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문제 정의
- 본 연구에서는 비행체의 운동 역학을 고려하여 질점 가속도 기준 모델을 이용하여 시선각 유도 법칙의 유도 게인 설정 기법에 대해 기술하였다. 제안된 기법은 비행 중에 변화하는 속도에 따라 유도 게인이 변화하면서 주어진 경로를 추종하게 하여 안정적이고 일관된 성능을 보일 수 있다.
- 본 연구에서는 선형 경로를 추종하기 위한 시선각 기반 유도 제어 법칙을 기술하고 이에 필요한 유도 게인을 설계하기 위해 경로에 대한 수직오차와 수직 오차의 1차 미분항을 이용한 가속도 기반 2차 선형 모델을 기준으로 비행체의 운동 역학과 유도 기하학을 이용하여 유도 게인을 설계하는 기법을 제시하였다. 또한, 제안한 기법과 함께 선형 경로 추종을 위한 유도 법칙에 운동 역학을 고려하여 앞먹임 값을 계산하고 이를 이용해 원형 경로 추종을 위한 유도 법칙을 제안하였다.
- 본 절에서는 앞서 기술한 선형 경로에 대한 유도 게인 설계 기법을 기반으로 원형 경로에 대한 정밀 추종이 가능한 유도 법칙에 대해 기술하도록 한다.
- 본 절에서는 제안된 시선각 유도 법칙의 게인 설계 기법을 검증하기 위하여 선형 경로와 원형 경로에 대한 비행시험 결과에 대해 기술하였다.
- 선형 경로 추종시험에서는 항공기가 활주로를 추종하도록 하였으며 초기 조건은 항공기가 활주로 방향과 반대 방향에 최소 회전 반경의 2배 정도 떨어진 곳에 위치하도록 하였다. 이는 항공기가 추종 경로로부터 멀리 떨어진 경우와 선형 경로와의 방향 오차가 가장 크게 갖는 상태에서 항공기의 추종성능을 시험하여 본 연구에서 제안한 기법의 타당성을 검증하기 위함이다.
- 이러한 단점을 보완하기 위해서는 유도 게인을 어떻게 설계할 것인가에 대한 문제가 필수적으로 대두되는데 이러한 문제를 해결하고자 본 연구에서는 비행체의 운동역학만을 고려하여 비행체의 속도와 최대 뱅크각만 이용하여 비행체의 운동 특성을 이용한 유도 게인을 설계하는 기법을 제안하고자 한다.
가설 설정
- 먼저, 첫 번째 상황에서는 비행체의 속도가 20m/s로 일정하다고 가정하고 최대 뱅크각은 40도로 하면 최소 선회 반경은 48.6m로 계산되며 비행체 응답 속도에 의한 시간지연 효과를 고려하지 않고 수행하였다.
- 8에 나타내었다. 비행체는 1차 지연 시스템으로 가정하였으며 아래에서 보듯이 롤 응답 속도가 느릴수록 시간지연에 의한 영향이 커져 과도 응답 구간에서의 성능저하가 발생하는 것을 확인하였다.
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