쿼드로터 제어를 위한 신경망을 이용한 출력기반 적응제어 기법 연구 :Adaptive output feedback control of quadrotor UAV using neural network

이도현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이도현 (울산대학교, 울산대학교 대학원)

지도교수: 하철근

발행연도: 2013

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

Quadrotor UAV 제어를 위한 출력 신경망 적응제어 기법 연구

이도현 , 하철근 , 김범진 한국항공우주학회 학술발표회 초록집 2013.04 학술대회자료

쿼드로터 제어를 위한 신경망을 이용한 출력기반 적응제어 기법 연구

이도현 항공우주공학과 2013.01 학위논문

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지금까지 회전익 항공기의 대표는 Helicopter라고 할 수 있다. 회전익 항공기는 탐색, 구조, 운반등 실생활의 많은 분야에 이용 되면서 그 유용성과 효율성이 검증되어 왔다. 하지만, Helicopter는 Main rotor에서 발생하는 Hinge moment 및 반토크 상쇄를 위한 Tail Rotor를 고려해야 됨으로서 구조적으로 복잡해지고 이로 인한 높은 가격이 단점으로 작용해 왔다.
본 논문에서는 이러한 단점을 극복하기 위하여 쿼드로터를 고려하였다. 본 연구에서 고려해본 쿼드로터는 말 그대로 Rotor를 4개를 이용한 회전익 항공기로서, 4개의 Rotor를 이용하고 Main Rotor에 Hinge를 생략 하였고, Tail rotor를 고려하지 않았다. 이에 따라 구조적으로 간단해짐에 따라 기동성능이 향상되고, 소형화가 용이해 짐으로서 Helicopter에 비해 쿼드로터의 범용성이 더욱 넓어 질 수 있다고 할 수 있다.
본 논문에서는 쿼드로터의 Dynamic model을 Newton-Euler equation을 이용한 미분방정식으로 표현하고, SPR기반 신경회로망을 적용함으로서 불특정한 외란에 대해 적응적으로 안정성을 확보할 수 있도록 구성하였다. 이를 위해 출력기반 적응제어 기법인 상태 추정기를 이용한 비선형 제어 기법과 SPR기반 비선형 제어 기법을 ''Van der pole'' equation 모델에 적용하여 성능을 비교 검증 하였고, 이를 기반으로 하여 SPR기반 신경회로망을 쿼드로터의 내부루프에 적용하고, Square wave 입력을 가하면서 내부루프 자세제어기의 성능을 검증하였다. 또한, 쿼드로터의 외부루프를 구성하여 위치제어가 가능하게 하였으며, 외부루프에 Line of Sight Guidance를 고려 함으로서 쿼드로터가 Waypoint를 잘 추종하도록 구현하였다.

Ⅰ. 서론. 1
1. 연구 배경 1
Ⅱ. 상태 추정기를 이용한 비선형 제어 3
1. 일반적인 비선형 시스템의 정의 3
2. 궤환 선형화 및 모델 역변환 오차. 4
3. 동적 보상기 설계 6
4. Simulation. 10
Ⅲ. SPR기법을 이용한 비선형 제어. 13
1. 일반적인 비선형 시스템의 정의. 13
2. 궤환 선형화 및 모델 역변환 오차. 14
가. 궤환 선형화 및 모델 역변환. 14
나. 동적 보상기 설계. 17
다. 신경회로망을 이용한 모델오차 근사화. 19
라. SPR 전달함수의 구조. 21
마. 신경회로망 갱신 법칙. 24
3. Simulation 25
Ⅳ. 쿼드로터 시뮬레이션 모델 28
1. Quadrotor. 28
2. 쿼드로터의 Newton - Euler equations. 32
Ⅴ. 쿼드로터 시뮬레이션 모델. 34
1. 쿼드로터 Inner loop설계. 34
2. 역변환 과정 36
3. 쿼드로터 Outer loop설계 38
4. LOS(Line of sight) Guidance. 40
Ⅵ. Simulation 43
1. 쿼드로터 제원. 43
2. 쿼드로터 Trim point. 44
3. 시뮬레이션 결과 및 분석. 45
가. 내부루프 시뮬레이션 결과 및 분석. 45
나. 외부루프 시뮬레이션 결과 및 분석. 58
Ⅶ. 결론. 64
Ⅷ. 부록. 65
1. 쿼드로터 선형 모델. 65
2. X-plane을 이용한 UDP통신 67

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