선형 추적 문제는 2차 목적함수에서는 해석적으로 풀 수 있다. 그러나 이 이론은 제어 및 상태 변수를 무제약으로 가정하기 때문에 저수지운영에 대한 적응에 취약점을 갖고 있다. 이 추적은 이산형 시스템에 대하여 수행하였으며 제약조건에 위배될 경우에 추적을 중단하였다. 이러한 다단계추적은 벨만의 최적성의 원리에 근거를 두고 시도되었다. 적용 실례로서 한강유역의 6개 기존 저수지에 36개월간의 자료로서 최적운영값을 계산하였다.
셀룰라 이동통신 제어 시스템에서 고도의 스펙트럼 효과를 도출해 내기 위해 셀에서 호에 대한 채널을 할당하는 것은 한정된 주파수 대역폭내에서 중요한 문제이다. 이동통신 제어 시스템에 있어서는 스펙트럼 효과를 그래프 이론의 색채화 문제로 연관 시킬 수 있다. 본 논문에서는 셀룰라 이동통신 제어시스템의 그래프 이론을 이용하여 채널 오프셋 구조를 제안하고, 그래프 색채화 문제와 관련된 채널 오프셋 구조의 색체화 대역폭을 수식화 하였다. 수식화 된 채널할당 문제로부터 채널 구성에 따른 셀 설계와 보다 효율적인 주파수 스펙트럼의 최적 채널 오프셋을 연구하여 전체 스펙트럼 대역폭에 대한 상한치와 하한치를 부여 한다.
원자로 지논 농도의 최적 제어는 Linear Quadratic Regulator Problem이다. 지논 농도와 아이오다인 농도는 측정할 수 없기 때문에 최적 제어를 수행하기 위해서는 측정할 수 없는 상태 변수를 예측하는 것이 필요하다. 본 연구에서 사용된 예측방법은 Luenberger Observer를 기초로 했다. 원자로 상태 방정식은 빠른 상태 방정식(중성자 속, 핵연료 및 냉각재 온도)과 느린 상태 방정식(아이오다인, 지논)의 상호작용에 의해 Stiffness 문제가 발생되는데 이러한 시스템을 "Singularly Perturbed System"이라 한다. Stiffness문제를 해결하기 위해서 원 시스템을 느린 시스템과 빠른 시스템의 두 개의 모드로 나누는 Singular Perturbation Method를 사용한다. 예측기Observer를 이용한 원 시스템의 제어기는 느린 시스템과 빠른 시스템에 대한 분리된 예측기와 제어기의 설계에 의해 결정되어진다. 특히 원자로 상태 방정식에서는 빠른 모드는 빨리 사라지게 되므로 단지 느린 시스템에 대해서만 예측기를 설계하면 된다. 컴퓨터시뮬레이션을 통한 시험 결과는 원자로의 지논 진동은 Singular Perturbation Method와 예측기를 이용해서 거의 정확하게 효과적으로 짧은 시간내에 제어할 수 있음을 알았다.수 있음을 알았다.
본 연구에서는 비선형성이 강한 대표적인 불안정한 시스템으로 새로운 제어 이론의 유효성을 실증하고 평가하기에 적합한 도립 진자 시스템의 강인 안정 및 강인 제어 성능을 확보하기 위하여 $H_{\infty}$ 제어 이론을 도입하여 최적 제어기를 설계하였다. 그리고, 저역통과 필터를 제어 대상 시스템과 종속으로 결합시켜 개루프 전달함수의 형성(loop shaping)을 시도함으로서, 감도함수 및 상보감도함수가 바람직 한 주파수 특성을 갖도록 하였다. 먼저, 설계한 $H_{\infty}$제어기를 도립진자 제어시스템에 적용하여 시뮬레이션 하였고, 그 결과를 전통적인 기법으로 산업현장에서 널리 사용하고 있는 PID제어기를 채용한 시스템의 출력과 비교하여 그 가능성을 확인하였다. 그런 다음, 설계 한 제어기를 실제 시스템에 적용하여 실험하였다. 시뮬레이션 및 실험 결과를 통해, $H_{\infty}$ 제어기는 모델링 오차, 외란 및 노이즈의 영향을 줄이면서 제어목표를 잘 추종하는 것으로 나타나 안정도 및 제어성능이 우수함을 확인할 수 있었다.
디지털 제어시스템을 설계하려면, 먼저 아날로그 시스템을 설계한 후, 이산화하여 디지털 시스템을 설계한다. 본 논문에서는 최적 디지털 제어기의 선계에 샘플치 제어이론을 적용한다. 특히, 아날로그 제어기들의 멀티레이트 이산화에 Η$_2$최적화를 이용한다. 멀티레이트 구조상 인과성 제약을 갖는 멀티레이트 Η$_2$최적화를 통해 해를 얻는다. 설계 예제를 통해, 기존 이산화 방법과 비교하여, 멀티레이트 설계방법의 우수성을 확인한다.
피치 제어형 수평축 풍력터빈에 대한 공력최적 설계 형상과 피치 변화에 따른 공력 성능 특성을 수치적으로 계산하였다. 수치적 방법은 날개 요소이론을 적용하였으며, Prandtl의 팁 손실 효과, 에어포일의 분포 효과, 후류의 회전 효과 등을 고려하였다. 블레이드 설계에는 총 6개의 서로 다른 에어포일을 사용하였으며, 구조적 강성을 갖기 위해서 허브 측에는 최대 40% 두께비의 에어포일을 분포시켰다. 최적 설계에서 얻어진 비선형 코드 길이는 제작성과 무게 등을 고려하여 선형화 시켰고, 선형화에 따른 공력성능 변화는 무시할만하다는 결과를 얻어내었다. 피치각 변화에 따른 동력성능, 추력성능, 토크 성능 곡선을 비교한 결과 $3^{\circ}$의 피치각 변화에도 민감한 공력 값의 변동이 생김을 알 수 있었고, 정밀한 피치 제어를 위한 각도 제어는 증분이 $3^{\circ}$보다 작은 값으로 피치 제어 알고리즘과 피치 구동 장치가 필요함을 알 수 있었다. 또한 최대 토크는 설계속도비보다 작은 속도비에서 발생되는 결과를 보여주었다.
본 논문에서는 단일 보의 최적 설계를 활용하여 드론 플랫폼을 구축하였다. 단일 보를 끝 단 질량을 가진 외팔보로 가정하였다. 수치 최적화 이론에 기초하여, ANSYS가 얻은 유사한 결과와 비교함으로써 새로운 설계의 검증 및 최적화를 수행 하였다. 마지막으로, 이 설계는 제어 시뮬레이션에 반영되며 공진 상황을 고려한 최적의 구조 설계 요구 사항을 만족함을 보였다.
본 논문은 우리나라 전력계통의 345kV 변전소에 대한 전압운영기준을 제시하여 준다. 전압운영기준을 개발하기 위해 2차 전압제어이론을 적용하였고, 지역구분을 위해서는 CESI 알고리즘을 사용하였다. 본 검토에 사용된 계통검토용 PSS/E 기본파일은 실계통 운전실적 데이터를 사용하였고, 지역별 대표모선에 대한 기준전압은 최적조류계산을 사용하여 계산하였다. 각 제어지역별 전압범위와 제어기준들은 다양한 조건하에서의 EMS 운전실적 데이터 분석을 통해 제시되었다.
Functional neuromuscular stimulation(FNS)를 사용하여 하반선마비사가 앉은 상태에서부터 일어나 균형을 유지할 수 있도록 하기 위하여 FNS의 자동제어 시스댐을 개발하였다. Output feedback gain matrix를 최적제어이론을 사용하여 계산하기 위하여 비선형 선체모델을 직립위치에 대하여 선형화하였다. 제어기는 측정된 output에 의하여 매순간 각 선체조인트에 필요한 torque할 계산 하며, 이 조인트 torque는 근육이 최소한의 에너지를 사용하게끔 각 단육에 배분된다. 컴퓨터 시뮬레이션결과, 이 제어 시스템을 사용하여 각 조인트가 약 45도 정도 구부버진 상태에서 부터 직립위치를 회복할 수 있으며 팔의 움직임으로 대표되는 외부로부터의 방해를 반았블 때에도 직립 위치를 자동적으로 유지할 수 있었다.
본 논문에서는 최적 디지털 제어기의 설계에 샘플치 제어이론을 적용한다. 특히, 아날로그 제어기들의 멀티레이트 이산화에 H$_2$최적화를 이용한다. 멀티레이트 구조상 인과성 제약을 갖는 멀티레이트 H$_2$최적화를 통해 해를 얻는다. 설계 예제를 통해, 기존 이산화 방법과 비교하여, 멀티레이트 설계방법의 우수성을 확인한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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