소형 고정익 무인기 군집비행 기술 연구

명현삼(Hyunsam Myung),정준호(Junho Jeong),김도완(Dowan Kim),서난솔(Nansol Seo),김용빈(Yongbin Kim),이재문(Jaemoon Lee),임흥식(Heungsik Lim) 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.12

최근 드론 기술의 대중화와 함께 저비용의 소형 무인기를 다수 또는 군집으로 운용함으로써 상당한 군사적 효용성을 얻을 수 있음이 알려지면서, 군집무인체계의 전장 활용을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 국방과학연구소에서는 이와 관련한 주요기술로 군집제어, 군집통신, 군집정보, 군집협업 기술을 식별하였으며, 1단계로써 대상 무인체를 운용하는 데 필요한 군집제어와 군집통신 기술에 대한 연구를 수행하였다. 본 논문에서는 소형 고정익 무인기 기반의 군집무인기시스템을 설계 및 제작하고, 군집제어 및 군집통신 기술을 비행시험으로 검증한 과정을 소개한다. 최종 비행시험에서 무인기 19대가 군집비행을 수행함으로써 국내 최초로 군사적으로 활용도가 높은 고정익 무인기 약 20대 규모의 군집 비행시험에 성공하였다. Recently popularized drone technologies have revealed that low-cost small unmanned aerial vehicles(UAVs) can be a significant threat to prevailing power by operating in group or in swarms. Researchers in many countries have tried to utilize integrated swarm unmanned aerial system(SUAS) in the battlefield. Agency for Defense Development also identified four core technologies in developing SUAS: swarm control, swarm network, swarm information, and swarm collaboration, and the authors started researches on swarm control and network technologies in order to be able to operate vehicle platforms as the first stage. This paper introduces design and integration of SUAS consisting of small fixed-wing UAVs, swarm control and network algorithms, a ground control system, and a launcher, with which swarm control and network technologies have been verified by flight tests. 19 fixed-wing UAVs succeeded in swarm flight in the final flight test for the first time as a domestic research.

포텐셜 함수와 슬라이딩 모드 제어기법을 이용한 무인기 군집비행 제어기 설계

한기훈(Kihoon Han),김유단(Youdan Kim) 한국항공우주학회 2008 韓國航空宇宙學會誌 Vol.36 No.5

본 논문에서는 포텐셜 함수와 슬라이딩 모드 제어기법을 이용한 행동양식 기반의 분산 형 군집비행 제어구조를 제안하였다. 군집비행 행동양식을 위해 각 개체의 상호작용을 포텐셜 함수로 표현하였으며, 군집형태를 유지하며 기준궤적을 추종하기 위해 군집중심점 제어기법을 제안하였다. 시스템의 불확실성과 임무환경에 의한 포텐셜 함수 변화에 대해 강건한 성능을 유지하기 위해 슬라이딩 모드 제어기법을 적용하여 제어기를 구성하고 안정성을 평가하였다. 또한 예상하지 못한 장애물에 대한 군집 회피기동을 위해 비행경로 수정기법을 제시하였다. 수치 시뮬레이션을 통해 제안한 군집비행 제어기법의 성능을 평가하였다. This paper deals with a behavior based decentralized control strategy for UAV swarming utilizing the artificial potential functions and the sliding mode control technique. Individual interactions for swarming behavior are modeled using the artificial potential functions. The motion of individual UAV is directed toward the negative gradient of the combined potential. For tracking the reference trajectory of UAV swarming, a swarming center is considered as the object of control. The sliding-mode control technique is adopted to make the proposed swarm control strategy robust with respect to the system uncertainties and the varying mission environment. Numerical simulation is performed to verify the performance of the proposed controller.

가상 힘과 퍼지 제어기를 이용한 군집 로봇의 주행 제어

이덕용(Deog-Yong Lee) 산업기술교육훈련학회 2014 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.19 No.2

In this paper, we propose the navigation control algorithm of swarm robots for the cooperation behavior control. The proposed method is as follows: First, we propose the localization method of swarm robot using analysis of the mileage of the wheel position. Then, we plan the path of swarm robots using the A* algorithm. Also, we propose the navigation control algorithm of swarm robots using the virtual force and the fuzzy control. Finally, we show the effectiveness and feasibility of the proposed method through some simulations.

군집 로봇의 행동 제어 알고리즘

신상근(Sang Guen Shin) 산업기술교육훈련학회 2013 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.18 No.2

In this paper, we propose the control algorithm for surrounding an intruder by using the swarm robots when detecting an intruder in a surveillance environment. To do this, the proposed method is divided into three parts. First, we propose the algorithm for modeling the state of the swarm robots. Second, we propose an algorithm for surrounding an intruder using the swarm robots. Third, we propose the control method for the collision avoidance between the swarm robots. Finally, we show the effectiveness and feasibility of the proposed method through some experiments.

분산형 저류시설-하수관망 네트워크 시스템의 입자군집최적화 기반 모델 예측 제어

백현욱(Hyunwook Baek),류재나(Jaena Ryu),김태형(Tea-Hyoung Kim),오재일(Jeill Oh) 한국지능시스템학회 2012 한국지능시스템학회논문지 Vol.22 No.6

도심지역의 하수관거 시스템은 우수 수용능력 및 하수 월류 발생 등의 시스템의 한계점을 가지고 있어, 강우시 우수 유출수로 인한 침수저감과 더불어 도시비점오염원의 저감에 모두 대응할 수 있는 저류시설의 도입이 주목받고 시작하였다. 최근 환경부에서는 방재적 우수관리와 더불어 합류식 하수관거 월류수, 분류식 우수관거 유출수 처리를 포함하는 다기능 저류시설을 “하수저류시설”이라 통칭하고, 이의 도입을 적극 추진하고 있는 실정이다. 반면 대규모 단일 저류시설 설치의 경우에는 공간 확보의 문제가 발생할 수 있으며, 이에 대안으로는 중·소규모의 분산형 저류시설 설치 및 운영을 들 수 있다. 본 연구에서는 분산형 저류시설-하수관망 네트워크 시스템의 최적 운용을 위한 모델 예측 제어기법을 제안한다. 이를 위해 첫째로 네트워크 시스템의 각 구성 요소의 수리모델을 제시함으로써 보다 정밀한 하수관망 네트워크의 거동을 모사하고자 한다. 둘째로 제안된 모델을 기반으로 현재의 강우 유입량을 고려하여 각 저류조의 수위, 하수관로의 유입/유출량을 예측하여, 입자군집 최적화 알고리즘을 이용한 모델 예측 제어기법을 바탕으로 주어진 제약조건을 만족하며 상황을 바탕으로 제안된 제어기법의 사용여부에 따른 효과를 비교 분석하고, 이의 타당성을 검증하고자 한다. Urban sewer systems has a limitation of capacity of rainwater storage and problem of occurrence of untreated sewage, so adopting a storage facility for sewer flooding prevention and urban non-point pollution reduction has a big attention. The Korea Ministry of Environment has recently introduced a new concept of "multi-functional storage facility", which is crucial not only in preventive stormwater management but also in dealing with combined sewer overflow and sanitary sewer discharge, and also has been promoting its adoption. However, reserving a space for a single large-scale storage facility might be difficult especially in urban areas. Thus, decentralized construction of small- and midium-sized storage facilities and its operation have been introduced as an alternative way. In this paper, we propose a model predictive control scheme for an optimized operation of distributed storage facilities and sewer networks. To this aim, we first describe the mathematical model of each component of networks system which enables us to analyze its detailed dynamic behavior. Second, overflow locations and volumes will be predicted based on the developed network model with data on the external inflow occurred at specific locations of the network. MPC scheme based on the introduced particle swarm optimization technique then produces the optimized the gate setting for sewer network flow control, which minimizes sewer flooding and maximizes the potential storage capacity. Finally, the operational efficacy of the proposed control scheme is demonstrated by simulation study with virtual rainstorm event.

편대중심점을 이용한 편대비행 유도제어기 분석

이상종,김응태,장지은,현정욱,김성욱,김재은 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

유인기 및 무인기의 다양한 임무수행을 위해 편대비행과 군집비행에 대한 많은 연구가 수행되고 있으며, 향후 다양한 무인기에 적용될 전망이다. 본 논문에서는 편대비행 유도기법 중 가상의 편대 중심점을 도입한 Behavioral 기법을 대상으로 알고리즘을 구현하고 적용한 시뮬레이션 결과를 정리하였다. 이를 위해 비행체의 3자유도 질점 운동방정식을 정의하고, 편대비행을 위한 상대운동 방정식을 유도하였으며 Dynamic Inversion 제어기법을 적용한 유도제어기를 구현하였다. 대상 비행체에 대한 시뮬레이션 결과를 통해 대상 유도제어기의 성능과 단점을 파악하고 향후 개선을 위한 사항들을 정리하였다. Formation and Swarm flight research have been performed for various mission and would be used for real application. This paper summarizes results of the guidance control law for the formation flight concerning the proposed behavioral scheme. 3-DOF dynamic point-mass equations and relative position kinematic equations are defined for the formation flight and the dynamic inversion control approach are implemented to obtain the control inputs. Performance evaluation is conducted by using the simulation and its advantages and disadvantages are summarized.

다개체 로봇 편대 제어를 위한 이동 구간 입자 군집 최적화 알고리즘의 통계적 성능 분석

이승목 한국산업정보학회 2019 한국산업정보학회논문지 Vol.24 No.5

본 논문에서는 이동 구간 입자 군집 최적화 (Receding horizon particle swarm optimization; RHPSO) 알고리즘 기반 다개체 로봇 편대 제어 알고리즘의 통계적 성능 분석 결과를 제시한다. 다개체 로봇의 편대 제어 문제는 로봇 간 충돌 회피를 고려할 경우, 구속 조건이 있는 비선형 최적화 문제로 정의될 수 있다. 일반적으로 구속 조건이 있는 비선형 최적화 문제는 최적해를 찾는데 많은 시간이 걸리는 문제점이 있다. 이동 구간 입자 군집 최적화 알고리즘은 로봇 편대 제어의 최적화 문제에 대한 준최적해를 빠르게 찾기 위해 제안된 알고리즘이다. 이동 구간 입자 군집 최적화 알고리즘은 알고리즘에 사용되는 후보해의 개수와 세대 수가 증가함에 따라 계산 복잡도가 증가한다. 따라서 최소의 후보해와 세대 수만으로 실시간 제어에 사용될 수 있는 준최적해를 찾는 것이 중요하다. 본 논문에서는 이동 구간 입자 군집 최적화 알고리즘의 후보해의 수와 세대 수에 따른 제어 오차를 비교하였다. 다양한 조건의 시뮬레이션 실험을 통해서 통계적으로 결과를 분석하고, 허용 가능한 편대 오차 범위 내에서 이동 구간 입자 군집 최적화 알고리즘의 최소 후보해의 수와 세대 수를 도출한다.

입력 포화를 가지는 불확실한 전기 구동 로봇 시스템에 대해 PSO를 이용한 RBFNN 기반 분산 적응 추종 제어

신진호,한대현 한국융합신호처리학회 2018 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.19 No.2

This paper proposes a RBFNN(Radial Basis Function Neural Network) based decentralized adaptive tracking control scheme using PSO(Particle Swarm Optimization) for an uncertain electrically driven robot system with input saturation. Practically, the magnitudes of input voltage and current signals are limited due to the saturation of actuators in robot systems. The proposed controller overcomes this input saturation and does not require any robot link and actuator model parameters. The fitness function used in the presented PSO scheme is expressed as a multi-objective function including the magnitudes of voltages and currents as well as the tracking errors. Using a PSO scheme, the control gains and the number of the RBFs are tuned automatically and thus the performance of the control system is improved. The stability of the total control system is guaranteed by the Lyapunov stability analysis. The validity and robustness of the proposed control scheme are verified through simulation results. 본 논문은 입력 포화를 가지는 불확실한 전기 구동 로봇 시스템에 대해 입자 군집 최적화(PSO)를 이용한 방사형 기저 함수 신경망(RBFNN) 기반 분산 적응 추종 제어 기법을 제안한다. 실제적으로 로봇 시스템에서는 구동기의 포화로 인해 입력 전압과 전류 신호 크기가 제한된다. 제안된 제어기는 이러한 입력 포화를 극복하며, 어떠한 로봇 링크 및 구동기의 모델 파라미터들을 요구하지 않는다. 제시된 PSO 기법에서 쓰인 적합도 함수는 추종 오차만이 아니라 전압과 전류의 크기를 포함하는 다중 목적 함수로 표현된다. PSO 기법을 이용하여 제어 이득과 방사형 기저 함수의 개수가 자동으로 조정되어 제어 시스템의 성능이 개선된다. 리아푸노프 안정도 해석에 의해 전체 제어 시스템의 안정도가 보장된다. 제안된 제어 기법의 타당성과 강인성이 시뮬레이션 결과를 통해 검증된다.

소형무인기 군집비행을 위한 분산형 제어 알고리즘 연구

임승한(Seunghan Lim),명현삼(Hyunsam Myung),이호근(Ho-Geun Lee),이광현(Kwang-Hyun Lee),임흥식(Heung-Sik Lim) 한국항공우주학회 2018 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2018 No.11

분산형 군집비행 알고리즘 검증을 위한 시뮬레이터 개발

오승조(Seungjo Oh),이호근(Ho-Geun Lee),임승한(Seunghan Lim),명현삼(Hyunsam Myung),임흥식(Heung-Sik Lim) 한국항공우주학회 2019 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2019 No.11