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韓國航空宇宙學會誌 = Journal of the Korean society for aeronautical & space sciences v.38 no.3, 2010년, pp.228 - 235   피인용횟수: 1
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출력기반 적응제어기법을 이용한 틸트로터 항공기의 회전익 모드 설계연구
Flight Control of Tilt-Rotor Airplane In Rotary-Wing Mode Using Adaptive Control Based on Output-Feedback

하철근    (울산대학교 항공우주공학과   ); 임재형    (울산대학교 항공우주공학과 대학원  );
  • 초록

    본 논문에서는 틸트로터 항공기의 회전익 모드에 대한 자율비행 유도제어 알고리즘을 적응제어기법을 이용하여 설계하는 것이다. 이를 위해 우선 출력기반 근사적 궤환선형화 기법을 통하여 알고리즘의 내부루프를 구성하고 그로부터 발생하는 모델오차를 단일 은닉층-신경망을 적용하여 상쇄하였다. 그리고 리아푸노프 안정성 이론에 따른 적응제어 갱신법칙은 선형 관측기를 기반으로 설계하였다. 나아가 외부루프는 경로점 유도법칙으로부터 생성되는 궤적을 추종하도록 하였으며 특히 엄밀한 자동착륙 궤적추종 성능 향상을 위하여 방향각 및 비행경로각 시선유도법칙을 설계하였다. 틸트로터 비선형 모델 시뮬레이션 결과는 콜렉티브 입력에서 보이는 순간적인 작동기 포화현상 이외에는 만족할 만한 안정성과 추종성능을 보여 주고 있다.


    This paper deals with an autonomous flight controller design problem for a tilt-rotor aircraft in rotary-wing mode. The inner-loop algorithm is designed using the output-based approximate feedback linearization. The model error originated from the feedback linearization is cancelled within allowable tolerance by using single-hidden-layer neural network. According to Lyapunov direct stability theory, the adaptive update law is derived to run the neural network on-line, which is based on the linear observer dynamics. Moreover, the outer-loop algorithm is designed to track the trajectory generated from way-point guidance. Especially, heading and flight-path angle line-of-sight guidance are applied to the outer-loop to improve accuracy of the landing tracking performance. The 6-DOF nonlinear simulation shows that the overall performance of the flight control algorithm is satisfactory even though the collective input response shows instantaneous actuator saturation for a short time due to the lack of the neural network and the saturation protection logic in that loop.


  • 주제어

    틸트로터 항공기 .   적응제어 .   근사적 궤환선형화 .   선형 관측기 .   단일 은닉층 신경망.  

  • 참고문헌 (16)

    1. Krstic, M., Kanellakopoulos, I., and Kokotovic, P., Nonlinear and Adaptive Control Design, New York: Wiley, 1995. 
    2. Khalil, H. K., Nonlinear Systems, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1996. 
    3. Lewis, F. L., Liu, K., and Yesildirk, A., Control of Robot Manipulators, New York: Macmillan, 1993. 
    4. Seshagiri, S., and Khalil, H. K., "Output Feedback Control of Nonlinear Systems Using RBF Neural Networks", IEEE Trans. Neural Networks, vol.11, pp. 69-79, Jan. 2000. 
    5. 윤한수, 하철근, "틸트로터 항공기의 경로점 추종 비행유도제어 알고리즘 설계:헬리콥터 비행모드", JCASE Vol. 11, No. 3, 2005     
    6. 윤한수, 하철근, “신경회로망 기반 적응제어 기법을 적용한 틸트로터 항공기의 SCAS 설계연구”, 항공우주학회, 2004. 
    7. 윤한수. “적응적 신경망기법을 적용한 틸트로터 비행체의 자율비행 유도제어 알고리즘”, 울산대학교 공학석사학위 논문, 2004. 
    8. 최시영, 하철근, “틸트로터 항공기의 비행기 모드 SCAS 설계 연구”, 항공우주학회, 2005. 
    9. 최시영, “출력 피드백 신경회로망을 이용한 틸트로터 항공기의 자율비행 유도제어 알고리즘 설계”, 울산대학교 공학석사 학위 논문, 2005. 
    10. 임재형, 하철근, “틸트로터 항공기의 헬기모드 설계연구”, 제어자동화시스템 심포지엄, CASS 2008, 서울 COEX 
    11. 임재형, 하철근, “출력을 기반으로 한 틸트로터 항공기의 회전익 모드 설계연구”, 항공우주학회, 2009. 
    12. 임재형, 하철근, “틸트로터 항공기의 고정익 모드 설계연구”, 항공우주학회, 2009. 
    13. Hovakimyan, N., Nardi, F., Calise, A., and Kim, N., "Adaptive Output Feedback Control of Uncertain Nonlinear Systems Using Single-Hidden-Layer Neural Networks", IEEE Trans. Neural Networks, vol.13, Nov. 2002. 
    14. Kim Y., and Lewis, F. L., High Level Feedback Control with Neural Networks, Singapore: World Scientific, 1998. 
    15. Hovakimyan, N., Nardi, F., Kim, N., and Calise, A., “Adaptive output feedback control of uncertain systems using single hidden layer neural networks”, IEEE Trans. Neural Networks, 2002, to be published. 
    16. Shin, Y. H., “Neural network based adaptive control for nonlinear dynamic regimes”, Georgia Institute of Technology, 2005. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Kim, Sung-Hwan ; Cho, Sang-Ook ; Kim, Sung-Su ; Ryoo, Chang-Kyung ; Choi, Kee-Young 2011. "Development of Embedded Program for UAV Flight Control System using RTOS and Model-Based Auto Code Generation" 韓國航空宇宙學會誌 = Journal of the Korean society for aeronautical & space sciences, 39(10): 979~986     

 저자의 다른 논문

  • 하철근 (10)

    1. 2001 "항공기 CSAS 설계를 위한 고전적 Gain Scheduling 기법과 Dynamic Model Inversion 비선형 기법의 비교 연구" 제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering 7 (7): 574~581    
    2. 2001 "UAV 자동착륙유도 기술" 제어·자동화·시스템공학회지 = ICASE magazine 7 (5): 9~18    
    3. 2001 "무미익 무인비행기(Tailless Unihabited Aerial Vehicle) 개발기술의 최근 경향" 제어·자동화·시스템공학회지 = ICASE magazine 7 (5): 19~27    
    4. 2004 "Longitudinal Automatic Landing in AdaptivePID Control Law Under Wind Shear Turbulence" KSAS international journal 5 (1): 30~38    
    5. 2004 "조종면을 이용한 돌풍하중완화 제어시스템 설계" 韓國航空宇宙學會誌 = Journal of the Korean society for aeronautical & space sciences 32 (8): 109~117    
    6. 2005 "틸트로터 항공기의 경로점 추종 비행유도제어 알고리즘 설계 : 헬리콥터 비행모드" 제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering 11 (3): 207~213    
    7. 2005 "특이섭동법을 이용한 비행체 자동착륙 유도제어 알고리즘 설계" 제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering 11 (8): 726~732    
    8. 2007 "무인항공기용 비행제어 시스템의 고장율 분석" 韓國航空宇宙學會誌 = Journal of the Korean society for aeronautical & space sciences 35 (6): 517~525    
    9. 2008 "퍼지 게인스케듈링을 적용한 자동착륙 유도제어 알고리즘 설계 : 윈쉬어 환경에서의 착륙" 제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems 14 (1): 95~103    
  • 임재형 (0)

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