• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2011년도 제42회 하계학술대회
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• pp.1922-1923
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• 2011

본 눈문은 쿼드로터 무인항공기의 모델링 및 제어기 설계에 대해서 논의한다. 라그랑지안 방정식을 이용하여 쿼드로터 무인항공기 시스템을 모델링하며, 실험을 통해 모델 파라미터를 결정한다. 쿼드로터 모델과 구해진 파라미터 값을 PID 제어 기법과 동적표면제어기법을 이용하여 쿼드로터 무인항공기의 제어기를 설계한다. 마지막으로, 모의실험을 통해 PID 제어기와 본 논문에서 제안한 동적표면 제어기의 성능을 비교하고, 제안한 제어기의 우수성을 입증한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권6호
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• pp.2421-2427
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• 2012

본 논문은 쿼드로터 무인기의 비선형 적응 자세 제어기 설계에 대한 것이다. 쿼드로터 무인기는 4 개의 추력기를 갖는 불완전한 비선형시스템으로써 모델 파라미터가 변화하기 때문에 특별한 제어기가 필요하다. 본 연구에서는 산업 응용에 따른 페이로드의 변화에 따라서 무인기의 모델파라미터가 변화하더라도 페이로드에 따른 튜닝을 자동으로 할 수 있도록 적응제어기를 설계하였다. 특히, 무인기의 수학적 모델을 이용하여 비선형 적응제어기를 설계하였고 리야프노프 함수를 이용하여 이론적으로 안정성을 분석하였고 페이로드 변화에 따른 시뮬레이션을 통해서 제어기의 성능과 파라미터 추정법칙의 유효성을 입증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권4호
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• pp.305-316
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• 2014

항공전자 장비들의 급속한 발전으로 인해 무인항공기의 크기가 소형화 되고 있으나, 무인항공기에 대해 주어지는 임무는 더욱 정확하고 복잡해지고 있다. 정지비행이 가능하고, 간단한 기계적 메커니즘을 가진 쿼드로터는 이 같은 환경에서 활동도가 점차 증가하고 있다. 그러나 쿼드로터는 구조 특성에 따라 출력의 개수보다 입력의 개수가 작은 under actuated 시스템이므로, 쿼드로터 제어에 큰 제약이 따른다. 본 논문에서는 이와 같은 쿼드로터의 단점을 해결하기 위해서 4개의 원동기 외에 2개의 추가적인 원동기를 더 부착한 모델을 제안하여, 입력의 개수와 출력의 개수가 같은 fully actuated 시스템을 구현하도록 한다. 제안한 쿼드로터 모델의 제어기를 설계하기 위해 궤환선형화 기법을 적용하였다. 수치 시뮬레이션을 수행하여 제안한 모델과 설계된 제어기의 성능을 검증하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.1329-1330
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• 2015

본 논문은 무인항공기의 한 종류인 쿼드로터의 고장허용 제어기를 제안한다. 라그랑지안 방정식을 이용하여 쿼드로터를 모델링하고 인접한 두 로터가 작동하지 않는 경우에 쿼드로터에 작용하는 힘을 고려한다. 두 로터가 작동하지 않는 경우에 몸체의 평형을 유지하기 위한 고장허용 제어기를 제안하고, 리아프노프 정리에 입각하여 제안한 제어기를 입력한 경우 쿼드로터가 점근적으로 안정하게 되는 것을 보인다. 두 로터가 작동하지 않는 쿼드로터에 제안한 제어기를 입력하여 모의실험을 시행하고, 이를 통해 제어기의 우수성을 입증한다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2012년도 춘계학술대회
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• pp.539-540
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• 2012

최근까지 무인 항공기는 군사적인 목적으로 활용하기 위해 활발하게 연구 되어 왔다. 근래에 들어 레저용, 또는 상업용으로 활용도가 급격히 증대되고 있다. 이에 국내외의 대학 및 연구기간에서 무인항공기의 자동비행 제어시스템을 위한 연구를 활발히 진행되고 있다. 최근 들어 무인항공기로 제어하기가 쉽고 활용도가 높은 쿼드로터 비행체가 각광을 받고 있는데 이미 많은 연구가 진행되어 왔다. 이러한 쿼드로터는 4개의 로터의 속도 제어로 비행체의 위치제어가 가능하다. 쿼드로터의 구조적인 이점으로 제어가 쉬운 반면 바람과 같은 외란에 매우 취약하다는 단점이 있어 실제 위치 제어가 쉽지가 않다. 본 논문에서는 외란(disturbance)에 취약한 쿼드로터의 위치제어를 안정하게 제어하기 위해 비행체의 자세 측정 센서인 관성측정장치(Inertial Measurement Unit)를 만들어 비행체의 자세를 측정 할 수 있도록 하였다. IMU는 자이로(Gyro)와 가속도(Accelerometer) 센서를 융합하여 비행체의 Roll, Pitch, Yaw 자세를 계측할 수 있도록 하였다. 본 논문에서는 일반적인 PID 제어기법을 적용하여 기존의 쿼드로터의 비행체에 대한 제어 성능을 실험을 제시하고자 한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권2호
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• pp.118-128
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• 2012

본 논문은 쿼드로터형 무인 비행체를 비전센서를 이용한 목표 추적 위치 제어기 설계하였고, 이를 시뮬레이션 및 실험을 통해서 확인하였다. 우선 제어기 설계에 앞서 쿼드로터의 동역학 분석 및 실험데이터를 통한 모델링을 수행하였다. 이때, 모델의 계수들은 실제 비행 데이터를 이용한 PEM(Prediction Error Method)을 이용하여 얻었다. 이 추정된 모델을 바탕으로 LQR(Linear Quadratic Regulator) 기법을 이용한 임의의 목표를 따라가는 위치 제어기를 설계하였으며, 이때 위치 정보는 비전센서의 색 정보를 이용한 Color Tracking기능을 이용하여 쿼드로터와 물체의 상대적인 위치를 얻어내었고, 초음파 센서를 이용하여 고도 정보를 얻어 내었다. 마지막으로 실제 움직이는 물체의 추적 제어 실험을 수행하여 LQR 제어기 성능을 평가하였다.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제23권4호
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• pp.185-193
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• 2022

본 논문은 쿼드로터 무인기의 위치 및 자세 추적 제어 성능을 향상시키기 위해 RBFNN 방식을 이용한 적응형 슬라이딩 모드 제어를 제안한다. RBFNN은 UAV 동적 모델에서 비선형 함수의 근사화에 활용되며, RBFNN의 가중치는 슬라이딩 표면에 부딪혀 미끄러지는 상태를 보장하기 위해 Lyapunov 안정성 분석의 적응 법칙에 따라 온라인으로 조정된다. 네트워크 근사 오류를 보상하고 기존 채터링 문제를 제거하기 위해 슬라이딩 모드 제어 항은 적응 법칙에 의해 조정되어 시스템의 강력한 성능을 향상시킨다. 제안된 제어 방법의 시뮬레이션 결과는 비선형 쿼드로터 무인 항공기에 적용된 제안된 제어기의 효율성을 확인하였다. 그 결과, 제안된 제어 시스템이 만족스러운 제어 성능과 견고성을 달성함을 알 수 있었다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제9권9호
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• pp.1019-1025
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• 2014

최근 무인항공기(UAV : Unmanned Aerial Vehicle)에 대한 연구가 다양한 각도로 진행되어 군사용 비행체에 관한 연구에서 부터 민간용 비행체 및 일반 취미 활동용 비행체에 이르기까지 다양하게 연구가 진행되고 있다. 특히, 무인 소형 비행체에 대한 연구는 수직이착륙(VTOL : Vertical Take-Off and Landing)과 용이한 방향전환 및 정지비행(hovering)에 대하여 연구되고 있으며, 이러한 연구부분에 적합한 무인 소형 비행체가 쿼드로터(quardrotor)형 무인비행체를 중심으로 연구되고 있다. 이러한 무인 비행체에 대한 연구는 공기역학적 힘에 의해 부양되므로 복잡한 동역학 분석과정을 필요로 하고 있으며, 이러한 역학적 분석 및 실험적 모델을 바탕으로 제어기를 설계하고 있다. 본 논문에서는 일반적인 PID 제어기를 바탕으로 기본적인 자세제어를 구현한 후, 제어기 설계에 고려하지 못한 비선형적인 요소를 신경회로망(neural networks)의 강화학습(reinforcement learning) 알고리즘을 이용하여 일반적인 제어기 설계에 고려하지 못한 비선형적인 요소를 보완하여 보다 안정적인 쿼드로터의 자세제어 방안을 제시하고자 한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권2호
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• pp.137-148
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• 2014

멀티로터는 여러 개의 로터로 이루어진 무인 비행로봇으로써, 로터의 개수에 따라서 트라이로터, 쿼드로터, 헥사로터, 옥토로터 등으로 나누어 진다. 멀티로터는 수직이착륙(VTOL) 및 높은 기동성으로 인하여 다른 무인 비행로봇에 비하여 건물이 밀집되어 있는 도심과 같은 지역의 정찰 및 감시 등 여러 응용분야에 적합하게 활용될 수 있다. 본 논문에서는 멀티로터란 이름으로 연구되고 있는 트라이로터, 쿼드로터, 헥사로터 및 옥토로터 비행로봇에 대한 통합된 동역학적 모델링에 관한 수식을 도출 및 비교 분석을 수행하고, 획득된 수식을 이용하여 각각의 멀티로터 동작원리 및 제어기법에 대한 연구를 수행하였다. 유도된 멀티로터의 동역학 모델링을 이용하여 각각의 멀티로터 형태에 따른 구동원리와 그에 따라 작용하는 힘과 모멘트에 대한 관계식을 유도하였으며, 연속루프닫음기법 기반자세 및 고도제어기를 적용하여 각각의 멀티로터 비행로봇의 구동 및 제어 성능을 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권9호
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• pp.752-761
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• 2014

뛰어난 기동성으로 인한 최근 쿼드로터에 대한 관심의 증대는 다양한 형태의 멀티로터 비행체의 개발 및 상용화를 이끌었으며, 레져용으로 사용자들이 쉽게 사용할 수 있는 다양한 쿼드로터 제품들이 등장하고 있다. 이 중에서 최근 Parrot사에서 제작한 AR.Drone은 사용자를 위한 내부 안정화 루프를 탑재하고 있기 때문에 초보자들도 쉽게 제어할 수 있는 장점이 있다. 이러한 AR.Drone의 시스템을 이용하면 다양한 형태의 다수 무인기 시스템을 쉽게 구축할 수 있다. 이러한 특성을 바탕으로 한국항공우주연구원에서는 다수의 AR.Drone을 이용한 실내 군집비행 연구를 진행 중에 있다. 이러한 다수의 무인비행체를 이용한 실내 군집비행을 위해서는 개개의 비행체에 대한 위치제어 및 서로간의 충돌을 방지하기 위한 알고리즘이 필요하다. 이를 위해서 본 논문에서는 다수의 실내 무인기의 원활한 기동을 위해 개발한 충돌회피 기동 제어기를 소개하고자 한다.