MATLAB과 Python을 이용한 광통신시스템의 채널모델 연계

황용운,이충규 조선대학교 IT연구소 2020 정보기술융합공학논문지 Vol.10 No.1

Research based on computer simulation is important for understanding and analyzing operation and communication performance and MATLAB have been used for numerical calculation in many scientific research areas. MATLAB has the merit of reducing time for programming, since it contains many communication function models and toolboxes. Moreover, modeling physical phenomena in communication media for optical communication system is one of very important research topics, which enables researchers to escape from cost and time for experimental setup, measurements, and analyses. The paper reports the development of simulation program, whose Python interface calls MATLAB system models. Then, MATLAB performs a simulation of optical communication system with pulse position modulation (PPM). The interface model exchanges the initial parameter values and simulation results between Python and MATLAB calculation modules. MATLAB performs calculation for communication signal generation, channel effect through transmission, and signal recovery. It is expected that the co-simulation using MATLAB and Python will be widely used due to effective simulation. 광통신시스템의 동작 과정 분석 및 통신성능을 계산하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션 연구는 중요한 연구분야이며, 과학기술분야의 수치계산에 MATLAB이 다양하게 활용되고 있다. MATLAB은 다양한 통신용 함수 모델 및 툴박스를 포함하고 있어, 연구를 수행하기 위한 프로그래밍 시간을 단축하여 주는 장점을 제공한다. 특히, 광통신 시스템에서 신호가 전송되는 통신 매질의 다양한 물리적 현상을 모델링하여 시뮬레이션의 정확도를 확보하여 실험장치 구성, 측정, 분석에 소요되는 비용과 시간의 문제점을 해결하는 것은 매우 중요한 연구주제이다. 본 논문은 Python 프로그램으로 MATLAB 시스템 모델을 호출하여 시뮬레이션을 수행하도록 설계된 시뮬레이션 개발과정을 기술하며, MATLAB은 광통신시스템 변복조방식으로 펄스위치변조방식을 선택하여 시뮬레이션을 수행한다. Python과 MATLAB 연산모듈이 데이터를 주고 받기 위한 인터페이스 모듈을 통해 MATLAB 수치연산에서 필요한 다양한 변수 입력이 수행되고, 시뮬레이션 수행과 관련한 실행명령을 Python으로 구현하고, 동작 결과를 보여준다. MATLAB은 신호 생성, 채널 전송 특성, 신호 복원과정에 해당하는 수치연산 처리를 수행한다. Python과 MATLAB의 각각의 장점을 활용한 채널모델 연계 시뮬레이션을 통해 자원의 효율적인 활용 및 범용적 활용이 기대된다.

조합 탐색 방식과 MATLAB 병렬처리를 이용한 고정소수점 FIR 필터의 고속 설계

오우진(Woojin Oh) 한국정보통신학회 2023 한국정보통신학회논문지 Vol.27 No.4

최적 성능의 고정소수점 필터 설계는 대부분 긴 설계 시간이나 특수한 구조를 사용하므로 쉽게 구현에 적용하기 어려운 단점이 있다. 공학 도구인 MATLAB에서 제공하는 필터 설계 함수로 설계한 고정 소수점 필터는 단순 양자화로 설계하여 많은 성능 저하가 발생한다. 본 논문에서는 부동소수점 계수를 단순 양자화하고 주변 값을 조합하여 탐색하는 간단한 설계 방법을 제시하였다. 최적 설계는 아니지만 MATLAB 필터설계 도구에서 고정소수점 계수로 설계할 때 사용하는 단순 양자화보다 훨씬 우수한 성능을 얻었을 수 있다. 제안된 방식은 MATLAB의 병렬처리로 구현하여 수분 이내의 짧은 시간에 설계가 가능한 장점이 있다. 설계된 고정 소수점 필터는 16비트의 경우 부동소수점 필터와 근사한 성능을 보이며 12비트인 경우에도 MATLAB의 제공 함수로 설계한 것보다 9dB의 성능 개선을 보였다. 또한 조합 탐색의 범위를 늘리면 더 우수한 성능의 필터로 쉽게 개선할 수 있다. The design of an optimal fixed-point filter has disadvantages in that it is not easy to apply due to the long design time or the use of a special structure. The fixed-point filter designed using a filter design function of MATLAB shows poor performance because that is designed with simple quantization. In this paper, we present a method by simply quantizing floating-point coefficients and searching for combinations of neighboring values. Although it is not an optimal design, it shows much better performance than simple quantization used in MATLAB’s filter design tool for fixed-point design, and has the advantage of being able to design in a short time within several minutes using parallel processing in MATLAB. The designed fixed-point filter has similar performance to the floating-point filter in the case of 16 bits coefficients, and improved performance by 9dB compared to the designed 12bit filter by the MATLAB filter design function.

Developing a GUI-based Standalone Application of MATLAB Program for Windows

정윤경,백장선 한국데이터정보과학회 2008 한국데이터정보과학회지 Vol.19 No.2

Many statisticians have been using object-oriented languages such as S-PLUS, R, and MATLAB to make programs for new data analysis methods. S-PLUS and R are slower in computation as well as in processing large data sets than MATLAB. Recently MATLAB is often used for developing statistical analysis programs owing to its fast computing ability and abundant mathematical algorithm modules. Sometimes it is hard for non-statistician to understand MATLAB programs which are developed by statisticians. Therefore Graphical User Interface(GUI) is needed to facilitate the usage of MATLAB codes. In this paper, we introduce how to develop a GUI for MATLAB codes which is executable on Windows with examples.

Matlab 모델의 ESA SMP 표준 코드 변환기 개념 설계

구철회,류동영,이훈희,문성태,한상혁 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

ESA SMP는 유럽의 우주 시스템 시뮬레이션의 표준 접속 규격으로서 이와 호환되는 시뮬레이션 플랫폼으로는 외국에는 ESA SIMSAT과 EuroSim 등이 있다. 국내에서는 항공우주연구원이 2010년부터 개발하고 있는 GenSim 이 있다. 최근의 시뮬레이션 개발 현장의 주요 요구사항 중의 하나는 코드의 재사용이다. Matlab으로 작성된 모델은 신뢰성있는 시뮬레이션 결과를 보여주고 있으며 이 Matlab 코드를 재사용하기 위해서 Matlab 모델을 MOSAIC 이라는 개발툴로 ESA SMP 표준에 호환되는 형태로 변환함으로서 소요되는 일을 크게 단축시키는 것이 가능하다. 본 논문은 MOSAIC을 국산화하고 GenSim에서 사용하기 위해 개발하고자 하는 ESA SMP 표준 변환기의 개념 설계 내용을 담고 있다. ESA SMP is the simulation interface standard of aerospace development in Europe. There are some simulation platforms which are compatible with ESA SMP, like ESA SIMSAT and EuroSim. KARI are developing GenSim since 2010 as the same concept of SIMSAT. Currently the one of the hottest issues in simulation work area would be model-re-use. Model developed by Matlab generally shows a reliable simulation result, so it is often recommended to use the auto-generated ESA SMP compatible code by MOSAIC. It can save much time rather than the written code by human. This paper presents a conceptual design of ESA SMP standard compatible translator for using the translator into GenSim by replacing MOSAIC.

MATLAB을 이용한 KC-100 항공기 조종안정성 비행시험 분석 프로그램 개발

서형석,김진수,이찬석,이일우 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

본 연구에서는 KC-100 항공기 조종안정성 비행시험 분석 프로그램을 MATLAB을 이용하여 개발하였다. 기존 비행시험 분석 프로그램의 사용 제한으로 인해 새로운 프로그램의 개발이 요구되었으며, 사용자의 편의성 증대, 비행시험 결과 분석 및 자료처리 능력 향상 또한 요구되었다. 개발된 비행시험 분석프로그램은 이러한 요구사항들을 만족시켰으며, MATLAB 을 이용하여 사용자의 환경을 구성하였다. 기 검증된 비행시험 분석 결과와 비교하여 개발된 프로그램의 검증을 수행하였으며, 그 결과 기존 분석된 비행시험 결과와 잘 일치함을 확인하였다. 따라서, 개발된 프로그램은 앞으로 수행할 KC-100 항공기 비행시험 결과 분석용으로 사용 가능함을 확인하였다. This paper describes the development of KC-100 aircraft stability and control flight test analysis program using MATLAB GUI. Existing flight test analysis programs are limited using for the KC-100 aircraft. So, new flight test analysis program is required to develop. The user's convenience, flight test analysis and data processing capabilities are required to enhance. Flight test analysis program was satisfied with these requirements and this program was composed of the user's environment using MATLAB. This program is validated by comparing the proved program's results and confirmed the possibility of stability and control flight test analysis program. Therefore, the developed program is able to use for KC-100 aircraft flight test analysis.

MATLAB/Simulink기반 HILS 환경 구축 및 제어 성능 검증

함민우,백인수 한국풍력에너지학회 2024 풍력에너지저널 Vol.15 No.1

In this study, a hardware-in-the-loop simulation (HILS) environment was established using MATLAB/ Simulink to simulate and verify the power performance of a wind turbine. The target wind turbine was selected as the NREL 5 MW model, and modeling was performed based on the disclosed specifications. The HILS environment consists of a PC equipped with a MATLAB/Simulink program, a programmable logic controller (PLC) for uploading and linking control algorithms, and data acquisition (DAQ) equipment to manage wind turbine data input and output. The operation of the HILS environment was carried out as a procedure of operation (PC) of the target wind turbine modeled based on MATLAB/Simulink, data acquisition (PLC) of control algorithms, control command calculation (PLC), and control command input (PC). The simulation was performed using the HILS environment under turbulent wind conditions and compared with the simulation results performed under the same conditions in the HILS environment using the commercial program Bladed for performance verification. From the comparison, it was found that the dynamic simulation results of the Bladed HILS and the MATLAB HILS were close in power performances and the errors in the average values of rotor rotation speed and power generation between the two simulations were about 0.44 % and 3.3 %, respectively.

MATLAB/Simulink와 ADAMS를 이용한 연동해석의 오차분석

김종익,조성범,정선호,최기영 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

제어기 해석 및 설계에 활용되는 MATLAB과 다물체 동역학 해석에 특화된 ADAMS의 연동해석은 그 쓰임이 빠르게 늘고 있다. 본 논문에서는 Mass-Spring-Damper로 구성되는 선형 모델을 각각의 프로그램에서 구성하였고 각각의 프로그램에서 별도 시뮬레이션을 수행하거나 연동해석을 통해 동적거동을 해석하고 그 결과를 비교하였다. 또한 시뮬레이션 파라미터 인자의 조합을 바꾸어 가며 이에 따라 변하는 오차의 특성을 분석하였다. Co-Simulation of MATLAB and ADAMS has been more widely used because of their speciality compensate its other; MATLAB is a popular tool for control system design and analysis and ADAMS is used to model and simulate multibody dynamic systems. This paper investigates the accuracy of co-simulation of the two programs. For this purpose, a linear system of mass-spring-damper model is constructed in each program. The dynamic response of the system is computed in each program separately and the results are compared with that from the co-simulation using imported ADAMS model. The effects of simulation parameter settings on the error are studied.

MATLAB/Simulink를 이용한 화력발전소 복수펌프 순환기동로직 시뮬레이션 구현

윤창선(Yoon, Chang-Sun),홍연찬(Hong, Yeon-Chan) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.1

기존 국내 외 연구를 통해 개발된 펌프 운전 시뮬레이터는 대부분 동역학적 해석을 목적으로 하거나 운전자 교육용 을 목적으로 개발되어 왔다. 그런데 기존 시뮬레이터는 운전자 위주로 구성되어 있어서 로직 설계자나 시운전 참여자들이 다양한 운전조건 또는 로직을 임의로 변경하기에는 적절하지 않다. 더욱이 최근 발전소에서 사용되는 두 개 이상의 복수펌프 운전에 대해 설계자나 운전자가 쉽게 활용할 수 있는 시뮬레이터는 개발되어 있지 않다. 그래서 본 논문에서는 MATLAB Simulink를 사용하여 일반적인 화력발전소에 주로 사용되는 복수펌프 3대에 대한 순환운전 로직에 대해 설계자나 운전원이 쉽게 사용할 수 있도록 시뮬레이션을 할 수 있는 방법을 제안 한다. 이 제안은 MATLAB을 사용할 수 있는 사용자가 발전소 DCS(Distributed Control System) 로직에 주로 사용되는 ANSI/ISA S5.2를 Simulink를 통해 구현할 수 있도록 도움을 준다. 또한 코드에 명시된 로직을 구현하기 위해 블록에 대한 Sub-System을 만들고 이를 시뮬레이터 내에서 적용이 가능한지를 검증한다. 제안된 방법을 이용한 실무 검증 단계에서는 로직 내에서 발생한 기동신호를 구현된 펌프 모델에 적용하여 3대 펌프 순환운전 시 발생할 수 있는 모든 오류 가능성을 제안된 시뮬레이터를 사용하여 설계 단계 및 운전 전에 검증할 수 있음을 실험을 통해 확인하였다. The simulators for pump operation developed by domestic or overseas research have been developed for dynamic analysis or operator training purposes. However, previous developed simulators focused on the operators so they are unsuitable for logic designers or commissioning engineers who need to change the operation conditions or logics arbitrarily. In addition, the simulator for two or more condensate pumps' operation, which can be used easily by plant designers or operators, has not been developed. Accordingly, this paper suggests a simulation method that can be used easily for plant designers or operators using MATLAB Simulink. This suggestion helps users who can use MATLAB to implement ANSI/ISA S5.2, which is applied mainly for DCS (Distributed Control System). In addition, to implement the logics specified in the CODE, Sub-Systems were created for the block and evaluated to determine if they can be used in the simulator. In the working level stage using the suggested method, all error possibilities that might occur during the three pumps' rotation operation could be verified with the suggested simulator during the design stage or before operation.

Matlab/Simulink의 Embedded Coder를 이용한 비행제어 컴퓨터의 구축

박철우,오경택,김유단 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

최근 수년간의 전기전자 및 기계 부품 시스템의 발달에 힘입어 모터를 이용한 소형 무인기를 이용한 연구가 활발이 진행중이다. 그러나 하드웨어의 발달에 비해서 비행제어 및 유도를 위한 소프트웨어 부분은 현재까지 주로 사람이 직접 C 언어 등으로 변환하여 개발하여, 상대적으로 개발이라는 구조적인 측면에서 작업의 반복성과 연속성이 더디게 발달했다. 본 연구는 Matlab/Simulink 에서 제공하는 Embedded Coder 라는 기능을 사용하여, 오직 Simulink block 으로만 이루어진 소프트웨어를 Embedded Coder 를 통해 비행제어 컴퓨터에 사용되는 C 언어로 변환하여 소형 무인기 시스템을 구축하는 방법론에 대해서 소개한다. 그리고 실제로 자체 설계한 PCB(Printed Circuit Board)를 통해 전체 성능을 검증하였다. Due to the development of electronic components in small UAV, a lot of research on small UAV has been widely performed. However, the development of methodology of software has not been changed so far. Although control and guidance algorithm is developed using Matlab, the final sequence of the development is to write C code by human. To avoid this, in this paper we consider a Embedded Coder which is a Matlab/Simulink tool that makes C files for DSP from Simulink block diagram. A small UAV by Simulink block using Embedded Coder only, and the structure of a whole block is explained step by step. Finally, using the PCB board, the whole performance of our Embedded Coder output is verified.

MATLAB을 이용한 정상상태 유체 내의 입자 운동 위상 최적설계 기법 개발

최영훈(Young Hun Choi),윤길호(Gil Ho Yoon) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.11

This paper present a MATLAB implementation for topology optimization of particle motion in steady state laminar flow. The motion of particles due to the fluid drag force can be obtained by Newtons 2nd equation and Newmark-beta method is used. To solve the steady state laminar fluid, MATLAB codes for 2D steady state incompressible Navier-Stokes are implemented and for the nonlinear equation, Newton-Raphson method is used. The method of moving asymptotes (MMA) is used as optimization algorithm. The transient sensitivity is also obtained by Newmark-beta method. Several numerical examples validate the present topology optimization method. The MATLAB codes are explained in detail for the researchers who are interested in the topology optimization scheme of the particle motion in steady state laminar flow.