한국해양대학교

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유조선의 선수각 제어를 위한 RCGA 기반 선형 능동 외란 제거 제어기 설계

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dc.contributor.advisor 소명옥 -
dc.contributor.author 이유수 -
dc.date.accessioned 2024-01-03T18:01:19Z -
dc.date.available 2024-01-03T18:01:20Z -
dc.date.created 2023-09-25 -
dc.date.issued 2023 -
dc.identifier.uri http://repository.kmou.ac.kr/handle/2014.oak/13323 -
dc.identifier.uri http://kmou.dcollection.net/common/orgView/200000698427 -
dc.description.abstract In the maritime industry, autopilot system, which control a ship's rudder angle exposed to various internal and external disturbances during navigation, are of significant importance for the advancement of Maritime Autonomous Surface Ships (MASS) grounded in digital technology and artificial intelligence. To enhance autopilot system, a Linear Active Disturbance Rejection Control (LADRC) design was proposed. Here, the rate of change in a ship's heading due to yaw movement was selected as a crucial factor, and a 3-degree-of-freedom nonlinear tanker model of a ship's motion equations, including the rudder, was used. Disturbances applied to the system and internal uncertainties were considered as total disturbances, and a controller design for more robust heading control was proposed by estimating these in real time. The gains of the proposed controller were tuned using the Real-Coded Genetic Algorithm (RCGA), minimizing the evaluation function using the Integral Absolute Error (IAE). Simulations were conducted considering the squat effect affecting navigation during ship operation, environmental disturbances, measurement noise, and uncertainties and errors in the model. Consequently, it was confirmed that the proposed controller effectively maintains and follows the set ship’s heading, even when considering modeling errors of the nonlinear model, uncertainties, noise from measurement sensors, and disturbance factors such as waves. Additionally, the economic aspect of the proposed controller was validated by considering the energy consumption through the evaluation index. -
dc.description.tableofcontents 제 1 장 서 론 1 1.1 연구 배경 및 동향 1 1.2 연구 내용 및 구성 4 제 2 장 선박의 조종 운동 모델링 6 2.1 좌표계 6 2.2 선박의 수학모델 10 2.2.1 3자유도 수평면 비선형 모델 11 2.2.2 대형유조선의 비선형 모델 14 2.2.3 Nomoto 선형 자동조타 모델 18 2.4 해상파도모델 21 제 3 장 파라미터 최적화를 위한 유전알고리즘 26 3.1 유전알고리즘 26 3.2 실수코딩 유전알고리즘 28 3.2.1 초기 집단의 생성 28 3.2.2 유전 연산자 29 3.2.3 적합도 평가 30 3.2.4 적합도의 스케일링 31 3.2.5 엘리트 전략 31 3.2.6 종료 조건 31 제 4 장 능동 외란 제거 제어 32 4.1 기존의 제어이론 32 4.1.1 PID 제어 33 4.1.2 모델기반 현대제어 34 4.2 비선형 능동 외란 제거 제어 36 4.2.1 과도상태 프로파일 생성기 37 4.2.2 확장된 상태 관측기 39 4.2.3 비선형 상태 오차 피드백 제어 법칙 40 4.3 선형 능동 외란 제거 제어 41 4.3.1 상태 공간 모델 41 4.4.2 확장된 선형상태관측기 42 4.4.3 선형 상태 오차 피드백 제어 법칙 43 제 5 장 RCGA기반 선형 능동 외란 제거 제어기 설계 46 5.1 선수각 제어를 위한 선형 능동 외란 제거 제어기 47 5.1.1 과도상태 프로파일 48 5.1.2 상태 공간 모델 49 5.1.3 확장된 선형상태관측기 51 5.1.4 제어 법칙 52 5.2 RCGA를 이용한 선형 능동 외란 제거 제어기 이득 동조 54 5.3 성능 비교를 위한 PD 제어기 56 5.4 제어기 성능 평가 57 5.4.1 과도응답 평가지수 57 5.4.2 추진에너지 손실량 평가지수 57 제 6 장 시뮬레이션 및 검토 59 6.1 성능 비교를 위한 PD 제어기 이득 탐색 59 6.2 선형 능동 외란 제거 제어 제어기 이득 탐색 62 6.3 시뮬레이션 조건 64 6.4 수심에 따른 선수각의 제어 응답 64 6.4.1 심해역에서의 선수각 변경에 대한 제어 응답 64 6.4.2 천해역에서의 선수각 변경에 대한 제어 응답 68 6.5 파도 외란에 대한 선수각의 제어 응답 72 6.5.1 선수각 유지에 대한 제어 응답 72 6.5.2 선수각 변경에 대한 제어 응답 76 6.6 측정잡음에 대한 선수각의 제어 응답 79 6.6.1 선수각 유지에 대한 제어 응답 79 6.6.2 선수각 변경에 대한 제어 응답 82 6.7 운항조건 및 불확실성에 대한 선수각의 제어 응답 85 6.7.1 운항조건 및 유체력 미계수 변경 85 6.7.2 선수각 변경에 대한 제어 응답 86 6.8 파도 외란, 측정잡음, 불확실성에 대한 선수각의 제어 응답 89 6.8.1 선수각 유지에 대한 제어 응답 89 6.8.2 선수각 변경에 대한 제어 응답 92 제 7 장 결 론 95 참고문헌 97 -
dc.format.extent 103 -
dc.language kor -
dc.publisher 한국해양대학교 대학원 -
dc.rights 한국해양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다. -
dc.title 유조선의 선수각 제어를 위한 RCGA 기반 선형 능동 외란 제거 제어기 설계 -
dc.title.alternative Design of RCGA-Based Linear Active Disturbance Rejection Controller for Heading Control of an Oil Tanker -
dc.type Dissertation -
dc.date.awarded 2023-08 -
dc.embargo.terms 2023-09-25 -
dc.contributor.department 대학원 기관공학과 -
dc.contributor.affiliation 한국해양대학교 대학원 기관공학과 -
dc.description.degree Doctor -
dc.identifier.bibliographicCitation 이유수. (2023). 유조선의 선수각 제어를 위한 RCGA 기반 선형 능동 외란 제거 제어기 설계. -
dc.identifier.holdings 000000001979▲200000003613▲200000698427▲ -
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