신경회로망과 유전알고리즘에 기초한 이동로봇의 제어 이득 최적화

최영규,박진현,Choi, Young-kiu,Park, Jin-hyun 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.4

이동로봇을 원하는 위치로 최단시간 안에 이동시키기 위해 최적제어문제를 풀어야 하지만 비선형시스템이므로 해석적 접근이 매우 어렵다. 본 논문에서 유전알고리즘을 사용하여 이동로봇의 최적제어이득을 구한다. 로봇 방정식이 비선형식이므로 초기치에 따라 최적제어이득은 다르게 결정된다. 따라서 초기치 범위를 적절한 개수의 격자점으로 이산화시킨 뒤 해당 격자점에서 유전알고리즘으로 최적제어이득을 구한다. 일반적인 초기치에 대한 제어이득은 신경회로망으로 구하며 해당 격자점의 초기치와 그에 대한 최적제어이득을 신경회로망 학습데이터로 사용하고 학습시킨다. 이산화된 격자점이 아닌 다른 초기치에 대한 제어이득은 신경회로망으로부터 구한다. 마지막으로 본 논문의 제어방법의 유용성을 시뮬레이션 연구로 확인하고자 한다. In order to move mobile robots to desired locations in a minimum time, optimal control problems have to be solved; however, their analytic solutions are almost impossible to obtain due to robot nonlinear equations. This paper presents a method to get optimal control gains of mobile robots using genetic algorithms. Since the optimal control gains of mobile robots depend on the initial conditions, the initial condition range is discretized to form some grid points, and genetic algorithms are applied to provide the optimal control gains for the corresponding grid points. The optimal control gains for general initial conditions may be obtained by use of neural networks. So the optimal control gains and the corresponding grid points are used to train neural networks. The trained neural networks can supply pseudo-optimal control gains. Finally simulation studies have been conducted to verify the effectiveness of the method presented in this paper.

Parameter Optimization of Controllers for Forward Converters Using Genetic Algorithms

최영규,우동영,박진현,Choi, Young-Kiu,Woo, Dong-Young,Park, Jin-Hyun The Korea Institute of Information and Commucation 2010 한국정보통신학회논문지 Vol.14 No.1

포워드 컨버터는 광범위하게 사용되는 파워공급기 중의 하나이다. 본 논문은 부하가 다양하게 변동하는 환경에서 출력 전압의 변동을 최소화하는 포워드 컨버터의 최적회로 소자 값을 구하기 위한 파라메터 동조방법을 제시한다. 위상여유의 개념을 사용하는 기존의 방법은 최적의 위상여유를 통해 출력 전압 응답에서 부분적인 성능 개선이 이루어지도록 확장되었다. 이를 위해서 위상여유를 동조 파라메터로 두고 유전자 알고리즘을 사용하여 최적화하였다. 다음으로 회로 소자 값들을 동조 파라메터로 직접 선택하고, 역시 유전자 알고리즘으로 최적화하여 포워드 컨버터의 출력 전압 제어에서 매우 개선된 성능을 갖도록 하였다. The forward convener is one of power supplies used widely. This paper presents parameter tuning methods to obtain optimal circuit element values for the forward converter to minimize the output voltage variation under various load changing environments. The conventional method using the concept of the phase margin is extended to have optimal phase margin that gives slightly improved performance in the output voltage response. For this, the phase margin becomes the tuning parameter and is optimized with the genetic algorithm. Next, the circuit element values are directly chosen as the tuning parameters and also optimized using the genetic algorithm to have very improved performance in the output voltage control of the forward converter.

제한조건을 갖는 이동로봇의 유전알고리즘에 의한 예측제어

최영규,박진현,Choi, Young-Kiu,Park, Jin-Hyun 한국정보통신학회 2018 한국정보통신학회논문지 Vol.22 No.1

예측제어는 제어대상의 예측모델을 이용하여 기준명령과 상태의 미래 오차를 예측하고 최소화시키는 현재 입력을 구하며, 상태와 입력의 제한조건도 고려할 수 있는 매우 실용적인 방법이다. 이동로봇에 대해 예측제어가 적용된 연구들이 있었으나 제어성능을 결정하는 여러 제어 파라미터들이 임의로 지정됨에 따라 성능이 최적화되지 못하였다. 본 논문에서 입력제한조건을 갖는 이동로봇의 궤적추종 예측제어에 유전알고리즘을 적용하여 제어 파라미터 튜닝을 통해 궤적추종오차를 최소화하며, 입력의 제한조건을 반영하기 위해서 quadratic programming을 Hildreth 방법을 적용한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 본 논문에서 제안한 방법의 우수성을 기존 방법과 비교하여 확인한다. Predictive control is a very practical method that obtain the current input that minimizes the future errors of the reference command and state by use of the predictive model of the controlled object, and can also consider the constraints of the state and input. Although there have been studies in which predictive control is applied to mobile robots, performance has not been optimized as various control parameters for determining control performance have been arbitrarily specified. In this paper, we apply the genetic algorithm to the trajectory tracking control of a mobile robot with input constraints in order to minimize the trajectory tracking errors through control parameter tuning, and apply the quadratic programming Hildreth method to reflect the input constraints. Through the computer simulation, the superiority of the proposed method is confirmed by comparing with the existing method.

Lowe 증후군을 동반한 소아치과 환자의 전신 마취 경험 -증례 보고-

최영규,오재열,김동옥,신옥영,이긍호,Choi, Young-Kyoo,Oh, Jae-Yeol,Kim, Dong-Ok,Shin, Ok-Young,Lee, Keung-Bo 대한치과마취과학회 2002 Journal of Dental Anesthesia and Pain Medicine Vol.2 No.1

The oculo-cerebro-renal syndrome of Lowe (Lowe syndrome) is an X-linked recessive disorder involving the eyes, nervous systems, and kidneys. The clinical manifestation of this syndrome is characterized by congenital cataracts, glaucoma, seizure disorder, psychomotor growth retardation, hypotonia, renal tubular acidosis, aminoaciduria, rickets, and osteoporosis. We report a 5-year old boy underwent general anesthesia for the treatment of multiple dental carries. During intraoperative period, marked metabolic acidosis was noted and such acidosis was partially corrected by hyperventilation. We suggest that patients with Lowe's syndrome should be attention and treated to possible anesthetic hazards such as metabolic acidosis due to renal tubular dysfunction, rise of intraocular pressure in patient with glaucoma, the fragility of the bone structures due to rickets and osteoporosis.

선로결합에 의한 쌍방향 능동 위상차 배열 안테나의 동작특성 향상

최영규,김기래,Choi, Young-Kyu,Kim, Ki-Rae 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.3

쌍방향 선로결합형 위상차 배열 발진기 결합계를 구성하고, (1) 쌍방향 주파수제어 방식, (2) 단방향 주파수 제어방식, (3) 쌍방향 주입위상 제어방식 등 3가지 방식에 대하여 구동실험을 하였다. 시험 제작한 발진기에 구형 패치 안테나를 부착하여 2요소 능동안테나를 제작, 안테나 사이를 전송선로로 결합하여 어레이를 구성하고 결합 위상과 전송선로 길이와의 관계를 측정하였다. 전송선로로 결합된 능동 위상차 배열안테나의 주사각도에 따른 방사전력을 측정한 결과, (1)의 방식에서 빔의 방사방향은 약$-9.8^{\circ}$에서 $+9.8^{\circ}$까지 $19.6^{\circ}R, 위상차는 $-0.31{\pi}$에서 $-0.36{\pi}$까지 (2)의 방식에서 빔의 방사방향은 약 $-3.8^{\circ}$에서 $+17^{\circ}$까지 $20.8^{\circ}$, 위상차는 $-0.085{\pi}$에서 $-0.65{\pi}$까지, (3)의 방식에서 빔의 방사방향은 약 $-17^{\circ}$에서 $+16^{\circ}$까지 $33^{\circ}$, 위상차는 $-0.63{\pi}$에서 $-0.59{\pi}$까지 변하여 모두 위상차 배열동작이 가능함을 확인하였다. In order to increase the coupling efficiency of the power and phase of the active phase array antenna, we have fabricated the active phased-array antenna which is coupled by the transmission line, and investigated the relationship between the length of the coupling transmission line and coupling power and phase. The following three types of driving method - (1) giving the frequency difference between the two active antenna, (2) applying the input signal to the one side of the two antennas, and changing the eigen frequency of the other side antenna, (3) appling the different phase inputs to the active antennas was investigated. The experimental results showed that the interval of the antenna elements has not affected the power and the phase of the antenna.

무선광네트웍(RoF)의 가용 주파수 대역 확장을 위한 광전믹싱 광검파

최영규,Choi, Young-Kyu 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.10

광파이버 네트웍에서 광전믹싱 광검파의 가용 주파수대역 확장을 위한 이론을 제시하고 시뮬레이션을 실시하였다. 광전믹싱 광검파의 정규화 이득을 정의하고, 검파소자의 차단주파수를 초월하는 고주파 영역의 신호도 검파가 가능함을 확인하였다. 포토다이오드 내부의 캐리어 천이에 대한 연속방정식을 풀어서 광전믹싱 현상의 메카니즘을 해석하였다. 정규화 이득은 신호주파수와 차주파수의 크기에 의존하였으나, 포토다이오드에 흐르는 광전류의 크기는 신호주파수와는 무관하였다. 신호 검파효율의 최대화를 위해서는 바이어스 전압과 국부신호의 진폭을 동시에 최적화할 필요가 있다. Theoretical analysis is presented for expending of the usable frequency range of optoelectronic mixing detection in the radio over fiber network system. We define the normalized gain to evaluate the performance of the optical mixing detection, and conform the possibilities of detection for the high frequency signals beyond the cutoff frequency of a photodiode. Optical mixing detection mechanism is analyzed by solving the continuity equation for the carriers of a photodiode. The normalized gain is independent on the signal frequency and the frequency difference between the optical signal and the local signal. Also, the amplitude of the local signal and the bias voltage are needed to be optimized at the same time in order to maximize the normalized gain.

서브하모닉 주입동기에 의한 밀리미터파 대역 고조파 발진기의 고성능화

최영규,남병근,Choi, Young-Kyu,Nam, Byeong-Gun 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.1

서브하모닉파 주입동기에 의한 밀리미터파 대역 고주파원의 고성능화에 대하여 다루었다. MES-FET로 8.7GHz의 발진기를 구성하고 서브하모닉파의 주입동기 방식으로 구동하여 17.4GHz의 고조파를 발생시켰다. 이러한 시스템에서 발진기는 발진과 동시에 체배기의 기능을 수행하여 안정된 고조파 발생시킬 수 있다. 이 기술을 채택하면 자려발진주파수가 비교적 낮은 발진기로도 고안정, 고출력 고주파를 발생시키는 고조파출력 발진기를 실현할 수 있다. 실험의 결과, 주입 동기의 범위 26MHz 내에서 고출력 고조파가 관측되었으며, 서브하모닉파 주입전력에 비례하였다. 스펙트럼 분석기로 고조파 출력의 파형을 관측한 결과, 제2고조파 출력의 위상 안정성이 현저히 향상되었음이 확인되었다. This paper deals with a millimeter wave source which is utilizing sub-harmonic injection-synchronization technique. A 8.7GHz oscillator with MES-FET is fabricated, and is driven as a harmonic output oscillator at 17.4GHz by means of sub-harmonic injection-synchronization. The oscillator operates as a multiplier as well as oscillator in this system. Adopting this technique, we can obtain a high stable, high frequency millimeter wave source even though self-oscillating frequency of an oscillator is relatively low. In the experiments, the range of injection-synchronization is about 26MHz and is proportional to the input sub-harmonic power. From the spectrum analysis of the 2nd harmonic output. we blow that the phase noise of the harmonic oscillator is remarkably decreased.

대각선형 지역적 이진패턴을 이용한 성별 분류 방법에 대한 연구

최영규,이영무,Choi, Young-Kyu,Lee, Young-Moo 한국반도체디스플레이기술학회 2009 반도체디스플레이기술학회지 Vol.8 No.3

Local Binary Pattern (LBP) is becoming a popular tool for various machine vision applications such as face recognition, classification and background subtraction. In this paper, we propose a new extension of LBP, called the Diagonal LBP (DLBP), to handle the image-based gender classification problem arise in interactive display systems. Instead of comparing neighbor pixels with the center pixel, DLBP generates codes by comparing a neighbor pixel with the diagonal pixel (the neighbor pixel in the opposite side). It can reduce by half the code length of LBP and consequently, can improve the computation complexity. The Support Vector Machine is utilized as the gender classifier, and the texture profile based on DLBP is adopted as the feature vector. Experimental results revealed that our approach based on the diagonal LPB is very efficient and can be utilized in various real-time pattern classification applications.

필기체 한글 문자 인식을 위한 획 추출에 관한 연구

최영규,이상범,Choi, Young-Kyoo,Rhee, Sang-Burm 한국정보처리학회 2002 정보처리학회논문지B Vol.9 No.3

필기체 문자 인식은 온라인 필기체 문자 인식과 오프라인 필기체 문자 인식으로 나누어진다. 온라인 필기체 문자 인식은 타블렛과 같은 펜 기반의 전자식 입력 장치를 이용하여 필기의 순서와 획의 위치와 같은 동적인 필기 정보를 문자의 입력 시 획득할 수 있어 오프라인 필기체 문자 인식에 비해 큰 연구 성과를 이루었다. 그러나 오프라인 필기체 문자 인식은 온라인 필기체 문자 인식에서와 같이 동적인 정보를 입력받을 수 없고, 다양한 필기와 자소의 겹침이 심하며 획 사이의 잡영을 많이 가지고 있어 인식의 전처리 결과에 따라 인식 성능이 크게 달라진다. 본 논문에서는 오프라인 필기체 한글 문자 인식을 위해 문자의 동적인 정보를 포함하는 획을 효과적으로 추출하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 전처리 과정으로 먼저 Watershed 알고리즘을 이용하여 입력된 필기체 문자 영상의 향상 및 이진화를 수행한다. 이진화된 문자부를 변형된 Lu와 Wang의 세선화 알고리즘을 사용하여 세선화를 수행한 후 문자에서의 특징점을 추출하여 세그먼트 화소열을 추출하고, 최대 허용 오차법을 이용하여 벡터화한다. 벡터화의 수행으로 몇 개의 획이 하나의 세그먼트로 묶인 경우, 하나의 세그먼트 화소열은 2 또는 그 이상의 세그먼트 벡터로 분리된다. 추출된 세그먼트 벡터들을 완전한 획으로 재구성하기 위해서 오른손 필기 좌표계 시스템을 이용하여 벡터의 방향적인 성분을 인간의 필기 획의 방향에 알맞게 수정하고, 수정된 세그먼트 벡터의 방향성과 분기 정보를 이용하여 인접한 결합 가능한 세그먼트 벡터를 결합함으로써 문자 인식에 적합한 완전한 획으로 재구성한다. 실험 결과 제안된 방법이 필기체 한글 문자 인식에 적합함을 알 수 있었다. Handwritten character recognition is classified into on-line handwritten character recognition and off-line handwritten character recognition. On-line handwritten character recognition has made a remarkable outcome compared to off-line hacdwritten character recognition. This method can acquire the dynamic written information such as the writing order and the position of a stroke by means of pen-based electronic input device such as a tablet board. On the contrary, Any dynamic information can not be acquired in off-line handwritten character recognition since there are extreme overlapping between consonants and vowels, and heavily noisy images between strokes, which change the recognition performance with the result of the preprocessing. This paper proposes a method that effectively extracts the stroke including dynamic information of characters for off-line Korean handwritten character recognition. First of all, this method makes improvement and binarization of input handwritten character image as preprocessing procedure using watershed algorithm. The next procedure is extraction of skeleton by using the transformed Lu and Wang's thinning: algorithm, and segment pixel array is extracted by abstracting the feature point of the characters. Then, the vectorization is executed with a maximum permission error method. In the case that a few strokes are bound in a segment, a segment pixel array is divided with two or more segment vectors. In order to reconstruct the extracted segment vector with a complete stroke, the directional component of the vector is mortified by using right-hand writing coordinate system. With combination of segment vectors which are adjacent and can be combined, the reconstruction of complete stroke is made out which is suitable for character recognition. As experimentation, it is verified that the proposed method is suitable for handwritten Korean character recognition.

신경회로망을 이용한 선박의 최단시간 궤적제어

최영규,박진현,Choi, Young-Kiu,Park, Jin-Hyun 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.1

위치에 따라 변화하는 해류가 있는 해상에서 선박이 일정속도로 움직이면서 진행각도를 제어하여 특정목표점에 최단시간으로 도착하고자 한다. 이러한 문제는 Zermelo의 항해문제라고 불리고 있으며 calculus of variation에 의해 최단시간제어의 근사해를 구할 수 있지만 매우 복잡한 비선형방정식의 역관계를 테이블 형태로 이용하여야 하므로 그 정확도가 높지 않다. 본 논문에서는 이러한 근사해의 정확도를 높이기 위해 신경회로망을 이용하여 비선형 방정식의 역관계식을 표현하였고, 신경회로망의 보간 기능으로 인해 높은 정확도의 최단시간제어가 가능하였다. 여러 가지 항해 상황에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 본 논문에서 제안한 방법이 기존의 방법보다 우수함을 확인할 수 있었다. A ship is intended to reach a specified target point in the minimum-time when it travels with a constant speed through a region of strong currents and its heading angle is the control variable. This is called the Zermelo's navigation problem. Its approximate solution for the minimum-time control may be found using the calculus of variation. However, the accuracy of its approximate solution is not high since the solution is based on a table form of inverse relations for some complicated nonlinear equations. To enhance the accuracy, this paper employs the neural network to represent the inverse relation of the complicated nonlinear equations. The accurate minimum-time control is possible with the interpolation property of the neural network. Through the computer simulation study we have found that the proposed method is superior to the conventional ones.