퍼지 외란 추정기를 이용한 선박의 퍼지 PID형 오토파일럿 및 항로 추종
A fuzzy PID autopilot and path following using fuzzy disturbance estimator for a s
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일반적으로 선박이 사용하는 오토파일럿 시스템은 구조가 간단한 PD 제어기를 사용한다. 그러나 PD 제어기는 제어시스템의 응답속도 개선, 오버슈트, 안정화 등에 대한 조정 능력을 가지고 있지만 비선형성이 강한 경우 정상상태 오차가 존재하며 조타각이 큰 경우 오버슈트가 발생하고 조타각의 변화가 심하게 일어나 에너지손실을 야기한다. 이와 같은 단점을 보완하기 위해 속도형 퍼지PID 제어기 오토파일럿 시스템을 적용한다. 그러나 아무리 적응성이 뛰어난 퍼지PID 제어기를 사용한다 하더라도 선박 외부에서 미지의 외란(해류, 파도, 바람)이 인가된다면 선박에 추가적이 힘과 모멘트가 인가되기 때문에 항로를 벗어나게 된다. 본 논문에서는 미지의 외란으로 인해 발생하는 힘과 모멘트를 보상시켜주기 위한 Kalman 필터 기반의 퍼지 외란 추정기를 설계하고 추정된 힘과 모멘트를 피드백 시켜 미지의 외란으로 인해선박에 추가되는 힘과 모멘트를 상쇄시켜주는 제어시스템을 제안한다.
Abstract
In general, the autopilot system used in a ship consists of PD controller with a simple structure. The PD controller can be adjusted to improve the response speed, overshoot, and stabilize control system. However, the performance of a PD controller is poor when non-linearity is strong and the steering angle is large. To overcome these disadvantages, a fuzzy PID control type autopilot system is applied. Even when using an adaptive fuzzy PID controller is used, if unknown disturbances are applied from the outside of a ship, the ship deviates from the designated route because additional forces and moments are applied to the ship. In this study, a Kalman filter-based fuzzy disturbance estimator is designed to compensate for unknown disturbances and then the estimated unknown disturbances are feedback to eliminate the current, wind and wave's force and moment affecting the ship motion.
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