Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

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Mathematical Modeling for Dynamic Performance Analysis and Controller Design of Manta-type UUV

만타형상 무인잠수정의 운동성능 해석 및 제어기 설계를 위한 비선형 수학모델 개발

  • Byun, Seung-Woo (Department of Ocean System Engineering, Jeju National University) ;
  • Kim, Joon-Young (Department of Ocean System Engineering, Jeju National University / Marine and Environmental Research Institute, Jeju National University)
  • 변승우 (제주대학교 해양시스템공학과) ;
  • 김준영 (제주대학교 해양시스템공학과 / 제주대학교 해양과환경연구소)
  • Published : 2010.01.31
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Abstract

This paper describes the mathematical model and controller design for Manta-type Unmanned Underwater Test Vehicle (MUUTV) with 6 DOF nonlinear dynamic equations. The mathematical model contains hydrodynamic forces and moments expressed in terms of a set of hydrodynamic coefficients which were obtained through the PMM (Planar Motion Mechanism) test. Based on the 6 DOF dynamic equations, numerical simulations have been performed to analyze the dynamic performances of the MUUTV. In addition, using the mathematical model PID and sliding mode controller are constructed for the diving and steering maneuver. Simulation results show that the control performances of the MUUTV and compared with these of NPS (Naval Postgraduate School) AUV II.

본 논문에서는 만타형상 무인잠수정(Manta-type unmanned underwater test vehicle)의 운동성능과 제어기설계에 대한 성능을 해석하기 위한 수학모델을 정립하여 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 6자유도 운동방정식을 이용하여 Matlab/Simulink로 시뮬레이션 프로그램을 구성하였다. 개발된 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 만타형상 무인잠수정의 동역학적 운동성능을 해석하였으며, 무인잠수정의 제어성능을 해석하기 위하여 PID(비례-미분-적분)제어기와 슬라이딩모드(Sliding mode)제어기를 설계하여 만타형상 무인잠수정의 제어성능을 해석하였다. 설계된 제어기는 무인잠수정의 수심제어(Depth control)와 방향제어(Heading control)에 사용되었다. 설계된 제어기의 성능을 확인하기 위하여 미해군 대학원의 AUV II와 비교하였다. 설계된 수심제어기와 방향제어기를 이용하여 만타형 무인잠수정의 설계목표에 부합하는 항해제어 시뮬레이션을 실시하였다.

Keywords

References

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