센서 오차를 고려한 기뢰제거용 무인잠수정의 유도방법

변승우,김동희,임종빈,한종훈,박도현,Byun, Seung-Woo,Kim, Donghee,Im, Jong-Bin,Han, Jong-Hoon,Park, Do-Hyun 대한임베디드공학회 2017 대한임베디드공학회논문지 Vol.12 No.5

This paper introduces mathematical modelling and control algorithm of expendable mine disposal vehicle. This vehicle has two longitudinal thrusters, one vertical thruster and internal mass moving system which can control pitch rate. Also, the vehicle has an optical camera and forward looking sonar for underwater mine detection and classification. The vehicle is controlled via an optical cable connected with operating console on the mother ship. We describe the vehicle's 6DOF dynamic model and controller which can track the desired trajectory for the way-point tracking. These simulation results shows guidance and maneuvering performance which has other sensor data or not.

SAICAS를 이용한 리튬이차전지용 복합전극 결착특성 분석

변승우,노영준,진다희,유명현,이용민,Byun, Seoungwoo,Roh, Youngjoon,Jin, Dahee,Ryou, Myung-Hyun,Lee, Yong Min 한국전기화학회 2018 한국전기화학회지 Vol.21 No.2

복합전극의 결착특성은 리튬이차전지의 장기신뢰성 확보와 고에너지밀도 구현을 위한 중요한 물성임에도 불구하고, 측정 기술의 한계로 관련 연구가 제한적이었다. 하지만, $1{\sim}1000{\mu}m$ 두께의 코팅층을 절삭 및 박리하면서 결착특성을 측정할 수 있는 SAICAS(Surface And Interfacial Cutting Analysis System)란 장비의 출현으로 전극 결착특성 연구가 활발해지고 있다. 따라서, 본 총설에서는 SAICAS를 이용한 복합전극의 결착특성 분석 원리 및 측정 방법뿐만 아니라, Peel Test와 같은 기존 결착특성 분석 방법과 비교함으로써 SAICAS를 이용한 분석 방법의 신뢰성 검증 결과를 제시한다. 또한, 전극 설계의 최적화, 신규 바인더 도출 연구, 복합전극 내 바인더 분포 등의 연구에서 SAICAS가 적용된 사례를 소개한다. 이를 통해 SAICAS를 이용한 분석 방법이 리튬이차전지용 복합전극의 결착특성 분석에 용이하게 적용될 수 있음을 제안한다. Although the adhesion properties of composite electrodes are important for securing long-term reliability and realizing high energy density of lithium secondary batteries, related research has not been carried out extensively due to the limitation of measurement technology. However, surface and interfacial cutting analysis system(SAICAS), which can measure the adhesion properties while cutting and peeling a coating layer of $1{\sim}1000{\mu}m$ thickness, has been developed and applied for analyzing the adhesion properties of composite electrodes for lithium secondary batteries. Thus, this review presents not only the principle and measurement method of SAICAS but also comparison results between SAICAS and conventional peel test. In addition, application examples of SAICAS are introduced in the study of electrode design optimization, new binder derivation study, and binder distribution in composite electrode. This suggests that SAICAS is an analytical method that can be easily applied to investigate the adhesion properties of composite electrodes for lithium secondary batteries.

만타형상 무인잠수정의 운동성능 해석 및 제어기 설계를 위한 비선형 수학모델 개발

변승우(Byun, Seung-Woo),김준영(Kim, Jun-Young) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.1

본 논문에서는 만타형상 무인잠수정(Manta-type unmanned underwater test vehicle)의 운동성능과 제어기설계 에 대한 성능을 해석하기 위한 수학모델을 정립하여 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 6자유도 운동방정식을 이용 하여 Matlab/Simulink로 시뮬레이션 프로그램을 구성하였다. 개발된 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 만타형상 무인잠 수정의 동역학적 운동성능을 해석하였으며, 무인잠수정의 제어성능을 해석하기 위하여 PID(비례-미분-적분)제어기와 슬라이딩모드(Sliding mode)제어기를 설계하여 만타형상 무인잠수정의 제어성능을 해석하였다. 설계된 제어기는 무인 잠수정의 수심제어(Depth control)와 방향제어(Heading control)에 사용되었다. 설계된 제어기의 성능을 확인하기 위하 여 미해군 대학원의 AUV II와 비교하였다. 설계된 수심제어기와 방향제어기를 이용하여 만타형 무인잠수정의 설계 목표에 부합하는 항해제어 시뮬레이션을 실시하였다. This paper describes the mathematical model and controller design for Manta-type Unmanned Underwater Test Vehicle (MUUTV) with 6 DOF nonlinear dynamic equations. The mathematical model contains hydrodynamic forces and moments expressed in terms of a set of hydrodynamic coefficients which were obtained through the PMM (Planar Motion Mechanism) test. Based on the 6 DOF dynamic equations, numerical simulations have been performed to analyze the dynamic performances of the MUUTV. In addition, using the mathematical model PID and sliding mode controller are constructed for the diving and steering maneuver. Simulation results show that the control performances of the MUUTV and compared with these of NPS (Naval Postgraduate School) AUV II.

HILS를 이용한 무인잠수정의 시스템 통합 시뮬레이터 구축

변승우(Seung-Woo Byun),최병웅(Byung-Woong Choi),박도현(Do-Hyun Park),김호성(Ho-Sung Kim),송영내(Young-Nae Song),홍영기(Young-Ki Hong) 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.6

This paper describe an HILS(Hardware In the Loop Simulation) based experimental study for UUV's trajectory following algorithm and control law. The development of a reliable sampling and testing platform for these vehicles requires a thorough system design and many costly at-sea trials during which systems specifications can be validated. Modeling and simulation provide a cost-effective measure to carry out preliminary component, system, and mission testing and verification, thereby reducing the number of potential failures in at-sea trials. An accurate simulation environment can help engineers to find hidden errors in the UUV embedded software and gain insights into the UUV operation and dynamics. To operate HILS, we have to determine a operation scenario first that assign way-point and obstacle number on the scenario generator. The generated sensor data goes into the vehicle's operating system that make operate thruster, rudder and elevator. Finally, all sensor data and vehicle's attitude and 3D trajectory are displayed on HILS system.

수중탐사용 호버링 무인잠수정 NOAH의 테스트베드 개발

변승우(Byun, Seung-Woo),김준영(Kim, Jun-Young) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.2

논문은 호버링 무인잠수정 ‘NOAH’의 설계과정을 언급하였고 그 성능을 확인하기 위한 수학모델을 정립 하고 실험을 실시하였다. 시뮬레이션과 수조실험을 통해 성능을 검증하였으며, 무인잠수정 NOAH의 설계목표인 자세 및 위치제어를 위한 기본실험을 실시하였다. 설계된 무인잠수정은 일반적인 ROV형태의 외형을 갖고 있으며, 이러한 외형은 NOAH의 제작목적에 따라 다양한 장비를 설치하여 실험하기가 용이하며 크기는 0.75m×0.5m×0.5m이다. 추진 을 위한 450watt의 용량을 갖는 4개의 추진기가 주행방향, 횡방향, 수직방향으로 설치되어져 있고 수심을 측정하기 위한 압력센서와 방향각을 측정하기 위한 자력컴파스가 설치되었다. 잠수정의 주행을 제어하기 위해 펜티엄 III의 소 형 온보드 컴퓨터에 운영체제는 윈도우 XP를 탑재하였다. 제작된 호버링 무인잠수정 NOAH는 다양한 환경에서 여러 가지 제어알고리즘을 적용하여 성능을 개선하고 실험을 하기 위한 테스트베드로 운영된다. This paper describes the design and performance of a hovering AUV 'NOAH' constructed at Jeju National University. We analyse the dynamic performance of NOAH using simulation program and carry out depth control test at small basin. The main purpose of NOAH is to carry out fundamental tests on its attitude control and position control. Its configuration is similar to general ROV appearance for underwater works and dimension is 0.75m×0.5m×0.5m. It has 4 thrusters of 450watt for longitudinal/lateral/vertical propulsion and is equipped with a pressure sensor for measuring water depth and a magnetic compass for measuring heading angle. The navigation of the vehicle is controlled by an on-board Pentium III-class computer, which runs with the help of the Windows XP operating system. These give us an ideal environment for developing various algorithm which are needed for developing and advanced hovering AUV.

만타형 무인잠수정의 제어기 설계 및 운동성능 해석을 위한 시뮬레이션 프로그램 개발

변승우(Byun, Seung-Woo),김준영(Kim, Joon-Young),손경호(Sohn, Kyoung-Ho),이승건(Lee, Seung-Keon) 한국산학기술학회 2009 한국산학기술학회 학술대회 Vol.- No.-

본 논문에서는 만타형상의 무인잠수정의 운동성능과 제어기설계에 대한 성능을 확인하기위한 수학모델을 정립하여 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 본 논문에 사용된 수학모델은 6자유도 운동방정식을 이용하여 Matlab / Simulink를 이용하여 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 개발된 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 만타형상무인잠수정(Manta-type unmanned underwater test vehicle)의 동역학적 운동성능을 해석하였으며, 무인잠수정의 제어성능을 해석하기 위하여 PID(비례-미분-적분)제어기와 슬라이딩모드(Sliding mode)제어기를 설계하여 만타형상무인잠수정의 제어 성능을 해석하였다. 설계된 제어기는 무인잠수정의 수심제어와 방향각제어에 사용되었다. 설계된 제어기의 성능을 확인하기 위하여 미국 해군대학원(Naval Postgraduate School)의 AUV II와 비교하였다. 설계된 수심제어와 방향각제어기를 이용하여 만타형무인잠수정의 설계 목표에 부합하는 항해제어시뮬레이션을 실시하였다.

소형 자율무인잠수정 “BOTO”의 개발 및 실험

변승우(Seung-Woo Byun) 대한전자공학회 2012 전자공학회논문지 Vol.49 No.11

바인더 함량에 따른 Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)O₂ 전극의 접착력 및 전기화학 성능에 관한 연구

노영준,변승우,유명현,이용민,Roh, Youngjoon,Byun, Seoungwoo,Ryou, Myung-Hyun,Lee, Yong Min 한국전기화학회 2018 한국전기화학회지 Vol.21 No.3

동일 전극 로딩 조건(${\sim}15mg\;cm^{-2}$)에서 면적당 용량($mAh\;cm^{-2}$)을 극대화하기 위해, 고분자 바인더의 함량을 4, 2, 1 wt%로 줄인 $LiNi_{0.5}Co_{0.2}Mn_{0.3}O_2$ 전극을 제조하였다. 바인더 함량이 1 wt%로 낮춘 경우, 압연 후 펀칭 과정에서 전극 코팅층이 부분적으로 박리되는 문제가 발생하여 추가 분석은 진행되지 않았다. 전극 내 바인더 함량을 4 wt%에서 2 wt%로 줄이면, 계면 접착력은 0.4846에서 $0.2627kN\;m^{-1}$로 약 46% 감소하고, 전극 코팅층의 강도도 3.847에서 2.013 MPa로 약 48%가 떨어졌다. 그러나, 두 전극을 리튬 전극과 반쪽 전지로 구성하여 전기화학적 특성을 살펴보면, 초기 방전 용량과 충방전 효율은 유사하였다. 하지만, 단기 수명 평가에서 2 wt% 바인더 전극은 수명 특성이 떨어질 뿐만 아니라, 전지를 분해하는 과정에서 전극 코팅층이 집전체에서 박리되는 현상이 관찰되었다. 반면, 4 wt% 바인더 전극은 높은 전극 로딩조건에서도 전극 코팅층과 집전체 계면이 잘 유지되고 있음이 확인되었다. To maximize the areal capacity($mAh\;cm^{-2}$) of $LiNi_{0.5}Co_{0.2}Mn_{0.3}O_2$(NCM523) electrode with the same loading level of $15mg\;cm^{-2}$, three NCM523 electrodes with 4, 2, and 1 wt% poly(vinylidene fluoride)(PVdF) binder content are fabricated. Due to the delamination issue of electrode composite at the edge during punching process, the 1 wt% electrode is excluded for further evaluation. When the PVdF binder content decreases from 4 to 2 wt%, both adhesion strength and shear stress decrease from 0.4846 to $0.2627kN\;m^{-1}$ by -46% and from 3.847 to 2.013 MPa by -48%, respectively. Regardless of these substantial decline of mechanical properties, their initial electrochemical properties such as initial coulombic efficiency and voltage profile are almost the same. However, owing to high loading level, the 2 wt% electrode not only exhibits worse cycle performance than the 4 wt% electrode, but also cannot maintain its mechanical integrity only after 80 cycles. Therefore, if the binder content is reduced to increase the area capacity, the mechanical properties as well as the cycle performance must be carefully evaluated.

펄스 측정법에 기반한 리튬이차전지 출력 측정에 관한 전산 모사

박주남,변승우,한세경,최진혁,유명현,이용민,Park, Joonam,Byun, Seoungwoo,Appiah, Williams Agyei,Han, Sekyung,Choi, Jin Hyeok,Ryou, Myung-Hyun,Lee, Yong Min 한국전력공사 2015 KEPCO Journal on electric power and energy Vol.1 No.1

시간대별 효율적인 전력 운영과 전력품질 향상을 위해 ESS (Energy Storage System)의 보급이 세계적으로 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 ESS용 전원소자로 리튬이차전지의 채용이 급격히 늘어남에 따라, 리튬이차전지의 수명 및 출력 열화 거동을 측정 및 예측하는 기술이 시급히 요구되고 있다. 특히, ESS 운영에 있어 핵심 특성인 리튬이차 전지 출력은 측정이 어려울 뿐만 아니라, 정확한 측정을 위해서는 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 ESS용 리튬이차전지 단전지를 전산 모델링 한 후, 펄스 측정법을 적용하여 충전상태에 따른 방전 및 충전시의 직류저항(DC-IR)과 출력을 예측한다. 또한, 두 가지 펄스 측정법인 HPPC (Hybrid Pulse Power Characteristics)와 J-Pulse (JEVS D 713, Japan Electric Vehicle Association Standards)의 결과를 비교 분석한다. Energy storage systems (ESSs) have been utilized widely in the world to optimize the power operation system and to improve the power quality. As lithium secondary batteries are the main power supplier for ESSs, it is very important to predict its cycle and power degradation behavior. In particular, the power, one of the hardest electrochemical properties to measure, needs lots of resources such as time and facilities. Due to these difficulties, computer modelling of lithium secondary batteries is applied to predict the DC-IR and power value during charging and discharging as a function of state of charge (SOC) by using pulse-based measurement methods. Moreover, based on the hybrid pulse power characteristics (HPPC) and J-Pulse (JEVS D 713, Japan Electric Vehicle Association Standards) methods, their electrochemical properties are also compared and discussed.

SBL방식을 이용한 무인잠수정의 수중초음파 위치측정시스템 개발

유선철(Yu, Son-Cheol),변승우(Byun, Seung-Woo),김준영(Kim, Jun-Young) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.3

본 논문에서는 수중에서 이동하는 무인잠수정의 위치를 측정하는 방법 중의 하나인 단기선 방식(SBL)에 의 한 무인잠수정(ROV)의 위치측정 실험을 하이드로폰(Hydrophone)과 DAQ(Data Aquisition) 시스템을 이용하여 수조에 서 수행하였다. 실험을 위해서 4개의 하이드로폰 센서를 3×3×1.7m의 크기의 수조 벽면에 고정하여 수신 장치로 사용 하고, 1개의 하이드로폰 센서는 무인잠수정에 장착하여 송신장치(Pinger)로 사용하였다. 무인잠수정 및 수조 벽에 고 정된 센서들이 신호를 송수신함으로써 상호간의 위치추적이 가능하게 하는 실험을 수행하였다. 측정된 신호는 DAQ 시스템을 이용하여 데이터를 취득하였고, LabView 프로그램을 이용하여 실시간으로 무인잠수정의 위치를 계산하여 출력하였다. 위치추정에 사용된 알고리즘은 삼각측량법을 사용하였으며, X, Y방향에 대해서는 비교적 오차가 적은 추 정 결과를 나타내었으나 Z방향에 대하여서는 상대적으로 큰 오차를 보여 위치제어용 데이터로 사용할 수 가 없었다. 이에 대한 해결방법으로 무인잠수정에 장착된 수심측정 센서를 이용하여 보완할 수 있을 것으로 본다. 설계된 위치측 정 시스템은 추후 실해역 실험을 거쳐 성능시험을 수행하고자 한다. In this paper we executed a SBL(Short Baseline) underwater acoustic positioning system that is a kind of underwater position estimation system to estimates the 3-dimensional position of ROV(Remotely Operated Vehicle) using hydrophones and DAQ(Data Acquisition) system in the basin which dimensions are 3x3x1.7(m). For this experiment, we let 4 hydrophones in different positions of the basin for receiver and 1 hydrophone is fixed on the underwater vehicle for transmitting sensor(pinger). These five hydrophones are communicated with each other to find the 3-D positions of the moving ROV in the basin. The measured signals are collected by DAQ system and the positions of the ROV are plotted by LabView program in real-time. To estimate the position of the ROV we used a trigonometric method. In X and Y plane the estimated data has a small errors but in Z plane the estimated data has large errors so we cannot use this data for position control. One solution of this problem is using depth sensor that implemented of the underwater vehicle. Hereafter, we will test in the ocean using designed SBL system.