• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제13권3호
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• pp.361-368
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• 2012

This paper presents an approach on the design of a nonlinear controller to track a reference velocity for an air-breathing supersonic vehicle. The nonlinear control scheme involves an adaptation of propulsive and aerodynamic characteristics in the equations of motion. In this paper, the coefficients of given thrust and drag functions are estimated and they are used to approximate the equations of motion under varying flight conditions. The form of the function of propulsive thrust is extracted from a thrust database which is given by preliminary engine input/output performance analysis. The aerodynamic drag is approximated as a function of angle of attack and fin deflection. The nonlinear controller, designed by using the approximated nonlinear control model equations, provides engine fuel supply command to follow the desired velocity varying with time. On the other hand, the stabilization of altitude, separated from the velocity control scheme, is done by a classical altitude hold autopilot design. Finally, several simulations are performed in order to demonstrate the relevance of the controller design regarding the vehicle.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권3호
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• pp.228-235
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• 2010

본 논문에서는 틸트로터 항공기의 회전익 모드에 대한 자율비행 유도제어 알고리즘을 적응제어기법을 이용하여 설계하는 것이다. 이를 위해 우선 출력기반 근사적 궤환선형화 기법을 통하여 알고리즘의 내부루프를 구성하고 그로부터 발생하는 모델오차를 단일 은닉층-신경망을 적용하여 상쇄하였다. 그리고 리아푸노프 안정성 이론에 따른 적응제어 갱신법칙은 선형 관측기를 기반으로 설계하였다. 나아가 외부루프는 경로점 유도법칙으로부터 생성되는 궤적을 추종하도록 하였으며 특히 엄밀한 자동착륙 궤적추종 성능 향상을 위하여 방향각 및 비행경로각 시선유도법칙을 설계하였다. 틸트로터 비선형 모델 시뮬레이션 결과는 콜렉티브 입력에서 보이는 순간적인 작동기 포화현상 이외에는 만족할 만한 안정성과 추종성능을 보여 주고 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권2호
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• pp.141-149
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• 2018

본 논문에서는 전익형 무인항공기의 복합손상을 고려한 신경망 적응제어기 연구 결과를 기술하였다. 여기서 복합손상이란 무인항공기의 주익과 수직미익의 동시 손상을 의미한다. 시뮬레이션을 통하여 종/횡축 불안정성과 비행역학 특성을 확인하였다. 이를 바탕으로 두 가지 형태의 역변환 제어기 기반 적응형 신경망 제어기를 설계하였다. 또한 두 가지 역변환 제어기 구조에 따라 무인항공기의 복합 손상 시 제어 성능 분석을 수행하였다. 역변환 제어기 구조에 따라서 일반 상황과 손상 상황에서 성능 차이를 확인하였다. 최종적으로 무인기에 발생된 복합손상으로 인한 항공기의 불안정성은 적용된 제어기를 통하여 극복할 수 있음을 확인하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제8권1호
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• pp.79-86
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• 2007

In this paper, an adaptive control algorithm using system identification is proposed for an aircraft fault tolerant control system. A discrete state-space system is reformulated to be the ARX model which has the advantage in handing variable structure systems. Discrete model reference adaptive control is used to make the output of fault system follow the output of reference model. To validate the performance of the proposed control scheme, numerical simulations are performed for the high performance aircraft with control surface damage.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제12권6호
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• pp.666-671
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• 2019

소형 드론에서 사용되는 FC(Flight Controller)는 사용하는 MCU가 대형 드론과는 달라서 복잡한 연산을 수행하지 않아도 되는 단순한 구조로 개발되었다. 또한 소형 드론의 균형제어는 복잡한 필터를 이용하는 Kalman Filter나 연산수가 상대적으로 많은 Complementary Filter를 이용한 방법보다는 좀 더 단순하고 간단해야 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 이에 적합한 방법으로 동작하는 Two-Track 제어를 이용하여 효과적으로 소형 드론에서도 균형제어가 이루어질 수 있도록 하는 방법을 제안하였다. 이 방법은 긴 시간의 변화량에 대한 데이터 처리를 통해 정확한 보정을 해주는 장점이 있는 Acceleration 센서와 짧은 시간의 변화량에 대한 데이터 처리를 통해 드론 균형을 유지해주는 Gyroscope 센서가 드론의 불균형에 대해 적응적으로 동작하여 단순한 구조와 적은 연산량으로도 효율적인 균형을 유지해주는 시스템이다. Two-Track 제어를 이용하여 100회 이상 반복하여 드론 비행을 실험한 결과 대부분 안정적인 동작을 수행하였으며, 갑자기 발생하는 급격한 바람의 영향에는 아직도 정상상태로 진입하는데 어려움이 있는 것을 제외하면 98% 이상 정상상태 동작을 유지하였음을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권9호
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• pp.749-757
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• 2021

쿼드로터를 활용한 운송 임무에서 임의의 유상하중을 장착하게 되면 질량, 관성모멘트, 무게중심의 위치와 같은 모델 파라미터가 변화하게 된다. 더욱이 유상하중이 기체에 장착되는 위치가 기체의 무게중심과 일치하지 않는 경우 무게중심의 변화는 야기되며 이는 제어 성능에 악영향을 미치게 된다. 이에 본 논문에서는 유상하중에 따른 모델의 불확실성을 보상하기 위하여, 선형 제차 조정기(Linear Quadratic Regulator, LQR) 기반의 모델 참조 적응 제어기법(Model Reference Adaptive Control, MRAC)을 제안한다. 먼저 고정된 유상하중을 고려한 쿼드로터의 동역학 모델을 유도하고, 선형 제차 조정기를 이용하여 기준제어기를 선정한다. 참조 모델은 과도응답을 향상하기 위해 폐루프 참조 모델을 사용하였으며, 선형 제차 조정기를 통하여 선정하였다. 또한, 안정성 분석을 통하여 모델 파라미터를 추정하기 위한 적응 제어기법을 설계하였다. 제안하는 제어기의 성능을 확인하기 위하여 모델 파라미터의 불확실성이 존재하는 상황에서 선형 재차 조정기와 성능을 비교하였다. 그리고 외란이 있는 상황에서 기존의 모델 참조 적응 제어기법과도 제안한 제어기의 결과를 비교하여 과도응답과 강건성에 대해서도 분석하였다.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제7권1호
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• pp.1-17
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• 2020

In this paper, a new model-based Fault Detection and Diagnosis (FDD) method for an agile supersonic flight vehicle is presented. A nonlinear model, controlled by a classical closed loop controller and proportional navigation guidance in interception scenario, describes the behavior of the vehicle. The proposed FDD method employs the Inertial Navigation System (INS) data and nonlinear dynamic model of the vehicle to inform fins damage to the controller before leading to an undesired performance or mission failure. Broken, burnt, unactuated or not opened control surfaces cause a drastic change in aerodynamic coefficients and consequently in the dynamic model. Therefore, in addition to the changes in the control forces and moments, system dynamics will change too, leading to the failure detection process being encountered with difficulty. To this purpose, an equivalent aerodynamic model is proposed to express the dynamics of the vehicle, and the health of each fin is monitored by the value of a parameter which is estimated using an adaptive robust filter. The proposed method detects and isolates fins damages in a few seconds with good accuracy.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 2004년도 ICCAS
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• pp.57-62
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• 2004

This paper deals with a waypoint trajectory following problem for the tilt-rotor UAV under development in Korea (TR-KUAV). In this problem, dynamic model inversion based on the linearized model and Sigma-Phi neural network with adaptive weight update are involved to realize the waypoint following algorithm for the vehicle in the helicopter flight mode (nacelle angle=0 deg). This algorithms consists of two main parts: outer-loop system as a command generator and inner-loop system as stabilizing controller. In this waypoint following problem, the position information in the inertial axis is given to the outer-loop system. From this information, Attitude Command/Attitude Hold logic in the longitudinal channel and Rate Command/Attitude Hold logic in the lateral channel are realized in the inner-loop part of the overall structure of the waypoint following algorithm. The nonlinear simulation based on the TR-KUAV is carried out to evaluate the stability and performance of the algorithm. From the numerical simulation results, the algorithm shows very good tracking performance of passing the waypoints given. Especially, it is observed that ACAH/RCAH logic in the inner-loop has the satisfactory performance due to adaptive neural network in spite of the model error coming from the linear model based inversion.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 1991년도 한국자동제어학술회의논문집(국제학술편); KOEX, Seoul; 22-24 Oct. 1991
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• pp.1659-1663
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• 1991

A new control design methodology is presented here which is based on a nonlinear time-series reference model. It is indicated by highly nonlinear simulations that such designs successfully stabilize troublesome aircraft maneuvers undergoing large changes in angle of attack as well as large electric power transients due to line faults. In both applications, the nonlinear controller was significantly better than the corresponding linear adaptive controller. For the electric power network, a flexible a.c. transmission system (FACTS) with series capacitor power feedback control is studied. A bilinear auto-regressive moving average (BARMA) reference model is identified from system data and the feedback control manipulated according to a desired reference state. The control is optimized according to a predictive one-step quadratic performance index (J). A similar algorithm is derived for control of rapid changes in aircraft angle of attack over a normally unstable flight regime. In the latter case, however, a generalization of a bilinear time-series model reference includes quadratic and cubic terms in angle of attack. These applications are typical of the numerous plants for which nonlinear adaptive control has the potential to provide significant performance improvements. For aircraft control, significant maneuverability gains can provide safer transportation under large windshear disturbances as well as tactical advantages. For FACTS, there is the potential for significant increase in admissible electric power transmission over available transmission lines along with energy conservation. Electric power systems are inherently nonlinear for significant transient variations from synchronism such as may result for large fault disturbances. In such cases, traditional linear controllers may not stabilize the swing (in rotor angle) without inefficient energy wasting strategies to shed loads, etc. Fortunately, the advent of power electronics (e.g., high-speed thyristors) admits the possibility of adaptive control by means of FACTS. Line admittance manipulation seems to be an effective means to achieve stabilization and high efficiency for such FACTS. This results in parametric (or multiplicative) control of a highly nonlinear plant.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권7호
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• pp.75-84
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• 2003

본 논문에서는 모델링 오차나 공력계수의 불확실성이 포함되어 있는 항공기 시스템에 대해서 신경회로망을 이용한 새로운 비선형 제어시스템 설계기법을 제안하였다. 비선형 적응제어법칙을 이용하여 신경회로망의 연결가중치를 변화시켰으며, 슬라이딩 제어법칙을 이용하여 신경회로망의 추정오차를 보상하였다. 제어시스템의 성능을 결정짓는 제어 매개변수들과 신경회로망 구조를 설계하기 위한 방법을 제안하였으며, 유전자 알고리듬을 이용하여 제어 매개변수들과 신경회로망 구조를 최적화하였따. 신경회로망의 구조탐색에 적합하도록 다수의 개체군을 형성하여 개체와 군이 동시에 전화하도록 하였다. 제안된 유전자 알고리듬에 의해 최적화된 구조를 갖는 신경회로망을 이용한 제어시스템을 항공기 종운동 모델에 적용하여 성능을 검증하였다.