Bae, Seol B.;Shin, Dong H.;Park, Sang H.;Joo, Moon G.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.8
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pp.661-666
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2013
A state feedback controller with integration of output error is proposed for way-point tracking of an AUV (Autonomous Underwater Vehicle). For the steering control on the XY plane, the proposed controller uses three state variables (sway velocity, yaw rate, heading angle) and the integral of the steering error, and for the depth control on the XZ plane, it uses four state variables (pitch rate, depth, pitch angle) and the integral of the depth error. From the simulation using Matlab/Simulink, we verify that the performance of the proposed controller is satisfactory within an error range of 1m from the target way-point for arbitrarily chosen sets of consecutive way-points.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.6
s.99
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pp.731-737
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2005
This paper evaluates dynamic performance of a cab over type large-sized truck for estimating the effects of frame's torsional characteristics using a computer model. The computer model considers two mounting methods of frame, flange mounting and web mounting. Frame is modeled by finite elements using MSC/NASTRAN In order to consider the flexibility of frame. The torsional test of the frame is conducted In order to validate the modeled finite element model. A load cell is used to measure the load applied to the frame. An angle sensor is used to measure the torsional angle. An actuator is used to apply a load to the frame. To estimate the effects of frame's torsional characteristics on dynamic performance, simulations are performed with the flange mounting and web mounting frame. Simulation results show that the web mounting frame's variations of roll angle, lateral acceleration, and yaw rate are larger than the flange mounting frame's variations, especially in the high velocity and the second part of the double lane course.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.359-362
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2006
This study develops an automatic berthing control algorithm for ships with a bow thruster and a stern thruster as well as a rudder. A nonlinear mathematical model for low speed maneuvering of ships is used to develop a MIMO(multi-input multi-output) nonlinear control algorithm. The algorithm consists of two parts, which are forward velocity control and heading angle control. The control algorithm is designed based on the longitudinal and yaw dynamic models of ships. The desired heading angle is obtained by the so called "Line of Sight" method. An optimal control force allocation method of the rudder and the thrusters is suggested. The nonlinear control algorithms are tested by numerical simulations using MATLAB, and shows good tracking performances.
In this study, the characteristics of crossing a river of Ground Armored Vehicle (GAV) were evaluated by numerical method and real size tests. 3-D hybrid mesh systems were constructed by 3-D models of the GAV, and a commercial software, FLUENT, was used in numerical analysis. In order to deal with multi-phase problem (air and water), Volume Of Fluid (VOF) method was used, and Moving and Deforming Mesh (MDM) was adapted for unsteady motion of GAV. There were two steps in this research. Firstly, stability of the GAV which cruised a river was evaluated by changing several shapes of water-proof-front-wing of the GAV in steady state, and compared results (free surface shape and drag value in 10km/h) with those of real size tests. Secondly, results of unsteady analysis considering weight and moment of inertia of the GAV were presented. There were showed a maximum velocity with a designed water jet and dynamic stability including pitch, roll, and yaw moment. Based on these results, the optimal shape of water-proof-front-wing of the GAV was determined for a proto-type of the GAV.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.3
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pp.260-266
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2011
For long slender offshore structures, such as cables and pipe lines, their interaction with surrounding fluid flow becomes an important issue for global design of ocean systems. We employ a long circular cylinder as a representative case of slender offshore structure. A flexibly mounted cylinder in cross-flow generates complex vortex shedding and results in oscillation of the structure. In this paper, flow behind a circular cylinder at Re=100 is simulated. The vortex shedding pattern and flow induced motion are examined in the cross flow configuration as well as with various yaw-angled configurations. The "Lock-in" phenomenon is also observed when reduced velocity is approximately 4.0. The MAC Grid system, which is the typical grid system for Cartesian mesh and pressure correction methods, are used for solving the incompressible Navier-Stokes equations. Predictor/Corrector method is applied for obtaining a non-linear response of structure at the flexibly mounted. The existance and motion of the body is represented by the immersed boundary technique.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.5
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pp.817-832
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2015
This paper presents a state feedback based backstepping control algorithm to address the trajectory tracking problem of an underactuated Unmanned Surface Vessel (USV) in the horizontal plane. A nonlinear three Degree of Freedom (DOF) underactuated dynamic model for USV is considered, and trajectory tracking controller that can track both curve trajectory and straight line trajectory with high accuracy is designed as the well known Persistent Exciting (PE) conditions of yaw velocity is completely relaxed in our study. The proposed controller has further been enriched by incorporating an integral action additionally for enhancing the steady state performance and control precision of the USV trajectory tracking control system. Global stability of the overall system is proved by Lyapunov theory and Barbalat's Lemma, and then simulation experiments are carried out to demonstrate the effectiveness of the controller designed.
his study discusses the design of an automatic berthing control algorithm for ships with a haw thruster and a stern thruster, as well as a rudder. A nonlinear mathematical model for the law speed maneuvering of ships was used to design a MIMO (multi-input multi-output) nonlinear control algorithm. The algorithm consists of two parts, the forward velocity control and heading angle control. The control algorithm was designed based on the longitudinal and yaw dynamic models of ships. The desired heading angle was obtained by the so-called "Line of Sight" method. An optimal control force allocation method forthe rudder and the thrusters is suggested. The nonlinear control algorithm was tested by numerical simulations using MATLAB, and showed good tracking performance.
In the vehicle steering system, we can consider two methods to steer the vehicle. One is a front wheel steering(FWS), the other is a four wheel steering(4WS). The four wheel steering method has been recently introduced to improve the steering performance. In this paper, we present a design of the four wheel steering controller. First, we constructed the neural network two degree of freedom PID controller to control the 4WS system. Then we compared the performance of conventional PID controller with our proposed controller in terms of yaw rate and side slip velocity. The computer simulation results show that 4WS system controlled by the proposed controller has well driving performances than the other.
Crabbing motion is the pure sway motion of a ship without surge velocity. Thus, it can be applied to a berthing operation. Crabbing motion is induced by a peculiar operation method called the push-pull mode. The push-pull mode is induced by using a combination of the main propeller and side thruster. Two propellers generating the same amounts of thrust and rotating in opposite directions produce some yawing moment on a vessel but do not induce longitudinal motion. With the additional operation of side thrusters, the push-pull mode is used to induce a large amount of lateral force. In this paper, three-degree-of-freedom equations of motion such as for the surge, sway, and yaw are constructed for the crabbing motion. Based on these equations of motion, a feedback linearization control method is applied to auto-berthing control for a twin-screw ship with side thrusters. The controller can deal with the nonlinearity of a system, which is present in the berthing maneuver of a twin screw ship. A simulation of the auto-berthing of a ship is performed to validate the performance of the designed controller.
This paper describes an unscented Kalman filter approach to estimate the bias in magnetic field measurements. A microelectromechanical systems attitude heading reference system (MEMS AHRS) was used to measure the magnetic field, together with the acceleration and angular rate. A magnetic field is usually used for yaw detection, while the acceleration serves to detect the roll and pitch. Magnetic field measurements are vulnerable to distortion due to hard-iron effect and soft-iron effect. The bias in the measurement accounts for the hard-iron effect, and this paper focuses on an approach to estimate this bias. The proposed method is compared with other methods through experiments that implement the navigation of an underwater robot using an AHRS and Doppler velocity log. The results verify that the compensation of the bias by the proposed method improves the navigation performance more than or comparable to the compensation by other methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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