선미 인터셉터가 부착된 활주선형 선박의 시스템 식별 및 자세 제어에 관한 연구

Abstract

활주선형 선박은 운항 중 나타나는 과도한 트림각과 이로 인하여 유발되는 안 좋은 저항성능 및 내항성능을 개선하기 위해서 종종 선미에 인터셉터나 트림탭과 같은 부가물을 설치한다. 본 연구의 목표는 선미에 부착된 인터셉터의 길이를 능동적으로 제어하여 선박의 자세를 제어하는 제어기를 설계하고 예인수조 실험을 통해 검증하는 것이다. 활주선형 모형선에 임베디드 제어기와 서보모터 및 능동제어가 가능한 선미 인터셉터 시스템을 구축하였다. 제어 알고리즘을 설계하기에 앞서 시스템 식별을 위한 모형시험을 수행하였으며 선미 인터셉터가 포함된 활주선형 선박의 종방향 동역학 모델을 식별하고 유전 알고리즘을 이용하여 모델 성분의 최적화를 수행하였다. 식별한 모델을 이용하여 고전 제어기인 PID제어기와 비선형 강건 제어기인 슬라이딩 모드 제어기를 설계하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제어기의 정수 중 주행 시뮬레이션 및 제어기의 게인 튜닝을 수행하였다. 설계한 제어 알고리즘을 모형선의 임베디드 제어기에 삽입하여 정수 중과 규칙파 중에서 예인수조 실험을 수행하여 선미 인터셉터의 능동제어의 실효성을 검증하였다. 외란이 작은 정수 중 실험에서는 슬라이딩 모드 제어기가 PID제어기에 비해 외란을 상쇄하는 성능과 정상상태 제어 성능이 우수하게 나타났다, 선박에 큰 외란이 작용하는 규칙파 중 실험에서는 선박의 종동요각속도만 되먹임하여 제어하는 D제어기의 성능이 제일 우수하게 나타났다.