• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제21권11호
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• pp.1027-1033
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• 2015

For the attitude control of spacecraft, two variable-speed control moment gyros are proposed as main actuators in the article. Since a variable-speed control moment gyro (VSCMG) makes two control torques (gyroscopic torque and reaction torque), two VSCMGs are sufficient for controlling 3-axes attitude. Additionally, there are no singular conditions for two non-parallel VSCMGs. Since gyroscopic torque is usually much greater than reaction torque, the control performances of approximately 3 axes may not be the same. However, several missions can be accomplished by controlling two axes. For such missions, a selective axes control method is proposed. The method selects two axes for a certain task and controls the attitude of the selected axes. For the remaining axis, angular speed is controlled for stabilization. A hardware-in-the-loop simulation has been used to test VSCMG modules and to verify the proposed method. Two VSCMGs can be alternative actuators for small satellites.

• 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.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권1호
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• pp.27-34
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• 2018

CMG의 발생 토크는 김블의 각속도에 비례하고 위성의 자세제어에 직접적인 영향을 미치기 때문에 김블의 토크 리플 저감이 필요하다. 본 논문에서는 토크 리플의 발생 원인을 베어링에 의한 마찰 불균형, 모터의 자기장과 상전류 불균형으로 가정하여 이를 수학적으로 모델링한다. 김블의 정속 구동 데이터를 통해 모델링의 파라미터를 추정하고 이를 이용하여 피드포워드 제어로 적용할 경우 영향성을 분석한다. 시뮬레이션을 통해 토크 리플과 각속도 변동이 저감되는 것을 확인하여 외란 모델링을 이용한 외란 저감 기법을 제시한다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제13권3호
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• pp.1-8
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• 2019

전자기적 힘에 의해 김블 모터에 토크가 발생하며 코일 전류 변화는 토크 리플을 야기한다. 이는 김블속도에 영향을 주는 동시에 위성의 자세를 불안정하게 한다. 따라서 위성의 자세 제어 정확도 향상을 위해서는 김블 모터의 토크 리플 저감이 필수적이다. 본 논문에서는 일반적인 집중형 권선과 분포형 권선에 대해 모터의 모델링으로부터 발생 토크를 이론적으로 시뮬레이션 분석하였다. 토크 리플을 저감하는 권선을 선정하여 시제품을 설계 및 제작하여 자기장 및 역기전력의 이론적 해석 결과와 측정 결과를 비교하여 설계와 제작의 합치성을 확인하였다. 저속 시험을 통해 전절권 분포형 권선의 속도 안정도가 향상되어 토크 리플이 저감됨을 입증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권1호
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• pp.89-98
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• 2009

CMG는 3축으로 토크를 발생시키기 위해 클러스터로 구성하여 사용할 수 있다. CMG 클러스터에서 발생되는 여러 가지 설계에 고려되어야 할 문제들이 있다. 이러한 문제들을 지상에서 미리 검증하는 것이 필수적이다. 따라서 본 논문에서 토크센서로 위성자세를 계산하는 CMG 시뮬레이터를 제안하였다. 개발과정에서 발생한 김발각문제 해결을 위해 보정방법과 칼만필터가 제시되었다. 보정방법은 계산된 김발각을 기본으로 사용하고 센서 값을 보조로 사용해서 오차를 줄인다. 또한 개발된 CMG 시뮬레이터를 이용하여 특이점 회피를 위한 구동법칙과 자세제어 로직 시험결과도 예로서 제시되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권6호
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• pp.543-552
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• 2011

가장 효과적인 모멘텀 교환장치인 CMG(Control Moment Gyro)는 고기동성이 요구되는 위성에 필수적이다. 본 논문에서는 고기동성이 요구되는 소형 인공위성을 위한 Single-Gimbal CMG(SGCMG)에 대한 하드웨어 개발에 필요한 동역학식을 정리하였으며 이를 사용하여 CMG 설계에 필요한 요구사항이 도출되었다. 또한 도출된 요구사항에 따라 출력토크가 1.2Nm인 소형 CMG 성능검증 모델이 제작되었으며, 에러분석 및 성능시험이 수행되었다. 최대 출력토크, 김벌 과도응답특성, 최소 출력토크, 출력토크오차, 김벌 각속도 오차 등을 성능시험 항목으로 선정하어 실험 측정하였고, 시험 결과를 통해 설계 결과를 검증하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권5호
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• pp.487-495
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• 2012

요 제어는 풍력 터빈의 전력 생산과 구조물의 기계적인 하중 발생에 밀접한 관계를 갖고 있다. 풍력 터빈으로 불어오는 바람의 방향과 나셀(nacelle)의 방향이 일치하지 않을 경우 발생하는 요 오차에 의하여, 풍력 터빈의 에너지 회수 효율이 감소하고, 블레이드(blade)에는 비대칭/불평형 하중이 증가하게 된다. 따라서, 요 오차를 감소시키기 위한 요 제어 시스템은 풍력 터빈의 중요한 서브 시스템 중에 하나이다. 그러나, 요 운동은 요 축 주위에 발생하는 여러 하중들에 의하여, 그 운동의 빠르기가 제약을 받게 된다. 본 논문에서는 기본적인 요 시스템의 원리에 대하여 간략히 살펴보고, 요 운동에 의하여 회전 날개에 발생된 기계적 하중이 어떻게 요 축 주위의 하중들로 전파되는 지, 또한 이러한 하중들의 특성은 무엇인 지에 대하여 살펴보았다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2009년도 춘계학술대회
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• pp.180-185
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• 2009

우주비행체의 정밀 자세제어에 있어서 자세지향 및 안정성을 저해하는 구동기 교란의 효과는 매우 중요한 요소 중 하나라 할 수 있다. 최근 CMG는 그 구조의 복잡성에도 불구하고 반작용휠에 비교할 때 고출력 저중량이라는 장점에 근거하여 인공위성의 차세대 구동기로 많은 연구가 진행되고 있다. 정밀자세제어가 요구되는 인공위성의 구동기로 이용되기 위해서는 CMG가 위성 동체에 주게 될 교란력의 특성을 파악하는 것이 필수적이다. 본 논문에서는 CMG의 교란토크 및 교란력를 분석하기 위해 정적 동적 불균형을 가정하고, 라그랑지안 방법을 이용하여 해석적 모델을 유도하고 휠을 제작하여 진동을 분석하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권9호
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• pp.933-942
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• 2010

CMG(Control Moment Gyro)는 가장 효과적인 모멘텀 교환장치의 하나로 인공위성의 자세제어에 사용되는 구동기이다. 고기동성을 요구하는 위성에 CMG의 사용이 필수적이며 해외뿐만 아니라 국내에서도 CMG의 개발과 적용에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 고기동성이 요구되는 소형 인공위성을 위한 Single-Gimbal CMG(SGCMG)에 대한 하드웨어 개발 결과 및 이에 대한 성능검증시험 결과를 제시하였다. 개발 시 요구되는 토크사양은 0.6Nm이며 성능검증시험을 통해 요구되는 사양 이상의 토크를 발생시킬 수 있는 것을 확인하였다. 개발된 SGCMG 하드웨어에 대한 시험결과를 분석하여 향후 성능개선 및 실제 위성에 사용하기 위해 고려되어야 할 사항 등에 대해 논의되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권4호
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• pp.289-299
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• 2019

자세제어 M&S(Modeling & Simulation)는 모델링 정밀도에 따라 간단한 자세제어 알고리즘 설계부터 실제 탑재 소프트웨어 검증까지 활용될 수 있다. 본 논문은 CMG 기반 위성 자세제어를 위한 M&S 소프트웨어를 소개한다. 개발된 소프트웨어는 크게 6자유도 모델링과 자세제어 알고리즘으로 나뉠 수 있다. 6자유도 모델링은 CMG 구동기 모델링과 우주환경 모델링(궤도외란/자세외란)을 포함한다. 자세제어 알고리즘은 CMG 모터속도 제어기(내부루프)부터 토크명령생성 및 스티어링 법칙(외부루프)을 포함한다. M&S는 하위 레벨인 CMG 모터제어부터 상위 레벨인 지구관측임무 수행까지 단계적으로 수행되며, 적용 레벨에 따라 3개 모듈로 나뉜다. 본 M&S 소프트웨어는 초기 자세제어 알고리즘 개발을 목표로 개발되었는데, 향후 상세한 위성체/구동기 모델링 및 우주환경 모델링을 반영해 점차 활용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.