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T-S 퍼지 모델 기반 수중글라이더의 부력 및 모멘트 제어기 설계
Design of Buoyancy and Moment Controllers of a Underwater Glider Based on a T-S Fuzzy Model 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.65 no.12, 2016년, pp.2037 - 2045  

이경학 (Dept. of Electrical Engineering, Hanbat National University) ,  김도완 (Dept. of Electrical Engineering, Hanbat National University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a fuzzy-model-based design approach to the buoyancy and moment controls of a class of nonlinear underwater glider. Through the linearization and the sector nonlinearity methodologies, the underwater glider dynamics is represented by a Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy model. Sufficient c...

주제어

#Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy model   #Underwater glider   #Lyapunov stability   #Linear matrix inequalities (LMI)   #Linearization  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 제안된 설계 기법의 검증을 위해 표 1에 제시된 파라미터를 가지는 수중 글라이더 (1)를 고려하자. 목표는 수중글라이더 (1)의 점근적 안정화 퍼지 제어기 (6)을 설계하는 것이다. |x1| ≤ 0.
  • 제어기 설계의 용이성과 전역 안정도를 만족하는 수중글라이더의 부력 및 모멘트 제어를 위해 퍼지 모델 기반 제어기법의 연구가 필요하다. 본 논문에서는 부력 및 모멘트 제어를 위한 T-S 퍼지 모델을 이용한 제어기 설계 기법을 소개한다. 부력제어입력에 대한 변화와 승강타 제어를 고려한 비선형 수중글라이더의 동역학은 선형화(linearization)[14]와 부채꼴 비선형성(sector nonlinearity)[13]을 이용하여 수중글라이더의 동역학은 퍼지 모델로 표현된다.
  • 본 논문은 T-S 퍼지 모델을 이용한 비선형 수중글라이더의 부력 및 모멘트 제어 설계하였다. 수중글라이더의 동역학 모델링은 승강타와 부력 변화에 의한 힘-모멘트 상호작용을 고려하여 표현된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수중글라이더의 궤적은 고안목적은 무엇인가? 수중글라이더(underwater glider)는 중층 플로트로부터 진화한 해양 무인 탐사체이며 부력변화와 내부 무게추의 이동과 날개를 통해 추진력을 얻는다. 수중글라이더의 궤적은 톱니모양을 나타내며 원하는 지점을 비행기처럼 활강하여 이동하도록 고안되었다. 수중글라이더의 개념은 미국 우즈홀 해양 연구소의 헨리 스톰멜 박사에 의해 언급되었으며 글라이더의 종류에는 스크립스/우주홀의 스프레이 글라이더(spray glider), 워싱턴 대학의 씨글라이더(sea-glider), WRC사의 슬로컴 글라이더(slocum glider)가 존재한다[10,11].
수중글라이더란? 수중글라이더(underwater glider)는 중층 플로트로부터 진화한 해양 무인 탐사체이며 부력변화와 내부 무게추의 이동과 날개를 통해 추진력을 얻는다. 수중글라이더의 궤적은 톱니모양을 나타내며 원하는 지점을 비행기처럼 활강하여 이동하도록 고안되었다.
피드백 선형화 기법의 단점은? 이러한 단점을 보완하기 위해 [5-7]은 피드백 선형화 기법을 이용한 토크 제어, 부력 및 모멘트 제어와 관측기 기반 부력 및 모멘트 제어를 통한 비선형 제어기를 설계함으로써 수중글라이더의 안정화를 제시하였다. 피드백 선형화 제어 기법은 피드백 선형화를 위한 상태변수들의 선형 변환과 비선형 변환과의 미분동형사상이여야 하는 한계를 가지며 계산상의 복잡성을 가진다[7]. 특히 [1-3], [6,7]에서 제안한 제어기의 특징은 수중글라이더의 부력변화와 승강타의 제어에 의한 힘-모멘트의 상호작용을 고려한 동역학을 바탕으로 제어기를 설계하였다.
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참고문헌 (17)

  1. B. T. Curtin, M. D. Crimmins, J. Curcio, M. Benjamin, C. Roper, "Autonomous underwater vehicles: trends and transformations," Marine Technology Society Journal, vol. 39, no.3 pp. 65-75, 2005. 

    상세보기

  2. S. C. Jee. J, H. Moon, and H. J. Lee, "Stabilization of underwater glider by torque control: feedback linearization approach,"The Institute of Electronics Engineers of Korea Conference, pp. 1358-1360, 2014. 

  3. S. C. Jee, H. J. Lee, M. H. Kim, and J. H. Moon, "Stabilization of underwater glider by buoyancy and moment control : feedback linearization approach," Journal of Ocean Engineering and Technology, vol. 28 no. 6, pp. 546-551, 2014. 

    원문보기 상세보기 crossref

  4. J. H. Moon, S. C. Jee, and H. J. Lee, "Stabilization of underwater glider by observer-based buoyancy and moment control," Information and Control Symposium, pp. 224-227, 2014. 

  5. J. H. Moon, H. J. Lee, "Underwater glider model-based sampled-data controller design and stability analysis," The Korean Society of Mechanical Engineers conference, pp. 2859-2862, 2015. 

  6. Bhatta, Pradeep, and Naomi Ehrich Leonard, "Nonlinear gliding stability and control for vehicles with hydronamic forcing," Automatica, vol. 44 no. 5, pp. 1240-1250, 2008. 

    상세보기 crossref

  7. F. Zhang, X. Tan, and HK. Khalil, "Passivity-based controller design for stablization of underwater glider." American Control Conference(ACC), IEEE, pp. 5408-5413, 2012. 

  8. M. J. Kim, M. G. Joo, "Depth control of an underwater glider by using PID controller," Journal of Korean Institute of Information Technology, vol. 13 no. 4 pp. 1-7, 2015. 

  9. Y. Yang, Y. Wang, Z. Ma, S. Wang. "A thermal engine for underwater glider driven by ocean thermal energy." Applied Thermal Engineering pp. 455-464, 2016. 

  10. I. Khalid, and M. R. Arshad. "Modeling and motion control of a hybrid-driven underwater glider." Indian Journal of Geo-Marine Sciences, vol. 42 no.8 pp. 971-979, 2013 

  11. I. Khalid, M. R. Arshad, and S. Ishak, "A hybrid-driven underwater glider model, hydrodynamics estimation, and an analysis of the motion control." Ocean Engineering vol. 81 pp. 111-129, 2014. 

    상세보기 crossref

  12. S. W. Jun, D. W. Kim, H. J. Lee, "Design of T-S Fuzzy-Model-Based Controller for Control of Autonomous Underwater Vehicles," Korean Institute of Intelligent Systems Transactions, vol. 21 no. 3, pp. 302-306, 2011. 

    원문보기 상세보기 crossref

  13. K. Tanaka, and H. O. Wang, Fuzzy control systems design and analysis: a linear matrix inequality approach, John Wiley & Sons, 2004. 

  14. H. K. Khalil, Nonlinear Control,. Upper Saddle River, NJ:Prentice, 1996. 

  15. P. Bhatta, Nonlinear Stability and Control of Gliding Vehicles, Ph.D. thesis, Princeton University, 2006. 

  16. D. W. Kim, "Tracking of REMUS autonomous underwater vehicles with actuator saturations," Automatica, vol. 58, pp. 15-21, 2015. 

    상세보기 crossref

  17. D. W. Kim, H. J. Lee, and M. Tomizuka, "Fuzzy stabilization of nonlinear systems under sampled-data feedback: an exact discrete-time model approach," IEEE Trans. Fuzzy Systs., pp. 251-260, vol. 18, no. 2, 2010. 

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