초록 ▼

본 연구에서 개발하고자 하는 김발의 시제품(Prototype)의 사양은 안정정확도
가 100μrad 이하, 기구물의 중량이 5kg이하, 표적탐지 거리 1km이상, 구동각도(Azimuth) 0˚～360˚, (Elevation) 0˚～120˚, 환경규격 (진동 3G (RMS, random signal, 충격 15G, 11 msec, HALF SINE, 동작온도 -32℃～+40℃ 이다. 연구내용은 크게 기구설계 및 제작, 제어기 개발, 센서/구동기 시스템 구성, 시험 및 성능
평가로 구분되어지며, 각 부분을 세분화하게 되면 다

본 연구에서 개발하고자 하는 김발의 시제품(Prototype)의 사양은 안정정확도
가 100μrad 이하, 기구물의 중량이 5kg이하, 표적탐지 거리 1km이상, 구동각도(Azimuth) 0˚～360˚, (Elevation) 0˚～120˚, 환경규격 (진동 3G (RMS, random signal, 충격 15G, 11 msec, HALF SINE, 동작온도 -32℃～+40℃ 이다. 연구내용은 크게 기구설계 및 제작, 제어기 개발, 센서/구동기 시스템 구성, 시험 및 성능
평가로 구분되어지며, 각 부분을 세분화하게 되면 다음과 같다.
1. 김발 기구설계 및 제작
- 기구설계/제작기술
- 무게중심, 질량 관성 모멘트 측정
- Eccentricity 측정 및 보정
- 베어링 및 마찰 특성측정
2. 김발 제어기 개발
- 김발 제어 알고리즘
- 수학적 모델링
- 제어기 설계 기술
- 센서 신호처리 기술
- 김발 제어소프트웨어
- 김발 제어기 시험 및 성능 분석기술
3. 센서/구동기 시스템 구성
- 소형, 경량, 저가 자이로 응용기술
- 광학 encoder/potentiemoter
- 위치제어 및 안정화에 적합한 구동기 선택
4. 성능해석 및 시험평가
- 100μrad급 안정정확도 측정기법 연구
- 마찰 시상수 및 관성 모멘트 측정법 연구
- 3축 운동시험대를 이용한 gyro 모델변수 측정기법 연구
- 열 환경시험 및 진동시험 방법 정립

Abstract ▼

The object of this project is to develop the precision low cost gimbal system for small Unmanned Air Vehicles(UAV). A gimbal system is needed for an aerial reconnaissance, surveillance and a shooting range control system with the technology of line-of-sight stabilization and auto-tracking. In additi

The object of this project is to develop the precision low cost gimbal system for small Unmanned Air Vehicles(UAV). A gimbal system is needed for an aerial reconnaissance, surveillance and a shooting range control system with the technology of line-of-sight stabilization and auto-tracking. In addition, The UAV''s are becoming more small so that those size are miniaturizing.
At present almost of the gimbal systems imported from abroad, and those are expensive equipment. Therefore, if those would be localized, we could save budget and get the enormous substitute effects of import in the long run. Besides we can get the advanced technologies which are optics, electronic circuit, precision machine, measurement/control and reliability. Such the technological know-hows of the gimbal system wi 11 affect on the other core technical industry. And we expect to prepare for the anticipated needs through the development of professional company.
The final specification of developed gimbal is as follows.
- The line-of-sight stabilization: up to 100μrad
- Weight of gimbal: 5 kg
- The rang of detection: 1 km
- Operated angle (Azimuth) 0˚～360˚, (Elevation) 0˚～120˚
- The environmental standard: vibration 3G, impact 15G, temperature (-32℃～+40℃)
Development areas are separated 3 parts in this study. That results are as follows.
1. Machinery design/manufacture
- Design and manufacture a 1st prototype product
- Select and test motor, sensor
- Make a mixture algorism
2. Controller development
- Manufacture of controller circuit, hardware and software
- Make power distributor
3. Test and performance evaluation method
- Make the test methods of stabilization error, friction coefficient, MOI, thermal environment, vibration This result is output of last two years, during this period we developed fundamental technologies to production of the low cost gimbal system for small UAV.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 5
• CONTENTS ... 7
• 목차 ... 9
• 제 1 장 서론 ... 11
• 제 1 절 연구목표 및 내용 ... 11
• 제 2 절 연구의 필요성 ... 13
• 제 3 절 연구개발 기대성과 및 파급효과 ... 14
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 제 1 절 국내 기술개발 현황 ... 16
• 제 2 절 국외 기술개발 현황 ... 17
• 제 3 절 기술도입 가능성 ... 17
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 18
• 제 1 절 서론 ... 18
• 제 2 절 김발 기구설계 및 제작 ... 19
• 1. 상용 모델 자료조사 및 분석 ... 19
• 2. 김발 기구설계 및 제작 ... 21
• 제 3 절 센서/구동기 시스템 구성 ... 25
• 1. 연구 수행내용 ... 25
• 2. 센서 검증시험 ... 25
• 3. 구동기 선정 및 시험 ... 32
• 제 4 절 Gimbal 제어기 ... 38
• 1. Gimbal 제어기 시스템 설계 ... 38
• 2. 영상 센서 ... 39
• 가. 영상 센서 성능 및 규격 ... 39
• 나. 인터페이스 ... 40
• 다. A/D KEY 제어 프로그램 ... 41
• 3. Gimbal 제어기 프로세서 ... 47
• 가. DSP 프로세서 구조 ... 47
• 나. DSP(TMS320F2812)의 사양 ... 48
• 다. TMS320F2812 메모리 Map과 Gimbal 제어기의 메모리 Map ... 49
• 4. Gimbal 오프라인 제어기 ... 52
• 가. Gimbal 오프라인 제어기 구성 ... 52
• 나. Gimbal 오프라인 제어기 시뮬레이션 결과 ... 63
• 5. Gimbal 제어기 하드웨어 ... 68
• 가. DSP 제어 보드 회로도 ... 68
• 나. Power/모터 드라이버 보드 회로도 ... 69
• 다. PREAMP 보드 회로도 ... 70
• 라. Connection 보드 회로도 ... 72
• 마. ECU & Connection보드 연결 회로도 ... 73
• 6. Gimbal 제어기 소프트웨어 ... 74
• 7. 외란용 시뮬레이터 테이블 ... 77
• 가. 외란용 시뮬레이터 구조물 ... 77
• 나. 외란용 시뮬레이터 제어부 ... 79
• 제 5 절 시험 및 성능 평가 ... 80
• 1. 주요 부품별 특성 및 성능 평가 ... 80
• 가. Voice coil ... 80
• 나. Gyro ... 85
• 2. 김발 성능평가 ... 97
• 가. 김발의 성능평가 방법 ... 97
• 나. 외란에 의한 안정화 특성 실험 ... 99
• 다. 안정화 성능 결과 분석 ... 104
• 제 4 장 연구개발 목표달성도 및 대외기여도 ... 107
• 제 1 절 계획대비 달성도 ... 107
• 제 2 절 대외 기여도 ... 108
• 1. 기술적 측면 ... 108
• 2. 군사적 측면 ... 108
• 3. 경제적 측면 ... 108
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 109
• 제 1 절 추가연구의 필요성 ... 109
• 제 2 절 타 연구에의 응용 ... 109
• 제 3 절 기업화 추진방안 ... 110
• 제 6 장 참고문헌 ... 111
• 부록 DSP 알고리듬 소스 헤더 파일 ... 113