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사이클릭 피치제어가 가능한 쿼드로터 항공기의 운동특성 분석과 LQR 제어
조성범(Sungbeom Jo),장세아(Se-ah Jang),최기영(Keeyoung Choi) 한국항공우주학회 2013 韓國航空宇宙學會誌 Vol.41 No.3
통상적인 쿼드로터 항공기는 네 개 로터의 회전 속도에 의한 추력 벡터의 크기를 조절하여 자세를 제어한다. 본 연구에서는 기존에 개발된 쿼드로터 항공기의 단점을 개선하기 위해서 사이클릭 피치 제어가 가능한 쿼드로터 항공기를 설계하였다. 콜렉티브와 사이클릭 제어를 사용하는 쿼드로터 항공기는 각 로터의 회전속도를 모두 동일하게 유지함으로 써 진동에 의한 구조적인 문제를 해소할 수 있으며, 12개의 자유도를 가지므로 다양한 자세에서의 비행이 가능하기 때문에 자동 비행과 실용적 임무가 가능한 고성능 항공기로서 적합하다. 본 연구에서 개발하는 쿼드로터 항공기의 모델링은 FLIGHTLAB을 이용하여 비선형 모델을 구성하였으며, 각 비행 조건에서의 선형 모델을 이용하여 LQR 제어기 설계 및 비선형 시뮬레이션을 통해 제어기의 성능을 검증하였다. 본 논문은 사이클릭 피치 제어가 가능한 쿼드로터의 모델링 및 시뮬레이션 결과를 보여준다. Typical quadrotor aircraft use four differential thrust vectors to control the motion. In this study, we design a quadrotor aircraft using collective and cyclic control to improve the shortcomings of existing quadrotor aircraft. The quadrotor aircraft with cyclic control can fly at various attitudes due to the excessive control degrees of freedom. Hence the quadrotor aircraft with cyclic control is suitable as high performance aircraft. In this study, modeling and stability analysis of the quadrotor aircraft have been performed using FLIGHTLAB. LQR control systems were designed using linear models at various flight conditions and verified through nonlinear simulations using MATLAB.
오혜주(Hyeju Oh),조성범(Sungbeom Jo),최기영(Keeyoung Choi) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.10
본 논문에서는 공중에 띄운 풍선을 카메라를 이용하여 촬영하고 이를 영상처리를 통하여 추적한 다음 그 움직임 정보를 이용해서 풍속을 추정하는 알고리즘을 제안한다. 여기서 사용되는 풍선은 아무런 장치가 장착되지 않은 것을 사용하므로 소모적이지만 저렴하며, 모든 지상 장비들은 반영구적으로 사용 가능하므로 효용성이 높다. 또한 다수의 카메라를 사용함으로써 정밀한 3차원 정보 획득이 가능하며, 일정 영역의 바람 속도장 추정이 가능하다. 본 논문에서 제안하는 시스템은 풍선의 공기 역학적 모델과 영상처리를 통한 추적 시스템 그리고 속도 추정 알고리즘으로 구성된다. 각각의 알고리즘을 단위 검증한 후에 설계한 검증시스템과 가시화 프로그램을 통하여 통합 검증 및 시뮬레이션을 수행한다. This paper proposes an algorithm to estimate the wind velocity by tracking free flying balloons. Balloons used in this method are expendable but inexpensive, which increases the usefulness of the method. Also we can obtain accurate 3D information by using multiple cameras and estimate the wind velocity of the local field. The proposed system consists of aerodynamic modeling of the balloon, a tracking algorithm using image processing, and the velocity estimation algorithm. We performed unit tests of each algorithm for the verification. The method is validated using a system simulation and sources of error case identified.
군집비행을 위한 상대 거리정보 기반의 편대 유도기법 설계
김성환(Sunghwan Kim),조성범(Sungbeom Jo),박상혁(Sanghyuk Park),김도완(Dowan Kim),유창경(Chang-Kyung Ryoo) 제어로봇시스템학회 2012 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.18 No.2
In this paper, a formation guidance method for UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) to simulate the formation flight of birds proposed. The proposed method solves all issues of approaching for formation, formation keeping, and scarce chance to be collided with each UAV during formation process. Also, we design the feedforward controller to compensate the change of speed and heading for maneuvering of the leader UAV and the feedback controller to consider the response lag of the system. The stability and performance of the proposed controller is verified via numerical simulations of the full 6-Dof model of UAV.
회전익항공기 운동모델 개발을 위한 데이터마이닝을 이용한 비행데이터 자동 처리 기법
오혜주(Hyeju Oh),조성범(Sungbeom Jo),최기영(Keeyoung Choi),노은정(Eun-Jung Roh),강병룡(Byung-Ryong Kang) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.10
일반적으로 항공기 운동 모델의 충실도는 대상 항공기의 비행시험 결과와 비교하여 검증한다. 따라서 성능비교를 위한 기준 비행 데이터를 추출하는데, 각종 잡음이 포함된 방대한 양의 비행데이터를 처리하는 것은 많은 인력과 시간이 소요된다. 특히 회전익항공기는 축간 커플링 효과와 후류 간섭 효과 등으로 비선형성이 큰 특성을 가지고 있으며, 제자리 비행, 후진 비행 등의 다양한 기동을 수행하므로 비행 데이터를 처리하는 것이 복잡하다. 본 연구에서는 회전익항공기의 비행 데이터 처리 기준을 정의하고, 데이터마이닝 기법을 이용한 정적 및 동적 비행 데이터 자동 처리를 위한 절차와 방법을 제시한다. 최종적으로 비행데이터를 사용하여 제시한 방법을 검증한다. In general, the fidelity of the aircraft dynamic model is verified by comparison with the flight test results of the target aircraft. Therefore, the reference flight data for performance comparisons must be extracted. This process requires a lot of time and manpower to extract useful data from the vast quantity of flight test data containing various noise for comparing fidelity. In particular, processing of flight data is complex because rotorcraft have high non-linearity characteristics such as coupling and wake interference effect and perform various maneuvers such as hover and backward flight. This study defines flight data processing criteria for rotorcraft and provides procedures and methods for automated processing of static and dynamic flight data using data mining techniques. Finally, the methods presented are validated using flight data.
전기모터를 사용한 소형 무인헬리콥터에 활용될 항법장치용 자장계의 보상
이길호(Gilho Lee),조성범(Sungbeom Jo),김정성(Jungsung Kim),최기영(Keeyoung Choi),기창돈(Changdon Kee),송용규(Yongkyu Song),구훤준(Wheonjoon Koo) 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.11
GNSS와 ARS는 저가의 무인 항공기를 위한 보편적인 센서로, 오차가 크며 방위각을 독립적으로 알아낼 수 없다는 단점이 있다. 또한 GNSS/INS는 초기정렬 과정과 직선비행 중에 IMU의 오차를 충분히 보상하지 못한다. 자장계는 방위각을 얻는데 효과적으로 활용되는데, 소형의 헬리콥터에 사용되는 전기모터는 정확한 방위각 산출을 방해한다. 이 논문에서는 자장계를 보상하는 방법을 제안하였으며, 비행시험으로 검증하였다. 또한 시뮬레이션 결과는 GNSS/INS에 추가된 자장계가 관측성과 정확도를 높이는 데 효과적임을 보여준다. GNSS and ARS are the most common sensors in low-end UAVs. However, these sensors are vulnerable to built-in errors and cannot measure the body heading independently. The GNSS/INS cannot fully compensate the IMU errors in initial alignment process and rectilinear flights. For an unmanned helicopter, a magnetometer can be more useful than any other sensors to obtain heading information. However, the electric motor which drives small helicopter UAV keeps the magnetometer from reading the pure magnetotelluric vector. This paper shows the effects of electric motor on the magnetometer readings, and presents a method to compensate the effects. The results are verified with flight test data. The simulation and experimental results in this paper proves that aiding GNSS/INS with magnetometer increases observability and improves accuracy.