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본 논문에서는 무인 복합형 항공기에 적용할 자율 비행제어 시스템의 내부루프 제어기를 설계하였다. 항공기 비행동역학 모델 개발은 Gen-ATLAS를 이용하였다. 회전익의 경우 각 축의 강한 연계효과로 인한 비선형성을 많이 포함하기 때문에 모델 불확실성에 강건한 모델 추종 제어기법을 사용하였으며 역 변환 모델은 선형 상태 방정식으로부터 유도하였다. 내부루프 제어기는 추종제어를 통해 생성된 궤도를 항공기의 속도나 자세각 제어를 통해 추적하도록 설계하였으며 회전익 비행 모드의 제자리 비행 및 저속영역, 전진비행 영역, 그리고 고정익 비행 모드의 고속 비행 영역을 포함하는 전체 영역에서 운용이 가능하도록 하였다. 또한 각 비행 모드는 자동비행모드와 수동비행모드로 나누어지며 사용자의 목적에 따라 자유롭게 전환이 가능하다. 각 개별 비행영역과 비행모드에 따라 채택된 조종응답특성은 비행영역이 전환됨에 따라 자동으로 전환하도록 설계하였다. 전환시에는 비행상태와 역변환 모델을 통해 계산된 바람직한 조종 입력값(desired ...

본 논문에서는 무인 복합형 항공기에 적용할 자율 비행제어 시스템의 내부루프 제어기를 설계하였다. 항공기 비행동역학 모델 개발은 Gen-ATLAS를 이용하였다. 회전익의 경우 각 축의 강한 연계효과로 인한 비선형성을 많이 포함하기 때문에 모델 불확실성에 강건한 모델 추종 제어기법을 사용하였으며 역 변환 모델은 선형 상태 방정식으로부터 유도하였다. 내부루프 제어기는 추종제어를 통해 생성된 궤도를 항공기의 속도나 자세각 제어를 통해 추적하도록 설계하였으며 회전익 비행 모드의 제자리 비행 및 저속영역, 전진비행 영역, 그리고 고정익 비행 모드의 고속 비행 영역을 포함하는 전체 영역에서 운용이 가능하도록 하였다. 또한 각 비행 모드는 자동비행모드와 수동비행모드로 나누어지며 사용자의 목적에 따라 자유롭게 전환이 가능하다. 각 개별 비행영역과 비행모드에 따라 채택된 조종응답특성은 비행영역이 전환됨에 따라 자동으로 전환하도록 설계하였다. 전환시에는 비행상태와 역변환 모델을 통해 계산된 바람직한 조종 입력값(desired command input)에 불연속이 없도록 무충돌 전환 알고리즘(Bump-less transfer algorithm)을 개발하여 적용하였다. 제어기 설계를 위한 무인 항공기의 조종성 요구조건은 아직 마련 된 바가 없기 때문에 본 논문에서는 무인 항공기에 적용할 적절한 조종성 요구조건에 대한 연구를 수행하였고 이에 대해 적절한 대안을 제시하였다. 또한 CONDUIT을 활용하여 개발한 비행제어기와 이를 적용 및 개발한 무인 복합형 항공기의 조종성(HQR: Handling Quality Rating)이 Level 1을 만족하도록 설계계수(design parameter)를 최적화하여 조종성 요구조건의 충족 여부를 확인하였고 시뮬레이션을 통해 제어기의 성능을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes the development of an inner loop controller for an autonomous flight control system for use in unmanned compound aircrafts. The aircraft model is developed using Gen-ATLAS. In the case of rotorcraft, the model following control technique, which has robustness against uncertainty...

This paper describes the development of an inner loop controller for an autonomous flight control system for use in unmanned compound aircrafts. The aircraft model is developed using Gen-ATLAS. In the case of rotorcraft, the model following control technique, which has robustness against uncertainty, is used because it contains numerous nonlinearities. The inverse transformation model is derived from the linear state equation. The inner loop controller is designed to track the generated trajectory by tracking control through speed or attitude angle control of the rotorcraft, and it can be operated in the entire area, including low-speed, forward flight, and high-speed regions. The control modes adopted for each flight region are designed to automatically switch as the flight region changes. Furthermore, the desired control input is designed to remove unexpected inputs or bumps during mode changes so that the aircraft does not become unstable. A study of appropriate handling quality requirements (HQRs) is conducted because these have not been established for unmanned rotorcrafts; in addition, appropriate alternatives are suggested. The design parameters have been optimized to satisfy handling quality rating level 1 by using CONDUIT®; these confirm whether the HQRs are satisfied. Furthermore, the performance of the controller is validated through simulation. As the convergence and the optimal solution differ depending on the initial design parameters, methods for obtaining the initial control gain values of the model following controller are considered.

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