한국해양대학교

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역시뮬레이션 기법을 이용한 무인잠수정의 운동성능 해석에 대한 연구

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dc.contributor.author 변승우 -
dc.date.accessioned 2017-02-22T06:42:28Z -
dc.date.available 2017-02-22T06:42:28Z -
dc.date.issued 2015 -
dc.date.submitted 57069-08-26 -
dc.identifier.uri http://kmou.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002175469 ko_KR
dc.identifier.uri http://repository.kmou.ac.kr/handle/2014.oak/9695 -
dc.description.abstract An UUV (Unmanned Underwater Vehicle) is commonly used in hazardous fields such as oceanographic studies, sub-sea works, and military applications of ISR (Intelligence, Surveillance and Reconnaissance), ASW (Anti-Submarine Warfare) and MCM (Mine Countermeasure). This dissertation mainly focuses on the development of a dynamic control system for the UUV equipped with three dedicated thrusters and a mass moving system. The dynamic control system is constructed based on the inverse simulation method which includes a mathematical model with the six degrees of freedom (6-DOF) consisted of linear and nonlinear hydrodynamic coefficients, which can be obtained from empirical formula, CFD (Computational Fluid Dynamics) and PMM (Planar Motion Mechanism) test. To analyze the dynamic performance, the inverse simulation method based on inverse dynamics is utilized to calculate the input thrust force of three thrusters and the eligible distance of the mass moving system of the UUV under the specific trajectory and acceleration profiles developed in this dissertation. Moreover, the evaluation on the proposed method has been carried out in terms of the effectiveness of thrust power consumption and the deviation from the desired speed, heading, pitch and depth. In order to analyze the dynamic performance of the UUV, the conventional simulation program also designed. The PID and Fuzzy-PID controller is applied after this complicated feedback system. The thruster dynamics and mass moving system is also incorporated in to the control system design. The performance analysis is performed in the navigation control by the operation concept that means specific predefined trajectory. The effectiveness of the control methods are demonstrated by simulation for a typical underwater mission. It is demonstrated numerically that the navigation system together with controller guides the vehicle to follow the desired trajectory which maintains the speed, heading, pitch and depth with a sufficient accuracy. -
dc.description.tableofcontents List of Tables iv List of Figures v Abstract x 제 1 장 서 론 1 1.1 연구배경 1 1.1.1 무인잠수정의 종류 2 1.1.1.1 자율무인잠수정 6 1.1.1.2 원격조종무인잠수정 7 1.1.1.3 기타 수중로봇 9 1.1.2 무인잠수정의 역사 10 1.1.3 기뢰대항전을 위한 무인잠수정 14 1.2 연구목표 19 1.3 논문구성 20 제 2 장 무인잠수정의 수학 모델 21 2.1 무인잠수정 모델링 21 2.2 무인잠수정의 수학모델 22 2.2.1 좌표계(Coordinate System) 22 2.2.2 강체동역학(Rigid Body Dynamics) 24 2.2.3 동역학(Kinetics) 26 2.2.3.1 강체에 작용하는 힘(Rigid Body Forces and Moments) 26 2.2.3.2 유체력(Hydrodynamic Forces and Moments) 28 2.2.3.3 질량이동장치 모델링(Moving Mass System Modeling) 31 2.2.3.5 추진기 모델링(Thruster Modeling) 33 2.2.3.6 운동방정식(Equations of Motion) 34 2.3 무인잠수정의 계수추정 방법 36 2.3.1 경험식에 의한 방법 36 2.3.2 시험에 의한 방법 36 2.3.3 전산유체역학을 이용한 방법 38 2.4 CFD를 이용한 무인잠수정의 계수 추정 39 제 3 장 역시뮬레이션을 이용한 무인잠수정의 운동성능 확인 50 3.1 역동역학과 역시뮬레이션 50 3.2 역동역학 시뮬레이션 설계 54 3.2.1 전진방향 운동에 필요한 추력 분석 56 3.2.2 선회운동에 필요한 추력 분석 61 3.2.3 잠항에 필요한 추력 및 질량이동장치 이동거리 분석 66 3.2.4 수심방향 운동에 필요한 수직방향 추진기 추력 분석 71 3.3 역동역학 시뮬레이션의 적용 74 제 4 장 무인잠수정의 자세제어를 위한 제어기 설계 75 4.1 운동성능 해석 75 4.2 제어기 설계 79 4.2.1 PID 제어기 설계 80 4.2.1.1 좌우 추진기를 이용한 속도제어 및 방향각 제어 82 4.2.1.2 수직추진기를 이용한 수심제어 83 4.2.1.3 질량이동장치를 이용한 피치각제어 83 4.2.2 퍼지-PID 제어기 84 4.2.2.1 퍼지제어의 개요 84 4.2.2.2 퍼지-PID 제어기 설계 87 4.3 경로 추종 시뮬레이션 97 4.3.1 시뮬레이션 조건 97 4.3.1.1 방향각 추종 방법 97 4.3.1.2 피치각 추종 방법 100 4.4 경로추종 시뮬레이션 결과 101 4.4.1 퍼지-PID 제어기를 이용한 경로추종 시뮬레이션 101 제 5 장 결 론 108 5.1 결론 108 5.2 추후연구 109 참고문헌 110 감사의 글 115 -
dc.language kor -
dc.publisher 한국해양대학교 일반대학원 -
dc.title 역시뮬레이션 기법을 이용한 무인잠수정의 운동성능 해석에 대한 연구 -
dc.title.alternative A Study on Dynamic Performance of Underwater Vehicle using Inverse Simulation Method -
dc.type Thesis -
dc.date.awarded 2015-02 -
dc.contributor.alternativeName Byun -
dc.contributor.alternativeName Seung Woo -
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재료공학과 > Thesis
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