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전기식 2-축 대부하 플랫폼의 구동장치 설계에 관한 연구
최병창,김종환 대한전자공학회 2018 전자공학회논문지 Vol.55 No.2
A design research of the electrical driving system for two-axis heavy load platform(THLP) is described in this paper. A THLP has two degrees of freedom and it drives desired elevation(pitch) and azimuth(yaw) angles for tracking commands of the external control unit. Elevation and azimuth motion axes are drived simultaneously by each actuators with servo motors and a set of gear-boxes. This paper presents the mathematical model based on dynamics of the proposed platform structure, and then develop the model of actuators using matlab/simulink for simulation of electrical performances, and design of optimal controllers. The speed and current controller consists of P-I parts and anti-windup controller and parameters of the each controllers are determined for optimum performances without overshoot of position response. The THLP prototype was fabricated and verified the effectiveness of simulation results. The measured results of the prototype showed a good agreement with the simulation results in generally and this developed modeling can be well applied for the design of any other heavy load system required accurate attitude control. 본 논문에서는 2-축 대부하 플랫폼의 전기식 구동장치 설계에 관한 연구내용을 기술하였다. 2-축 대부하 플랫폼은 2 자유도를 가지면서 외부제어장치의 추적 명령에 대한 고각과 방위각을 구동한다. 고각 및 방위각은 서보모터와 일련의 기어박스를 포함하는 구동기를 통해 동시에 구동된다. 본 논문에서는 제안된 플랫폼 구조의 동역학 기반의 수학적 모델을 제시하였고, 최적의 제어기를 설계하고 전기적 성능의 시뮬레이션을 위해 매트랩/시뮬링크를 이용한 구동기의 모델을 개발하였다. 전류와 속도제어기는 비례적분과 안티와인드업 제어기로 구성되고, 각 제어기의 파라미터들은 오버슈트가 없는 위치응답특성과 최적의 성능을 도출 가능한 값으로 결정되었다. 2-축 대부하 플랫폼의 시제품은 제작되었고 시뮬레이션 결과를 검증하였다. 측정된 결과와 시뮬레이션 결과는 대체적으로 잘 부합하였고, 개발된 모델링은 정밀자세제어를 수행하는 다른 대부하 시스템의 설계 시 적용가능 할 것이라 판단된다.
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전기식 2-축 대부하 플랫폼의 함정운동에 대한 고성능 자세 안정화 제어장치 설계에 관한 연구
최병창(Byungchang Choi),김동욱(Donguk Kim) 대한전자공학회 2018 전자공학회논문지 Vol.55 No.6
본 논문에서는 전기식 2-축 대부하 플랫폼(THLP)의 함정운동에 대한 자세 안정화 및 추적 구동 제어장치 설계에 관한 연구내용을 기술하였다. 외부통제장치에서 전송하는 진북기준의 고각 및 방위각 명령을 THLP 구동명령으로 변환하는 규칙과 함정운동을 포함한 THLP 구동장치의 동역학 모델을 도출하였다. 자세 안정화 제어기를 설계하기 위해 매트랩/시뮬링크 모델을 개발하였다. 위치제어기는 APTOS 제어기를 제안하였고, 전류와 속도제어기는 안티 와인드업 제어기가 적용된 비례적분 제어기로 설계되었다. 각 제어기의 이득들은 오버슈트가 발생하지 않으면서 자세 안정화 제어 오차가 가장 작은 값을 가지도록 결정되었다. 2-축 대부하 플랫폼과 플랫폼제어기의 시제품을 제작하여 함정운동 모사장치를 이용하여 설계된 알고리즘의 유효성을 검토하고 개선하였다. 정의된 함상상태 4의 함정운동 환경에서 임의의 고각 및 방위각 동시 추적구동 명령에 대한 안정화 및 추적 제어 성능이 요구 성능을 만족하였다. 개발된 모델링은 정밀자세제어를 수행하는 다른 대부하 시스템의 설계 시 적용가능 할 것이라 판단된다. A design research of the electrical two-axis heavy load platform(THLP) attitude-stabilization-controller(ASC) for ship motions is described in this paper. The methods to transform to the actual drive command of the THLP from elevation and azimuth command of true north, and the dynamics model of the THLP’s actuators which includes ship motions are derived. Matlab simulink model is developed to design the attitude stabilization controller. APTOS position controller is proposed as a position controller and the P-I controller with anti-windup controller is designed as a speed and current controller. Gain of the each controller is determined to have a minimum control error of attitude stabilization, and it should not have any overshoot. The THLP and platform controller prototype were built and they were used to verify and improve the effectiveness of designed algorithm using ship motion simulator. Stabilization and tracking control performances under the defined sea state 4 ship motions met the requirement sufficiently by performing simultaneous tracking driving commands of elevation and azimuth. It is possible to apply the developed models to the design of any other heavy load systems required accurate attitude control in the future.
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