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선박운동제어를 위한 제어력분배 및 제어기설계에 관한 연구
Control Allocation and Controller Design for Marine Vessel based on H∞ Control Approach 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.26 no.3 = no.106, 2012년, pp.20 - 25  

지상원 (부경대학교 공과대학 기계시스템공학과) ,  김영복 (부경대학교 공과대학 기계시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the authors propose a new approach to the control problem of marine vessels that are moored or controlled by actuators. The vessel control system is basically based on Dynamic Positioning System (DPS) technology. The main object of this paper is to obtain a more useful control design ...

주제어

#선박   #제어력분배   #강인제어   #안정성   #제어성능   #선형행렬부등식  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기존의 연구결과가 다소 간단하다 할 수 있으나 제어기설계와 제어력분배를 별도로 다루다 보니 제어계의 안정성 및 제어 성능 등에 대한 해석과 평가가 수행되지 않는 문제가 발생한다. 따라서 본 논문에서는 제어력분배문제를 강인제어기법으로 변환하여 다루는 방법을 제안하고 시스템 안정성 및 제어성능에 관한 조건 등을 동시에 만족시킬 수 있는 새로운 제어계설계법을 도출하였다. 즉, 그 해법으로 LMI 조건을 제시하고 이것을 만족하는 제어기를 설계하였고 시뮬레이션을 통해 제안한 방법의 유효성을 검증하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 FPSO 및 Drill Ship 등의 운영에 필수기술인 DPS 기술개발을 위해 윈치 및 보조추진장치를 갖는 선박의 자세 및 위치제어기술을 개발하는 것이 그 목적이다. 즉, 4기 혹은 그 이상으로 이루어지는 액추에이터를 통해 수상운동체의 위치 및 자세를 제어하는 문제를 고려한다.
  • 후)제어 성능">제어성능 등의 문제에 대해서는 전혀 고려하지 않고 있다. 본 논문에서는 Fossen 등(Fossen and Berge, 1997; Fossen, 2002)의 연구결과와는 달리, 제어력분배, 시스템안정성 및 제어성능 등을 동시에 고려하여 제어기를 설계하는 문제에 대해 고찰한다. 즉, 본 논문에서는 제어기로부터 계산된 제어신호를 액추에이터 및 제어대상으로 분배하는 제어력분배문제에 대해 고찰하였다. 제어력을 적절히 분배하기 위한 많은 연구결과가 이미 제안되어 있으나 그 대부분이 제어기를 먼저 설계하여 두고 이와는 별도로 독립적인 과정을 거쳐 제어력분배를 위한 전달행렬을 구하는 것이다.
  • 본 논문에서는 제어기설계와 제어력분배문제를 하나의 일관된 과정을 거쳐 완성하는 제어계설계문제에 대해 고찰한다. 즉, 본 연구에서는 제어대상이 수상운동체인 만큼 Fossen 등(Fossen and Berge, 1997; Fossen, 2002)의 연구결과를 기본으로 하여 제어력분배문제에 대한 새로운 접근법과 제어기설계법을 제안한다.
  • ,4)가 결정되게 된다. 앞서 기술하였듯이 Fossen 등(Fossen and Berge, 1997; Fossen, 2002)이 제안하고 있는 방법과는 달리 제어기 설계와 제어력분배문제를 동시에 다룰 수 있는 방법에 대해 고찰한다.

가설 설정

  • 그리고 액추에이터로부터 만들어지는 제어력이 선체에 작용하는 각도 αi(i = 1,...,4)는 일정하다고 가정한다.
  • 후)대상 선박을">대상선박을 평면상에서 서지(Surge), 스웨이(Sway), 요우(Yaw)방향의 운동을 제어하는 것이 목적이라 가정한다. 이 경우 제어기로부터 발생되는 제어력은 3개이기 때문에 이것을 4기의 스러스터에 적절히 분배해야 하는 문제가 발생한다.
  • 10에 나타내었다. 시뮬레이션 조건은 선박이 원래 정지위치로부터 이탈해 있다고 가정하고원래의 위치로 되돌리는 문제를 고려한다. 즉, ,4)는 일정하다고 가정한다. 이 가정은 터그보트에 의해 예인되거나 로우프에 의해 선박이 계류되는 경우를 고려한 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제어력분배(Control allocation)는 무엇인가? 제어력분배(Control allocation)는 제어문제에서 입력과 출력 수가 다른 경우에 도입되는 기법 중의 하나이다. 제어이론적인 관점에서는 제어출력수가 제어입력수보다 적거나 같은 것이 바람직하다.
앵커링(Anchoring)은 무엇인가? 이것은 고정도 위치제어를 통해 특수한 목적을 달성하기 위한 경우에 도입된다. 그러나 작업수행을 위해 Barge선을 해상에서 일정위치에 유지하도록 하는 방법은 와이어나 로우프로 연결되는 앵커(Anchor)를 해저에 던져 고정시키는 것이 가장 보편적인 방법이다. 즉, 앵커링(Anchoring)으로 조류나 바람 등에 의해 해상설비가 밀려 일정범위를 벗어나는 것을 방지하는 것이다.
Barge선은 어떠한 임무를 수행하는가? 이와 관련된 특수목적의 작업선 중에는 Barge선이 있다. Barge선은 원양해역에서 보다 연안이나 항만에서 선박건조작업을 지원하거나 근거리자재운반 등의 비교적 가벼운 임무를 수행한다. 필요에 따라서는 작업자들이 거주하는 해상공간으로 이용되기도 하나, 작업지원이 그 주된 사용목적이라 할 수 있다.
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참고문헌 (13)

  1. Bodson, M. (2002). "Evaluation of Optimization Methods for Control Allocation", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol 25, No 4, pp 703-711. 

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  12. Strand, J.P. (1999). "Nonlinear Position Control System Design for Marine Vessels", Ph.D. Thesis, Dept of Engineering Cybernetics, Norwegian University of Science and Technology. 

  13. Zhang, R.C., Sun, Z., Sun, F. and Xu, H. (1998). "Path Control of a Surface Ship in Restricted Waters Using Sliding Mode", Proc. of 37th IEEE Conference on Decision and Control, pp 4237-4244. 

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