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자율운항시스템 개발을 위한 선박운동제어에 관한 연구 : 실험적 연구
A study on ship motion control system design for developing autonomous system: Experimental study 원문보기

수산해양기술연구 = Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology, v.55 no.2, 2019년, pp.172 - 180  

김경현 (부경대학교 대학원 제어기계공학과) ,  서진호 (부경대학교 기계시스템공학과) ,  김영복 (부경대학교 대학원 제어기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a ship motion control system design method is introduced for autonomous ships. Some related research results and technologies for autonomous ships have already been developed and applied to testing ships. Recently, the Norwegian Maritime Authority and the Coastal Administration have s...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • , 2011). 따라서 본 논문에서는 기존연구의 연장선에서 이미 수행한 시뮬레이션결과(Kim et al., 2018)를 기반으로, 선박모델을 제작하고 이를 이용한 실험연구결과를 소개한다. 본 연구에서는 제어대상선박으로 두개의 사이드 스러스터와 하나의 아지무스 추진장치(주추진장치)를 갖추고 있는 1:100 축소 모델을 이용한다.
  • 이러한 추세에도 불구하고 국내에서의 관련 분야 연구개발수준은 시작단계에 머물러 있어, 이 분야 기술개발을 위한 다양한 노력이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 이러한 연구개발 노력의 일환으로 복잡한 항만환경에서의 선박운동제어를 위한 제어시스템을 구축하고, 실험을 통해 설계된 제어계의 제어성능을 평가 하였다. 제어목표로는, 설정된 목표지점(접안지점 등)에 안전하고 신속하게 도달하도록 하는 것이다.
  • 본 연구에서는 복잡한 항구에서 신속하게 설정된 경로를 따라서 접안을 수행하는 것을 목적으로 두고 있고 정상상태에서 추정오차를 없애기 위해서 강인 안정성과 강인 추종성능을 동시에 확보하는 제어계를 설계하여 모형선 실험을 통해 그 유효성을 검증할 수 있었다. 선박 운동 특성 분석에 대한 기초 이론을 정립하였고 액추에이터 구동에 의한 운동특성 분석 및 제어계 설계 기술을 확보하였다.
  • 최적제어이론 등의 설계기법을 이용하면 사양에 맞는 적당한 이득을 구할 수 있다. 본 연구에서는 시뮬레이션과 실험을 반복적으로 수행하면서 적절한 이득을 구하였다.
  • 본 연구에서는 자율운항선박시스템 개발에 필요한 선박운동제어문제에 대해 고찰하였다. 선진외국에서 진행하고 있는 자율운항선박 관련 기술개발 수준은 상당하여, 이미 실용화 수준에 이르렀다.
  • 본 연구에서의 최종목표는 복잡한 항내에서의 안전한 선박접안을 위한 정교한 선박운동제어기술을 확보하는데 있다. 이를 위해서는 정상상태에서 과도한 오버슛 현상 등 목표값을 벗어나는 동작은 허용되지 않는다.
  • 앞서 설명하였듯이 본 연구에서는 선박이 항해를 마치고, 항내로 진입하여 접안하는 과정에서의 선박운동을 적절히 제어하여 정해진 위치에 안전하게 정지하도록 하는 제어계를 구축하는 것에 목표를 두고 있다.

가설 설정

  • 본 논문에서 고려하는 선박은 XY 평면에서 서로 대칭이고 무게 및 회전중심도 좌표중심 근처에 있다고 가정하고, 선박운동방정식을 다음과 같은 일반적인 선형 모델로 나타낸다(Fossen, 2002).
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무인화 기술이 산업에 가져온 변화는? 무인화 기술은 산업전반에 걸쳐 활용되어 생산성 향상뿐만 아니라, 작업환경 개선을 통해 산업구조의 질적인 개선효과를 누리고 있다. 무인화 기술은 자동차를 비롯한 이동 및 이송용 도구에도 활발히 접목되어 실생활에서 누구나 접할 수 있게 되었다.
무인 선박접안기술이 완성되지 못하는 이유는? 특히 운항알고리즘에는 운항 환경에 따른 선박의 유체력특성변화 등이 면밀하게 반영되어야 한다는 필요성에 따라 최근 이와 관련한 연구가 시도되고 있다. 안벽으로 접근하는 과정 중에 발생하는 선박유체력특성변화는 상당히 복잡하고, 선박운동에 미치는 영향 또한 커, 이것은 선박접안기술이 아직도 완성되지 못한 결과로 이어진다(Hasegawa and Fukutomi, 1994; Kasasbeh et al., 1993).
해상 환경의 무인화 기술의 발달의 최대 장애물은? 그러나 열악한 해상환경 때문에 최근까지도 완전한 무인화는 극히 일부대상에 국한되어, 그 활용도는 육상에서 운용되는 자동차 수준에 이르지 못한 것이 현실이다. 여러 가지 이유가 있으나, 무엇보다 적용환경의 열악성이 가장 큰 장애요인이라 할 수 있다. 단적인 예로, 출항 후 외해에서의 자동운항기술은 이미 오래전부터 적용되어 항해사들의 근무환경개선과 운항경비절감 등의 효과를 가져왔다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (13)

  1. Bui VP, Jeong JS, Kim YB and Kim DW. 2010. Optimal control design for automatic ship berthing by using bow and stern thrusters. Journal of Control, Automation and Systems Engineering 24(2), 10-17. 

  2. Bui VP, Kawai H, Kim YB and Lee KS. 2011. A ship berthing system design with four tug boats. Journal of Mechanical Science and Technology 25(5), 1257-1264. (DOI:10.1007/s12206-011-0215-4). 

  3. Bui VP and Kim YB. 2011. Development of constrained control allocation for ship berthing by using autonomous tugboats. International Journal of Control Automation and Systems 9(6), 1203-1208. (DOI:10.1007/s12555-011-0622-4). 

  4. Fossen TI. 2002. Marine control system-guidance, navigation, rigs and underwater vehicle, Trondheim, Norway:Norwegian University of Science and Technology. 

  5. Hasegawa H and Fukutomi T. 1994. On harbour maneuvering and neural control system for berthing with tug operation. Proc. 3rd International Conference on Maneuvering and Control of Marine Craft, UK, 197-210. 

  6. Kasasbeh YA, Pourzanjani MM and Dove MJ. 1993. Automatic berthing of ship. Proc. of the Institute of Marine Engineers, the 3rd International Conference on Maritime Communications and Control, London, 10-17. 

  7. Kim KH, Kim BG and Kim YB. 2018. A study on the optimal tracking control system design for automatic ship berthing. Journal of the Korean Society for Power System Engineering 22(4), 72-80. (DOI:10.9726/kspse.2018.22.4.072). 

  8. Kim KH, Kim YB and JI SW. 2018. A study on ship motion control system design for autonomous ship. J Korean Soc Fish Ocean Technol 54(3), 231-238. (DOI:10.3796/KSFOT.2018.54.3.231). 

  9. Kim KH, Kim CH and JI SW. 2018. A study on heuristic berthing system design with winch and damper assistance. Journal of Korean Society for Power System Engineering 22(6), 20-27. (DOI:10.9726/kspse.2018.22.6.020). 

  10. Ji SW, Bui VP, Balachandran and Kim YB. 2013. Robust control allocation design for marine vessel. Ocean Engineering 63, 105-111. (DOI:10.1016/j.oceaneng.2013.02.004). 

  11. Ji SW, Choi MS and Kim YB. 2015. A study on positioning mooring system design for the vessel moored by mooring lines. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 20(6), 2824-2831. (DOI:10.1109/tmech.2015.2407612). 

  12. Tran AMD, Ji SW and Kim YB. 2014. A ship berthing system design by cooperating with tugboats and dampers. Journal of Drive and Control 11(3), 7-13. (DOI:10.7839/ksfc.2014.11.3.007). 

  13. Tran DQ, Lee DH, Kim TW, Kim YB and Park HC. 2018. A study on maneuvering performance improvement of a towed vessel without a power propulsion system :system modeling. J Korean Soc Fish Ocean Technol 54(4), 343-352. (DOI:10.3796/ ksfot.2018.54.4.343). 

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