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모델기반 개발기술을 적용한 무인항공기 비행제어 소프트웨어 개발
문정호(Jungho Moon),신성식(Sungsik Shin),최승기(Seungkie Choi),조신제(Shinje Cho),노은정(Eunjung Rho) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.12
본 논문은 근접감시 무인항공기(KUS-9)의 비행제어 소프트웨어(S/W) 개발 과정과 모델기반 개발 기술 적용 결과를 다룬다. 대표적인 상용 모델기반 설계도구인 MATLAB Simulink<SUP>®</SUP>를 활용하여 통합개발 환경을 구축하고 비행제어법칙, 운용로직, 비행 시뮬레이션 모델, HILS(Hardware-in-the-Loop Simulation) 시스템 모델을 설계하였다. 설계 과정에서 요구사항 충족을 위한 시뮬레이션 및 동료검토를 수행하고 DO-178B 검증 도구를 이용하여 모델을 검증한 후 S/W시험 도구를 통해 C코드의 무결성을 검증하였다. 탑재 소프트웨어는 두 기종의 하드웨어 및 실시간운용체제(μC/OS-Ⅱ, VxWorks)에 탑재하여 HILS시험과 비행시험을 수행하였다. 모델기반 개발 기법을 적용함으로써 S/W 재사용성과 확장성을 확보하고 자동코드생성 기술을 이용하여 고신뢰 비행제어 S/W를 단기간에 성공적으로 개발하였다. This paper describes the Model-Based Development(MBD) process behind the flight control software of a close-range unmanned aerial vehicle(KUS-9). An integrated development environment was created using a commercial tool(MATLAB Simulink®), which was utilized to design. models for linear/nonlinear simulation, flight control law, operational logic and HILS (Hardware In the Loop Simulation) system. Software requirements were validated through flight simulations and peer reviews during the design process, whereas the models were verified through the application of a DO-178B verification tool. The integrity of automatically generated C code was verified by using a separate S/W testing tool. The finished software product was embedded on two different types of hardware and real-time operating system(uC/OS-Ⅱ, VxWorks) to perform HILS and flight tests. The key findings of this study are that MBD Technology enables the development of a reusable and an extensible software product and auto-code generation technology allows the production of a highly reliable flight control software under a compressed time schedule.
A Study on the Properness Constraint on Iterative Learning Controllers
문정호(Jungho Moon),도태용(Tae-Yong Doh) 한국지능시스템학회 2002 한국지능시스템학회논문지 Vol.12 No.5
본 논문은 초기 조건 문제의 관점에서 반복 학습 제어기가 proper 해야 할 필요성에 대하여 연구한다. 반복 학습 제어기가 proper하지 않으면, 모든 반복에 있어서 시스템의 초기 상태와 요구되는 시스템의 상태가 완전히 일치하지 않는다면 학습입력의 크기가 무한대로 증가하는 경우가 생겨 실제 구현이 불가능해진다. 따라서 이론적으로 학습 제어의 수렴이 보장되 더라도 proper하지 않은 학습 제어기는 실제 시스템에는 적용할 수 없음을 보인다. 또한 반복 학습 제어 시스템의 초기 조건의 불일치가 시스템의 수렴 특성에 미치는 영향에 대하여 분석한다. This note investigates the necessity of properness constraint on iterative learning controllers from the viewpoint of the initial condition problem. It is shown that unless the iterative learning controller is proper, the learning control input may grow unboundedly and thus not be feasible in practice, though the convergence of tracking error is theoretically guaranteed. In addition, this note analyzes the effects of initial condition misalignment in the iterative learning control system on the control input and convergence property.
초음파 가위의 고효율 구동을 위한 디지털 제어 시스템의 구현
문정호(Jungho Moon) 한국지능시스템학회 2020 한국지능시스템학회논문지 Vol.30 No.6
초음파 가위는 초음파 주파수 대역의 진동을 이용하여 출혈을 최소화하는 방식으로 인체의 조직을 절단할 수 있도록 고안된 수술 도구이다. 초음파 대역의 진동을 일으키기 위하여 피에조 액츄에이터를 사용하며 액츄에이터의 진동을 가위 날의 세로 방향 진동으로 변환하여 마찰열을 발생시킨다. 초음파 가위의 구동 효율을 높이려면 전원의 전력을 최대한 액츄에이터의 유효 전력으로 전달해야 하는데 전력 전달 효율은 액츄에이터의 공진 주파수에 따라 민감하게 달라진다. 또한 초음파 가위가 동작하는 동안 전체 시스템의 공진 주파수는 계속 변하기 때문에, 공진 주파수를 추종하도록 액츄에이터의 구동 주파수를 계속 바꾸어야 한다. 이 논문에서는 초음파 가위 시스템의 전력 전달 효율을 높이기 위한 방법으로서 임피던스 각을 최소화시키는 방향으로 구동 주파수를 디지털 방식으로 조정하는 주파수 제어 알고리즘을 제안한다. MCU 및 FPGA 기반의 디지털 제어 시스템을 구현하여, 개발 중인 시제품 초음파 가위 기구부와 구동 회로를 사용한 실험을 진행하여 제안한 알고리즘의 유효성을 확인하였다. Ultrasonic scissors are surgical dissecting devices utilizing ultrasonically generated frictional heat for minimally invasive surgery. The devices use a piezoelectric actuator for creating ultrasonic vibrations, which turn into longitudinal oscillations of the blades for cutting tissue. To increase the efficiency of ultrasonic scissors, the driving circuit needs to deliver as much real power to the scissors as possible. The power transfer efficiency of ultrasonic scissors depends highly upon the resonant frequency of the device. Because the resonant frequency of the whole system including load changes while the device is being used, the driving frequency of the device should be also adjusted accordingly. This paper proposes a control system for obtaining high-efficiency power transfer by digitally adjusting the driving frequency in such a way as to minimize the impedance angle of the device. The proposed algorithm was implemented using an MCU and an FPGA and the feasibility was verified through experiments using prototype ultrasonic scissors and driving circuits.