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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김창주
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수20
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 연구는 기존의 Carrot-chasing 알고리즘을 trajectory tracking 유도기법에 접목하여 항공기가 정확한 시간에 유도될 수 있는 새로운 유도제어기법을 제안한다. 자율비행 제어법칙은 새로 제안한 유도기법을 외부루프로 선정하였고, 모델 추종 제어기(Model following control)를 내부루프로 선정하였다.
기존에 사용되어 왔던 geometric 알고리즘은 path following 문제로 정의되어 앞선 거리에 있는 목표지점을 따라가는 방식이다. 이 방식은 유도미사일에 많이 사용되는 방법으로 생성된 경로에 매우 의존적인 단점이 있었으며, 정확한 시간에 유도되기 어렵다. 반면에 trajectory tracking 유도기법은 경로가 시간에 대한 함수로 주어졌으며 경로에 대해 의존적이지 않고 정확한 시간에 도달할 수 있는 장점이 있다. 하지만 이 방법은 구현하기 어려우며 유사 연구가 부족하다. 본 연구에서는 기존의 Carrot-chasing 알고리즘을 trajectory tracking 유도기법으로 접근하여 ahead time에 있는 경로상의 목표지점을 따라가는 Ahead Time Approach Using Carrot Chasing Algorithm을 개발했다. 8 가지 guidance law에 대한 응답특성과 주파수 특성을 전달함수를 사용하여 분석하였으며, 내부제어법칙과 결합하여 임무경로에 대해서 수렴성을 판단하였다.
항공기 내부 비행제어법칙인 model following control은 HETLAS 프로그램을 이용한 트림해석 결과와 시스템 행렬을 사용하였다. MATLAB/Simulink 기반의 상용프로그램 CONDUIT®을 사용하여 항공기 조종성 요구조건(handling quality) Level 1을 만족하는 제어 이득값을 최적화하였다.
자율비행 제어법칙 검증을 위해 임무 경로를 시간에 대한 함수로 정의하였다. Pop up, Slalom, Abort/Depart 와 같이 ADS-33E-PRF에 언급된 임무를 선정하여 경로를 구성하였다. Ahead time과 guidance law 조건을 바뀌가며 임무경로에 대한 수렴성을 판단하였다. 임무의 경우 단일비행 임무 요소와 다중비행 임무 요소로 나누어 비선형 시뮬레이션을 통해 개발한 유도 제어기법의 타당성을 검증하였다. 다중비행 임무 요소의 경우 성능해석을 하여 항공기 엔진 출력, 비연료 소모율을 측정하였다.
본 논문은 회전익 항공기에 적합한 자율비행 제어 시스템을 구축하였으며, 특성 분석과 시뮬레이션을 통해 항공기에 적합한 유도기법이라는 것을 확인하였다. 향후 회전익 항공기 외에 고정익 항공기에도 적용하여 유용하게 사용될 것으로 판단된다.
기존에 사용되어 왔던 geometric 알고리즘은 path following 문제로 정의되어 앞선 거리에 있는 목표지점을 따라가는 방식이다. 이 방식은 유도미사일에 많이 사용되는 방법으로 생성된 경로에 매우 의존적인 단점이 있었으며, 정확한 시간에 유도되기 어렵다. 반면에 trajectory tracking 유도기법은 경로가 시간에 대한 함수로 주어졌으며 경로에 대해 의존적이지 않고 정확한 시간에 도달할 수 있는 장점이 있다. 하지만 이 방법은 구현하기 어려우며 유사 연구가 부족하다. 본 연구에서는 기존의 Carrot-chasing 알고리즘을 trajectory tracking 유도기법으로 접근하여 ahead time에 있는 경로상의 목표지점을 따라가는 Ahead Time Approach Using Carrot Chasing Algorithm을 개발했다. 8 가지 guidance law에 대한 응답특성과 주파수 특성을 전달함수를 사용하여 분석하였으며, 내부제어법칙과 결합하여 임무경로에 대해서 수렴성을 판단하였다.
항공기 내부 비행제어법칙인 model following control은 HETLAS 프로그램을 이용한 트림해석 결과와 시스템 행렬을 사용하였다. MATLAB/Simulink 기반의 상용프로그램 CONDUIT®을 사용하여 항공기 조종성 요구조건(handling quality) Level 1을 만족하는 제어 이득값을 최적화하였다.
자율비행 제어법칙 검증을 위해 임무 경로를 시간에 대한 함수로 정의하였다. Pop up, Slalom, Abort/Depart 와 같이 ADS-33E-PRF에 언급된 임무를 선정하여 경로를 구성하였다. Ahead time과 guidance law 조건을 바뀌가며 임무경로에 대한 수렴성을 판단하였다. 임무의 경우 단일비행 임무 요소와 다중비행 임무 요소로 나누어 비선형 시뮬레이션을 통해 개발한 유도 제어기법의 타당성을 검증하였다. 다중비행 임무 요소의 경우 성능해석을 하여 항공기 엔진 출력, 비연료 소모율을 측정하였다.
본 논문은 회전익 항공기에 적합한 자율비행 제어 시스템을 구축하였으며, 특성 분석과 시뮬레이션을 통해 항공기에 적합한 유도기법이라는 것을 확인하였다. 향후 회전익 항공기 외에 고정익 항공기에도 적용하여 유용하게 사용될 것으로 판단된다.
목차
제1장 서론 1제1절 연구배경 1제2절 연구목표 3제2장 Ahead time-based Carrot-chasing 알고리즘 5제1절 Hermite Spline Interpolation 기법 7제2절 Ahead Time Approach Using Carrot-chasing Guidance Law 101. Guidance law 정의 142. Guidance law 분석 19제3장 항공기 모델링 및 트림해석 49제1절 항공기 모델링 491. 힘과 모멘트 방정식 502. 요소기반 모델링 51제2절 항공기 트림해석 601. 트림 운동방정식 602. 트림해석 기법 633. 성능해석 기법 644. 트림해석 결과 665. 성능해석 결과 82제4장 내부 비행제어 법칙 설계 85제1절 모델 추종 비행 제어법칙 설계 861. Command Filter 862. Error Dynamics 873. Euler Angle Conversion 884. Inversion Model 88제2절 설계변수 최적화 90제3절 Inner Loop 시뮬레이션 951. 선형/비선형 시뮬레이션 95제5장 임무 경로 생성 108제1절 Spline Interpolation 기법 108제2절 Mission Task Element 경로 생성 1141. Depart, Abort Maneuver 1152. Pop up Maneuver 1173. Slalom Maneuver 1194. Transient Turn Maneuver 1245. Pirouette Maneuver 1296. Helical Turn Maneuver 141제3절 경로 생성 결과 1341. Depart, Abort Maneuver 1342. Pop up Maneuver 1363. Slalom Maneuver 1384. Transient Turn Maneuver 1405. Pirouette Maneuver 1426. Helical Turn Maneuver 144제6장 자율비행 제어 법칙 146제1절 자율비행 제어 시스템 146제2절 단일비행 임무 요소 시뮬레이션 결과 및 검증 147제3절 다중비행 임무 요소 시뮬레이션 결과 및 검증 173제7장 결론 190참고문헌 193부록 202국문초록 222
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