초록 ▼

차세대 메타휴리스틱 최적화기법의 하나로 최근 학계․산업계의 큰 주목을 받고 있는 입자군집최적화 (PSO)는 매우 뛰어난 성능을 기반으로 적용분야의 폭을 넓혀가고 있다. 하지만 이러한 현황에도 불구하고 다음과 같은 문제점들로 인하여 공학 분야의 연구에 직접 적용하지 못하는 상황에 직면해 있었다.
(P1) 기존의 PSO 기법은 제약조건식들을 포함하는 최적화문제의 해법에 직접 적용될 수 없다. 이로 인해 규격·성능·안정성 등에 관한 여러 제약조건들을 포함하는 공학최적화 문제의 해법에 사용될 수 없다. (P2) 공학 분야에서는 대부분

차세대 메타휴리스틱 최적화기법의 하나로 최근 학계․산업계의 큰 주목을 받고 있는 입자군집최적화 (PSO)는 매우 뛰어난 성능을 기반으로 적용분야의 폭을 넓혀가고 있다. 하지만 이러한 현황에도 불구하고 다음과 같은 문제점들로 인하여 공학 분야의 연구에 직접 적용하지 못하는 상황에 직면해 있었다.
(P1) 기존의 PSO 기법은 제약조건식들을 포함하는 최적화문제의 해법에 직접 적용될 수 없다. 이로 인해 규격·성능·안정성 등에 관한 여러 제약조건들을 포함하는 공학최적화 문제의 해법에 사용될 수 없다. (P2) 공학 분야에서는 대부분의 경우 멀티 모달 최적화 문제의 해법을 필요로 하나 기존의 PSO는 전역 최적해를 도출하지 못하고 국부 최적해에 조기 수렴하는 현상이 빈번히 발생함으로 인하여 성능·안정성 측면에서 문제점이 존재한다.
(P3) 시스템제어기설계를 포함한 많은 공학문제에서는 고차원의 최적해 등과 같이 복잡한 대규모의 최적해 문제의 정밀한 해법을 필요로 하나 기존의 PSO를 통해서는 이러한 문제의 해결이 불가능하다.
이에 본 연구에서는 종래의 PSO가 갖는 우수한 성능을 보다 향상시킴과 동시에 상기와 같은 문제점을 극복한 새로운 최적화 기법의 개발을 목표로 하였으며, 이를 통해 제어기설계 및 시스템 모델링 분야 뿐 아니라 다양한 공학 분야에서도 용이하게 사용될 수 있도록 하고자 하였다. 본 연구의 성과는 지난 2년간 SCI급 국제저널 2편 (1편 출판, 1편 투고), 국내저널 1편(투고), 국제학술대회 3편, 국내학술대회 9편, 특허출원 2건, 대한기계학회 유망과학자 세션 초청강연 등을 통해 발표 하였으며, 이러한 일련의 연구 성과물들의 개요는 다음과 같다.
(S1) 상기 (P1)의 문제를 해결하고자 가상목적함수를 도입한 새로운 최적화 기법을 개발하였으며, 이러한 기법을 기반으로 한 고정구조 강인제어기 설계법, 시스템 모델링법 및 시스템 저차원화 기법 등을 2011년도 국제학술대회(American Control Conference 및 IFAC World Congress) 및 국내학술대회(2010 대한기계학회 추계학술대회, 2012 ICROS 학술대회) 등에서 발표하였다. 특히 본 기법은 종래의 진화연산알고리즘에서 보편적으로 사용되어 오던 벌칙함수를 이용한 방법 등과 비교하여 그 성능이 매우 뛰어난 사용자 친화적 기법으로서 평가받은 바 있다.
(S2) 상기 (P2)의 문제점을 해결하고자 분산형 입자 토폴로지 및 입자의 양자거동 모방 메커니즘을 도입한 새로운 최적화 기법을 개발하였으며, 이러한 연구 성과를 기반으로 멀티 모달 최적화 문제로 귀착되는 디지털필터의 최적설계 및 시간/주파수 영역 시스템 식별 등의 문제에 적용하고 그 성과들을 국내학술대회(2010-2011 대한기계학회 추계학술대회, 2011 한국지능시스템학회 추계학술대회, 2012 ICROS 학술대회) 등에서 발표한 바 있다. 특히 한국지능시스템학회로부터는 연구의 우수성을 인정받아 본 학술대회 우수논문상을 수상하였다.
(S3) 제약조건을 갖는 복잡한 대규모 최적화 문제의 해법에 관한 상기 (P3)에 명시된 문제점들은 위의 기법들의 융합기술을 통해 극복하였으며, 이러한 연구 성과를 역산열전도 문제에 적용하여 그 성능을 입증하고 일련의 연구 성과를 국내학술대회(2011 대한기계학회 추계학술대회) 등에서 발표하였다.
상기와 같이 본 연구에서는 연구책임자 및 참여연구원들의 성실한 연구 활동을 통하여 PSO 기반 제어기설계 및 시스템모델링 기법 개발이라는 최초의 연구목표를 2년이라는 기간 내에 완벽히 달성하였다. 뿐만 아니라 추가적으로 바이오시스템, 진동 흡진기 설계, 기구설계 문제 등에 상기 PSO 기법이 매우 효율적으로 적용될 수 있음을 입증하는 연구 성과물들을 도출하고 이를 국제저널 및 국내외 학술대회에 발표하는 등 본 연구 성과가 다양한 공학 분야에 폭넓게 적용되도록 하는 성장기반을 확보하는 성과도 더불어 달성하였다. 또한 사전조사 결과 본 기술과 관련된 특허는 국내외적으로 전무하였으며, 이에 국내특허 총 2건의 출원을 완료한 바 있다. 이상에서와 같은 본 연구 성과는 다양한 공학관련 문제들의 해법에 새로운 방향을 제시할 수 있는 독자적인 원천기술이며, 차후 이를 기반으로 하는 자립형 공학기술 및 성장기반 확보에 지대한 역할을 담당할 것으로 확신한다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 8
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 9
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 9
• Ⅲ. 연구성과 ... 10