자율비행 회전익기의 비상 착륙 경로 생성 및 경로 추종 제어기 설계 :Emergency Landing Trajectory Generation and Trajectory Tracking Controller Design of an Autonomous Rotorcraft

이일령

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이일령 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수: 김창주

발행연도: 2022

저작권: 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수24

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2022

자율비행 회전익기의 비상 착륙 경로 생성 및 경로 추종 제어기 설계

이일령 항공우주정보시스템공 2022.01 학위논문

2021

자율 비행 회전익기의 단계 별 비상 착륙 경로 생성 및 경로 추종 제어 기법 연구

이일령 , 최유승 , 우지원 외 1명 한국항공우주학회 학술발표회 초록집 2021.07 학술대회자료

2020

자율 비행 회전익 항공기의 비상 이착륙 경로 최적화 및 경로 추적 제어 기법 연구

이일령 , 최유승 , 남용현 외 1명 한국항공우주학회 학술발표회 초록집 2020.11 학술대회자료

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본 논문에서는 자율 비행 회전익기의 엔진 정지 시 안전한 착륙 방법으로 비상 착륙 경로를 생성하여 이 경로를 추종하여 안전한 착륙이 가능하게 하는 방법을 제시한다. 회전익기는 무동력으로 비행할 수 있으며 이러한 비행을 Autorotation flight라 한다. Autorotation flight는 하강 비행으로 tip-path-plane 아래에서 유동이 유입되면서 rotor가 자동으로 회전하여 비행이 가능하게 한다. 일반적으로 Autorotation flight는 Entry, Steady-Descent, Flare phase로 구분되며 본 논문에서는 각 phase의 경로를 모사하여 비상 착륙 경로를 생성한다. Entry와 Flare phase는 경로최적화기법을 사용하며 Steady-Descent phase는 Bidirectional Spline RRT 기법을 적용하여 경로를 생성한다. 경로 추종 제어기는 Lyapunov 안정성을 기반으로 Control Lyapunov Function을 정의하여 제어기를 설계하는 Backstepping controller design 기법을 사용한다. 시스템 동역학의 모델 의존성을 낮추기 위해 Incremental Dynamics을 적용하여 Incremental Backstepping controller를 설계한다. OEI(One Engine Inoperative)상황을 모사하여 비상 경로 생성 후 경로 추종 제어기를 통해 시뮬레이션을 수행한다. 시뮬레이션을 통해 본 논문에서 제시한 방법이 엔진 정지 시 회전익기의 안전한 착륙을 보장함을 보인다.

#비상 착륙 경로 #경로 추종 제어기 #Autorotation flight #Safe landing #경로 생성

제1장 서론 1
제1절 연구 배경 1
제2절 연구 내용 3
1. 비행동역학 모델링 3
2. 경로 추종제어기 설계 3
3. 비상 착륙 경로 생성 3
제2장 회전익기 비행 동역학 모델링 5
제1절 좌표계 6
제2절 운동방정식 8
제3절 요소기반 모델링 10
1. 동체 및 안정판 모델 10
2. Level 1 로터 모델 13
3. Level 2 로터 모델 18
4. RPM regulator design [17] 23
제3장 경로 추종 제어기 24
제1절 Lyapunov 이론[27] 24
1. Lyapunov 안정성 24
2. Lyapunov direct method 25
3. Lyapunov 제어기 설계 27
제2절 System dynamics 28
1. Control affine form 28
2. Incremental dynamics[10] 28
3. Underactuated system 29
제3절 Backstepping controller design 31
1. Backstepping 제어기 설계 과정 31
2. Backstepping control design for helicopter system 33
제4절 Incremental backstepping control 35
제5절 Gain selection 38
1. Backstepping control error dynamics 38
2. Incremental Backstepping control error dynamics 39
3. Gain computing 40
제4장 비상 착륙 경로 생성 42
제1절 비상 착륙 경로 생성 전략 44
1. 비상 착륙 경로 시나리오 44
2. 경로 최적화 기법 46
3. Path planning 기법 49
제2절 Phase 별 비상 이착륙 경로 생성 57
1. Entry phase 57
2. Steady-descent phase 58
3. Flare phase 59
제3절 비상이착륙 경로 생성 및 구축 60
1. Entry phase 60
2. Flare phase 65
3. Steady-descent phase 70
4. 통합 경로 74
제5장 비상 착륙 경로 추종 제어 시뮬레이션 83
제1절 비행 시뮬레이션A 84
1. 시뮬레이션A 시나리오 84
2. 시뮬레이션A 결과 85
제2절 비행 시뮬레이션B 90
1. 시뮬레이션B 시나리오 90
2. 시뮬레이션B 결과 91
제3절 비행 시뮬레이션C 96
1. 시뮬레이션C 시나리오 96
2. 시뮬레이션C 결과 97
제6장 결론 102
참고문헌 104
부록 110
[부록 A] Level 1 main rotor 힘과 모멘트 110
[부록 B] DDSA(Direct Dynamics Simulation Approach) 113
[부록 C] 지형 정보 생성 124
[부록 D] Path planning 기법 126
국문초록 135

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	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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