무인 반잠수정 시스템의 다물체 동역학 모델링 및 제어

Abstract

무인 반잠수정 시스템은 해저 자원탐사 혹은 군사적으로 기뢰 제거등의 목적으로 쓰이는 수중 운동 시스템으로 일반적으로 구성은 수면 근처에서 운동하는 모선(Towing Vehicle), 깊은 심도에서 자체의 추력 없이 탐사 목적을 수행하는 토우피쉬(Tow-Fish) 그리고 이 둘을 연결하는 케이블로 이루어진다. 모선과 토우피쉬의 경우 수중에서 운동을 하게 되므로 이들의 운동은 6자유도로 표현이 되어야 하며, 외력으로 유체력이 반영 되어야 한다. 또한 케이블의 경우 쉽게 굽힘이 일어날 수 있으므로 이에 대한 유연체 동역학을 기반으로한 모델링이 되어야 하며, 수중 운동체 특성상 운동에 유체력 성분이 들어가야한다. 하나의 시스템에 여러 개의 물체가 함께 운동하게 되며, 하나의 요소의 운동에 의해 다른 요소들의 운동이 영향을 받을 수 있으므로 이에대한 다물체 동역학 모델링 또한 필수적이라고 할 수 있다. 또한 운동의 특성상 복잡한 모델링을 운동 제어 시스템에 반영하기 어려운 점이 많다고 할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 무인 반잠수정 시스템의 모델링과 그 결과를 통해 나온 운동의 특성을 파악하여, 운동의 제어를 수행하고자 한다. 이를 위해 토우피쉬와 모선의 운동은 유체력을 반영한 6자유도 운동 모델링을 하였으며, 유연체의 특성을 가지고 있는 케이블은 절대마디 좌표계(Absolute Nodal Coordinate Formulation)을 기반으로한 운동 방정식 작성과 수중 운동을 고려하여 유체력을 반영하였다. 모델링의 물리적 타당성을 밝히기 위해 간단한 운동에 대한 오픈루프 시뮬레이션을 수행하였다. 또한 운동의 제어는 모델링의 불확실성이 클 수 있는 시스템의 특성을 고려하여, 신경회로망 기반 적응제어를 수행하도록한다.