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무인 항공기의 추력 기반 고도 제어기 설계에 관한 연구
유동완,탁민제,양희돈,최세영,김종섭 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4
최근 군사작전 또는 민간 활용 등 다양한 분야에서 무인항공기의 필요성이 점차 늘어남에 따라 다양한 종류의 무인 항공기가 연구되고 있다. 이러한 무인항공기의 개발에 있어서는 자동비행시스템(Autopilot)을 구성하는 제어기 설계는 가장 중요한 요소 중 하나로 손꼽히고 있으며, 고도 및 속도 유지의 종축 제어기, 방향각 유지 등을 제어하는 횡축 제어기로 나뉜다. 기존의 고도 제어기는 내부 루프에 피치 루프를 포함하여, Elevator를 이용한 고도 제어가 다반사 이지만, 항공우주산업(주)의 군단급 무인항공기인 송골매와 같은 경우에는 추력을 이용하여 고도 제어를 하게 된다. 본 논문에서는 송골매와 같은 추력 기반의 고도제어기의 설계에 관련하여 기술하였으며, 시뮬레이션 및 선형 해석 등을 통한 검증을 실시하였다. These days, the needs for Unmanned Aerial Vehicles are increased especially in military and civilian uses, so there are numerous researches have been conducted. In the development of a UAV, controller design is considered as one of the most important elements, and they are divided into longitudinal and lateral controller designs. In most of the altitude control in longitudinal channel, inner loop is composed of pitch loop so that elevators of the plane take part in altitude control of the system. However, several special types of UAVs, such as KAI's RQ-101, control their altitude with the throttle level. In this paper, throttle based altitude controller design of UAVs is described as well as its verification through simulation and linear analysis.
실용상승한도 고도 부근에서 무인기의 속도 및 고도유지 제어에 관한 연구
홍진성(Jin-sung Hong),원대연(Dae-yeon Won),장세아(Se-ah Jang) 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.5
항공기에 사용되는 공기 흡입식 엔진은 고도가 높아질수록 성능의 한계를 가지며, 이는 실용상승한도(Service Ceiling)와 절대상승한도(Absolute Ceiling) 고도로 나타나게 된다. 고정익 항공기가 순항비행(Level Flight) 상태에서 고전제어기법(Classical Control)을 사용하여 고도 및 속도 유지를 하는 방법은 일반적으로 속도 증/감속을 위해 추력을 사용하고, 고도 증/감을 위해 피치 자세를 사용한다. 실용 상승 한도 고도 부근에서 이 방법을 사용하는 경우 고도 오차를 줄이기 위해 피치를 증가시키면 속도 감속으로 나타나게 된다. 따라서 피치 자세를 사용하여 속도를 먼저 유지하는 방법을 사용해야 한다. 특히 무인기의 경우 이 두 가지의 방법을 자동으로 적절한 시점에 사용할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 고도 상승률이 둔화되는 실용상승한도 부근에서 속도와 고도유지 알고리즘의 전환 방법을 제안하고, 비행시험을 통해 개선된 효과를 확인하였다. Air-breathing engines used in aircraft have a performance limit as the altitude increases, and this determines the service and absolute ceiling altitude. The method of maintaining altitude and speed in a fixed-wing aircraft in level flight using classical control method is generally using thrust for speed increase/deceleration and pitch attitude for altitude increase/decrease. If this method is used near the service ceiling altitude, increasing the pitch to reduce the altitude error results in a speed reduction. Therefore, it is necessary to use a control method that maintains the speed first using the pitch attitude. Especially in the case of unmanned aerial vehicles, these two methods should be automatically available at the right time. In this paper, we propose a method of switching the speed and altitude maintenance algorithm near service ceiling altitude.
공진화를 이용한 고고도 장기체공 무인기 종방향 제어기 설계
문건희,박현주,최의환,윤남경,김기덕,전병주,안재명,방효충,탁민제 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11
본 논문은 고고도 장기체공 무인기의 종방향 제어기의 구조 및 공진화 기법을 활용한 제어기설계과정을 담는다. HALE 무인기는 느리고 안정적인 비행이 중요하므로, 추력기반 고도제어와 자세기반 속도제어 구조의 제어기가 바람직하며, 자세 변화로 인한 무인기 고도 반응을 개선하기 위해 속도 고도상호작용 피드백을 추가한 형태의 제어기를 제시한다. 제어기 설계과정을 구속조건이 있는 최적화 문제로 정식화하고, 공진화 기법을 활용하여 자동으로 설계한다. 설계된 제어기를 선형 시뮬레이션을 통해 검증한다. This paper addresses the longitudinal controller structure of the high altitude long endurance unmanned aerial vehicle and the design, using co-evolutionary augmented lagrangian method (CEALM). As the slow and stable flight quality is important for the HALE UAV, the throttle based altitude control and the attitude based velocity control structure are proper for the system. To improve the altitude response caused by the attitude change, this paper proposes the velocity height interaction scheme. The control process is automated with the CEALM by formulating the gain tuning process as a constrained optimization problem, after then the controller is tested on the linearized flight model simulation.
이경재(Kyung-Jae Lee),양인영(Inyoung Yang),김춘택(Chun Taek Kim),김동식(Dongsik Kim),백철우(Cheulwoo Baek),양계병(Gyaebyung Yang) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회지 Vol.22 No.3
A test stand for an altitude test of reciprocating engine was designed, manufactured and validated by preliminary tests and simple calculations. The test stand was designed to interface with the altitude turbo-shaft engine test facility of Korea Aerospace Research Institute. Many limiting conditions for altitude test of reciprocating engine were assumed and the test stand was developed to satisfy these limitations. The test stand design was focused especially on the altitude, Mach number and fuel temperature control for reciprocating engine altitude tests with smaller air and fuel flow than those of turbo shaft engines.
고도조건이 포함된 경로에서 Eco/Sports mode 적용에 따른 실제도로 주행 배출가스 특성 분석
심인한(Inhan Sim),문석호(Seokho Moon),이홍진(Hongjin Lee),전문수(Mun Soo Chon) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
현재 화석연료의 고갈 문제와 더불어 배출가스로 인한 환경 문제가 대두되고 있다. 이에 기업 및 차량 제작사에서는 배출가스 감소 및 연비 향상을 위한 다양한 기술 개발이 진행되고 있다. 그 중 현재 차량에 적용되고 있는 Eco/Sports mode는 운전자의 의도에 따라 선택적으로 연비 혹은 출력을 조절할 수 있는 기술이다. 이러한 Eco/Sports mode는 엔진의 운전영역을 조절함으로써 이루어진다. 차량의 주행조건의 변화에 따라 엔진의 요구 동작범위가 달라지면, Eco/Sports mode는 기존과 다른 양상을 보일 수 있다. 이는 실제도로 주행 시험에서 차량의 배출가스에 영향을 주는 요인이 된다. 따라서 실제도로 주행 시 다양한 주행조건이 Eco/Sports mode 적용 시 배출가스 변화에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 실제도로 주행 시험에 고도조건을 부여하여 Eco/Sports mode 적용이 차량의 배출가스에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서는 고도조건을 부여하기 위하여, 높은 고도 값의 경로와 낮은 고도 값을 가지는 경로로 2개의 경로를 설정하여 시험하였다. 각 경로에서 Eco mode 와 Sports mode를 적용하여 3회 반복시험 하였으며, 반복 시험 시 차량의 평균속력을 일정하게 하여 시험을 진행하였다. 시험차량은 EURO-6d-Temp 규제를 만족하는 소형 경유차량 1대를 대상으로 하였다. RDE(Real Driving Emissions) 시험 중 차량에 PEMS(Portable Emissions Measurement System)를 탑재하여 주행 중 발생하는 배출가스의 질소산화물과 이산화탄소를 측정하였다. 동시에 차량에 CAN(Controller Area Network)인터페이스를 사용하여 출력, 토크, 차량 속도, 엔진 회전 수 데이터를 취득하였다. 이후 고도조건을 부여한 경로에서 Eco-Sports mode적용에 따른 NOx 및 CO2 배출 특성에 관하여 분석하였다.
CTsUA 무인기 총조립 배치/장착설계 및 안테나 배치/장착설계 방안 연구
강도훈(Dohoon Kang),우성형(Sung-Hyung Woo),김학철(Hakcheol Kim),양용만(Yongman Yang) 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2023 No.05
본 논문은 세계적으로 무인항공기 개발 및 운용이 확대되고 이에 대한 무인항공기 기술기준수립을 위해 무인기 인증기술 개발사업의 일환으로 진행하였으며, 무인기 인증기준을 식별하고 이에 대한 적합성 입증 방안으로 CTsUA 무인기 총조립 배치/장착설계 (The Total Assembly Arrangement / Installation Design Method) 및 안테나 배치/장착설계(The Antenna Arrangement / Installation Design Method) 방안에 대해 기술하였다.