선박 자율운항 시스템은 운항 안전성 확보, 운항능률의 향상, 선내 노동력 감소 및 작업환경 개선에 목표로 두고 있으며, 궁극적으로는 운항 경제성 확보를 통한 승선 인원의 최소화에 그 목적이 있다. 최근에는 적응제어방법 등을 응용하여 선박의 다양한 비선형성을 보상하고 선박의 희두각 유지제어, 항로 추적제어, 롤-타각제어, 선박 위치제어, 선박 자동접이안 등의 분야에 관한 연구가 수행중이며 실제 선박을 대상으로 한 응용연구가 진행중에 있다. 선박의 Steering Machine에 의해 조정되는 Rudder angle과 선박의 회두각의 관계와 Load Condition은 선박운항 파라메터에 영향을 주는 비선형적인 요소로서 작용한다 또한 외란요소인 파도의 유속과 방향, 풍속과 풍량 등은 선박의 운항을 힘들게 하는 주요 요인이 된다. 따라서 선박 자율운항 시스템에는 다양한 비선형성을 극복할 수 있는 강인한 제어 알고리즘을 필요로 한다. 본 논문에서는 퍼지 알고리즘을 이용하여 선박의 비선형적인 요인 및 외란을 극복할 수 있는 선박 자율운항 시스템을 설계하고 시뮬레이션을 통행 제안된 알고리즘의 우수성을 확인하였다.
선박 자율운항 시스템은 운항 안전성 확보, 운항능률의 향상, 선내 노동력 감소 및 작업환경 개선에 목표로 두고 있으며, 궁극적으로는 운항 경제성 확보를 통한 승선 인원의 최소화에 그 목적이 있다. 최근에는 적응제어방법 등을 응용하여 선박의 다양한 비선형성을 보상하고 선박의 희두각 유지제어, 항로 추적제어, 롤-타각제어, 선박 위치제어, 선박 자동접이안 등의 분야에 관한 연구가 수행중이며 실제 선박을 대상으로 한 응용연구가 진행중에 있다. 선박의 Steering Machine에 의해 조정되는 Rudder angle과 선박의 회두각의 관계와 Load Condition은 선박운항 파라메터에 영향을 주는 비선형적인 요소로서 작용한다 또한 외란요소인 파도의 유속과 방향, 풍속과 풍량 등은 선박의 운항을 힘들게 하는 주요 요인이 된다. 따라서 선박 자율운항 시스템에는 다양한 비선형성을 극복할 수 있는 강인한 제어 알고리즘을 필요로 한다. 본 논문에서는 퍼지 알고리즘을 이용하여 선박의 비선형적인 요인 및 외란을 극복할 수 있는 선박 자율운항 시스템을 설계하고 시뮬레이션을 통행 제안된 알고리즘의 우수성을 확인하였다.
The autopilot system of vessel is proposed to take service safety sorority, to elevate service efficiency, to decrease labor and to improve working environment. Ultimate purpose of it is to minimize the number of crew by guaranteeing economical efficiency of shipping service. Recently, the research ...
The autopilot system of vessel is proposed to take service safety sorority, to elevate service efficiency, to decrease labor and to improve working environment. Ultimate purpose of it is to minimize the number of crew by guaranteeing economical efficiency of shipping service. Recently, the research is being achieving to compensate various nonlinear parameters of vessel and apply it is course keeping control, track keeping control, roll-rudder stabilization, dynamic ship positioning and automatic mooring control etc. using optimizing control technique. Relation between rudder angle controlled by steering machine of vessel and ship-heading angle, and load condition of ship are nonlinear, which affect various parameters of shipping service. The speed and direction of waves, velocity and quantity of wind, which also cause the non-linearity of it. Therefore the autopilot system of ship requires the robust control algorithm can overcome various non-linearity. On this paper, we design the autopilot system of ship, which overcome nonlinear parameters and disturbance of it using Fuzzy Algorithm, evaluate the proposed algorithm and its excellence through simulation
The autopilot system of vessel is proposed to take service safety sorority, to elevate service efficiency, to decrease labor and to improve working environment. Ultimate purpose of it is to minimize the number of crew by guaranteeing economical efficiency of shipping service. Recently, the research is being achieving to compensate various nonlinear parameters of vessel and apply it is course keeping control, track keeping control, roll-rudder stabilization, dynamic ship positioning and automatic mooring control etc. using optimizing control technique. Relation between rudder angle controlled by steering machine of vessel and ship-heading angle, and load condition of ship are nonlinear, which affect various parameters of shipping service. The speed and direction of waves, velocity and quantity of wind, which also cause the non-linearity of it. Therefore the autopilot system of ship requires the robust control algorithm can overcome various non-linearity. On this paper, we design the autopilot system of ship, which overcome nonlinear parameters and disturbance of it using Fuzzy Algorithm, evaluate the proposed algorithm and its excellence through simulation
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문제 정의
그러나 본 논문에서 설계한 퍼지 제어기가 PID 제어기 보다 우수한 특성이 나타나지만 선박의 운 항각에 대해 매우 느린 옹답특성이 나타남올 확인 하였다 이는 본 논문에서 설계한 퍼지 제어기의 소속함수, 규칙의 문제인 것으로 판단되며, 또한 이동 궤적의 추조이 없는 회두각의 제어만으로는 원하는 위치로의 항해는 어렵다는 것을 의미한다. 따라서 향후 과제로는 회두각과 함께 이동 궤적을 주종하는 제어시스템을 고찰하고자 한다.
본 논문에서는 비선형적인 외란에 노출되는 선 박의 전달함수를 제시하고 이를 PID 제어기와 Fuzzy 제어기를 사용하여 그 옹답특성을 살펴 보 았다. 그 결과 Fuzzy 제어기는 그 강인함에 의하여 PID 제어기에 비하여 좋은 옹답특성올 나타내었다.
본 논문에서는 선박의 회두각에 대한 전달함수 를 제시하고 이를 일반적인 PID 제어기와 Fuzzy 제어기를 각각 사용하여 성능올 평가한다.
본 논문에서는 퍼지 알고리즘을 이용하여 선박 의 비선형적인 요인 및 외란을 극복할 수 있는 선 박의 자율운항 시스템을 설계하고 시뮬레이션을 통해 그 결과를 살펴보았다
제안 방법
선박의 항해중에 발생하는 외란요소인 파도의 유속(流速)과 방향, 풍속과 풍량 등이 비선형적인 형태로 작용하므로 선박은 강인한 제어기를 요구 한다. 따라서, 본 논문에서는 선박 시스템올 Fuzzy 제어기를 설계하여 적용하였다.
선박의 운항에 있어서 풍속, 파고 등과 같이 여러가지 외란 성분이 존재한다. 본 논문에서는 이러한 외란 성분들중 풍 속만을 사용하여 선박의 외란성분으로 사용하였다. 그림 4(a)는 선박의 진행방향에 대해 외란이 없는 경우로서 원하는 선박의 선회각에 대해 안정된 특성이 나타남을 확인하였다.
본 논문에서는 제시한 선박의 전달함수를 PID 제어기와 Fuzzy 제어기를 설계하여 적용하고, 그 웅답특성을 비교하였다. Table 2 는 simulation에 사용된 PID 제어기와 시스템의 계수들을 나타낸 것이다.
성능/효과
본 논문에서는 비선형적인 외란에 노출되는 선 박의 전달함수를 제시하고 이를 PID 제어기와 Fuzzy 제어기를 사용하여 그 옹답특성을 살펴 보 았다. 그 결과 Fuzzy 제어기는 그 강인함에 의하여 PID 제어기에 비하여 좋은 옹답특성올 나타내었다. 그러나 본 논문에서 설계한 퍼지 제어기가 PID 제어기 보다 우수한 특성이 나타나지만 선박의 운 항각에 대해 매우 느린 옹답특성이 나타남올 확인 하였다 이는 본 논문에서 설계한 퍼지 제어기의 소속함수, 규칙의 문제인 것으로 판단되며, 또한 이동 궤적의 추조이 없는 회두각의 제어만으로는 원하는 위치로의 항해는 어렵다는 것을 의미한다.
그 결과 Fuzzy 제어기는 그 강인함에 의하여 PID 제어기에 비하여 좋은 옹답특성올 나타내었다. 그러나 본 논문에서 설계한 퍼지 제어기가 PID 제어기 보다 우수한 특성이 나타나지만 선박의 운 항각에 대해 매우 느린 옹답특성이 나타남올 확인 하였다 이는 본 논문에서 설계한 퍼지 제어기의 소속함수, 규칙의 문제인 것으로 판단되며, 또한 이동 궤적의 추조이 없는 회두각의 제어만으로는 원하는 위치로의 항해는 어렵다는 것을 의미한다. 따라서 향후 과제로는 회두각과 함께 이동 궤적을 주종하는 제어시스템을 고찰하고자 한다.
그림 5의 (a), (b), (c)는 앞서 살펴본 PID 제어 기의 경우와 같은 조건에서 시뮬레이션 한 결과로 서 PID 제어기와 비교하여 응답특성이 뛰어남을 확인하였다. 특히 외란을 인가한 경우와 그렇지 않은 경우와 비교하여 큰 차이가 나지않음을 확인하였다. 그러나 퍼지 저}어기를 사용한 경우 역시 선 박의 원하는 운항각에 대해 매우 느린 응답특성이 나타남을 확인하였다.
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