• 한국해양공학회지
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• 제26권3호
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• pp.20-25
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• 2012

In this paper, the authors propose a new approach to the control problem of marine vessels that are moored or controlled by actuators. The vessel control system is basically based on Dynamic Positioning System (DPS) technology. The main object of this paper is to obtain a more useful control design method for DPS. In this problem, the control allocation is a complication. For this problem, many results have been given and verified by other researchers using a two-step process, with the controller and control allocation design processes carried out individually. In this paper, the authors provide a more sophisticated design solution for this issue. The authors propose a new design method in which the controller design and control allocation problems are considered and solved simultaneously. In other words, the system stability, control performance, and allocation problem are unified by an LMI (linear matrix inequality) based on control theory. The usefulness of the proposed approach is verified by a simulation using a supply vessel model.

• 대한조선학회논문집
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• 제38권2호
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• pp.33-43
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• 2001

드릴쉽과 셔틀탱커등 특수선의 건조가 활발해지면서 정해진 위치에서 장시간 작업해야 할 목적으로 동적 자기위치 유지시스템(Dynamic Positioning System)을 장착하는 선박이 늘어나고 있다. 본 논문에서는 DP 시스템의 구성 요소를 소개하고, 수조에서 실험한 결과를 바탕으로 제어이론과 필터이론에 따른 DP성능을 비교하였다. 실험에 사용한 선박은 10만톤급 드릴쉽으로 모델의 길이가 4m이며, 방향이 고정된 3개의 추진기를 사용하였다. 실험 내용은 명령에 따라 주어진 궤적을 이동하는 능력과 파도가 있는 외란조건에서 원하는 선수각을 유지할 수 있는지를 살펴보았다. 추진력을 구하기 위하여 PID 이론을 적용하였고, 제어게인의 변화에 따른 제어특성을 살펴보았다. 선형운동성분과 계측잡음을 제거하기 위하여 칼만 필터와 디지털 필터를 적용하였고, 각각의 필터성능을 비교 검토하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제7권2호
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• pp.79-90
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• 1993

A design method of DPS control algorithm for adpting rotable thruster is introduced by applying servo system design method and the control algorithm is evaluated on the basis of the results of computer simulations performed for a semi-submersible 2-lower hull 8-column type platform. It is observed from the simulation results that position error due to the irregular drifting forces becomes zero after very short regulating time and dynamic positioning system is robust in spite of random disturbance.

• 한국전산유체공학회지
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• 제21권1호
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• pp.72-77
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• 2016

In this study, effects of thurster axis tilting angle on the thruster-hull interaction and propulsion performance in a dynamic positioning system of offshore plant are numerically investigated. Straight and 7-degree tilted downward thruster models as a form of ducted propeller are considered. For numerical simulations, Reynolds averaged Navier-Stokes equations with SST turbulence model are solved by using STAR-CCM+. Results show that thruster-hull interaction is reduced in 7-degree tilted thruster model with lower vortex strength between thruster and hull bottom, although the propulsion performance does not have noticeable difference in a bollard condition.

• 대한조선학회논문집
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• 제40권1호
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• pp.8-19
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• 2003

Special purpose vessels such as drillship and ocean research vessels install the DPS(Dynamic Positioning System) to maintain the position and heading for long-time operation. This paper deals with the design parameters for the control theory and filter algorithms of DP system. for the environmental loadings wind forces, current forces and wave forces were considered. In order to estimate the low frequency motions without first-order wave motion, the Kalman filter was used and it was assumed that the first-order wave forces correspond to system noises and first-order wave motions are measurement noises. In this simulation, the length of research vessel is 65 meters and it has four thrusters to maintain the position. The ability of keeping position and heading was confirmed. For the calculation of thruster input the LQR and LOI control theory were adopted and the effects of gain were investigated.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2015년도 춘계학술대회
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• pp.60-62
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• 2015

Dynamic Positioning System(DPS)은 동력, DP control 장치, DP 컴퓨터, 위치참조시스템(PRS), 센서, thruster 시스템 및 DP 운용자(DPO) 7가지로 구성되어 있다. DP 선박은 이들 구성요소들에 문제가 발생하면 그 기능을 상실할 수 있다. 본 연구에서는 2001~2010년까지 10년 동안 IMCA 보고된 DP 선박 관련사고 612건에 대한 분석을 바탕으로 DPS의 7가지 구성요소와 관련된 사고 원인을 파악하고 이들 중 가장 높은 비율을 차지하는 원인을 정성적, 정량적으로 상세 분석하여 요소별 관계와 주요 작용 요소를 확인하고자 한다. 이를 통해 DP 선박의 LOP사과 관련 분석에 있어 베이지안 네트워크의 활용성을 확인해 보았다. 10년 평균 가장 높은 비율을 차지한 DPS 사고원인 요인은 PRS이었으며 이를 전문가 브레인스토밍을 통해 작성된 flowchart를 바탕으로 베이지안 네트워크를 통해 상세 분석해 본 결과 PRS의 각 요소별 조건부 확률 확인할 수 있었다. DP 선박의 drive off를 발생시키는데 주요한 영향을 미치는 것은 DGPS, microwave radar 및 HPR 이었고 DGPS에 주요한 영향을 미치는 에러 요인은 signal blocked, electric components failure, relative mode error 및 signal weak or fail 이었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권10호
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• pp.1171-1179
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• 2012

본 논문에서는 선박운동제어를 위한 제어시스템 설계문제에 대해 고찰한다. 특히 강인한 추종성능을 가진 2자유도 서보계 설계법을 이용하여 선박의 위치 및 자세제어를 위한 제어기를 설계하고, 실험 등의 실제적인 제어시스템 구축시 센서로부터 모든 정보를 획득할 수 없으므로 이에 필요한 상태를 추정하기 위한 관측기 설계 문제에 대해 고려하고 있다. 그래서 본 논문에서는 실제 상태정보와 추정된 상태정보와의 오차를 최소화하도록 $H_{\infty}$ 오차 바운드를 설정하는 기법으로 관측기의 이득을 구한다. 특히 $H_{\infty}$ 오차 바운드를 만족하는 관측기가 존재하기 위한 조건을 LMI형식으로 변환하여 표현함으로써 관측기 이득 계산을 효율적으로 수행하여 최적의 이득을 구할 수 있음을 보이고 시뮬레이션을 통해 그 유용성을 확인한다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제19권9호
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• pp.846-852
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• 2013

In this paper, the authors propose a new approach to control problem of the marine vessels which are moored or controlled by actuators. The vessel control problem in the specified area is called a DPS (Dynamic Positioning System). The main objective of this paper is to obtain more useful control design method for DPS. In this problem, a complicate fact is control allocation which is a numerical method for distributing the control signal to the controlled system. For this, many results have been given and verified by other researchers using two individual processes. It means that the controller design and control allocation design process are carried out individually. In this paper, the authors give more sophisticated design solution on this issue. In which the controller design and control allocation problem are unified by a robust controller design problem. In other word, the stability of the closed-loop system, control performance and allocation problem are unified by an LMI (Linear Matrix Inequality) constraint based on $H_2/H_{\infty}$ mixed design framework. The usefulness of proposed approach is verified by simulation with a supply vessel model and found works well.

• 한국항해항만학회지
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• 제39권3호
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• pp.165-172
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• 2015

Dynamic Positioning System(DPS)은 그 신뢰성 및 redundancy(대체) 시스템에 따라 IMO 및 각 선급에서 3개의 class(등급)로 나누고 있다. IMO MSC/Circ 645에 의하면 DPS는 Class 1, 2, 및 3로 나누고 있으며 등급이 높을수록 좀 더 신뢰성 있고 안전하게 DP 선박을 운용할 수 있다. 국내에서 많은 DP Class 선박들이 건조되고 있는 상황에서 DP Class 1선박의 개조를 통해서 DP Class 2로 변경하거나 DP Class 2선박을 신조 또는 중고선으로 구입하는 경우 무엇을 검토하고 확인해야 하는지에 대한 구체적인 실무 자료가 부족하고, DP Class 1선박을 Class 2로 변경하여 다시 매도하는 새로운 산업분야의 개척에 있어 국내 사례를 바탕으로 한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 DP Class 1선박을 DP Class 2 선박으로 변경하기 위해서는 어떠한 IMO 및 선급의 DP class 요건의 충족이 필요하며 이를 위해서 어떠한 설비의 변경 및 추가가 필요한지를 국내에서 있었던 실제 사례를 통해서 연구해 보았다. DP 선박 Class 변경을 위해서는 FMEA를 통해서 파악되는 DP 선박의 동력 시스템, thruster 시스템 및 제어 시스템 3가지의 주요 시스템에 대체(redundancy)기능을 갖추어야 한다. 동력 시스템은 단일의 발전기, 배전반등에 문제가 발생해도 DP 기능을 유지할 수 있어야 하며, 더불어 PMS기능을 갖추고 있어야 한다. thruster 시스템은 단일의 고장이 발생하더라도 선박의 Surge, Sway 및 Yaw를 남은 thruster 시스템으로 자동 제어 할 수 있어야 한다. 각종 제어 시스템, PRS 및 센서는 여러개를 설치하여 단일의 장비고장에도 DP 기능을 유지 할 수 있어야 한다.

• 해양환경안전학회지
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• 제22권1호
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• pp.129-137
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• 2016

본 연구의 목적은 가까운 미래의 선박운동정보를 이용하는 피드포워드 제어알고리즘과 FPSO 운동 수치 시뮬레이션 모델을 개발하고 시뮬레이션을 통하여 제어알고리즘의 성능을 검증하는 것이다. 본 논문에서는 조류, 바람, 파력 등의 환경하중에 의하여 발생한 선체운동의 미래 예측치를 활용한 피드포워드 제어력을 추가적으로 가지는 Dynamic Positioning System에 대하여 연구한다. 먼저, 조류력, 풍력 및 파력에 대한 수학모델을 선정하여 환경하중에서의 선체운동을 계산하고, 현재의 선체운동 값과 Brown 지수평활 예측모형을 활용하여 미래 선체운동 값을 예측하였다. 또한 위치 유지와 Heading angle 제어를 위한 제어력을 PID(Proportional-Integral-Derivative)이론을 이용하여 결정한 피드백 제어기와 미래 선체운동 값을 이용하여 결정한 피드포워드 제어기로 구성하였다. 그리고 각 Thruster에 요구되는 추력은 라그랑지승수법을 활용하여 분배하였다. 마지막으로 FPSO(Floating Production Storage and Offloading)의 운동과 Dynamic Positioning System에 대한 시뮬레이션 모델을 구축하여 선박의 위치 및 Heading angle 제어에 관한 시뮬레이션을 수행하여 제안하는 피드백 제어기와 피드포워드 제어기를 동시에 가지는 제어시스템의 성능을 평가하였다. 본 연구의 결과, 피드백 및 피드 포워드 제어기가 적용된 DPS 제어시스템이 기존의 피드백 제어기보다 위치유지 및 헤딩각 유지 능력에서 개선되었고 각 Thruster에 요구되는 평균 제어력 및 최대 제어력의 크기도 감소함을 보였다. 이에 따라 DPS에 요구되는 동력 감축과 Azimuth Thruster 용량의 감소로 인하여 비용 절감의 효과를 기대할 수 있다.