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본 논문은 Bo-105헬리콥터의 비선형 시뮬레이션 코드를 MATLAB/Simulink로 개발하고 모델추종제어(Model Following Control, MFC)기법을 사용하여 헬리콥터 자동비행 조종 장치(Automatic Flight Control System, AFCS)를 FAR-27규정에 부합하게 설계하였다. 이렇게 설계한 AFCS를 시뮬레이션을 통하여 FAR-27규정에 부합하는가를 확인 하였다. 헬리콥터의 비선형 모델은 포트란이나 C언어로 개발된 것들은 많지만 MATLAB/Simulink를 기반으로 개발된 것은 많지 않다. 그 이유는 헬리콥터를 ...

본 논문은 Bo-105헬리콥터의 비선형 시뮬레이션 코드를 MATLAB/Simulink로 개발하고 모델추종제어(Model Following Control, MFC)기법을 사용하여 헬리콥터 자동비행 조종 장치(Automatic Flight Control System, AFCS)를 FAR-27규정에 부합하게 설계하였다. 이렇게 설계한 AFCS를 시뮬레이션을 통하여 FAR-27규정에 부합하는가를 확인 하였다. 헬리콥터의 비선형 모델은 포트란이나 C언어로 개발된 것들은 많지만 MATLAB/Simulink를 기반으로 개발된 것은 많지 않다. 그 이유는 헬리콥터를 모델링 하는 과정에서 대수루프(Algebraic Loop)가 포함된 방정식이 생기게 되는데 이를 해결하기위한 해법(Solver)이 MATLAB에는 마련되지 않아 해를 찾기가 힘들기 때문이다. 이처럼 MATLAB/Simulink를 기반으로 비선형 시뮬레이션 모델을 개발하면 포트란과 C언어와는 다르게 블록(Block)으로 헬리콥터 각각의 요소를 표현 할 수 있기 때문에 사용자가 조금 더 직관적으로 모델을 알아볼 수 있다. 또한 제어기의 설계에 있어서도 다른 언어와 다르게 전체적인 코딩(Coding)을 다시 해야 하는 필요가 없어 제어기 설계연구에 있어 더욱 편리하다는 이점을 얻을 수 있다. 우선 AFCS설계에 앞서 시뮬레이션에 사용할 Bo-105 헬리콥터의 비선형 시뮬레이션 코드를 MATLAB/Simulink를 기반으로 하여 개발하기위해 모델링을 수행하였다. 메인로터와 테일 로터에서 속도, 가속도, 각속도, 각가속도를 구하기 위하여 Explicit형태의 식으로 Flap, Lead-Lag, Torque방정식을 정리하였고 이렇게 구한 값들을 합하여 동체 고정 좌표계(Body Fixed Frame)에 좌표변환 하여 Bo-105헬리콥터에 작용하는 힘과 모멘트를 구하였다. 완성된 비선형 헬리콥터 모델을 통하여 트림 값을 구하고 이를 선형화하여 상태 공간 방정식을 구하였다. 이렇게 얻은 선형화된 상태 공간 방정식을 이용하여 FAR-27 요구조건에 부합하는 헬리콥터 자동비행 조종 장치(AFCS)설계하였다. 이때 제어기설계를 위하여 MFC(Model Following Control)기법을 이용하였다. 마지막으로 시뮬레이션을 통하여 MFC기법으로 설계한 AFCS가 FAR-27규정에 부합하는가를 평가 하였다.

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