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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김현우 (부산대학교, 부산대학교 대학원)

지도교수
이장명
발행연도
2018
저작권
부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

슬라이딩모드 제어기를 이용한 원격 제어 선박의 속도 제어
김현우 ,  우윤태 한국통신학회 학술대회논문집 2022.11 학술대회자료

2018

무인 선박용 워터젯 조향 시스템을 위한 강인한 슬라이딩 모드 제어기 설계
김현우 전기전자컴퓨터공학과 2018.01 학위논문

초록· 키워드

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본 논문은 무인 선박의 조향 시스템 중 하나인 워터젯의 노즐 각도를 해상환경의 외란에서 정밀하게 제어하기 위한 알고리즘을 제안한다. 무인 선박의 조향 시스템은 유압 피스톤에 의해 조작이 이루어진다. 유압 시스템은 대표적인 비선형 장치로서 정밀한 제어를 위해서는 비선형 제어기의 적용이 필요하다. 기존의 연구에서는 수학적으로 복잡하고 직관성이 떨어지는 이유로 선형 제어기를 적용하여 비선형 적인 부분을 선형화하여 사용함으로서 정밀한 제어가 어려웠다. 그러나 고속의 무인 선박의 경우 제어 오차가 커질 경우 무인 선박의 자세 안정성이 낮아짐으로 사고가 발생할 수 있다. 이러한 선박의 안정성이 낮아지는 것을 방지하기 위해 해상의 외란 속에서도 정밀한 조향 제어가 필요하다. 무인 선박박의 정밀한 조향제어를 위해 외란에 강인한 슬라이딩 모드 알고리즘을 적용하였다. 그리고 사역대 보상기를 통해 제어 시 발생하는 유압의 사역대 및 시간 지연을 보상함으로서 보다 정밀한 제어가 가능하도록 하였다.
상태 오차 및 외란에 대한 측정 오차를 줄이기 외해 상태 관측기와 외란 관측기를 적용하였다. 또한 실제 무인 선박에 탑재된 선박의 엔진과 워터젯을 적용한 테스트 베드를 제작하고, 외란을 발생시켜 본 알고리즘을 시스템에 적용하였다. PID 알고리즘의적용 결과와 본 연구에서 제한하는 알고리즘을 적용한 결과 PID 알고리즘에 비해 상태 관측기와 외란 관측기가 적용된 슬라이딩 모드 제어알고리즘의 제어 오차가 약 40%가량 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구는 국내에서 실제 선박에 탑재된 장치에 인위적인 외란을 가해 직접 실험해 봄으로서 무인 선박박의 조향성능을 향상시키는 계기가 될 수 있었으며 본 실험의 결과를 바탕으로 정밀한 조향과 안정적인 운항이 가능한 무인 선박박 개발의 계기가 될 수 있을 것으로 판단된다.
#무인수상정 #USV #조향 시스템 #Steering System #슬라이딩 모드 건트롤 #sliding mode Control #외란 #disturbance #관측기 #Observer

목차

I. 서론 1
1. 연구의 배경과 목적 1
가. 연구 배경 1
II. 본론 4
1. 무인 선박 조향 시스템 4
가. 무인 선박 조향 시스템 구조 및 동작 원리 4
나. 유압 시스템 동역학 6
다. 유압 시스템 비선형 특성 13
2. 무인 선박 조향 제어를 위한 강인한 제어기 설계 16
가. 슬라이딩 모드 이론 16
나. Lyapunov 안정도 해석 26
다. 모델 기준 슬라이딩 모드 제어 31
라. 상태관측기 설계 34
마. 외란 관측기 설계 37
바. 사역대 보상기를 이용한 슬라이딩 모드 설계 39
사. 제어 알고리즘 40
III. 무인 선박 조향 시스템에 대한 적용 42
1. 무인 선박 조향 시스템 구성 42
가. 워터젯 44
나. 유압펌프 53
다. 유압분배기 56
라. 유압 서보밸브 57
마. 유압 Actuator 58
바. 피스톤 포지션 센서 60
사. 신호 처리 모듈 61
아. 엔진(engine) 63
IV. 결과 65
1. 시뮬레이션 65
가. PID 와 상태/외란 관측기가 포함된 슬라이딩모드 시뮬레이션 67
2. 실험 및 토의 77
V. 결론 88
참고문헌 90
Abstract 92
감사의 글 93

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