KR101214018B1 - Design method for control system of uav - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인 항공기의 제어 시스템을 설계하는 설계 시스템을 이용한 설계 방법에 있어서, 설계자가 입력한 설계정보로 설계 기준점을 결정하는 단계, 설계 비행조건에서 무인 항공기의 미세조종이 이루어져 선형적으로 비행이 이루어지도록 하는 트림 및 선형화 단계, 제어기 구조를 설계하는 단계, 설계된 제어기 구조와 맞는 자동 조종장치 구조를 설계하는 단계, 제어기 구조와 그에 맞게 자동 조종장치 구조로 설계된 제어 시스템의 성능을 검증하는 단계, 검증된 성능의 결과가 양호한지 판단하는 단계 및 성능의 결과가 양호한 경우 선형 시뮬레이션과 결과를 비교하는 단계를 포함하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법에 관한 것이다.The present invention is a design method using a design system for designing a control system of an unmanned aerial vehicle, the step of determining the design reference point with the design information input by the designer, the micropilot of the unmanned aerial vehicle in the design flight conditions is made to fly linearly Trimming and linearization steps to achieve, designing the controller structure, designing the autopilot structure to match the designed controller structure, verifying the performance of the control system and the control system designed to the autopilot structure accordingly, verifying A method for designing an unmanned aerial vehicle control system comprising determining whether the result of the performance is good and comparing the result with a linear simulation when the result of the performance is good.

Description

무인 항공기 제어 시스템계 방법{DESIGN METHOD FOR CONTROL SYSTEM OF UAV}Unmanned aerial vehicle control system system method {DESIGN METHOD FOR CONTROL SYSTEM OF UAV}

본 발명은 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파라미터 최적화 기법을 적용함으로써 체계적인 설계절차와 일관된 제어성능을 보장하기 위한 제어기 구조가 변경되더라도 설계자의 의도에 부합하는 제어이득을 구할 수 있도록 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for designing an unmanned aerial vehicle control system, and more particularly, by applying parameter optimization techniques, even if a controller structure for ensuring a systematic design procedure and consistent control performance is changed, a control gain that matches the intention of a designer can be obtained. The present invention relates to a method for designing an unmanned aerial vehicle control system.

일반적으로 무인 항공기를 제어하는 제어기의 설계는 고전제어 기법이 널리 사용되고 있다.In general, the classical control technique is widely used for the design of a controller for controlling an unmanned aerial vehicle.

고전제어 기법은 우선 몇 개의 설계 기준점에 대한 선형 모델을 도출한 후, 이를 기반으로 선형 제어기를 설계한다. 이렇게 설계된 제어기는 최종적으로 이득 스케쥴링 기법을 통해 구현되고, 비선형 시뮬레이션을 통해 성능을 검증한다.The classical control technique first derives a linear model of several design reference points and then designs the linear controller based on this. The controller designed in this way is finally implemented through gain scheduling, and the performance is verified by nonlinear simulation.

그러나, 이러한 고전제어 기법에 의한 제어기 설계는 많은 시행착오를 수반하며, 설계 기준점의 개수 및 설계자의 경험에 따라 설계 기간과 성능이 결정된다는 문제점이 있다. However, the controller design by such a classical control technique involves a lot of trial and error, and there is a problem that the design period and performance are determined according to the number of design reference points and the experience of the designer.

따라서, 본 발명의 목적은 파라미터 최적화 기법을 적용함으로써 체계적인 설계절차와 일관된 제어성능을 보장하기 위한 제어기 구조가 변경되더라도 설계자의 의도에 부합하는 제어이득을 구할 수 있도록 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for designing an unmanned aerial vehicle control system that can obtain control gains conforming to the intention of the designer even if the controller structure is changed to ensure systematic control and consistent control performance by applying parameter optimization techniques. It is.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법은 설계 시스템의 입력부를 통해 설계자가 입력한 설계정보로 기준점 결정부가 설계 기준점을 결정하는 단계, 설계 시스템의 트림 및 선형화부가 설계 비행조건에서 무인 항공기의 미세조종이 이루어져 선형적으로 비행이 이루어지도록 하는 트림 및 선형화 단계, 설계 시스템의 제어기 구조 설계부가 제어기 구조를 설계하는 단계, 설계 시스템의 자동 조종장치 구조 설계부가 설계된 제어기 구조와 맞는 자동 조종장치 구조를 설계하는 단계, 설계 시스템의 제어 시스템 성능 검증부가 제어기 구조와 그에 맞게 자동 조종장치 구조로 설계된 제어 시스템의 성능을 검증하는 단계, 설계 시스템의 주제어부가 검증된 성능의 결과가 양호한지 판단하는 단계, 결과가 양호한 경우 설계 시스템의 결과 비교부가 선형 시뮬레이션과 결과를 비교하는 단계 및 주제어부는 선형 시뮬레이션과의 비교 결과가 오차범위 내인지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method for designing an unmanned aerial vehicle control system according to the present invention includes the step of determining a design reference point by a reference point determining unit using design information input by a designer through an input unit of a design system, the trimming and linearization of the design system by design flight conditions Trimming and linearization stages for the micropilot of the unmanned aerial vehicle to fly linearly, the controller structure design part of the design system designing the controller structure, the automatic control structure design system of the design system Designing the controller structure, verifying the performance of the control system performance of the design system by the control system performance verification unit, and verifying the performance of the control system designed with the autopilot structure accordingly, determining whether the main control part of the design system is satisfactory. Step, the result is good Wu design system characterized in that the comparison results addition comprising the step of comparing the result of the linear simulations and comparing the results and the main control part determines a linear simulation is within a margin of error.

바람직하게는 제어기 구조 설계부의 제어기 구조 결정부가 파라미터DB의 제어기 구조DB에서 설계정보에 적합한 제어기 구조를 선택하여 결정하는 단계, 제어기 구조 설계부의 제이이득 산출부가 제어기 구조의 제어이득을 산출하는 단계, 주제어부가 제어이득이 오차범위 내에 있는지 판단하는 단계, 제어기 구조 설계부의 성능 검증부가 안정성을 고려하여 제어기 구조의 성능을 검증하는 단계 및 주제어부가 검증된 성능의 결과가 양호한지 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the controller structure determining unit of the controller structure design unit selects and determines the controller structure suitable for the design information from the controller structure DB of the parameter DB, the second gain calculator of the controller structure design unit calculates the control gain of the controller structure, Determining whether the additional control gain is within an error range, verifying the performance of the controller structure by considering the stability of the performance verification unit of the controller structure design unit, and determining whether the result of the verified performance is good by the main controller. It features.

더욱 바람직하게는 자동 조종장치 구조 설계부의 자동 조종장치 구조 결정부가 파라미터DB의 자동 조종장치 구조DB에서 설계된 제어기 구조와 적합한 자동 조종장치 구조를 선택하여 결정하는 단계, 자동 조종장치 구조 설계부의 자동 조종장치 제이이득 산출부가 결정된 자동 조종장치 구조의 제어이득을 산출하는 단계, 주제어부가 제어이득이 오차범위 내에 있는지 판단하는 단계, 자동 조종장치 구조 설계부의 자동 조종장치 성능 검증부가 조종성을 고려하여 제어기 구조의 성능을 검증하는 단계, 및 주제어부가 검증된 성능의 결과가 양호한지 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the autopilot structure determination unit of the autopilot structure design unit selects and determines a controller structure designed in the autopilot structure DB of the parameter DB and a suitable autopilot structure, autopilot of the autopilot structure design unit. Calculating the control gain of the determined autopilot structure, determining whether the control gain is within the error range, and checking the controllability of the autopilot performance design of the autopilot structure design unit. And verifying that the result of the verified performance of the main control unit is good.

따라서, 본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법은 제어기 구조가 변경되더라도 파라미터 최적화 기법을 적용함으로써 체계적인 설계절차와 일관된 제어성능을 보장하기 위한 설계자의 의도에 부합하는 제어이득을 구할 수 있어, 시행착오를 수반하지않으며, 설계 기준점의 개수 및 설계자의 경험에 종속되지 않고 설계 기간과 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, even if the controller structure is changed, the method of designing the unmanned aerial vehicle control system according to the present invention can obtain a control gain that meets the designer's intention to ensure a systematic design procedure and consistent control performance by applying parameter optimization techniques. It does not depend on the number of design reference points and the designer's experience, thereby improving the design period and performance.

도 1은 본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템을 설계하기 위한 설계 시스템을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법 중 제어기 설계를 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법 중 자동 조종장치 설계를 설명하기 위한 흐름도, 및
도 5는 본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템을 설계하기 위한 설계 시스템의 파라미터DB의 내부 구조를 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a design system for designing an unmanned aerial vehicle control system according to the present invention;
2 is a flowchart illustrating a method for designing an unmanned aerial vehicle control system according to the present invention;
3 is a flowchart illustrating a controller design in an unmanned aerial vehicle control system design method according to the present invention;
Figure 4 is a flow chart for explaining the design of the automatic control device of the unmanned aerial vehicle control system design method according to the present invention, and
5 is a diagram illustrating an internal structure of a parameter DB of a design system for designing an unmanned aerial vehicle control system according to the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concept of the term appropriately in order to describe its own invention in the best way. The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템을 설계하기 위한 설계 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a design system for designing an unmanned aerial vehicle control system according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템을 설계하기 위한 설계 시스템은 입력부(100), 주제어부(200), 기준점 결정부(300), 트림 및 선형화부(400), 제어기 구조 설계부(500), 자동 조종장치 구조 설계부(600), 시스템 성능 검증부(700), 결과 비교부(800) 및 파라미터DB(900)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a design system for designing an unmanned aerial vehicle control system according to the present invention includes an input unit 100, a main controller 200, a reference point determiner 300, a trim and linearizer 400, and a controller. Structural design unit 500, autopilot structure design unit 600, the system performance verification unit 700, the result comparison unit 800 and the parameter DB (900).

상기 입력부(100)는 설계자가 설계하고자 하는 제어기와 관련된 정보를 입력하기 위한 수단이다.The input unit 100 is a means for inputting information related to a controller to be designed by the designer.

상기 입력부(100)를 통해 설계자가 설계하고자 하는 제어기와 관련된 설계정보가 입력되면, 상기 주제어부(200)는 전달받은 설계정보대로 제어기가 설계될 수 있도록 각부를 제어하다. When design information related to a controller to be designed by a designer is input through the input unit 100, the main controller 200 controls each unit so that the controller can be designed according to the received design information.

상기 설계정보에는 무인 항공기의 제어목적, 제어지역, 또는 해당 지역의 지형 등 각종 정보가 포함될 수 있다.The design information may include various kinds of information such as a control purpose of the unmanned aerial vehicle, a control region, or a terrain of a corresponding region.

본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법을 설명하기 위한 흐름도인 도 2를 참조하면, 상기 기준점 결정부(300)는 상기 주제어부(200)의 제어를 받아 무인 항공기의 제어목적, 제어지역 또는 해당 지역의 지형에 따른 기준점을 결정하는 단계를 수행한다(S100).Referring to FIG. 2, which is a flowchart illustrating a method for designing an unmanned aerial vehicle control system according to the present invention, the reference point determiner 300 is controlled by the main control unit 200, a control purpose of a drone, a control region, or a corresponding area. A step of determining a reference point according to the terrain of the region is performed (S100).

이때, 상기 기준점 결정부(300)는 파라미터DB(900)의 기준점DB(910)에 제어목적, 제어지역 또는 해당 지역의 지형에 따라 이전의 수많은 비행경험들이 수집되어 기저장된 기준점 정보를 가지고 기준점을 결정한다. In this case, the reference point determiner 300 collects a number of previous flight experiences according to the control purpose, the control region or the terrain of the corresponding area in the reference point DB 910 of the parameter DB 900 to set the reference point with previously stored reference point information. Decide

상기 트림 및 선형화부(400)는 제어기가 무인 항공기를 미세조종하여 선형적으로 비행할 수 있게 설계되도록 트림(Trim) 및 선형화하는 단계를 수행한다(S200).The trim and linearization unit 400 performs a trim and linearization such that the controller is designed to be able to fly linearly by micromanipulating the unmanned aerial vehicle (S200).

상기 제어기 구조 설계부(500)는 제어기 구조 결정부(510), 제어이득 산출부(520), 및 제어기 성능 검증부(530)를 포함하여 상기 입력부(100)를 통한 설계자의 설계요구조건에 따라 제어기의 설계가 이루어지도록 하는 단계를 수행한다(S300).The controller structure design unit 500 includes a controller structure determination unit 510, a control gain calculator 520, and a controller performance verification unit 530, according to the designer's design requirements through the input unit 100. Performs a step of making the design (S300).

본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법 중 제어기 설계를 설명하기 위한 흐름도인 도 3을 참조하여, 상기 `S300`단계를 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 제어기 구조 설계부(500)의 제어기 구조 결정부(510)는 상기 파라미터DB(900)의 제어기 구조DB(920)에 기저장된 복수의 제어기 구조들 중에서 상기 설계정보에 포함된 제어목적에 맞는 제어기 구조를 선택하여 결정하는 단계를 수행한다(S310).Referring to FIG. 3, which is a flowchart for describing a controller design in the method for designing an unmanned aerial vehicle control system according to the present invention, the step S300 will be described in more detail. The controller structure determination unit of the controller structure design unit 500 ( 510 performs a step of selecting and determining a controller structure suitable for the control purpose included in the design information among a plurality of controller structures previously stored in the controller structure DB 920 of the parameter DB 900 (S310).

상기 제이이득 산출부(520)는 상기 `S310` 단계에서 상기 제어기 구조 결정부(510)에 의해서 결정된 제어기 구조의 제어이득을 산출하는 단계를 수행한다(S320).The second gain calculator 520 calculates the control gain of the controller structure determined by the controller structure determiner 510 in step S310 (S320).

이때, 상기 주제어부(200)는 상기 제어이득 산출부(520)가 산출한 제어이득이 오차범위 내에 있는지 판단하는 단계를 수행하고(S330), 오차범위를 벗어난 경우, 상기 제어기 구조 결정부(510)가 상기 `S310`단계를 재수행하도록 제어한다.In this case, the main control unit 200 performs a step of determining whether the control gain calculated by the control gain calculator 520 is within an error range (S330), and when out of the error range, the controller structure determination unit 510. ) To re-perform the step S310.

상기 `S330`단계에서 상기 제어이득이 오차범위 내에 있는 경우, 상기 주제어부(200)는 제어기 성능 검증부(530)가 제어기의 성능을 검증하도록 한다.When the control gain is within the error range in step S330, the main controller 200 causes the controller performance verification unit 530 to verify the performance of the controller.

상기 제어기 성능 검증부(530)는 성능 판단 기준인 안정성과 조종성을 고려하여 상기 `S310`단계에서 결정된 제어기 구조의 성능을 검증하는 단계를 수행한다(S340).The controller performance verification unit 530 performs a step of verifying the performance of the controller structure determined in step S310 in consideration of stability and controllability, which are performance criteria, in operation S340.

이후, 상기 주제어부(200)는 상기 제어기 성능 검증부(530)가 검증한 성능이 양호한지 판단하고, 성능이 양호하지 않다고 판단된 경우, 상기 제어기 구조 결정부(510)로 하여금 상기 `S310`단계를 재수행하도록 제어하고, 성능이 양호하다고 판단된 경우 제어기 구조 설계 단계를 종료시키는 단계를 수행한다(S350).Subsequently, the main controller 200 determines whether the performance verified by the controller performance verification unit 530 is good, and when it is determined that the performance is not good, the controller structure determination unit 510 causes the controller S310 to perform the operation S310. If the control is performed to perform the step again, and the performance is determined to be good, the step of terminating the controller structure design step is performed (S350).

상술한 바와 같이 제이기 구조 설계 단계인 `S300`단계가 완료되면, 자동 조종 장치 구조 설계부(600)에 의해서 무인 항공기를 자동으로 조종하기 위한 자동 조종 장치 구조 설계단계가 수행된다(S400).As described above, when the step S300, which is the step design structure, is completed, the autopilot structure design step for automatically manipulating the unmanned aerial vehicle by the autopilot structure design unit 600 is performed (S400).

즉, 자동 조종 장치 설계부(600)는 자동 조종장치 구조 결정부(610), 자동 조종장치 제어이득 산출부(620) 및 자동 조종장치 성능 검증부(630)를 포함하여, 상기 S300 단계에서 설계된 구조의 제어기를 자동으로 조종하기 위한 자동 조종 장치 구조를 설계한다.That is, the autopilot design unit 600 includes an autopilot structure determination unit 610, an autopilot control gain calculator 620, and an autopilot performance verification unit 630, the structure designed in step S300. Design an autopilot structure to automatically control the controller.

본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법 중 자동 조종장치 설계를 설명하기 위한 흐름도인 도 4를 참조하여, 상기 S400 단계를 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 자동 조종장치 구조 결정부(610)는 상기 파라미터DB(900)의 자동 조종 장치 구조DB(930)에 기저장된 복수의 자동 조종 장치 구조들 중에서 상기 S300단계에서 설계된 제어기 구조에 맞는 자동 조종 장치 구조를 선택하여 결정하는 단계를 수행한다(S410)Referring to Figure 4 which is a flow chart for explaining the design of the automatic control device of the unmanned aerial vehicle control system according to the present invention, the step S400 will be described in more detail, the automatic control device structure determination unit 610 is the parameter Selecting and determining an autopilot device structure suitable for the controller structure designed in step S300 from among a plurality of autopilot device structures previously stored in the autopilot device structure DB 930 of DB 900 (S410).

자동 조종장치 제어이득 산출부(620)는 상기 `S410`단계에서 결정된 자동 조종장치의 제어이득을 산출하는 단계를 수행한다(S420).The automatic control unit control gain calculating unit 620 performs a step of calculating the control gain of the automatic control unit determined in step S410 (S420).

이때, 상기 주제어부(200)는 상기 자동 조종장치 제어이득 산출부(620)가 산출한 자동 조종장치의 제어이득이 오차범위 내에 있는지 판단하는 단계를 수행하고(S430), 오차범위를 벗어난 경우, 상기 자동 조종창치 구조 결정부(610)가 상기 `S410`단계를 재수행하도록 제어한다.At this time, the main control unit 200 performs a step of determining whether the control gain of the automatic control device calculated by the automatic control device control gain calculating unit 620 is within the error range (S430), when the error range is out of the range, The automatic control window structure determination unit 610 controls to perform the step S410 again.

상기 `S430`단계에서 상기 제어이득이 오차범위 내에 있는 경우, 상기 주제어부(200)는 자동 조종장치 성능 검증부(630)가 자동 조종장치의 성능을 검증하도록 한다.When the control gain is within the error range in step S430, the main control unit 200 allows the automatic control unit performance verification unit 630 to verify the performance of the automatic control unit.

상기 자동 조종장치 성능 검증부(630)는 성능 판단 기준인 조종성을 고려하여 상기 `S410`단계에서 결정된 자동 조종장치 구조의 성능을 검증하는 단계를 수행한다(S440).The automatic control unit performance verification unit 630 performs a step of verifying the performance of the automatic control unit structure determined in step S410 in consideration of controllability which is a performance criterion (S440).

이후, 상기 주제어부(200)는 상기 자동 조종장치 성능 검증부(630)가 검증한 성능이 양호한지 판단하고, 성능이 양호하지 않다고 판단된 경우, 상기 자동 조종장치 구조 결정부(610)로 하여금 상기 `S410`단계를 재수행하도록 제어하고, 성능이 양호하다고 판단된 경우 자동 조종장치 구조 설계 단계를 종료시키는 단계를 수행한다(S450).Subsequently, the main controller 200 determines whether the performance verified by the autopilot performance verification unit 630 is good, and when it is determined that the performance is not good, causes the autopilot structure determination unit 610 to determine. The control is performed to perform the step 'S410' again, and if it is determined that the performance is good, the step of ending the automatic control device structure design step is performed (S450).

상기 `S300`단계와 `S400`단계를 통해 제어기 구조의 설계와 자동 조종장치의 설계가 완료되어 전체적인 무인 항공기 제어 시스템의 설계가 완료되면, 상기 시스템 성능 검증부(700)는 설계된 제어 시스템의 성능을 검증하는 단계를 수행한다(S500).When the design of the controller structure and the design of the automatic control device are completed through the steps S300 and S400, and the design of the overall unmanned aerial vehicle control system is completed, the system performance verification unit 700 performs the performance of the designed control system. Performs a step of verifying (S500).

한편, 상기 주제어부(200)는 상기 `S500`단계에서 검증된 성능의 결과가 양호한지 판단하는 단계를 수행한다(S600)On the other hand, the main control unit 200 performs a step of determining whether the result of the performance verified in the step 'S500' is good (S600)

이후, 상기 `S600`결과 제어 시스템의 성능이 양호하지 않은 경우 상기 주제어부(200)는 제어기 구조를 설계하는 상기 `S300`단계에 문제가 있는지 아니면, 자동 조종장치의 구조를 설계하는 `S400`단계에 문제가 있는지 판단하는 단계를 수행한다(S700),Subsequently, when the performance of the 'S600' result control system is not good, the main controller 200 has a problem in the 'S300' step of designing the controller structure, or 'S400' to design the structure of the automatic control unit. Determining whether there is a problem in the step (S700),

성능이 양호한 경우, 결과 비교부(800)는 설계된 제어 시스템을 시뮬레이션하여 상기 파라미터DB(900)의 선형 시뮬레이션DB(940)에 기저장된 선형 시뮬레션과 결과를 비교하는 단계를 수행한다(S800). If the performance is good, the result comparison unit 800 simulates the designed control system and compares the result with the linear simulation previously stored in the linear simulation DB 940 of the parameter DB 900 (S800).

그리고, 상기 주제어부(200)는 상기 `S800` 단계에서 설계된 제어 시스템의 시뮬레이션과 기저장된 선형 시뮬레이션과의 비교결과가 오차범위 내인가를 판단하는 단계를 수행하여(S900), 오차범위 내에 있는 경우 설계된 완전하게 제어 시스템이 설계된 것으로 판단하고, 시스템 설계를 종료하며, 오차범위를 벗어난 경우, 제어기 구조를 설계하는 단계에 문제가 있는지, 아니면 자동 조종장치의 구조를 설계하는 단계에 문제가 있는지 판단하는 상기 `S700`를 재수행한다.In addition, the main controller 200 determines whether the comparison result between the simulation of the control system designed in step S800 and the pre-stored linear simulation is within the error range (S900). Determine if the control system is designed completely, terminate the system design, and if it is out of error, determine whether there is a problem in the design of the controller structure or in the design of the structure of the autopilot. Rerun 'S700' above.

본 발명에 따른 무인 항공기 제어 시스템을 설계하기 위한 설계 시스템의 파라미터DB의 내부 구조를 도시한 도면인 도 5를 참조하여 상기 파라미터DB(900)에 대하여 상세히 설명한다.The parameter DB 900 will be described in detail with reference to FIG. 5, which shows an internal structure of a parameter DB of a design system for designing an unmanned aerial vehicle control system according to the present invention.

상기 파라미터DB(900)는 기준점DB(910), 제어기 구조DB(920), 자동 조종장치 구조DB(930) 및 선형 시뮬레이션DB(940)를 포함한다.The parameter DB 900 includes a reference point DB 910, a controller structure DB 920, an autopilot structure DB 930, and a linear simulation DB 940.

특히, 제어기 구조DB(920)에는 설계정보(비행지역, 비행목적, 비행지역의 지형 등)에 따라, 이전의 비행으로 축적된 복수의 제어기 구조가 저장되어 있고, 상기 자동 조종장치 구조DB(930)에는 상기 각 제어기 구조마다 복수의 자동 조종장치 구조가 저장되어 있어, 경험이 부족한 설계자의 설계를 용이하게 할 수 있도록 한다.In particular, the controller structure DB 920 stores a plurality of controller structures accumulated in a previous flight according to design information (flight area, flight purpose, terrain of the flight area, etc.), and the automatic controller structure DB 930. ), A plurality of autopilot structures are stored for each controller structure, to facilitate the design of an inexperienced designer.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

100 : 입력부 200 : 주제어부
300 : 기준점 결정부 400 :트림 및 선형화부
500 : 제어기 구조 설계부 510 : 제어기 구조 결정부
520 : 제어기 제어이득 산출부 530 : 제어기 성능 검증부
600 : 자동 조종장치 구조 설계 부 610 : 자동 조종장치 구조 결정부
620 : 자동 조종장치 제어이득 산출부 630 : 자동 조종장치 성능 검증부
700 : 시스템 성능 검증부 800 : 결과 비교부
900 : 파라미터DB 910 : 기준점DB
920 : 제어기 구조 DB 930 : 자동 조종장치 구조DB
940 : 선형 시뮬레이션DB100: input unit 200: main control unit
300: reference point determining unit 400: trimming and linearization unit
500: controller structure design unit 510: controller structure determination unit
520: controller control gain calculator 530: controller performance verification unit
600: automatic control structure design unit 610: automatic control structure determination unit
620: automatic control device gain control unit 630: automatic control device performance verification unit
700: system performance verification unit 800: result comparison unit
900: Parameter DB 910: Reference Point DB
920: controller structure DB 930: automatic control structure DB
940: linear simulation DB

Claims (12)

무인 항공기의 제어 시스템을 설계하는 설계 시스템을 이용한 설계 방법에 있어서,
(a) 상기 설계 시스템의 입력부(100)를 통해 설계자가 입력한 설계정보로 기준점 결정부(300)가 설계 기준점을 결정하는 단계;
(b) 상기 설계 시스템의 트림 및 선형화부(400)가 설계 비행조건에서 무인 항공기의 미세조종이 이루어져 선형적으로 비행이 이루어지도록 하는 트림 및 선형화 단계;
(c) 상기 설계 시스템의 제어기 구조 설계부(500)가 제어기 구조를 설계하는 단계;
(d) 상기 설계 시스템의 자동 조종장치 구조 설계부(600)가 상기 `(c)`단계에서 설계된 제어기 구조와 맞는 자동 조종장치 구조를 설계하는 단계;
(e) 상기 설계 시스템의 제어 시스템 성능 검증부(700)가 상기 제어기 구조와 그에 맞게 자동 조종장치 구조로 설계된 제어 시스템의 성능을 검증하는 단계;
(f) 상기 설계 시스템의 주제어부(200)가 검증된 성능의 결과, 설계가 제대로 이루어졌는지 판단하는 단계;
(g) 상기 (f) 단계에서 설계가 제대로 이루어진 경우 상기 설계 시스템의 결과 비교부(800)가 선형 시뮬레이션과 결과를 비교하는 단계;를 포함하되,
상기 `(c)`단계는,
(c-1) 상기 제어기 구조 설계부(500)의 제어기 구조 결정부(510)가 파라미터DB(900)의 제어기 구조DB(920)에서 상기 설계정보에 적합한 제어기 구조를 선택하여 결정하는 단계;
(c-2) 상기 제어기 구조 설계부(500)의 제어이득 산출부(520)가 상기(c-1)단계에서 결정된 제어기 구조의 제어이득을 산출하는 단계;
(c-3) 상기 주제어부(200)가 상기 제어이득이 오차범위 내에 있는지 판단하는 단계;
(c-4) 상기 제어기 구조 설계부(500)의 성능 검증부(530)가 안정성을 고려하여 제어기 구조의 성능을 검증하는 단계; 및
(c-5) 상기 주제어부(200)가 검증된 성능의 결과, 설계가 제대로 이루어졌는지 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법.In the design method using a design system for designing a control system of an unmanned aerial vehicle,
(a) determining, by the reference point determiner 300, the design reference point based on the design information input by the designer through the input unit 100 of the design system;
(b) a trim and linearization step of the trim and linearization unit 400 of the design system to perform a micropilot of the unmanned aerial vehicle in a design flight condition so that the flight is performed linearly;
(c) designing a controller structure by the controller structure design unit 500 of the design system;
(d) designing, by the automatic control unit structure design unit 600 of the design system, an automatic control unit structure that matches the controller structure designed in step (c);
(e) verifying, by the control system performance verification unit 700 of the design system, the performance of the control system designed according to the controller structure and the autopilot structure according thereto;
(f) determining, by the main controller 200 of the design system, whether the design is properly performed as a result of the verified performance;
(g) comparing the result with the linear simulation by the result comparison unit 800 of the design system when the design is properly performed in the step (f);
Step (c) is,
(c-1) selecting and determining a controller structure suitable for the design information from the controller structure DB 920 of the parameter DB 900 by the controller structure determination unit 510 of the controller structure design unit 500;
(c-2) calculating the control gain of the controller structure determined in step (c-1) by the control gain calculator 520 of the controller structure design unit 500;
(c-3) the main controller 200 determining whether the control gain is within an error range;
(c-4) verifying, by the performance verification unit 530 of the controller structure design unit 500, the performance of the controller structure in consideration of stability; And
and (c-5) determining whether the design is performed properly by the main controller 200 as a result of the verified performance. 제 1항에 있어서,
상기 주제어부(200)는 상기 `(f)`단계 결과 설계가 제대로 이루어지지 않은 경우 상기 `(c)`단계에 문제가 있는지, 상기 `(d)`단계에 문제가 있는지 판단하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법.The method of claim 1,
The main controller 200 determines whether there is a problem in the step (c) or a problem in the step (d) when the design of the result of the step (f) is not performed properly. How to design a drone control system. 제 2항에 있어서,
상기 주제어부(200)는 상기 `(c)`단계에 문제가 있는 경우 `(c)`단계 이후부터 재설계가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법.The method of claim 2,
The main control unit 200 is a method for designing an unmanned aerial vehicle control system, characterized in that the redesign is to be made after the step (c) if there is a problem in the step (c). 제 2항에 있어서,
상기 주제어부(200)는 상기 `(c)`단계에 문제가 없는 경우`(d)`단계 이후부터 재설계가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법.The method of claim 2,
The main control unit 200 is a method for designing an unmanned aerial vehicle control system, characterized in that the redesign is to be made after the step (d) if there is no problem in the step (c). 제 1항에 있어서,
(h) 상기 주제어부(200)는 상기 (g)단계에서 선형 시뮬레이션과의 비교 결과가 오차범위 내인지 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법.The method of claim 1,
(h) the main control unit 200 further comprises the step of determining whether the comparison result with the linear simulation in the step (g) is within the error range; unmanned aircraft control system design method further comprising. 제 5항에 있어서,
상기 주제어부(200)는 상기 `(h)`단계에서 오차범위 내인 경우 무인 항공기 제어 시스템의 설계를 종료하고, 오차범위 외인 경우 상기 `(c)`단계에 문제가 있는지, 상기 `(d)`단계에 문제가 있는지 판단하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법.6. The method of claim 5,
The main controller 200 ends the design of the unmanned aerial vehicle control system when the error range is within the error range in step (h), and if there is a problem in the step (c) when the error range is outside the error range, `A method for designing an unmanned aerial vehicle control system, characterized by determining whether there is a problem at the stage. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 주제어부(200)가 상기 `(c-3)`단계에서 상기 제어이득이 오차범위 내인 경우, 상기 `(c-4)`단계를 진행하고, 상기 제어이득이 오차범위 외인 경우 상기 `(c-1)`단계 이후부터 재설계가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법.The method of claim 1,
When the control gain is within the error range in the step (c-3), the main control unit 200 proceeds to step (c-4), and when the control gain is outside the error range, c-1) `Method of designing unmanned aerial vehicle control system characterized in that to be redesigned after the step. 제 1항에 있어서,
상기 주제어부(200)가 상기 `(c-5)`단계에서 성능의 결과, 설계가 제대로 이루어진 경우 제어기 설계를 종료하고, 성능의 결과, 설계가 제대로 이루어지지 않은 경우 상기 `(c-1)`단계 이후부터 재설계가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계방법.The method of claim 1,
If the main controller 200 finishes the controller design if the result of the performance in the step ((c-5)), the design is done properly, if the design is not made properly, the result of the performance ((c-1)) `A method for designing an unmanned aerial vehicle control system, characterized in that the redesign is performed after the step. 제 1항에 있어서,
상기 `(d)`단계는,
(d-1) 상기 자동 조종장치 구조 설계부(600)의 자동 조종장치 구조 결정부(610)가 파라미터DB(900)의 자동 조종장치 구조DB(930)에서 상기 `(c)`단계에서 설계된 제어기 구조와 적합한 자동 조종장치 구조를 선택하여 결정하는 단계;
(d-2) 상기 자동 조종장치 구조 설계부(600)의 자동 조종장치 제이이득 산출부(620)가 상기(d-1)단계에서 결정된 자동 조종장치 구조의 제어이득을 산출하는 단계;
(d-3) 상기 주제어부(200)가 상기 제어이득이 오차범위 내에 있는지 판단하는 단계;
(d-4) 상기 자동 조종장치 구조 설계부(600)의 자동 조종장치 성능 검증부(630)가 조종성을 고려하여 제어기 구조의 성능을 검증하는 단계; 및
(d-5) 상기 주제어부(200)가 검증된 성능의 결과, 설계가 제대로 이루어졌는지 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법.The method of claim 1,
The (d) step is
(d-1) a controller designed in the '(c)' step of the autopilot structure determination unit 610 of the autopilot structure design unit 600 in the autopilot structure DB 930 of the parameter DB 900. Selecting and determining the structure and the appropriate autopilot structure;
(d-2) calculating the control gain of the autopilot structure determined in step (d-1) by the autopilot second gain calculator 620 of the autopilot structure design unit 600;
(d-3) the main controller 200 determining whether the control gain is within an error range;
(d-4) verifying the performance of the controller structure in consideration of maneuverability by the autopilot performance verification unit 630 of the autopilot structure design unit 600; And
(d-5) the main controller 200 determines whether the design is properly performed as a result of the verified performance. 제 10항에 있어서,
상기 주제어부(200)가 상기 `(d-3)`단계에서 상기 제어이득이 오차범위 내인 경우, 상기 `(d-4)`단계를 진행하고, 상기 제어이득이 오차범위 외인 경우 상기 `(d-1)`단계 이후부터 재설계가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계 방법.The method of claim 10,
When the control gain is within the error range in the '(d-3)' step, the main control unit 200 proceeds to the '(d-4)' step, and when the control gain is outside the error range, the `( A method of designing an unmanned aerial vehicle control system, characterized in that a redesign is performed after the step d-1). 제 10항에 있어서,
상기 주제어부(200)가 상기 `(d-5)`단계에서 성능의 결과, 설계가 제대로 이루어진 경우 자동 조종장치 설계를 종료하고, 성능의 결과, 설계가 제대로 이루어지지않은 경우 상기 `(d-1)`단계 이후부터 재설계가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기 제어 시스템 설계방법.
The method of claim 10,
If the main controller 200 ends the autopilot design if the result of the performance in the '(d-5)' design, the design is done properly, if the design is not made properly, the result of the `(d- 1) `The method of designing an unmanned aerial vehicle control system, characterized in that to be redesigned after the step.
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