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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김창주
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
이 논문의 연구 히스토리 (2)
2023
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본 논문에서는 자율 비행 회전익 항공기의 AEI(All Engine Inoperative) 상황 시 장애물을 고려하여 Autorotation 기동이 가능한 경로를 실시간으로 생성하는 기법을 제안하였으며, 생성된 경로를 IBSC(Incremental Backstepping Controller)의 설계를 통해 경로 추종 제어 시뮬레이션을 수행하여 검증하였다.
Autorotation 기동을 이용한 착륙과 관련된 선행 연구에서는 경로상의 장애물을 고려할 수 없거나, OEI(One Engine Inoperative) 가정에서의 기법이 다수 제안되었다. 따라서 본 논문에서는 선행 연구에서 제안된 기법들을 개선하여 AEI 상황을 고려한 경로 생성 기법을 제안하였다. Autorotation 기동은 일반적으로 Entry, Steady-descent, Flare의 세가지 단계로 구분된다. 그 중 높은 수준의 조종성이 요구되는 Entry와 Flare 단계는 비선형 최적제어 기법을 이용하여 회전익기의 비행 조건에 따라 해석하여 라이브러리화 한다. Steady-descent 단계에서는 경로상 장애물을 고려하기 위해 Path planning 기법을 이용하여 경로를 실시간으로 생성할 수 있도록 한다. Path planning 기법으로는 AEI 상황에서의 Steady-descent 단계의 비행 조건을 고려한 Bidirectional Spline RRT 기법을 적용하였다.
본 연구에서는 경로 추종 제어기로 Lyapunov 안정성을 기반으로 하는 BSC(Backstepping Controller) 기법을 기반으로 제어기를 설계하였는데, 이때 제어기의 강건성을 높이기 위해 증분 역학을 적용하여 IBSC(Incremental Backstepping Controller)를 설계하였다. 또한 본 논문에서 목적하는 Autorotation 기동에서는 회전익기를 Flare 시점으로 유도하는 과정에서 RPM의 유지가 매우 중요하다. 따라서 제어기를 설계하는 과정에 RPM을 포함하여 IBSC를 설계하였으며, Lyapunov 안정성을 만족함을 확인하였다.
결과적으로 AEI 조건에서 실시간 비상 착륙 경로 생성 후 설계된 경로 추종 제어기를 이용하여 시뮬레이션을 수행하여 본 논문에서 제안한 기법의 타당성을 검증하였다.
Autorotation 기동을 이용한 착륙과 관련된 선행 연구에서는 경로상의 장애물을 고려할 수 없거나, OEI(One Engine Inoperative) 가정에서의 기법이 다수 제안되었다. 따라서 본 논문에서는 선행 연구에서 제안된 기법들을 개선하여 AEI 상황을 고려한 경로 생성 기법을 제안하였다. Autorotation 기동은 일반적으로 Entry, Steady-descent, Flare의 세가지 단계로 구분된다. 그 중 높은 수준의 조종성이 요구되는 Entry와 Flare 단계는 비선형 최적제어 기법을 이용하여 회전익기의 비행 조건에 따라 해석하여 라이브러리화 한다. Steady-descent 단계에서는 경로상 장애물을 고려하기 위해 Path planning 기법을 이용하여 경로를 실시간으로 생성할 수 있도록 한다. Path planning 기법으로는 AEI 상황에서의 Steady-descent 단계의 비행 조건을 고려한 Bidirectional Spline RRT 기법을 적용하였다.
본 연구에서는 경로 추종 제어기로 Lyapunov 안정성을 기반으로 하는 BSC(Backstepping Controller) 기법을 기반으로 제어기를 설계하였는데, 이때 제어기의 강건성을 높이기 위해 증분 역학을 적용하여 IBSC(Incremental Backstepping Controller)를 설계하였다. 또한 본 논문에서 목적하는 Autorotation 기동에서는 회전익기를 Flare 시점으로 유도하는 과정에서 RPM의 유지가 매우 중요하다. 따라서 제어기를 설계하는 과정에 RPM을 포함하여 IBSC를 설계하였으며, Lyapunov 안정성을 만족함을 확인하였다.
결과적으로 AEI 조건에서 실시간 비상 착륙 경로 생성 후 설계된 경로 추종 제어기를 이용하여 시뮬레이션을 수행하여 본 논문에서 제안한 기법의 타당성을 검증하였다.
목차
제1장 서론 1제1절 연구 배경 1제2절 연구 내용 5제2장 회전익 항공기 모델링 7제1절 좌표계 정의 및 비행 운동방정식 101. 좌표계 정의 102. 비행 운동방정식 11제2절 회전익 모델 구성 121. 로터 모델 122. 유입류 모델 143. 동체, 안정판 모델 14제3장 AEI 비상착륙 경로 계획 기법 15제1절 경로 계획 시나리오 17제2절 Entry, Flare 단계 경로 계획 211. Entry 단계 경로 생성 222. Flare 단계 경로 생성 27제3절 Steady-descent 경로 계획 321. RRT Algorithm 322. Bidirectional RRT Algorithm 35제4장 경로 추종 제어기 설계 41제1절 Lyapunov 안정성 이론[24] 41제2절 Backstepping Controller 431. System dynamics 432. Backstepping controller algorithm 44제3절 Incremental Backstepping Controller 461. Incremental dynamic system 462. Incremental backstepping controller algorithm 473. RPM Control design IBSC 494. Slack variable approach 52제4절 IBSC 설계 매개 변수 선택 기법 54제5장 경로 생성 및 시뮬레이션 결과 56제1절 경로 계획 결과 561. Entry 단계 경로 생성 결과 562. Flare 단계 경로 생성 결과 633. Steady-descent 단계 경로 생성 결과 714. 통합 경로 생성 결과 76제2절 경로 추종 제어 시뮬레이션 결과 88제6장 결론 105참고문헌 107부록 113[부록 A] 로터 모델 113[ 부록 B] 유입류 모델 122[부록 C] 동체, 안정판 모델 125[부록 D] 엔진, RPM 동역학 모델 127[부록 E] 동적 구속조건 검토 130[부록 F] 비선형 최적 제어 문제(Nonlinear Optimal Control Problem) 131ABSTRACT 138
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