Fig 4.11 Horizontal motion control(path change) simulation result in case of existence of current (=90°, =1kt)
4.4 수직면 운동 제어
≺ max(20)
여기서 은 수평타각을, 는 수평타의 각속도를, max는 수평타의 각속도의 최대값을, 는 시정수를 의미한다.
4.4.2 수직면 제어 수치 시뮬레이션 결과
수직면 운동 제어의 경우에도 조류가 없을 때와 조류가 있을 때에 대하여 각 각 수행되었다. 수치 시뮬레이션은 초기속도 5 kt의 직진 상태에서 명령이 이루 어지도록 하였다. 그리고 대각도 조타로 인해 조타기에 과도한 동력이 걸리지 않도록 하기 위해 명령 수평타각의 최대값을 15°로 제한하였다. 또한 정상 직 진 시에 만타 무인잠수정 동체 형상의 상하 비대칭에 기인하는 동유체력 즉,
′ ′의 영향을 상쇄시키기 위해서 수평타의 초기 타각을 -13.8°로 설정하였 다.
1) 조류가 없을 때의 수직면 운동 제어
조류가 없을 때의 수직면 운동제어는 심도 변경에 대하여 수행되었다. 심도 변경은 두 단계로 나누어서 제어한다. 먼저 제1단계로서 ′ 가
′
보다 작을 경우에는 PD 제어 모델에서 항만을 사용하여 제어한다. 제2단계로서 ′ 가
′
보다 클 경우에는 , , 항 전체를 사용하여 제어하며, 는 를 설 정한다. Fig 4.12는 조류가 없을 때의 수직면 운동제어 수치 시뮬레이션의 결과 이다.Fig 4.12 Vertical motion control(depth change) simulation result in case of non-existence of current
2) 조류 중에서의 수직면 운동 제어
조류가 있을 때의 수직면 운동 제어 수치 시뮬레이션은 심도 변경, 심도 유지 에 대하여 수행되었다. 조류는 수평면 운동에 대해서만 작용하기 때문에 심도 변경 운동의 경우에는 조류가 없을 때와 동일하게 제어를 한다. 그리고 심도 유지 제어의 경우에는 PD 제어 모델에서 , 항을 사용하여 제어한다. 수치 시뮬레이션의 결과를 Fig 4.13, Fig 4.14에 나타낸다.
Fig 4.13 Vertical motion control(depth change) simulation result in case of existence of current (=90°, =1kt)
Fig 4.14 Vertical motion control(depth keeping) simulation result in case of non-existence of current (=90°, =1kt)
제 5장 결론
본 연구에서는 조류의 영향을 받는 만타 무인잠수정의 운동 제어에 관해 논 하였다. 대각도 사항시험과 4상한 영역 추진기 단독시험을 수행하여, 배준영과 손경호(2009)의 연구에서 개발된 만타 무인잠수정의 6자유도 운동 수학모델을 새롭게 제안하였으며, 아울러 만타 무인잠수정의 운항 환경 조건으로서 불균일 조류의 영향을 고려할 수 있는 수학모델을 구축하였다. 그리고 자유항주모형시 험 결과와 수치시뮬레이션 결과와의 비교를 통하여 수학모델을 검증하였다. 또 한 불균일 조류 중에서 운항되는 만타 무인잠수정의 추력 제어, 수평면 운동 제어 및 수직면 운동 제어를 위해 PD 제어기를 구축하였으며, 만타 무인잠수 정 실물의 6자유도 비선형 운동 수치 시뮬레이션을 수행였으며, 이를 통해 다 음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
(1) 불균일 조류의 영향을 고려한 만타 무인잠수정의 6자유도 운동 수학모델 구축하였고, 수치시뮬레이션 프로그램을 개발하였다.
(2) 자유항주모형시험 결과와 이에 대응하는 수치시뮬레이션결과를 비교하여 제안한 수학모델을 검증하였다.
(3) 불균일 조류 중에서 운항되는 만타 무인잠수정의 추력 제어, 수평면 운동 제어, 수직면 운동 제어를 위하여 PD제어기를 구축하였으며, 수치 시뮬레이션 기법을 통해 제어의 효과를 확인하였다.
앞으로 PD제어기 이외에 Fuzzy제어, Sliding mode제어 등을 적용한 제어기 구 축이 필요 할 것이라 생각한다.