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재귀 최소 자승법을 이용하는 적분 슬라이딩 모드 및 MIT 규칙 기반 DC 모터의 적응형 속도 제어 알고리즘
김학주(Hakjoo Kim),오광석(Kwangseok Oh) 한국자동차공학회 2021 한국 자동차공학회논문집 Vol.29 No.8
This paper presents an integral sliding mode approach for adaptive velocity control algorithm of DC motors using recursive least squares with the MIT rule. For adaptive controller design, a mathematical model of a DC motor system was derived, along with an error dynamic model using velocity error state and the derived mathematical model. Parameters of the error dynamic model were estimated using the recursive least squares with multiple forgetting factors. To reflect the advantages of sliding mode control, the integral sliding surface was designed. The Lyapunov function was designed to prove stability and derive control input. The integral gain in sliding surface was adjusted by the MIT rule with sensitivity estimation to minimize steady state control error. DC motor velocity control scenarios were applied in Matlab/Simulink and actual test platform to evaluate the performance the proposed controller. The results showed a reasonable performance of the proposed control algorithm.
자율주행 자동차의 가상 예견 지점을 이용하는 스키드 조향 기반 차선 변경을 위한 휠 속도 제어 알고리즘 개발
김학주(Hakjoo Kim),오세찬(Sechan Oh),오광석(Kwangseok Oh) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
자율주행 자동차는 사용자의 편리와 안전을 위해 완전 자율주행 (Level 5)을 목표로 지속적인 연구가 진행되고 있다. 자율주행 자동차는 환경 센서인 카메라 및 레이더 그리고 라이다를 기반으로 설계된 주행 경로와 차량의 횡방향 위치 및 각도 오차를 이용하여 횡방향 제어가 수행된다. 횡방향 제어 기반 자율주행 자동차의 안정성을 확보하기 위해 차선 유지 보조 시스템인 LKAS(Lane Keeping Assistance System)와 차선 변경 시스템인 LCS(Lane Change System) 등 다양한 연구들이 진행되었다. Jianjun Hu<sup>1)</sup>등은 모델 예측 제어기 기반 자율주행 자동차의 차선 감지 및 경로 추종 제어의 정확성과 안정성을 확보하였다. Wonbin NA<sup>2)</sup> 등은 차선 변경 시스템을 위한 충돌 위험 지표인 TTC(Time To collision)를 고려한 최적 제어전략을 제안하였다. 본 연구에서는 스키드 조향(Skid steer) 기반 자율주행 자동차의 차선 변경을 위한 가상 예견 지점을 이용하는 3차 함수 기반 경로생성 알고리즘 및 목표 휠 속도 도출 알고리즘을 제안한다. 카메라 또는 GPS를 이용해 자 차량과 목표 경로와의 상대 위치를 획득할 수 있다고 가정하였고, 획득된 위치 정보와 요 각도를 이용하여 차선 변경을 위한 3차 다항식 기반 주행 경로를 설계하였다. 설계된 주행 경로를 기반으로 차량의 질량 중심 기준 순간 회전 중심의 반경을 도출하였고 스키드 조향 기반 차선 변경을 구현하기 위해 기하학적 해석을 이용하여 각 휠의 요구 속도를 도출하였다. 도출된 각 휠의 요구 속도를 기반으로 PID 제어기를 이용해 차선 변경을 위한 휠 속도 제어가 수행되었다. 개발된 알고리즘은 CarMaker와 Matlab/Simulink 환경을 연동하여 성능평가가 수행되었다. 향후 제어 성능 고도화를 위한 적응형 휠 속도 제어 기법 개발 및 다양한 주행 조건에서의 고장 허용 차선 변경 알고리즘 개발을 계획하고 있다.
자율주행 자동차의 스키드 조향 방법 기반 차선 변경을 위한 적응형 망각 인자를 이용하는 슬라이딩 모드 휠 속도 제어 알고리즘
김학주(Hakjoo Kim),오광석(Kwangseok Oh) 한국자동차공학회 2022 한국 자동차공학회논문집 Vol.30 No.10
This paper proposes sliding mode velocity control using adaptive forgetting factor for lane change based on the skid-steer of an autonomous vehicle. The driving path was designed by using the 3rd polynomial function with virtual preview point and vehicle relative position. For the skid steer method-based lane change, the desired wheel velocity was computed by kinematic analysis. The error dynamics was designed based on wheel dynamics to come up with an adaptive controller. The time-varying parameters that contain uncertainties in error dynamics were estimated using recursive least squares with adaptive forgetting factor. Using the gradient descent method, the forgetting factor was adjusted with upper and lower limitation values. The control input that satisfies the Lyapunov stability condition was derived using the error dynamics. The proposed control algorithm was constructed in Matlab/Simulink with CarMaker. The lane change scenario was applied to verify the reasonable performance of the proposed control algorithm.
바이오메탄 분해 수소생산을 위한 태양열이용 반응기 개발 및 실험
김하늘(Haneol Kim),이상남(Sangnam Lee),김학주(Hakjoo Kim),김종규(Jongkyu Kim) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7
본 연구에서는 태양열을 이용하여 바이오 가스 내의 메탄을 수소와 카본 블랙으로 분해하기 위해 단계적으로 반응기를 개발하고 실험을 수행하였다. 초기 쿼츠가 장착된 직접가열식 반응기를 개발하였으나 카본 침착에 따른 쿼츠 파손이 발생하였다. 이에 단계적 개선을 통해 최종적으로 컴팩트 캐비티가 적용된 원통형의 간접가열식 반응기를 개발하였다. 메탄 분해 시 반응 온도 및 활성화 에너지를 낮추기 위해 두께 9.5 mm인 NiCrAl 메달 폼 지지체에 바인더를 통해 카본 파우더가 코팅된 촉매를 사용하였다. 집광된 태양열을 반응기에 공급하기 위해 헬리오스타트, 블라인드, 접시형 집광기로 구성된 한국에너지기술연구원의 40 kWth 태양로를 사용하였다. 반응기를 이용한 실험을 통해 메탄 유량이 20L/min, 40 L/min일 때 각각 평균 96.7%, 89.0%의 메탄-수소 전환율을 달성하였다.