템을 제시하고 이 시스템을 구축할 때 나타나는 문제점을 열거하였다.
본 논문에서는 2축 자유도를 갖는 동조자이로 3개가 직교배치를 이루고 있는 관성항법 장치의 관성센서 고장검출기법에 대해 다루었다. 특히 동조자이로 고장특성을 고려하여 동조자이로 입력 축에 대한 고장 판단보다는 자이로 단위의 고장 판단을 수행하였으며, 보다 신뢰성 있는 고장 판단을 위해 검출할 고장 크기에 따른 개별 고장검출 모듈을 설정하였다. 큰 고장 감지는 현재 순간의 관성센서 정보만을 이용하는 방법을 이용하여 짧은 시간내에 고장판단이 가능하도록 하였으며, 작은 고장감지는 과거부터 현재까지 누적된 정보를 순차적으로 사용하여 고장판단에 소요되는 시간은 다소 길지만 보다 신뢰성 있는 고장정보를 제공하도록 하였다. 동조자이로 고장특성 및 고장 크기에 따른 개별 고장검출 모듈을 통해 성공적인 관성센서 고장검출이 가능함을 확인할 수 있었다.
기존의 진동형 마이크고 자이로스코프는 고감도화를 이루기 위해 구동 모드와 검출 모드를 동조시킬 필요성이 있었다. 본 연구에서는 고유하게 조율된 두 개의 공진 모드를 갖는 광진기를 이용하여 자가동조 특성을 갖는 마이크로 자이로스프로의 응용에 대한 타당성을 검증한다. 진동하는 두 축에 대해 대칭의 구조를 가지는 2자유도 수평 공진기가 모드 동조의 필요성을 최소화하는 자이로스코프로의 응용을 위해 소개된다. 자이로스코프의 적용을 고려한 동역학적 모델이 도출되고 이는 제조된 마이크로 자이로스코프와 실험을 통해 비교 검증 된다. 마이크로 자이로스코프의 구조체는 산화막 위의 폴리실리콘 박막으로 구성되어 간단한 2마스크 공정으로 제조 가능하다. 자가동조 특성을 갖는 진동형 자이로스코프로서의 타당성이 해석 결과와 실험을 통해 검증되었다. 8개의 실험 시편에 대해서 구동 및 검출 모드의 공진 주파수를 측정했을 때, 구동 및 검출 모드의 공진 주파수에 대한 표준편차가 각각 1232Hz와 1214HZ인데 반해 비동조 주파수의 평균값은 91.75Hz를 나타내 우수한 자가동조 특성을 보였다. 샘플 중 최소 비동조 주파수는 68Hz였고 이때의 감도는 $0.034mV/sec/^{\circ}$로 측정되어 공정의 불균일성이 개선되면 녹은 감도를 구현학 수 있는 자이로스코프로서의 타당성을 확인할 수 있었다.
마이크로파 주파수는 일반적으로 1㎓-30㎓ 정도로서 주파수가 매우 높기 때문에 도체뿐만 아니라 절연체와 공기 중에서도 전류가 흐르는 성질을 갖는다. 자유공간에서의 마이크로파를 전자파라고도 하며 그 속도는 빛의 속도와 동일하며 자유공간에서 1cm-30cm 파장 범위를 가지므로 센티파라고도 한다. 전자방사(electromagnetic radiation)은 공간을 통하여 시간에 따라 변하는 전자계(electric and magnetic field)에 의한 에너지의 전파(propagation)이며 파동이론과 (wave theory)와 미립자이론(corpuscular theory)에 의해 해석될 수 있다. 전자파 이론(electromagnetic wave theory)의 기초는 1864년 Maxwell이 전자기 현상에 관하여 지배방정식을 수립함으로써 정립되었으며 1888년 Hertz에 의해 마이크로파의 존재가 실험적으로 증명되었다. 이후 마이크로파 기술은 2 차 세계대전을 거치면서 크게 발전하였으며 초기의 레이더 및 통신 등과 같은 군용 기술에서 마이크로파 건조 및 센싱과 같은 산업응용 기술로 발전하게 되었다. 특히 마이크로파 센서기술 및 가열기술은 농업 및 식품분야에 응용되어 마이크로파 응용제품을 선보이게 되었다. (중략)
This paper is to develop the position error equations including the attitude errors, the errors of nadir and ship's heading, and the errors of ship's position in the free-gyro positioning and directional system. In doing so, the determination of ship's position by two free gyro vectors was discussed and the algorithmic design of the free-gyro positioning and directional system was introduced briefly. Next, the errors of transformation matrices of the gyro and body frames, i.e. attitude errors, were examined and the attitude equations were also derived. The perturbations of the errors of the nadir angle including ship's heading were investigated in each stage from the sensor of rate of motion of the spin axis to the nadir angle obtained. Finally, the perturbation error equations of ship's position used the nadir angles were derived in the form of a linear error model and the concept of FDOP was also suggested by using covariance of position error.
본 논문에서는 관성 항법 장치 및 동작 제어 장치 능에서 회전 각속도를 검출하기 위하여 널리 사용되는 동조 자이로스코프의 새로운 각속도 검출방법을 제시하였다. 제안된 방법은 자이로스코프의 모델을 사용하여 재평형 루프의 설계를 수행함으로써 기존의 PI제어 방법만을 사용하였을 경우보다 외부 입력에 대하여 속도 검출을 위한 픽업단의 회전각도가 과도 및 정상 상태에서 작은 검출각을 유지시킨 상태에서 입력 각속도를 검출할 수 있으며 이에 따라 자유 자이로스코프의 기계적인 변경 없이도 시스템의 동작 범위를 매우 넓히는 것이 가능함을 보였다. 제안된 방법을 사용한 동조자이로스코프 시스템의 모델 및 전달 특성을 제시하였으며 최종적으로 컴퓨터 모의실험 모델 및 그 결과를 제시하여 그 타당성을 확인하였다.
소형 다중로터 드론의 동작 실험을 위하여 개발한 장치를 소개한다. 개발한 장치는, 볼 부슁 메카니즘, 이동형 지지대, 그리고 회전판을 적용하여 6자유도 운동이 가능하다. 병렬 처리가 가능한 FPGA기반의 제어기를 사용하여, 가속도와 자이로 센서로 부터 자세를 측정하고 모터 속도를 제어하였다. 다양한 동작을 수행하면서 실험 장치와 제어기의 동작성을 확인하였다. 결론적으로, 개발한 6자유도 실험 장치는 소형 드론 제어를 위한 제어기의 성능 검증을 위해 적합하다.
일반적으로 성리학에서는 개인의 이익보다 도덕적 선택을 우선하라고 요구한다. 그러나 "주역"에서는 결코 이익을 죄악시 하지 않는다. 이 글은 성리학자이면서 역학자인 주자의 이익과 도덕에 대한 입장을 추적하는 연구이다. 주자가 소옹의 결정론적 세계관과 도덕적 자유의지를 강조하는 이천의 관점을 결합함으로써 완성하고자 한 것은 "주역"의 서(筮) 속에서 리(理)를 확인할 수 있다는 것이었다. 점서(占筮)의 결과가 그렇게 나오는 것은 그에 해당하는 이치가 있기 때문이라는 말이다. 그런데 "주역"의 리(理) 즉 역리(易理)란 오랜 경험과 관찰을 통해 확보된 사회적 존재로서 인간의 심리적 행위적 경향성의 총합이다. 그리고 그 구체적인 내용은 바로 상황적 합리성과 타자와의 조화로움이다. 이 리(理)는 우주와 사회의 정해진 질서로서 우리에게 주어진다. 개인은 이 주어진 질서에 따를 수 있는 자유와 함께 따르지 않을 수 있는 자유를 지닌다. 때문에 정해진 질서와 그 속에서의 개인의 자유의지는 양립가능한 것으로 받아들여지고, 그런 의미에서 주자는 약한 결정론자라고 할 수 있다. 성리학은 우주의 질서로부터 부여받은 당위의 법칙에 자발적으로 동의할 것을 요구한다. 그것이 가장 올바른 선택이면서 동시에 자신에게 가장 이로운 선택이기 때문이다. 주자는 상황적 합리성과 타자와의 조화로운 관계에서만이 자신의 진정한 이익을 추구할 수 있다고 생각한다. 타자와의 유기적 관계를 부정하고 유아적(唯我的) 이익만 추구하려는 자는, 사회적 존재로서 인간이 지니는 심리적 행위적 경향성을 무시한 어리석은 자이다. 이렇게 주자에게서 이익[리(利)]은 상황적 합리성[의(宜)]이 되고 또 그것은 바로 도덕[의(義)]이 된다. 참다운 의미에서의 합리적인 판단은 도덕적 선택을 불러온다.
선박의 운동을 시뮬레이터 하기 위해서는 Pitch, Roll, Yaw의 세가지 선박 운동 요소를 시뮬레이터 할 수 있어야 한다. 이를 위해 선박의 운동을 시뮬레이터 할 수 있는 6축의 자유도를 가지는 모션 시뮬레이터를 설계 개발 하였다. Gyro Sensor based Servo Motion Control 알고리즘은 선박의 6자유도운동을 분석하여 그에 대응 할 수 있는 Motion Control 동요안정화 제어장치를 개발하였다.
태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치가 설치된 해상 부유체는 파도에 의해서 운동한다. 해상 부유체의 안전성을 평가하기 위해서는 부유체 운동의 측정과 해석이 필요한데, 일반적으로 6자유도 운동을 이용한다. 6자유도 운동은 저전력, 소형, 저가의 특징을 갖고 있는 MEMS(Micro-Electro Mechanical System)를 이용하여 측정할 수 있다. 문제는 MEMS의 낮은 정밀도이다. 본 연구에서는 이러한 MEMS를 이용한 해상 태양광 부유체의 거동을 측정하고, 측정한 거동을 이용한 안전성 평가 기법에 관하여 검토하였다. 연구결과 3축의 가속도계와 3축의 자이로스코프를 이용한 관성 측정 플랫폼을 통해서 해상 부유체의 모델링과 안전성 평가가 가능함을 알았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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