ASM No.2 간략화 모델에 기초한 인산염의 제어 및 인섭취 제한현상에 대한 고찰

김신걸(Shin Geol Kim),최인수(In Su Choi),구자용(Ja Yong Koo) 大韓環境工學會 2008 대한환경공학회지 Vol.30 No.2

인은 자연계에서 부영양화 현상을 일으키는 주요한 인자로서 하수중의 인은 주로 인축적 미생물의 과잉섭취에 의해 제거된다. 이 연구의 목적은 인을 처리하는 하수처리공정을 제어하는 것이다. 이를 위해서 본 연구에서는 두가지의 제어방법을 응용하였으며 이 방법은 최적제어(Optimal control)와 적응제어(Adaptive control)이다. 우선 최적제어는 유입수중의 인농도를 측정한 이후에 간략화된 ASM No. 2 모델을 이용하여 유출수중의 인농도가 1.0 mg/L가 되는 포기시간을 산정하고 이 산정된 포기시간에 따라 반응조를 제어함으로써 이루어진다. 그런데 실제 반응조를 최적제어로 한 경우에도 실제 유출수중의 인농도는 1.0 mg/L가 되지 않는 경우가 발생한다. 이 때에는 적응제어로서 목표로 한 1.0 mg/L를 벗어난 만큼 목표농도를 변화시켜 주며 제어를 실시하였다. 약 한달간의 제어결과 유출수중의 인농도는 0.2~3.2 mg/L이었으며 평균은 1.0 mg/L로서 만족스러웠다. 연구수행중 하수처리공정에서 두 번에 걸쳐 인섭취가 제한되는 현상이 발생하였다. 이에 대한 원인을 규명한 결과 원인은 암모니아의 부족과 과다한 포기가 원인인 것으로 나타났다. Phosphate is the limiting factor leading to the eutrophication in nature and has been usually removed by the luxury uptake of PAOs(Phosphate accumulating organisms). The purpose of this study was the control of wastewater treatment removing phosphorus. The control of wastewater treatment process was performed by optimal and adaptive control. They were performed as followings. Firstly the inflow phosphate concentration was measured and the optimal aeration time was calculated by simplified ASM No. 2 for the phosphate to be 1.0 mg/L in effluent. It was optimal control. But when the phosphate concentration in effluent was not 1.0 mg/L, adaptive control was necessary to coincide the objective of control with real value. Then it was performed as the objective phosphate concentration in effluent was changed according to calculation of errors and it was adaptive control. The wastewater treatment process had been controlled by them for about one month. The range of phosphate concentration in effluent 0.2~3.2 mg/L and the average of it was 1.0 mg/L. The limitation of luxury uptake occurred two times while wastewater treatment process was running. After the analysis of laboratory tests, we knew the reasons were the shortage of ammonia nitrogen and the excessive aeration.

적응 알고리즘을 이용한 ESC와 ARS 기반 요 모멘트 분배

임성진(Seongjin Yim) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.12

본 논문은 자세 제어 장치와 능동 후륜 조향장치를 가지는 통합 섀시 제어에서 요 모멘트 분배를 위해 적응 알고리즘을 적용하는 방법을 제안한다. 통합 섀시 제어는 상위제어기와 하위제어기로 구성된다. 상위제어기에서 슬라이딩 모드 제어 이론을 이용하여 차량을 안정화시키는데 필요한 제어 요 모멘트를 계산한다. 하위제어기에서는 제어 요 모멘트를 만들어 내기 위해 자세 제어 장치의 제동 압력과 능동 후륜 조향장치의 조향각을 결정하는 데에 적응 알고리즘을 적용한다. 차량 시뮬레이션 패키지인 CarSim에서 시뮬레이션을 수행하여 제안된 방법의 타당성을 검증한다. This paper presents an application of adaptive algorithms for yaw moment distribution with electronic stability control (ESC) and active rear steering (ARS) in integrated chassis control (ICC). Integrated chassis control consists of upper- and lower-level controllers. In the upper-level controller, the control yaw moment is computed with sliding mode control required to stabilize a vehicle. In the lower-level controller, adaptive algorithms are applied to determine the required brake pressure of ESC and the necessary steering angle of ARS, in order to generate the control yaw moment. Simulation is performed using the vehicle simulation package CarSim to validate the proposed method.

Λ₁적응 제어를 이용한 피치 브레이크 현상을 갖는 무인 전투기의 안정성 증대 제어

이상협,심현철 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

Pitch break 현상을 극복하고 안정성을 증대시키기 위하여 Λ₁적응 제어 법칙을 이용하여 설계된 제어법칙을 제시한다. UCAV1303 기체의 동역학을 모델링하고 제어기 설계 단계에서 알고 있다고 가정된 선형 모델을 이용하여 제어기를 설계하였다. Matched/unmatched 불확정성 모두를 보상 가능하며 모델링이 되지 않은 동역학에도 적응할 수 있는 Λ₁적응 제어 법칙을 이용하여 피치각 제어를 위한 제어기를 설계하였다. 이는 받음각의 측정 없이 pitch break 현상의 극복을 위한 안정성 증대를 가능하게 한다. 속도 및 고도 제어를 위한 PID 제어기를 설계하였으며, 설계된 제어기의 성능 검증을 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 종방향 고 받음각 등속 수평비행 시뮬레이션을 통하여, pitch break 로 인하여 불안정한 받음각 영역에서 설계된 제어기를 통해 좋은 성능을 가지며 안정성이 증대됨을 검증하였다. Control law designed using Λ₁adaptive controller that increases the stability even with pitch break is presented. The dynamics for UCAV1303 was modeled and the controller was designed using the linear model which is assumed to be known at the controller design phase. The Λ₁adaptive control law that can compensate both matched and unmatched uncertainties and can adapt to the un-modeled dynamics was used to design the pitch angle controller. This makes it possible that the stability is augmented to overcome the pitch break without any measure for angle of attack. PID controller for velocity and altitude tracking was designed and some simulations to validate the performance of the designed controller were conducted. The longitudinal high-alpha level flight simulation verified the good performance for stability augmentation with the designed controller even in the unstable region because of the pitch break.

L₁ 적응 제어 기법을 기용한 외형 손상 및 고장 허용 제어 연구

정연득,조성욱,심현철 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

항공기의 예기치 못한 파손 및 고장은 무인항공기의 운용성에 많은 제한을 준다. 이런 예상하지 못한 모델의 변화에 능동적으로 대처하기 위하여 제어기의 매개변수가 갱신되는 적응 제어 기법을 사용하였다. L1 적응제어 기법은 과도 구간의 성능을 향상시키기 위하여 저역 필터를 사용하여 큰 적응 이득을 적용하더라도 고주파 제어 입력이 발생하지 않도록 한다. 또한 선형시스템에 대하여 제어기의 성능 및 안정성을 수학적으로 증명이 가능하다. 본 연구는 항공기의 외형 손상을 L1 적응 제어 기법을 사용하여 능동적으로 대처할 수 있는 제어기법을 설계 및 검증한다. In this pare we present a L1 adaptive controller that compensates configuration change from damages and fault. Damages and fault of aircraft restrict an operability of UAV. Adaptive control methods that renew adaptive parameter of the controller were applied to deal with unpredictable changes actively. The L1 adaptive controller adapts fast, leading to desired transient and asymptotic tracking with guaranteed, bounded away from zero, time-delay margin. Also, L1 control theory can verify these characteristics. In this research, we apply the extended L1 controller to a our UAV with the control objective to achieve tracking for transition flight with guaranteed stability and robustness in the presence of uncertain dynamics, such as changes of configuration, modeling error, and unexpected failures.

무인항공기의 적응제어 법칙을 이용한 피치 기동 연구

방효충(Hyochoong Bang) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.12

본 연구는 적응제어기법을 이용한 무인항공기이 피치 자세 기동에 대한 연구 내용을 소개한다. 모델기반적응제어(Model Reference Adaptive Control)을 이용하여 피치 자세각과 엘리베이터 입력 사이의 피드백 선형화 과정에서 발생하는 불확실성을 처리하였다, 모델 불활실성 파라미터는 피드백 제어기가 작동하는 중에 적응법칙을 이용하여 추정할 수 있도록 설계 되었다. 안정화 제어기에 의해 달성되는 최종 피치 자세각에 대한 분석을 통해 폐루프 시스템의 특성을 파악할 수 있도록 하였다. 제안된 제어 기법은 기존 제어기에서 주로 채택하고 있는 선형화나 게인 스케쥴링등의 과정이 필요하지 않아 상당한 모델 오차가 존재하는 상황에서 무인항공기의 고기동 피치 제어기 설계에 도움을 줄 것으로 생각한다. This study addresses adaptive control of UAVs(Unmanned Aerial Vehicles) pitch-axis maneuver. The MRAC(Model Referenced Adaptive Control) approach is employed to accommodate uncertainties which are introduced by feedback linearization of pitch attitude control by elevator input. The model uncertainty is handled by adaptation laws which update model parameters while the UAV is under control by the feedback control law. Steady-state pitch attitude achieved by the stabilizing control law is derived to provide insight on the closed-loop behavior of the controlled system. The proposed idea is free of linearization, gain-scheduling procedures, so that one can design high maneuverability of UAVs for pitching motion in the presence of significant model uncertainty.

비행 실험을 고려한 모델 불확실성에 강건한 비행 제어 시스템 설계

정연득,심현철 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

현재 개발되거나 운용중인 무인항공기의 비행 제어 시스템은 공력 해석 및 풍동 실험을 통해 구성된 모델을 기반으로 설계된다. 그러나 모델의 오차 및 불확실성으로 인하여 제어 성능이 떨어기거나 제어기의 이득을 조정해야 한다. 이러한 모델 불확실성에도 일정한 비행 성능 확보를 위하여 적응 제어기법이 적용되거나 연구되고 있다. 그러나 대부분의 적응 제어 기법은 높은 샘플링 속도를 요구하며, 고가의 하드웨어에 구현을 필요로 한다. 본 논문에서는 저가의 하드웨어에 구현이 가능한 적응 제어기법을 소개하며, 이를 이용하여 모델 불확실성에도 일정한 제어 성능을 유지할 수 있는 비행 제어시스템을 설계한다. Flight control system which was developed and operated for UAVs is designed using the dynamic model based on the aerodynamic analysis and wind-tunnel test. However, the dynamic mode uncertainties and error can decrease the performance of control systems then we should modify the controller gain for satisfying the goal. The adaptive control method has been studied to keep up the certain performance of the flight test against model uncertainties. However, most of the adaptive controller requires high sampling rate and expensive hardware for implanting real world. In this paper, we present an adaptive control system which can be implemented at low-cost hardware system. We propose a flight control system to achieve design goals such as damping ratio and natural frequency despite model uncertainties. In this study, the performance of the proposed controller is validated in a series of simulation.

무인전투기의 코브라 기동을 위한 적응 슬라이딩 제어에 대한 연구

이상협,심현철 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

고정익 무인전투기의 코브라 기동을 위한 종방향 다중 적응 슬라이딩 제어 방법을 제시한다. 소개되는 방법은 V, α, θ 를 동시에 제어하며 종방향에 대하여 속도 및 자세 전체를 제어하는 타이트한 제어방법이다. 비선형성을 능동적으로 이용하고 불확정성을 제거, 최소한의 성능을 보장하는 종방향 다중 슬라이딩 모드 제어기를 설계하였으며 Lyapunov method 를 이용하여 슬라이딩 제어법칙과 더불어 전체 시스템의 안정성 및 수렴성을 보장하는 적응 제어법칙을 설계하였다. 종방향에 대한 비선형 시뮬레이션을 통하여 코브라 기동을 구현, 제어기의 성능을 검증하였고, 마지막으로 V, α, θ 를 동시에 제어하기 위하여 플랫폼 조종성에 요구되는 특성을 대략적으로 제시하였다. A longitudinal multi sliding mode control scheme that enables Cobra maneuver for a fixed wing UCAV is presented. The method controls velocity, angle of attack and pitch angle simultaneously and is a tight control scheme that controls both velocity vector and attitude for longitudinal direction. The longitudinal multi sliding controller is designed to guarantee minimum performance even at the worst case, to eliminate uncertainties and to utilize the nonlinearities of the UCAV dynamics actively and the adaptation to guarantee both stability and convergence of whole augmented system with proposed sliding control algorithm by Lyapunov method. A cobra maneuver is demonstrated by longitudinal 3DOF nonlinear simulation so that the performance of proposed controller is verified. Finally, a major characteristic of controllability of platform required to control the 3 states simultaneously is also presented approximately.

항공기 Wing Rock 운동에 대한 적응제어시스템 설계

신융현(Yoonghyun Shin) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.8

높은 받음각에서 항공기는 Wing Rock 이라고 알려진 Limit cycle 형태의 횡방향 진동 운동을 보일 수 있다. 이 논문에서는 이러한 불안정 진동운동과 관련한 불확실성에 적응 하여 안정화시키는 고전 및 신경회로망기반 적응제어기법들의 상세 설계내용을 제시하였다. 모든 기법들은 80도 후퇴각을 가진 삼각날개용 갖는 모델에 적용하여 시뮬레이션하였고 그 결과를 비교분석하였다. At high angles of attack, aircraft dynamics can display an oscillatory lateral behavior that manifests itself as a limit cycle known as wing rock. In this paper, a classical and neural network based adaptive control design methods of adaptively stabilizing the oscillatory motion by adapting uncertainties are described in detail. All methods are simulated and compared using a model for an 80° swept delta wing.

상태 공간 기법을 이용한 원심압축기 공기 유량 모델 기반 적응 제어

한재영(Jaeyoung Han),정문청(Mooncheong Jung),유상석(Sangseok Yu),이선(Sun Yi) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集B Vol.40 No.8

본 연구에서는 차량용 슈퍼차져의 원심압축기 출구 공기 유량을 제어하기 위한 모델 기반 적응제어기를 설계하였다. 원심압축기 모델은 운전 동특성을 확인할 수 있는 해석적 기반으로 개발하였으며, 개발된 모델은 실험과의 검증을 통해 타당성을 확인하였다. 모델 기반 적응제어는 압축기 모델과 적응제어기로 구성되었다. 피드백 제어는 시스템 파라미터의 변화에 견실 제어가 가능하지 않지만, 적용된 적응 제어는 시스템 파라미터의 변화에 견실 제어가 가능하다. 결론적으로, 모델 기반 제어는 제어 요구 유량에 제어가 이루어지며, 또한 시스템 파라미터가 변화해도 피드백 제어에 비해 견실한 제어가 이루어지는 것을 확인할 수 있다. In this study, a model reference adaptive controller is developed to regulate the outlet air flow rate of centrifugal compressor for automotive supercharger. The centrifugal compressor is developed using the analytical based method to predict the transient behavior of operating and the designed model is validated with experimental data to confirm the system accuracy. The model reference adaptive control structure consists of a compressor model and a MRAC(model reference adaptive control) mechanism. The feedback control do not robust with variation of system parameter but the applied adaptive control is robust even if the system parameter is changed. As a result, the MRAC was regulated to reference air flow rate. Also MRAC was found to be more robust control compared with the feedback control even if the system parameter is changed.

불확실성 및 부하 변화에 대한 오차 동역학 모델 파라미터 추정 기반 DC 모터의 적응형 속도 제어 알고리즘

송태준(Tae Jun Song),오광석(Kwang Seok Oh) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集A Vol.44 No.2

본 연구에서는 변수 불확실성 및 부하 변화에 대한 오차 동역학 모델 파라미터 추정 기반 DC 모터의 적응형 속도 제어 알고리즘을 제시한다. DC 모터의 각 속도 제어를 위해 시스템의 수학적 모델을 도출하였고, 각 오차 정의를 이용해 오차 동역학 모델을 도출하였다. 입력 전압과 속도 정보 그리고 요구 각속도 정보를 이용해 오차 동역학 모델의 파라미터를 순환 최소 자승 기법을 이용하여 추정하였다. 추정된 파라미터와 도출된 오차 동역학 모델을 기반으로 적응 제어 규칙을 설계하였고, 리아푸노브 안정성 판별법 기반 설계된 적응 제어기의 안정성을 증명하였다. 합리적 성능평가를 위해 로터리 엔코더가 설치된 실 DC 모터 시스템을 이용하였고, 다양한 요구 각속도 및 부하 조건을 적용하였다. 성능평가 결과 본 연구에서 제시된 제어 알고리즘은 시스템의 정보 없이 합리적 제어 성능을 보여주었다. In this investigation, an adaptive velocity control algorithm for DC motors based on parameter estimation of error dynamics under uncertainty and load variation is presented. To facilitate velocity control of the DC motors, a mathematical model and the error dynamics of the system are derived using error definition. The parameters of the error dynamic model are estimated based on recursive least squares using the input voltage, angular velocity, and desired angular velocity. Based on the estimated parameters and derived error dynamics, an adaptive control law is designed and the stability of the control algorithm is proven using Lyapunov"s stability theorem. The rotary encoder-based DC motor system is used for reasonable performance evaluation under various input and load conditions. The evaluation results demonstrate sound control performance without knowledge of the DC motor system used in this study.