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유전 알고리즘을 이용한 수중운동체 조종성미계수의 민감도 최대화 입력 설계
Design of Sensitivity-Maximizing Input for Submersibles' Manoeuvring Coefficients using Genetic Algorithm Technique 원문보기

大韓造船學會 論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.43 no.2, 2006년, pp.156 - 163  

여동진 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소 해양운송안전연구본부) ,  이기표 (서울대학교 조선해양공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The accuracy of estimates of hydrodynamic coefficients can be increased by using sensitivity-maximizing inputs. In this study, sensitivity-maximizing actuator commands of a submersible, which are sequences of bang-bang type commands, were obtained using Genetic Algorithm (GA) optimization technique....

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, 유전 알고리즘으로 도출된 입력을 통해 조종성미계수의 민감도가 기존의 실선 시운전 결과에 비해 매우 크게 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 민감도 최대화 입력을 적용하여도 민감도의 비중이 여전히매우낮게 나타나는 조종성미계수가 존재하였으며 이렇게 민감도 비중이 낮은 항들에 대한 소거의 결과가 수중운동체의 조종성능 예측에 어느 정도의 영향을 보이는지를 확인하였다. 그 결과, 민감도 비중 0.
  • 따라서, 본 연구에서는 Bang-Bang 형태의 타각 명령이 명령 지속 시간은 30 초, 전체 시운전시간 300 초 동안 발생하는 경우에 대한 검색을 실시하였다. 이러한 Bang-Bang 형태의 입력 검색에 있어 유전 알고리즘을 적용하는데 이진화 등의 과정 없이 각 시간멸의 제어 명령을 그대로 유전자 정보로 사용할 수 있다는 장점이 있다, 검색의 대상이 되는 유전자 개체는 Fig.
  • 또한, 이러한 민감도 최대화 입력 상황에서 얻어진 각 항들의 민감도 비중을 비교하여 그 결과를 기존 실선 시운전에서의 민감도 비중 분포와 비교하였다. 마지막으로 이러한 결과를 조종 운동방정식의 수정에 적용하기 위한 방안을 연구하였다.

가설 설정

  • (3) 전체 시험 시간은 통상적인 조종시운전과 유사한 시간을 가질 것.
  • 3.3.2 절의 설명과 같이 30 초간 지속되는 타 및 승강타각 명령이 300 초간의 시운전에 발생한다는 것을 가정하여 유전 알고리즘을 통해 민감도 최대화 입력을 도출하였다. 곡선 근사와 같은 문제에서는 근사 시키려는 값과의 오차 등으로 유전 알고리즘의 종료 조건을 설정할수 있으나 본 연구 에서 다루는 문제와 같이 목적함수의 최대, 최소를 구하는 문제에서는 그러한 종료 조건을 사묭하기.
  • 2004). 또한, 이동 평균(Moving Average; MA) 모델의 경우 최적 입력은 의사 불구칙 이진 배열 (Pseudo Random Binary Sequence; PRBS) 형태로 나타나는 것이 알려져 있으므로(윤현규와 이기표 2003), 본 연구에서 도출하고자 하는 입력의 형태가 Bang-Bang 형태를 가질 것으로 가정하며, 탐색 영역의 설정은 다음과 같은 조건을 고려하였다(Sung et al. 2004).
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참고문헌 (13)

  1. 윤현규, 이기표, 2001, '모델링 전 추정기법들 이용한 조종시운전시의 외력 및 조류 변수 추정.' 대한조선학회 논문집, 제 38 권, 제 4 호, pp.30-39 

  2. 윤현규, 이기표, 2003, '선박 조종미계수 식별시 모델링 전 추정기법과 확장 Kalman 필터에 의한 계수추정법의 비교에 관한 연구' 대한조선학회 논문집, 제 40 권, 제 5 호, pp. 43-53 

  3. 여동진, 이기표, 2005, '수중운동체의 조종성능 에 대한 민감도 해석법의 적용' 대한조선학회논문집, 제 42 권, 제 5 호, pp. 448-455 

  4. 연성모, 이기표, 여동진, 김선영, 윤현규, 2004, '저속 수학모형 정립을 위한 자유항주시험 시나리오 설계' 대한조선학회 추계학술대회 논문집 , pp. 800-805 

  5. Gertler, M. and Hagen, G.R., 1967, Standard equations of motion for submarine simulation, DTNSRDC Report 

  6. Goldberg , D.E., 1989, Genetic Algorithms in Search, Optimization , and Machine Learning, Addison-Wesley Publishing Company Inc 

  7. Hwang, W.Y., 1980, Application of system identification to ship maneuvering, Ph. D. Thesis, M.I.T 

  8. Kalaba, R. and Spingarn, K., 1982, Control, Identification and Input Optimization , Plenum Press, New York 

  9. Perrault, D., Bose, N., O' Young, S. and Williams, C.D., 2003, 'Sensitivity of AUV response to variations in hydrodynamic parameters,' Ocean Engineering, Vol. 30, Issue 6, pp. 779-811 

  10. Rhee K.P. and Kim, K., 1999, 'A New Sea Trial Method for Estimating Hydrodynamic Derivates,' Ship & Ocean Technology, Vol. 3, No.3, pp. 25-44 

  11. Rhee, K.P., Yoon, H.K., Kim, S.H., Sung, Y.J. and Kang, J.N. , 2000, 'An Experimental Study on Hydrodynamic Coefficient of a Submerged Body using Planar Motion Mechanism and Coning Motion Device,' International Workshop on Ship Manoeuvrability, pp. 1-20 

  12. Sen, D., 2000, 'A Study on Sensitivity of Maneuverability Performance on the Hydrodynamic Coefficients for Submerged Bodies' , Journal of Ship Research, Vol. 44, No.3, pp. 186-196 

  13. Sung, Y.J., Rhee, K.P., Yeo, D.J. and Yun, K.H., 2004, 'Optimal Design of Scenarios for Rudder. to Estimate the Manoeuvring Coefficients of a Ship from Free-Sailing Test,' Proceedings of the Pacific 2004 International Maritime Conference , Sydney, AUSTRALIA, Vol 2, pp. 597-609 

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