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풍력발전시스템 개별피치제어설계 및 피로해석에 관한 연구
전경언(Gyeong Eon Jeon),노태수(Tae Soo No),김국선(Guk Sun Kim) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.1
로터에 작용하는 불균형한 반복 하중은 풍력발전기에 구조적 하중을 발생시키고 이러한 하중이 구조물에 지속적으로 누적되면 피로 파괴와 수명 단축을 발생시킨다. Individual pitch control(IPC)는 이러한 구조적 하중을 저감시키고 풍력발전기의 작동 수명 연장에 효과가 있는 제어 방법이다. 본 연구에서는 Decentralized LQR(DLQR)과 Disturbance accommodating control(DAC)를 이용한 IPC 설계를 제시한다. DLQR은 로터 회전속도 제어를 위해 사용하였고 DAC는 블레이드에 외란으로 작용하는 바람(난류) 효과를 상쇄하도록 구성하였다. 제시된 IPC제어기의 구조적 하중 저감 효과는 Gain-scheduled PI로 설계된 Collective pitch control(CPC)과 비교하여 확인하였다. 또한, IPC의 구조물 하중 저감 효과를 확인하기 위해 피로 누적에 의한 손상정도를 나타내는 피로등가하중(DEL)을 이용하였다. Structural loading on a wind turbine is due to cyclic loads acting on the blades under turbulence and periodic wind field. The structural loading generates fatigue damage and fatigue failure of the wind turbine. The individual pitch control(IPC) is an efficient control method for reducing structural loading. In this paper, we present an IPC design method using Decentralized LQR(DLQR) and Disturbance accommodating control(DAC). DLQR is used for regulating rotor speed and DAC is used for canceling out disturbances. The performance of the proposed IPC is compared with CPC, which was designed with a gain-scheduled PI controller. We confirm the effect of fatigue load reduction with the use of damage equivalent load(DEL).
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다비행체 편대비행을 위한 유도법칙 및 시뮬레이션에 관한 연구
노태수(Tae Soo No),전경언(Gyeong Eon Jeon) 한국항공우주학회 2008 韓國航空宇宙學會誌 Vol.36 No.9
본 논문에서는 다수 비행체의 편대 비행 시 상호 기하학적 관계 유지에 필요한 유도 법칙과 비선형 시뮬레이션 결과를 제시하였다. 편대 내의 각 비행체는 편대 Leader를 제외하고 모두 Leader와 Follower의 역할을 동시에 맡으며, Leader에 의한 명령은 모든 Follower 에게 분배되고 따라서 편대를 이루는 모든 비행체들의 동시기동비행(Synchronized Flight)을 가능하게 한다. 편대 비행 유도 법칙은 가까운 미래 시각에 예상되는 기하학적 오차 그리고 Lyapunov 안정성 이론에 근거하여 도출하였고, 정찰과 감시 임무 예제에 관한 고정밀 비선형 시뮬레이션 결과를 통하여 제안된 유도 법칙의 성능을 검증하였다. A guidance scheme for controlling the relative geometry of multiple flight vehicle formation flying is proposed. Each flight vehicle in the formation takes the roles of leader and follower simultaneously except for the formation leader. In this scheme, the flight commands for a leader are shared by all the followers and this leaders to a synchronized flight of all flight vehicles comprising the formation. Lyapunov stability theorem is used to obtain the guidance law. High fidelity nonlinear simulation results are presented to show the effectiveness of the proposed guidance law using a reconnaissance and surveillance mission example.
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순간 및 연속 추력을 이용한 지구-달 최적 전이궤도 설계에 관한 연구
노태수(Tae Soo No),전경언(Gyeong Eon Jeon) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.7
본 논문에서는 지구-달 천이를 위한 최적 궤도 설계에 관한 연구를 수행하였다. 지구와 달의 인력을 동시에 고려한 평면상 제한 3체 궤도 운동 모델을 바탕으로 지구 출발시에는 순간 추력을, 지구-달 천이 과정 및 달 임무궤도 투입시에는 연속 추력을 사용하는 혼합형 궤도전이 방법을 제시하였다. 최적화 풀이 방법으로서 Direct Transcription 및 Collocation을 이용한 비선형 프로그래밍 기법을 적용하였으며, 지구 출발 및 달 임무궤도 투입 궤적의 형상은 순간 추력의 연속 추력에 대한 상대 가중치 및 비행시간에 의하여 매우 달라질 수 있음을 파악하였다. Based on the planar restricted three body problem formulation, optimized trajectories for the Earth-Moon transfer are obtained. Mixed impulsive and continuous thrust are assumed to be used, respectively, during the Earth departure and Earth-Moon transfer/Moon capture phases. The continuous, dynamic trajectory optimization problem is reformulated in the form of discrete optimization problem by using the method of direct transcription and collocation, and then is solved using the nonlinear programming software. Representative results show that the shape of optimized trajectory near the Earth departure and the Moon capture phases is dependent upon the relative weight between the impulsive and the continuous thrust.
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리아프노프 함수를 이용한 풍력 발전기 비선형 피치 및 토크 제어기 설계
김국선(Guk Sun Kim),노태수(Tae Soo No),전경언(Gyeong-Eon Jeon),김지언(Ji-yon Kim) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.10
본 논문에서는 풍력발전기의 회전속도와 출력을 제어하기 위한 블레이드 피치 제어기 및 발전기 토크 제어 기법을 제시하고 비선형 시뮬레이션을 통하여 그 성능을 확인하였다. 회전속도 오차 및 출력 오차를 이용한 양한정 함수를 정의하고 리아프노프 안정성 이론을 적용하여 정적 피치 제어기와 동적 토크 제어기를 설계하고, 제어기 설계 모델과 실제 적용 모델간의 차이를 보상할 수 있도록 시뮬레이션 기반 최적화를 이용하여 설계 인자 값을 결정하였다. 풍력발전기 제어기 설계에 가장 많이 사용되는 동력 전달계 모델을 기반으로 제어기 설계 절차를 예시하였고, 대표적으로 사용되는 비례-적분-미분 제어 및 최대 출력점 추종 토크 제어기와 성능 비교를 통하여 제안된 제어 설계 기법의 타당성을 검증하였다. In this study, a method for designing blade pitch and generator torque controllers for a wind turbine generator is presented. This method consists of two steps. First, the Lyapunov stability theory is used to obtain nonlinear control laws that can regulate the rotor speed and the power output at all operating ranges. The blade pitch controller is chosen such that it always decreases a positive definite function that represents the error in rotor speed control. Similarly, the generator torque controller always decreases a positive definite function that reflects the error in power output control. Then, the simulation-based optimization technique is used to tune the design parameters. The controller design procedure and simulation results are presented using the widely adopted two-mass model of the wind turbine.
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혼합 추력 방식의 지구-달 최적 전이궤적 설계인자에 따른 비교연구
이대로(Daero Lee),노태수(Tae Soo No),이지만(Ji Marn Lee),전경언(Gyeong Eon Jeon) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.11
본 논문은 혼합 추력 방식의 지구-달 최적 전이궤적의 설계를 위하여 설계인자에 따른 비교연구를 수행하였다. 지구 및 달의 인력을 동시에 고려하는 평면상 원형 제한 3체 궤도 운동 모델을 바탕으로 지구 출발시에는 순간 추력을, 지구-달 천이 과정 및 달 임무궤도 투입시에는 연속 추력을 사용하는 혼합형 궤적전이 방법을 적용하였다. 설계 인자로 설정된 추력 가중치와 비행시간의 다양한 조합에 따라 지구 출발시 Direct Departure 및 Spiral Departure Trajectory, 달 도착시 무추력 투입(Ballistic Capture)이 가능한 전이궤적를 설계하였고, 각 궤적에 필요한 순간 및 연속 추력 요구량을 상세히 제시하였다. This paper presents the results of a parametric study for the design of optimal Earth-Moon transfer trajectory using mixed impulsive and continuous thrust. Various types of the optimal Earth-Moon transfer trajectories were designed by adjusting the relative weight between the impulsive and the continuous thrust, and flight time. Two very different transfer trajectories can be obtained by different combination of design parameters. Furthermore, it was found that all thus designed trajectories permit the ballistic capture by the Moon gravity. Finally, the required thrust profiles are presented and analyzed in detail.
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