ROV의 고정밀 자세 제어를 위한조건 분석과 타당성 실험 연구

Abstract

수중 작업을 위해 널리 사용되는 원격 조정 잠수정 (Remotely Operated Vehicle, ROV)는 작업의 효율과 품질을 위해 자동으로 자세를 제어하는 다양한 기능을 제공한다. 여기에는 자동 심도 제어, 고도 제어, 선수각 제어, 위치 제어 등이 해당된다. 최근 제작 및 운영비용을 절감하고자 하는 ROV 시장의 변화로 인하여 선체의 크기를 줄이면서도 성능은 강화된 ROV를 요구하고 있다. 이는 작은 선체로 다양한 작업을 수행하는 능력을 소프트웨어적인 기술로 해결해야 함을 의미한다. 특히, 작업 툴, 로봇 매니퓰레이터 등의 환경과 접촉하는 작업으로 인해 작은 선체는 쉽게 흔들리기 때문에 기대하는 작업 능력은 크게 훼손할 수 있다고 판단된다. 최근 이러한 문제를 다수의 추진기와 고급 제어 알고리즘을 사용하여 해결하려는 시도가 진행 중이다. 본 논문에서는 정밀한 자세 제어를 위해 필요한 조건을 분석하고 적절한 제어 방법을 제안한다. 특히 비선형성이 강한 ROV의 운동 특성을 분석하고, 간단한 기법을 적용하여 정밀한 자세 유지 제어를 요구하는 범위에서 ROV가 선형으로 모델링이 가능함을 설명한다. 이를 기반으로 외란 제거 성능에 강력한 효과를 보이는 모델 기반의 RIC(Robust Internal-loop Compensator) 제어기를 설계하였다. 이를 소형 ROV인 iTurtle에 적용하여 PID 대비하여 최소 30% - 50%이상 외란 제거 능력이 향상됨을 보였다.작 및 운영비용을 절감하고자 하는 ROV 시장의 변화로 인하여 선체의 크기를 줄이면서도 성능은 강화된 ROV를 요구하고 있다. 이는 작은 선체로 다양한 작업을 수행하는 능력을 소프트웨어적인 기술로 해결해야 함을 의미한다. 특히, 작업 툴, 로봇 매니퓰레이터 등의 환경과 접촉하는 작업으로 인해 작은 선체는 쉽게 흔들리기 때문에 기대하는 작업 능력은 크게 훼손할 수 있다고 판단된다. 최근 이러한 문제를 다수의 추진기와 고급 제어 알고리즘을 사용하여 해결하려는 시도가 진행 중이다. 본 논문에서는 정밀한 자세 제어를 위해 필요한 조건을 분석하고 적절한 제어 방법을 제안한다. 특히 비선형성이 강한 ROV의 운동 특성을 분석하고, 간단한 기법을 적용하여 정밀한 자세 유지 제어를 요구하는 범위에서 ROV가 선형으로 모델링이 가능함을 설명한다. 이를 기반으로 외란 제거 성능에 강력한 효과를 보이는 모델 기반의 RIC(Robust Internal-loop Compensator) 제어기를 설계하였다. 이를 소형 ROV인 iTurtle에 적용하여 PID 대비하여 최소 30% - 50%이상 외란 제거 능력이 향상됨을 보였다.