미지의 외란 추정을 이용한 선박의 항로 추종 개선
Performance improvement on path following of ship using unknown disturbance estimation
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초록
일반적으로 선박은 6자유도 운동방정식으로 구성된다. 그러나 선박이 운항을 하는데 있어서 선박이 평면운동을 한다고 가정해도 무방하기 때문에 X축으로의 운동(Surge), Y축으로의 운동(Sway), Z축으로의 회전(Yaw)으로 이루어진 3자유도 운동으로 간략화시킬 수 있다. 이때 선박의 운동은 이동운동에 대한 방정식과 회전운동에 대한 방정식의 결합으로이루어진다. 선박 운항중에 선박 외부에서 미지의 외란으로 해류나 파도가 인가된다면 선박은 PD제어기에 의해 회두각은 유지할 수 있으나 추가되는 힘과 모멘트로 인해 항로에서 벗어나게 된다. 본 논문에서는 선박 외부에서 인가되는 미지의 외란을 보상시켜 주기 위한 Kalman 필터 기반의 퍼지 외란 추정기를 설계하고 이때 추정된 미지의 외란을 피드백시켜 보상함으로써 미지의 외란을 상쇄시켜 주는 제어시스템을 제안한다. 또한 이를 검증하기 위해서 시뮬레이션을 수행한 뒤 그 결과를 기반으로 제안된 방법의 타당성을 검증하고자 한다.
Abstract
In general, a ship motion is described by six degree of freedom equations of motion. However, if the ship follows a course, its motion is assumed to be a plane motion, such as a three degrees of freedom motion, composed of a motion in x-axis, motion in y-axis and rotational motion about z-axis. The ship's motion is modeled by the combination of a speed equation and steering equation. Although an unknown disturbance is affecting a ship, the ship will be able to keep its heading angle properly, but it will deviate from the designated route. In this research, a Kalman filter based on the fuzzy disturbance estimator is designed for compensating unknown disturbance applied from outside of the ship. And the control system that compensates the estimated unknown disturbances using feedback is suggested. To verify the effectiveness of the proposed method, several simulations were performed, and the validity of the method was verified by analyzing the simulation results.
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