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문제 정의
- 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 피예인선에 최소한의 능동적 기능을 부여함으로써 예인시스템의 운항안정성을 개선하고자 하는데 목표를 둔다. 구체적으로는, 피예인선에 조타기능을 부여하여 그것의 적절한 제어를 통해 조종성능을 개선하고자 하는 것이다.
- 따라서 본 연구에서는 수동적인 위치의 피예인선에 최소한의 능동적 기능을 부여함으로써 선박예인시스템의 안정성을 개선하고자 하였다.
- 본 연구에서는 예인시스템의 비선형모델을 기반으로 제어기를 설계하고 수조실험을 통해 시뮬레이션 등의 이론적 연구결과의 유효성을 평가하도록 한다.
- 본 연구에서는 터그보트 등의 예인선이 바지선과 같이 추진력을 갖지 않는 선박을 예인하는 시스템의 동특성분석과 조종성능개선을 위한 방법에 대해 고찰하였다. 지금까지 수행된 관련 연구결과에서는 피예인선을 단순히 선행하는 예인선박에 이끌려가는 수동적 시스템으로 간주하고, 이것의 동특성을 분석하고 안정적으로 예인하기 위한 방법을 모색하는 것에 그쳤다.
- 본 연구에서는, 예인하는 선박(예인선)과 예인되는 선박(피예인선)으로 구성된 Leader Following 시스템의 운동제어문제에 대해 고찰하고 있다. 즉, 터그보트로 조종성이 거의 없는 상태의 선박을 로우프로 연결하여 예인하는 경우의 운동제어문제, 특히 피예인선의 조종성능을 개선하기 위한 제어방법에 대해 고찰하고 있다.
- 설계한 제어기를 이용하여 선박의 운동제어실험을 수행한 결과를 소개한다. 실험은 Fig.
- 즉, 아무런 조종기능이 없으므로 안전한 항해를 위해서는 예인선의 이동경로 또한 상당히 제약을 받을 수밖에 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 피예인선에 최소한의 능동적 기능을 부여함으로써 예인시스템의 운항안정성을 개선하고자 하는데 목표를 둔다. 구체적으로는, 피예인선에 조타기능을 부여하여 그것의 적절한 제어를 통해 조종성능을 개선하고자 하는 것이다.
- 먼저 (1)의 경우는 예인선이 직진하는 대신, 피예인선을 조종하여 예인선과 임의의 위치를 유지하도록 하는 실험이다. 즉 러더제어를 통해 피예인선의 조종성능을 평가하기 위한 것이다.
- 본 연구에서는, 예인하는 선박(예인선)과 예인되는 선박(피예인선)으로 구성된 Leader Following 시스템의 운동제어문제에 대해 고찰하고 있다. 즉, 터그보트로 조종성이 거의 없는 상태의 선박을 로우프로 연결하여 예인하는 경우의 운동제어문제, 특히 피예인선의 조종성능을 개선하기 위한 제어방법에 대해 고찰하고 있다.
가설 설정
- 본 논문에서 고려하는 선박은 XY 평면에서 서로 대칭이며, 무게 및 회전중심도 좌표중심 근처에 있다고 가정한다. 위 식 (1)에서 M1 ∈ R3×3은 관성행렬이고, D1 ∈ R3×3는 댐핑행렬로 각각 식 (2)와 같이 표현된다.
- 1에 나타낸 것과 같이, 제어대상 시스템은 피예인선이 예인선에 선수부가 로우프로 연결되어 예인되며, 독립적인 추진장치 없이 오직 조타장치만으로 선행하는 선박의 이동경로를 추종하는 시스템으로 볼 수 있다. 이때 조타장치로 선미부에 2개의 러더가 설치되어 있고 이것을 능동적으로 제어할 수 있다고 가정한다. 실제 좁은 수로를 통과하는 선박의 경우, 터그보트에 이끌려가면서 추진장치는 적극적으로 사용하지 못한다 하더라도 조타장치를 활용하면 조종안정성을 확보할 수 있다.
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