변속 무인 수중 잠수정을 위한 강인 경로 추적 제어

최윤호(Yoon Ho Choi),김경주(Kyoung Joo Kim) 한국지능시스템학회 2010 한국지능시스템학회논문지 Vol.20 No.4

본 논문에서는 시간에 따라 종방향 속도가 변하는 무인 수중 잠수정의 경로 추적 제어기 설계 방법을 제안한다. 본 논문에서 제안한 경로 추적 제어기는 운동학적 제어기와 동역학적 제어기로 구성된다. 운동학적 제어기는 무인 수중 잠수정이 시간에 따라 속도가 변하는 기준 경로를 따라 가기 위해 종방향 속도와 yaw 각속도를 계산하고, 계산된 값이 동역학적 제어기의 기준 입력 값이 된다. 즉, 동역학적 제어기는 추진력과 회전력을 제어하여 무인 수중 잠수정의 종방향 속도와 yaw 각속도가 운동학적 제어기에서 계산한 값과 일치하도록 설계한다. 이 때 사용한 동역학적 제어기는 무인 잠수정의 옆 미끄럼 속도를 외란으로 가정하고, 종방향 속도와 yaw 각속도를 슬라이딩 모드 제어 기법을 이용하여 설계한다. 한편 설계된 제어기의 안정도 판별을 위해 Lyapunov 방법을 이용하여 제어기의 안정성을 보인다. 마지막으로, 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 설계된 제어기의 성능을 검증한다. In this paper, we propose a robust path tracking control method for autonomous underwater vehicle with variable speed. The proposed path tracking controller consists of a kinematic controller and a dynamic controller. First, the kinematic controller computes the surge speed and yaw rate to follow the reference path with variable speed. Then the dynamic controller controls the thrust force and yaw torque to move the AUV actually. In the dynamic control, we assume that the sway speed is a disturbance. In addition the dynamic controller is designed based on sliding mode conrol. We also demonstrate the stability of the proposed control method by Lyapunov stability theory. Finally, simulation results illustrate the performance of the proposed control method.

이동 로봇 추적을 위한 스테레오 영상기반 퍼지 추적제어

민현홍(Hyun-Hong Min),유동상(Dong-Sang Yoo),김용태(Yong-Tae Kim) 한국지능시스템학회 2012 한국지능시스템학회논문지 Vol.22 No.2

로봇들의 협동 작업을 위해서는 다양한 환경에서 다른 로봇들을 인식하고 추적하는 기술이 요구된다. 본 논문에서는 코드북 모델과 스테레오 영상 처리를 이용하여 이동 로봇을 인식하고, 퍼지 제어기를 사용해 추적하는 이동 로봇 추적 제어 시스템을 제안한다. 먼저 코드북 모델을 사용하여 영상의 전경과 배경을 분리하였다. 분리된 전경에서 색상정보를 기반으로 관심영역을 구해내고, 스테레오 영상처리를 통해 얻은 깊이 영상을 기반으로 이동 로봇까지의 실제 거리를 추정한다. 각 거리에 따라 열림 및 닫힘 연산을 적용하고, 모듈형 로봇의 크기에 맞춰 라벨링을 통해 효과적으로 이동 로봇을 인식한다. 추출된 이동 로봇의 움직임에 따라 효과적인 추적을 위하여 스테레오 영상 처리를 통해 얻은 거리 정보와 로봇의 이동 정보를 이용해 퍼지 제어기를 설계하여 이동 로봇 추적 시스템을 제안하였다. 제안한 퍼지 추적 제어 시스템의 성능은 실제 이동 로봇의 추적 실험을 통하여 검증하였다. Tracking and recognition of robots are required for the cooperation task of robots in various environments. In the paper, a tracking control system of moving robot using stereo image processing, code-book model and fuzzy controller is proposed. First, foreground and background images are separated by using code-book model method. A candidate region is selected based on the color information in the separated foreground image and real distance of the robot is estimated from matching process of depth image that is acquired through stereo image processing. The open and close processing of image are applied and labeling according to the size of mobile robot is used recognize the moving robot effectively. A fuzzy tracking controller using distance information and mobile information by stereo image processing is designed for effective tracking according to the movement velocity of the target robot. The proposed fuzzy control method in verified through tracking experiments of mobile robots with stereo camera.

무인수상선을 위한 경유점 추적 제어 알고리즘에 관한 연구

손남선,윤현규 한국항해항만학회 2009 한국항해항만학회지 Vol.33 No.1

A waypoint tracking algorithm(WTA) is designed for Unmanned Surface Vehicle(USV) in which water-jet system is installed for propulsion. To control the heading of USV for waypoint tracking, the steering nozzle of water-jet needs to be controlled. Firstly, target heading is calculated by using the position information of waypoints input from the land control center. Secondly, the command for the steering nozzle of water-jet is calculated in real time by using the heading and the rate-of-turn(ROT) from magnetic compass. In this study, in order to consider the drift angle due to external disturbance such as wind and wave, the course of ground(COG) can be used instead of heading at higher speed than a certain value. To test the performance of newly-designed WTA, the tests were carried out in actual sea area near Gwang-an bridge of Busan. In this paper, the sea trial test results from WTA are analyzed and compared with those from manual control and those from commercial controller. 워터젯이 탑재된 RIB(Rigid Inflatable Boat)형태의 무인수상선을 위한 경유점 추적 제어 알고리즘을 설계하였고, 성능 검증을 위해 실해역 시험을 수행하였다. 본 연구에서 사용된 RIB형 무인수상선의 경유점 추적제어를 위해서는 방향제어를 위해 버킷각을 제어하여야 한다. 우선, 육상 관제소에 미리 입력된 경유점들의 위경도 등의 위치정보들을 바탕으로, 목표 방향각을 실시간 계산한다. 그리고, 무인수상선에 탑재된 마그네틱콤파스 등의 센서로부터 받은 선수각 및 선수각속도의 값과 PD 제어기법을 이용하여, 버킷각 명령을 실시간 계산한다. 본 연구에서는, 바람 등의 외력으로 인한 표류각을 보정하기 위해 일정속도 이상에서는 실침로(Course Of Ground, COG)를 사용하였다. 또한, 설계된 경유점 추적 제어 알고리즘을 검증하기 위해 부산 광안대교 근처 해역에서 육상관제소를 설치하고, 실선 시험을 수행하였다. 본 논문에서는, 설계된 무인 경유점 추적 제어 알고리즘의 시험결과를, 유인으로 제어한 결과 및 상용추적제어기로 제어한 결과들과 비교 분석하였다.

무인수상선을 위한 경유점 추적 제어 알고리즘에 관한 연구

손남선(Nam-Sun Son),윤현규(Hyun-Kyu Yoon) 한국항해항만학회 2008 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.추계

워터젯이 탑재된 RIB(Rigid Inflatable Boat)형태의 무인수상선을 위한 경유점 추적 제어 알고리즘을 설계하였고, 성능 검증을 위해 실해역 시험을 수행하였다. 본 연구에서 사용된 RIB형 무인수상선의 경유점 추적제어를 위해서는 방향제어를 위해 버킷각을 제어하여야 한다. 우선, 육상 관제소에 미리 입력된 경유점들의 위경도 등의 위치정보들을 바탕으로, 목표 방향각을 실시간 계산한다. 그리고, 무인수상선에 탑재된 마그네틱콤파스 등의 센서로부터 받은 선수각 및 선수각속도의 값과 PD 제어기법을 이용하여, 버킷각 명령을 실시간 계산한다. 본 연구에서는, 바람 등의 외력으로 인한 표류각을 보정하기 위해 일정속도 이상에서는 실첨로(Course Of Ground, COG)를 사용하였다. 또한, 설계된 경유점 추적 제어 알고리즘을 검증하기 위해 부산 광안대교 근처 해역에서 육상관제소를 설치하고, 실선 시험을 수행하였다. 본 논문에서는, 설계된 무인 경유점 추적 제어 알고리즘의 시험결과를, 유인으로 제어한 결과 및 상용추적제어기로 제어한 결과들과 비교 분석하였다. A waypoint tracking algorithm(WTA) is designed for Unmanned Surface Vehicle(USV), in which water-jet system is installed for propulsion. To control the heading of USV for waypoint tracking, the steering nozzle of water-jet needs to be controlled. Firstly, target heading is calculated by using the position information of waypoints input in land control center. Secondly, the command for the steering nozzle of water-jet is calculated in real time by using the heading and the rate-of-turn(ROT) from magnetic compass. In this study, in order to consider the drift angle due to external disturbance such as wind and wave, the course of ground(COG) can be used instead of heading at higher speed than a certain value. To test the performance of newly-designed WTA, the experiments were carried out in actual sea area near Gwang-an bridge of Busan. In this paper, the experimental results from WTA are analyzed and they are also compared with those from manual control and those from commercial controller.

추적 제어에 의한 노인의 중심 제어 능력 평가에 관한 연구

이용태,손병창 韓國老年學會 2006 한국노년학 Vol.26 No.1

본 연구는 과거 직립 정지 자세 시의 중심 동요를 측정하여 노화 등을 평가해 온 것을 중심(重心) 이동에 의한 추적 제어 능력으로 노화 평가를 위한 다양한 지표를 비교·검토한 것이다. 실험대상자는 20~70연령대의 남성 210명이 참여하였으며, 실험 장치는 실험대상자가 모니터에 나타나는 목표치와 자신의 제어치(신체중심점)를 보면서 중심 이동으로 추적을 할 수 있도록 제작하였다. 연구의 내용과 결과는 다음과 같이 요약할 수 있다. 중심 이동의 원활성 평가를 위하여 목표치를 정현파로 설정하고, 평가 지표로 평균 오차, 좌우 불균형 지수, 위상 각에 대하여 각각 검토한 결과, 중심 이동의 원활성은 평균 오차와 위상 각으로 평가할 수 있었다. 평균 오차는 연령과의 상관관계가 위상 각보다 높게 나타나, 중심 이동의 원활성 평가에는 평균 오차가 유효한 지표로 나타났으며, 중심 이동에 의한 추적 제어의 방법이 직립 정지 자세 시의 중심 동요보다 연령에 의한 차이가 유의하게 반영되었다. 또한, 중심 이동에 의한 추적 제어의 성적에서 연령 증가와 함께 개인 차이가 크게 되어, 금후 기능 연령에 대한 연구가 필요하다고 생각한다. Postural sway in upright standing status has been applied to evaluate the aging. Since postural sway has been measured in static status, it does not considered as a suitable evaluation method for the aging. This study presents an evaluation method for the aging using the tracking control by weight center movement. The target value is set to the sine wave to measure the smoothness. 210 persons with 20-70 years of age were chosen as subjects for the experiment. The results of this study indicate that the characteristics of subjects is distinctive in the control trace at object tracking rather than the postural sway measurement. Correlation analysis shows also a highly correlated between the age and the average error, the phase degree. These parameters relatively reflect that the difference between the young and the elderly group as well as individual difference of aged group. Furthermore the investigation of weight center control ability is required to apply the tracking control by the weight center movement to evaluate the vocational aptitude.

속도제어-유압펌프에 의하여 구동되는 사출성형 실린더의 궤적추적제어

조승호 사단법인 유공압건설기계학회 2007 드라이브·컨트롤 Vol.4 No.2

This paper deals with the issue of trajectory tracking control of a clamping cylinder for injection moulding machine, which is directly driven by speed controlled hydraulic pump in combination with AC servomotor. As a fundamental step prior to tracking controller design, feedback control system is developed by implementing a position control loop parallel with a system pressure control loop. A sliding mode controller combining velocity feedforward scheme is developed for enhancing the tracking performance. Consequently a significant reduction in tracking error is achieved for both position and pressure control applications.

High-Performance Tracking Controller Design for Rotary Motion Control System

Youngduk Kim(김영덕),Su Hyeon Park(박수현),Seonghyun Ryu(류성현),Chul Ki Song(송철기),Ho Seong Lee(이호성) 한국기계가공학회 2021 한국기계가공학회지 Vol.20 No.11

A robust tracking controller design was developed for a rotary motion control system. The friction force versus the angular velocity was measured and modeled as a combination of linear and nonlinear components. By adding a model-based friction compensator to a nominal proportional–integral–derivative controller, it was possible to build a simulated control system model that agreed well with the experimental results. A zero-phase error tracking controller was selected as the feedforward tracking controller and implemented based on the estimated closed-loop transfer function. To provide robustness against external disturbances and modeling uncertainties, a disturbance observer was added in the position feedback loop. The performance improvement of the overall tracking controller structure was verified through simulations and experiments.

Heliostat 제어시스템

박영칠(Park Young-Chil) 한국태양에너지학회 2009 한국태양에너지학회 논문집 Vol.29 No.1

Heliostat in the tower type solar thermal power plant is a mirror system tracking the sun's movement to collect the solar energy and it is the most important subsystem determining the efficiency of solar thermal power plant. Thus a good performance of it, which is mostly the accurate sun tracking performance under the various hazardous operating condition, is required. Heliostat control system is a system to manage the heliostat sun tracking movement and other operations. It also communicates with the master controller through the heliostat filed control system to receive and send the informations required to operate the heliostat as a part of the solar thermal power plant. This study presents a heliostat control system designed and developed for the 1MW solar thermal power plant. We first define the functionality of heliostat control system. Then sun tracking controller as well as the sun tracking algorithm satisfying the required functionality have been developed. We tested the developed heliostat control system and it showed a good performance in regulation of heliostat motion and communication.

T-50 정밀추적 성능 향상을 위한 세로축 제어법칙에 관한 연구

김종섭(Chong-sup Kim),황병문(Byung-moon Hwang),고기욱(Gi-oak Koh),배명환(Myung-hwan Bae) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.8

현대의 고성능 전투기는 공력성능 및 조종성능의 향상을 위하여 대부분 세로축 방향으로 항공기를 불안정하게 설계하는 정안정성 완화(Relaxed Static Stability) 개념을 채택하고 있다. 비행제어법칙의 설계 작업은 이러한 불안정하게 설계된 항공기가 주어진 비행임무에 대하여 만족스런 안정성과 조종성능을 발휘할 수 있도록 비행성능을 조작하는 일련의 과정이다. 전투기의 조종성능은 공대공 전투(Air-to-Air Fighting)와 공대지 전투 (Air-to-Ground Fighting)로 분류할 수 있다. 공대공 전투 시에는 전체포착(Gross Acquisition) 및 정밀추적(Fine Tracking)성능을 동시에 만족해야 한다. T-50 비행시험 결 과, 공대공 추적에서 전체포착성능은 만족하지만, 정밀추적성능은 만족하지 못하였다. 본 논문에서는 정밀추적성능의 향상을 위해 새로운 개념의 세로축 제어법칙 적용에 관한 연구 방향을 제시하였다. HQS 조종사 시뮬레이션 및 비행시험 결과, 본 제어법칙을 적용하였을 때 전체포착성능의 저하 없이 정밀추적성능을 개선시킬 수 있었다. An advanced method of Relaxed Static Stability (RSS) is utilized for improving the aerodynamic performance of modern version supersonic jet fighter aircraft. The laws of flight control system utilize RSS criteria in both longitudinal and lateral-directional axes to achieve performance enhancements. Particularly, the design of longitudinal control laws for utilizing RSS methods greatly affects the performance of the aircraft in Air-to-Air Tracking and Air-to-Ground modes, which improves weapon delivery. In the area of Air-to-Air Tracking, the development of longitudinal control laws aids in the fine tracking and gross acquisition of other aircraft. This paper proposes that new concept of longitudinal control law introduce in order to improve fine tracking performance in air-to-air tracking maneuver. Result of HQS pilot simulation and flight test, fine tracking performance improve without degradation of gross acquisition when new concept of control law is applied.

접근 각도 개념을 이용한 과소 작동기 무인 잠수정의 경로 추적 제어기 설계

김경주(Kyoung Joo Kim),최윤호(Yoon Ho Choi),박진배(Jin Bae Park) 한국지능시스템학회 2012 한국지능시스템학회논문지 Vol.22 No.2

본 논문에서는 접근 각도 개념을 이용하여 과소작동기 형태의 무인 수중 잠수정의 경로 추적 제어기 설계 방법을 제안한다. 과소 작동기 형태를 가지는 무인 수중 잡수정은 종 방향 추진력과 회전력에 의해 속도와 방향을 조절하나, 횡 방향 추진기가 없기 때문에 횡 방향에 대한 움직임을 제어 할 수 없다. 이러한 무인 수중 잠수정의 과소 작동기 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 기준 경로에 대한 접근 각도 개념을 제안하고, 제안한 접근 각도를 이용하여 경로 추적 제어기를 설계한다. 이를 위해 동체 고정 좌표계에서 새로운 오차 방정식을 구하고, 리아푸노프 방법을 기반으로 경로 추적 제어기를 설계한다. 본 논문에서는 컴퓨터 시뮬레이션 통해 제안한 방법에 의해 설계된 제어기의 성능을 검증한다. In this paper, we propose a method for designing the path tracking controller using an approach angle concept for an underactuated autonomous underwater vehicle (AUV). The AUV is controlled by the surge speed and yaw rate: there is no side thruster. To solve this underactuated AUV problem in the path tracking, we introduce an approach angle concept which makes the AUV converge to the reference path. And we design the path tracking controller using the proposed approach angle. To design the path tracking controller, we obtain the new vehicle"s error dynamics in the body-fixed frame, and then design the path tracking controller based on Lypunov direct method. Finally, some simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed controller.