관측기 설계를 통한 활주선형 선박의 전 상태 되먹임 자세제어에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 능동제어가 가능한 선미 인터셉터가 장착된 고속활주선의 모델 기반 자세제어기를 설계하기 위해 동역학 모델링을 수행하고 이를 제어하는 제어기를 설계하였다. 선박이 주행할 때 피치 각도는 IMU와 같은 센서를 통해 계측할 수 있지만 상하방향 움직임인 Heave 운동은 계측할 수 없다. 본 연구에서는 종방향 Heave-Pitch 연성 동역학 모델링을 수행하고 활주선형 선박의 Heave 운동을 모델을 기반으로 추정하는 관측기를 설계하였으며 이를 수조시험을 통해 계측한 결과와 비교하였다. 추정한 Heave운동을 제어기 설계에 이용하였다. 제어기 설계에는 실베스터 방정식을 이용한 극점배치법을 이용하였다. 이를 통해 좌, 우 고유구조를 지정하여 동역학 모델의 전상태를 되먹임하는 제어기를 설계하였으며 제어 목표는 Ptich각 제어로 설정하였다. 설계한 제어기의 성능이 Pitch와 Pitch 각속도만을 되먹임하도록 설계한 제어기와 비교하였을 때 더 우수한 제어성능을 보이는 것을 확인하였다.