네 개의 추진기를 갖는 수중 이동체의 항행운동 제어기 설계 및 실험결과의 고찰

Abstract

본 논문은 방향타나 승강타 없이 네 대의 추진기를 이용하여 자신의 운동을 제어하는 수중 이동체의 자동 운동제어에 관한 것이다. 기뢰제거잠수정(MDV; Mine Disposal Vehicle)과 같은 수중이동체는 항행성능 뿐 아니라 정지상태에서의 조종성능이 중요하므로 방향타나 승강타 대신 여러 대의 추진기를 이용하여 자세를 제어하는 경우가 많다. 특히, 선미에 장착된 네 대의 주 추진기를 이용하여 항행운동을 제어할 경우, 각각의 추진기의 추력은 잠수정의 속도, 종동요 (pitch) 및 선수동요 (yaw)에 모두 관계하게 되어 각각의 운동을 독립적으로 제어하는 것이 어렵다. 본 논문에서는 이러한 수중 이동체의 속도, 심도 및 선수각 제어를 위하여 수중이동체의 운동방정식으로부터 네 대의 추진기의 추력을 입력으로 하고 잠수정의 속도, 심도 및 선수각을 출력으로 하는 선형화된 상태 방정식을 얻고, 다변수 LQ (Linear Quadratic) 제어기 설계법를 이용하여 제어기를 설계하였다. 수중이동체의 6자유도 비선형 운동방정식을 이용한 시뮬레이션을 통하여 제어기의 게인을 구하였으며, 제어기의 성능을 검증하기 위하여 수조에서 속도, 심도 및 선수각을 동시에 제어하는 실험을 수행하였고, 그 결과를 시뮬레이션 결과와 비교 고찰하였다.