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논문 기본 정보

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학위논문
저자정보

성재민 (경상대학교, 경상대학교 대학원)

발행연도
2013
저작권
경상대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수1

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

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The objective of this study was to investigate the attitude algorithm and guidance and control algorithm which are core technologies necessary for the development of smart munitions. Also, each algorithm was designed based on neural networks in accordance with the latest academic trends. In the case of smart munitions, the direct application of widely used algorithms related to guidance, control, and navigation is unreasonable. In terms of the operation mechanism, it is unreasonable because not only are various sensors activated during flight after fire, but the rapidly rotating airframe and the nose that rotates at a specific angular velocity for control move individually. Moreover, the operation perspective of utilizing conventional munitions as intelligent munitions by attaching a kit is a weak solution because such kits have to be applicable to conventional munitions of varying platforms, and there is the aerodynamic characteristic of conventional munitions having significant shape deviation because they are cheaply manufactured.
The scope of this research covered the core algorithms necessary for the development of smart munitions with the characteristics described above, and it was specifically focused on the in-flight attitude algorithm and adaptive control design which can be applied with regard to aerodynamic error.
Additionally, since the final performance of the subject system can be determined through the circular error probability (CEP), an algorithm to create guidance commands and CEP analysis through Monte Carlo simulation were investigated.
The major contribution of this study include the design of a Kalman filter for in-flight attitude estimation and the composition of a neural-network-based adaptive attitude prediction filter to enhance the designed Kalman filter. As a result, the neural-network-based adaptive attitude prediction filter reduced the time delay effect of the Kalman filter.
For the control algorithm design, the longitudinal/directional axis coupling effect, which is an issue in classical control techniques, was reduced using a neural-network-based model inversion controller, and L1 adaptive control was applied to improve the performance of the conventional neural-network-based adaptive controller. In addition, analysis of the time delay margin was performed, and its results were presented.
In the case of the subject system, it was determined that designing guidance commands using the conventional PNG method is unreasonable, so in this study, guidance commands were created using a sensitivity method that utilizes neural-network-based impact point prediction.
All the designed algorithms were composed using a MATLAB-based integrated simulation. Monte Carlo simulation for the error condition of the aerodynamic and initial launch conditions was conducted, and the results are presented.

목차

I. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 관련 연구 동향 4
1) 지능탄 개발 및 유도 제어기법 연구 4
2) 신경회로망 기반의 적응 제어기법 5
3. 연구 목적 및 기여도 6
4. 논문 구성 7
II. 대상 시스템 7DOF 모델 구성 및 검증 8
1. 대상 시스템 제원 및 공력자료 획득 8
2. 지능탄 모델링 및 7DOF 시뮬레이션 프로그램 개발 11
1) 좌표축 정의 11
2) Spheroidal Earth 에 대한 운동방정식 구성 13
3) NRF에 대한 운동방정식 구성 17
4) 7DOF 운동방정식 구성 17
5) 카나드 각 핀에 걸리는 받음각 고려 20
6) 롤 브레이크 설계 21
7) 매트랩을 이용한 7DOF 시뮬레이션 프로그램 구성 및 결과 검토 22
3. 소결론 30
III. 롤 자세 추정 필터 설계 31
1. 칼만필터 기반의 롤자세 추정 필터 설계 31
1) 롤 측정 방정식 유도 31
2) 칼만 필터 설계 33
3) 시뮬레이션 조건 39
4) 시뮬레이션 결과 40
2. 신경회로망 기반 적응 자세 추정 필터 설계 44
1) 신경회로망 기반 적응 추정 필터 이론 44
2) 자세 추정 필터 설계 49
3) 시뮬레이션 결과 49
3. 소결론 50
IV. 제어기법 설계 연구 51
1. 회전 비행체 좌표축 정의 51
1) 동체 좌표계 (Body Axis Coordinate) 51
2) NRF (No-roll Frame Coordinate) 51
3) 기동 좌표계 (Maneuver Coordinate) 52
4) 제어기 설계를 위한 대상 시스템 구조 53
2. 선형 모델 구성 53
1) 해석적 방법을 통한 선형모델 구성 53
2) 수치적 방법을 통한 선형모델 구성 57
3) 선형모델 구성 결과 검토 58
4) 노즈의 회전을 고려한 선형모델 구성 61
5) 트림 포인트 선정 64
6) Integrator Block 적용 66
3. 고전 제어기법을 이용한 제어기 설계 68
1) 내부루프 설계 68
2) 외부루프 설계 71
3) Anti-windup 구성 75
4) 비선형 시뮬레이션 결과 77
4. 소결론 79
V. 신경회로망 기반 적응 제어기 설계 80
1. 대상 시스템 적응제어 법칙 설계 80
2. 시뮬레이션 결과 83
3. 소결론 85
VI. L1 적응제어 기법을 이용한 제어기 설계 86
1. L1 적응제어 기법 이론 86
2. 대상 시스템 제어기 설계 90
3. 시뮬레이션 결과 92
4. Time Delay Margin 해석 100
5. 소결론 102
VII. 유도 기법 설계 103
1. 기본 개념 103
2. 신경회로망을 이용한 탄착점 예측 기법 105
3. 민감도 방식을 이용한 유도 기법 구성 114
4. 소결론 117
VIII. 통합 시뮬레이션 결과 분석 118
1. 통합 시뮬레이션 모델 구성 118
2. 대상 시스템의 유도성능 파악 118
3. 통합 시뮬레이션 결과 119
4. Monte Carlo 시뮬레이션 124
1) Monte Carlo 시뮬레이션을 위한 오차 선정 및 모델링 124
2) Monte Carlo 시뮬레이션 결과 125
5. 소결론 129
IX. 결 론 130
1. 결 론 130
2. 향후 연구방향 131
참고문헌 132

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