초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과

2017년 2차년도 주요 연구개발 내용은 다음과 같다.

(1) 2차년도 (2017년)

ㅇ QTP 선행 연구용 멀티콥터 테스트베드 비행체 제작 및 시험
- 멀티콥터 시제품 구현 및 비행시험
∘ 1차년도 설계한 통신/항공전자시스템을 1kg 급 및 2.5kg 멀티콥터에 적용
∘ 동일 제어기 및 게인을 두 가지 비행체에 공통 적용(Mixer와 SAS만 변경)
∘ 지상관제 시스템(GCS) 및 FCC 공통사용
- 멀티콥터 HILS 및

Ⅳ. 연구개발결과

2017년 2차년도 주요 연구개발 내용은 다음과 같다.

(1) 2차년도 (2017년)

ㅇ QTP 선행 연구용 멀티콥터 테스트베드 비행체 제작 및 시험
- 멀티콥터 시제품 구현 및 비행시험
∘ 1차년도 설계한 통신/항공전자시스템을 1kg 급 및 2.5kg 멀티콥터에 적용
∘ 동일 제어기 및 게인을 두 가지 비행체에 공통 적용(Mixer와 SAS만 변경)
∘ 지상관제 시스템(GCS) 및 FCC 공통사용
- 멀티콥터 HILS 및 비행시험
∘ Mixer 및 SAS loop 갱신률 특성 비교시험 수행 (200Hz, 100Hz, 50Hz)
∘ 검증된 Mixer 및 SAS는 오토코드로 QTP에 적용하여 초도비행 성공
∘ Mixer 및 SAS 포함 자세(ATT) 및 위치(Full-POS)모드 비행시험
∘ 자동귀한 모드 비행시험 완료 : 통신두절 등 비상상황 대처가능
∘ 바람 5~6m/s 조건에서 위치유지 정확도 : < 0.5m

ㅇ 미래 비행체 QTP 상세 모델링 및 자동비행시험 시스템 개발
- QTP(Quad Tilt Prop) 비행체 개념 모델 향상 (기본 모델링)
∘ 1차년도 개념모델에 airfoil theory, 추력시험데이터 반영하여 충실도 향상
∘ 행렬식을 이용한 mixer 및 SAS 설계 및 구현 (멀티콥터 테스트베드 겸용)
∘ 프롭 모델 : 시험데이터 활용 검증, 주익, 조종면 : Airfoil Theory 적용
∘ 전산유체해석(CFD) 공력 데이터베이스 적용
∘ 비행전구간 트림 및 선형화 완료, 선형화모델은 제어기 설계에 활용
- QTP 회전익-천이-고정익 비행 시뮬레이션
∘ 조종면 크기에 대한 비교연구를 통해 조종면 사이징에 대한 체계 피드백
∘ 노브-오토 모드(속도, 고도, 방위각 제어) 기반 천이 시뮬레이션 수행
- QTP 통신/항공전자시스템 구현
∘ QTP 풍동시험을 위한 FCS 구현 및 기능시험 완료
∘ 적용된 FCS를 이용하여 지상 시험 및 회전익 모드 시험 완료
· 회전익모드 RPM 제어방식 비행시험 입증
· 멀티콥터에서 검증된 Mixer/SAS 적용으로 초도에 비행성공 완료 함

ㅇ 자율대응을 위한 기존 제어기법 개선 연구
- 비선형 강건 제어기법을 이용한 멀티콥터 SCAS 설계
∘ 비선형 제어기 멀티콥터 적용 및 시뮬레이션 (모델 불확실성 및 고장에 강건)
∘ 비선형제어기의 모터 고장에 대한 강건성 비행시험 평가 (멀티콥터)
∘ 비선형 모델역변환 기법의 간략화를 통한 위치제어 PID 제어 설계에 활용

ㅇ 비행상황 인식을 위한 장애물 탐지
- 비행속도 및 선회반경을 고려한 장애물 탐지거리 해석
∘ 보호반경(10m), 비행속도(30m/s), 최대 롤자세각(10도) : 필요 탐지거리 = 100m
- 장애물 탐지 시제 및 알고리즘 비행시험
∘ 영상 센서 기반 장애물 탐지 on-board 비행시험
· 1차년도 개발한 시스템 및 알고리듬 개선
· 다중 프레임 기반 코너 특징점 및 움직임 실시간 검출
· 슬라이딩 방식의 다중 프레임 옵티컬 플로우 적용으로 탐지율 향상
· 100m 거리에서 면적 1m²보다 작은 물체 탐지율 97.9% 달성
- 장애물 탐지 및 회피 상세연구(오픈소스 기반 시뮬레이션)
· ROS-Gazebo 기반 SILS 환경 구축(기체, 센서, 환경 모델링)
· 장애물탐지 (Lidar), 회피경로(VFH, RRT)
VFH : Vector Field Histogram, RRT : Rapidly-exploring Random Tree

(출처 : 요약문 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• 목차 ... 8
• 표목차 ... 9
• 그림목차 ... 10
• 제 1 장 서 론 ... 15
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 제 1 절 미래 복합형 비행체 ... 16
• 제 2 절 상황인식 및 자율대응 ... 16
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 18
• 제 1 절 QTP 비행제어 시스템 ... 18
• 1. QTP 모델링 및 시뮬레이션 ... 18
• 2. QTP 비행제어 시스템 및 시험 ... 30
• 제 2 절 Test-Bed 선행연구 ... 42
• 1. Test-Bed 시스템 설계 ... 42
• 2. 비행체 및 FCC 인터페이스 ... 47
• 3. 비행운영프로그램 및 GCS 개발 ... 53
• 4. 멀티콥터 시험평가 ... 60
• 제 3 절 핵심 기술연구 ... 68
• 1. 멀티콥터 위치제어 향상 기법연구 ... 68
• 2. 멀티콥터 고장허용 제어기법 연구 ... 78
• 3. 비행상황인식 연구 ... 89
• 제 4 절 부록 (Appendix) ... 137
• 1. 비행체 운동 모델링- 기본모델 ... 137
• 2. 비행운영프로그램 ... 154
• 3. CFD 공력 데이터(원본) ... 161
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 169
• 제 1 절 당해연도 연구개발목표 ... 169
• 제 2 절 당해연도 수행 내용 및 달성도 ... 170
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 179
• 제 1 절 기대성과 ... 179
• 1. 기술적 측면 ... 179
• 2. 경제․산업적 측면 ... 179
• 제 2 절 활용방안 ... 179
• 제 6 장 참고문헌 ... 180
• 끝페이지 ... 186