KR101229846B1 - 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 항공기나 미사일 등과 같은 비행체 자동비행조종장치를 설계하고 그 성능을 검증하는 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 비행체의 자동비행을 제어하기 위한 자동비행조종장치를 설계함에 있어, 자기력을 활용한 풍동시험으로 비행시험을 대체함과 아울러, 이러한 자기력을 활용한 풍동시험에 의해, 비행체 자동비행조종장치를 더 효과적으로 설계하고 그 성능을 검증할 수 있도록 한, 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 자동비행조종장치의 설계 및 성능검증 과정에서, 비행체에 대한 비행시험 대신, 자기력을 활용한 풍동시험이 행해지므로, 비행체의 안전을 보장하는 것이 가능하다. 이를 통해, 비행체의 안전이 보장된 상태에서, 다양한 형태의 비행체의 비행 동역학적 특성을 파악하거나 비행체 자동비행조종장치를 설계하고 그 성능을 검증할 수 있다.
본 발명에 의하면, 자동비행조종장치의 설계 및 성능검증 과정에서, 비행체에 대한 비행시험 대신, 자기력을 활용한 풍동시험이 행해지므로, 비행체의 안전을 보장하는 것이 가능하다. 이를 통해, 비행체의 안전이 보장된 상태에서, 다양한 형태의 비행체의 비행 동역학적 특성을 파악하거나 비행체 자동비행조종장치를 설계하고 그 성능을 검증할 수 있다.
Description
본 발명은, 항공기나 미사일과 같은 비행체 자동비행조종장치(autonomous flight controller)를 효과적으로 설계하고 그 성능을 검증하는 방법에 관한 것으로서, 비행체의 자동비행을 제어하는 자동비행조종장치의 설계 및 성능검증 시, 시험대상 비행체나 미니어처(비행체를 축소한 모형. 이하, 양자 모두를 간단히 "비행체"라 한다)를 실제로 비행시험하는 대신, 비행체를 풍동 내에서 자기력으로 부상(浮上)시켜, 지지구조물 없이 비행체가 풍동 내에 떠 있는 상태로 풍동시험을 행함으로써, 비행체의 안전을 보장함과 아울러, 다양한 비행 동역학 특성을 파악하여, 비행체 자동비행조종장치를 효과적으로 설계하고 그 성능을 검증할 수 있도록 한, 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법에 관한 것이다.
현재, 다양한 크기와 다양한 형태의 비행체가 운용 중에 있다.
또한, 비행체의 운용효율을 높이기 위해, 자동비행에 관한 많은 연구가 수행되어 왔다. 그 결과, 많은 경우에 있어서 자동비행이 실제로 행해지고 있다.
일례로, 장거리를 비행하는 여객기와 같은 대형 유인 항공기는 이·착륙을 제외한 대부분의 비행영역에서 자동비행이 행해지고 있다.
또한, 무인 항공기(UAV: Unmanned Air Vehicle)는 유인 항공기에 비해 저렴하고 기동성이 우수하여, 다양한 분야에서 실제로 운용하는 사례가 증가하고 있다.
여기서, 이러한 무인 항공기는 육안으로 비행상태를 관찰하고 조종하는데 한계가 있기 때문에, 안정적이면서도 효율적으로 무인 항공기를 운용하기 위해서는 자동비행이 가능해야 한다. 특히, 미사일 등과 같은 유도무기는, 자동비행조종장치의 성능이 유도무기의 전체 성능을 좌우한다.
통상적으로, 비행체 자동비행조종장치를 설계하기 위해서는, 해당 비행체의 비행 동역학(Flight dynamics) 특성을 정확히 파악할 필요가 있다.
비행체의 비행 동역학 특성을 파악하는 전형적인 방법은, 풍동시험 혹은 전산해석을 통해, 비행체에 작용하는 공력특성을, 다양한 비행조건 및 기동조건에 대해 파악한 후, 비행체의 조종면이나 작동기 등과 같은 다양한 구성요소의 수치모델과 연계하여, 비행 중의 전체 비행 동역학 특성을 추정한다.
이러한 비행 동역학 특성을 바탕으로 하여, 자동비행조종장치를 임시 설계한 후, 보다 안정적인 비행영역에서부터 실제로 비행시험을 실시하여, 임시 설계한 자동비행조종장치의 특성을 계속 수정해 나가는 과정을 거친다.
다른 대상체와 달리, 비행체의 경우, 전체 시스템의 비행 동역학 특성을 직접적인 시스템 식별로 파악하기가 용이하지 않다. 완전한 자동비행조종장치의 설계가 종료되기 전에 비행시험을 하는 경우, 비행 동역학적 불안정성이 발생하면, 비행체의 추락 등이 야기되어, 경제적으로 많은 손실이 유발될 수 있다.
무인 비행체의 경우는, 전체 개발과정의 비용을 절약하기 위해, 각 구성품의 동적 특성을 개별적으로 파악하여 이를 종합하기보다는, 비행시험을 통해 직접적으로 시스템 식별을 수행하는 방법이 많이 사용되고 있다.
그러나 넓은 운용조건에서 정확한 시스템 특성을 식별하기 위해서는 매우 많은 횟수의 시험비행을 반복해야 하고, 특히, 비행체의 동적 특성이 불안정할 경우, 자동비행조종장치 없이 비행시험을 수행하는 것 자체가 매우 어렵다.
또한, 자동비행조종장치의 성능평가는 실제 비행시험을 통해 이루어져 왔는데, 이러한 비행시험은 날씨나 장소와 같은 환경의 영향을 많이 받으므로, 임시 설계된 자동비행조종장치의 성능이 좋지 않을 경우에, 비행체가 추락하여, 손실이 생길 우려가 있다.
그러므로 이러한 단점들을 해소하기 위해서는, 비행체의 자동비행을 위한 자동비행조종장치의 설계 및 성능검증 시, 종래와 다른 새로운 방법이 필요하다.
본 발명은 상술한 단점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 실제와 유사한 비행환경이 조성될 수 있도록 구성된 풍동 내에서의 풍동시험을 통해, 비행체의 비행 동역학 특성(이하, 간단히 "동적 특성"이라 한다)을 효율적으로 파악함과 아울러, 비행체의 손실 없이 다양한 방식으로 자동비행조종장치를 설계하고 그 성능을 검증할 수 있도록 구성된, 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제시하는 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법은, 복수의 전자석과, 각각의 전자석에 전류를 공급하는 전류공급장치와, 전류공급장치를 제어하는 자기력 제어장치가 구비된 풍동 ; 조종면을 움직이는 작동기와 영구자석이 내장된 비행체 ; 및 풍동 내에서 비행체의 위치를 검출하거나, 비행체에 구비되어 비행체의 비행자세를 검출하는 센서 에 의해, 비행체의 동적 특성을 효율적으로 파악하거나, 자동비행을 하는데 필요한 자동비행조종장치를 설계하고 그 성능을 검증할 수 있는 방법을 제공함에 목적이 있다.
상기 풍동은, 풍동 내에 배치되는 비행체 주위(시험부)에서 자기장을 발생시키는 것이 가능하도록 시험부 주위에 하나 이상의 전자석이 설치되어 있다.
전자석은 풍동의 시험부 내에 자기장을 발생시키며, 이 자기장에 의해 자화된 비행체 혹은 영구자석이 내장된 비행체에 자기력을 작용시키는 것이 가능하다.
풍동 내에 배치되는 복수의 외부위치검출센서와 비행체에 구비되는 내부자세측정센서를 이용하여, 풍동 내에서 시험 중인 비행체의 위치와 자세(attitude)를 검출하면, 이때 얻어진 위치정보와 자세정보에 기초하여 제어컴퓨터가 비행체의 위치와 자세를 제어하기 위한 제어명령을 계산하는 것이 가능하다.
그 후, 계산된 제어명령에 따라 각각의 전자석에 입력될 전류의 크기가 정해지고, 이에 따라, 전자석이 발생시키는 자기장의 크기가 결정되어, 자화된 비행체 혹은 영구자석이 내장된 비행체의 각 방향으로 작용하는 자기력이 결정된다.
이러한 자기력을 활용하면, 지지구조물에 의존하지 않고, 즉, 어떠한 물리적 접촉 없이도 비행체의 위치와 자세를 풍동의 시험부 내에 고정하거나 원하는 대로 조절하는 것이 가능하다.
비행체의 위치와 자세를 제어하는 구속력으로 사용되는 자기력의 크기는, 전자석에 입력되는 전류의 크기에 비례하며, 제어명령에 따라 임의로 조절하는 것이 가능하다. 따라서 자기력을 활용하여 비행체를 풍동의 시험부 내에 고정한 뒤 풍동을 작동시킨 상태에서, 자기력의 크기를 자유자재로 조절하는 것이 가능하다.
따라서 풍동 내에서 자기력을 제거하면, 순간적으로 비행체를 자유비행 상태로 만들 수 있고, 이러한 자유비행 상태에서 비행체가 풍동의 시험부 내의 특정 범위를 벗어나면, 전자석에 다시 전류를 공급하여 자기력을 발생시킴으로써 비행체의 위치와 자세를 제어하여 추락을 방지하고 안전을 보장할 수 있다.
영구자석이 내장된 비행체는, 자기력에 의해 비행체의 위치와 자세를 제어할 수 있도록, 기존의 비행체에 영구자석을 내장시킨 것을 말한다.
여기서 기존의 비행체란, 하드웨어적으로 자동비행이 가능한 비행체를 말하며, 내부자세측정센서와, 비행제어컴퓨터와, 조종면을 움직이기 위한 작동기를 포함한다.
자동비행이 가능한 비행체는 내부자세측정센서를 통해 비행체의 자세를 측정하고, 비행제어컴퓨터에서는 내부자세측정센서와 외부위치검출센서로부터 얻어진 비행체의 위치정보와 자세정보를 이용하여 비행체의 자동비행에 필요한 제어명령을 계산한다.
계산된 제어명령은 비행체에 장착된 작동기를 움직이는데 사용되며, 작동기에 연결된 조종면의 변화를 통해, 비행체 스스로, 비행체의 위치와 자세를 제어하여, 자동비행을 할 수 있게 된다. 아울러, 비행체에 장착된 영구자석에 의해, 자기력을 활용하여 위치 및 자세각을 제어하는 것이 가능하다.
이상의 장치들과 시험부 주위에 전자석이 설치된 풍동을 이용하여, 영구자석이 내장된 비행체를 풍동 내에서 자유비행 상태로 만든 뒤, 자동비행조종장치를 작동시켜, 비행체의 자동비행시험을 수행할 수 있게 된다.
이때, 자동비행조종장치의 성능이 충분치 않아 주어진 역할을 수행하지 못하게 되면, 비행체가 풍동의 시험부 영역에서 벗어나게 되지만, 풍동 내의 시험부 주위에 설치된 전자석을 이용하여 비행체에 대해 자기력을 다시 작용시키면, 비행체가 풍동의 시험부 영역 안으로 다시 이동하여 시험부 영역 내에 고정될 수 있다.
그 결과, 자동비행시험이 실패하더라도 풍동 내에서의 비행체의 추락 및 파손을 방지할 수 있어, 비행체의 안전이 보장된다.
따라서 직전의 풍동시험을 통해 얻어진 결과를 바탕으로, 자동비행시에 나타난 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 자동비행조종장치를 설계한 후, 동일한 비행시험을 반복하여 수행함으로써, 완전한 자동비행조정장치를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 성능검증 과정에서, 자기력을 활용한 새로운 풍동시험으로 실제 비행시험을 대체함으로써, 비행체의 안전을 보장하는 것이 가능하다. 또한, 이를 통해, 비행체의 안전이 보장된 상태에서, 비행체의 다양한 동적 특성을 파악하여, 효과적으로, 비행체 자동비행조종장치를 설계하고 그 성능을 검증할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법이 수행될 수 있는 풍동 내에, 영구자석과 내부자세측정센서가 구비된 비행체를 배치한 풍동시험 시스템의 개략 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 풍동시험 시스템에서, 비행체의 자유비행을 모사하고 자동비행조종장치를 설계하는 예를 나타내는 블록선도.
도 3은 본 발명에 따른 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법을 나타내는 순서도.
도 4는 도 1에 도시된 풍동시험 시스템에서, 자기력과 자동비행조종장치 사이의 제어력 비율 조절의 일례를 나타내는 순서도.
도 2는 도 1에 도시된 풍동시험 시스템에서, 비행체의 자유비행을 모사하고 자동비행조종장치를 설계하는 예를 나타내는 블록선도.
도 3은 본 발명에 따른 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법을 나타내는 순서도.
도 4는 도 1에 도시된 풍동시험 시스템에서, 자기력과 자동비행조종장치 사이의 제어력 비율 조절의 일례를 나타내는 순서도.
이하, 첨부도면을 참조하여, 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 첨부된 도 1과 도 2는 자기력을 활용한 풍동시험을 통해, 비행체의 안전이 보장된 상태에서 자유비행 환경을 모사함과 아울러, 비행체 자동비행조종장치를 효과적으로 설계하고 그 성능을 검증하기 위한, 풍동시험 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 구성도와 블록선도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 자기력을 활용한 풍동시험을 통해, 비행체(311)의 안전이 보장된 상태에서 자유비행 환경을 모사하기 위해서는, 풍동(325)과, 복수의 전자석(323)과, 각종 주변장치가 필요하다.
본 발명에서 이용되는 주변장치의 예로서, 자기력 제어장치(321)와 전류공급장치(322)와 복수의 외부위치검출센서(324) 등을 들 수 있다.
복수의 외부위치검출센서(324)는, 지지구조물을 이용하지 않고, 비행체(311)가 자기력(磁氣力)에 의해 풍동(325) 내에 떠 있을 동안, 비행체(311)의 풍동(325) 내에서의 위치를 검출할 수 있도록, 풍동(325) 내에 적절히 배치되어 있다.
자기력 제어장치(321)는, 복수의 외부위치검출센서(324)에 의해 검출된 비행체(311) 각부(各部)의 위치정보를 이용하여, 풍동(325) 내에서 풍동시험 중인 비행체(311)의 위치와 자세(또는 자세각)를 제어하는데 적합한 제어명령을 계산한다.
전류공급장치(322)는, 자기력 제어장치(321)에 의해 계산된 제어명령에 해당하는 만큼의 전류를 각각의 전자석(323)에 공급한다.
그 결과, 풍동(325) 내에 배치된 각각의 전자석(323)이 전류공급장치(322)에 의해 공급되는 전류만큼의 자기장을 발생시켜, 비행체(311) 내에 구비되어 있는 영구자석(315)에 자기력이 작용됨으로써, 지지구조물을 이용함이 없이 비행체(311)가 풍동(325) 내에 떠 있게 된다. 따라서 풍동(325) 내에 떠 있는 비행체(311)의 위치와 자세는 각 전자석(323)이 발생시키는 자기력을 적절히 조합함으로써, 원하는 대로 제어하고 고정할 수 있다.
다음으로, 자기력을 활용한 풍동시험에서, 비행체(311)의 안전이 보장된 상태로 자유비행 환경을 모사하고, 또, 비행체(311)의 자동비행조종장치(312)를 효과적으로 설계 및 검증하기 위해, 비행체(311)에는, 비행체(311)의 추력 및 제어력을 발생시키는 조종면(314)과, 조종면(314)을 움직이는 작동기(313)와, 영구자석(315)과, 풍동(325) 내에서 풍동시험 중인 비행체(311)의 자세를 검출하는 내부자세측정센서(316)가 각각 구비되어 있다. 또, 내부자세측정센서(316)에 의해 검출된 비행체(311)의 자세정보를 유·무선으로 수신함과 아울러, 자세정보에 대응하는 적절한 제어명령을 작동기(313)에 유·무선으로 송신하도록, 이 비행체(311)와 통신가능하게 자동비행조종장치(312)가 연결되어 있다. 다시 말해, 자동비행조종장치(312)는 비행체(311) 내에 구비되거나, 비행체(311)와는 분리되어 별개로 제공될 수 있다.
앞에서도 설명했지만, 풍동(325) 내에 적절히 배치되어 있는 각 전자석(323)의 자기력이 적절히 조절됨으로써, 영구자석(315)을 구비하고 있는 비행체(311)의 위치와 자세가 풍동(325) 내에서 자유롭게 제어될 수 있다.
도 1과 2에는, 비행체(311)의 자동비행을 제어하는 자동비행조종장치(312)가 비행체(311)로부터 떨어져서 외부에 위치되어 있는 것이 나타나 있다. 이러한 구성에 따르면, 비행체(311)의 자동비행조종장치(312)에서 계산된 제어명령은 무선통신을 이용하여 작동기(313)에 입력되고, 비행체(311)에 구비되어 있는 내부자세측정센서(316)로부터 얻어진 자세정보는 무선통신을 이용하여 자동비행조종장치(312)에 입력된다.
만약, 비행체(311)의 자동비행조종장치(312)가 비행체(311)에 내장된 경우라면, 자동비행조종장치(312)와 작동기(313), 및, 내부자세측정센서(316)와 자동비행조종장치(312)는 각각 유선으로 연결된다.
다음으로, 첨부된 도 3은 비행체(311)의 안전이 보장될 수 있도록, 자기력을 활용한 풍동시험을 통해, 자유비행 환경을 모사하여 비행체(311)의 동적 특성을 파악하거나, 자동비행조종장치(312)를 설계하고 그 성능을 검증하는 방법을 나타내는 순서도이다.
자동비행조종장치(312)를 설계하고 그 성능을 검증해 가는 전체 순서는,
- 자유비행 환경을 모사할 수 있도록 구성된 풍동(325)을 가동하는 풍동 가동단계(S 401);
- 비행체(311)가 지지구조물에 의하지 않고 자기력만으로 풍동(325) 내에 떠 있도록, 자기력 제어장치(321)로 전류공급장치(322)를 구동하여 전류공급장치(322)로부터 풍동(325) 내에 배치된 각각의 전자석(323)에 전력이 공급되도록 하는 자기력 제어장치 가동단계(S 402);
- 후술하는 비행제어 실험단계의 모든 실험 범위에서, 비행체(311)의 비행자세가 안정될 때까지, 기계학습(Machine Learning) 또는 비모수학습(Non-parametric Learning)의 알고리즘에 따라, 비행체(311)의 비행자세 제어에 이용되는 자동비행조종장치(312)를 설계 및 수정해 나가는 자동비행조종장치 설계단계(S 403);
- 풍동(325) 내에서 비행체(311)에 작용하는 각 전자석(323)의 자기력과 임시 설계한 자동비행조종장치(312)의 제어력 비율을 조절함으로써, 비행체(311)의 자동비행능력을 시험하는 제어력 비율 조절단계(S 404);
- 풍동(325) 내에서 비행체(311)의 위치와 자세를 제어하는 자기력을 완전히 제거한 후, 임시 설계된 자동비행조종장치(312)의 제어에 의해 비행체(311)의 비행안정성이 확보되는지를 판단하는 비행안정성 확인단계(S 405);
- 풍동(325) 내에서 비행체(311)의 위치와 자세를 변경하는 제어명령을, 임시 설계한 자동비행조종장치(312)를 통해 작동기(313)에 전달하는 비행제어 실험단계(S 406);
- 자동비행조종장치(312)의 제어명령에 따라, 비행체(311)의 비행자세 제어가 정확하게 이루어지는지를 판단하는 비행제어성능 확인단계(S 407);
로 이루어져 있다.
만약, 비행안정성 확인단계(S 405)와 비행제어성능 확인단계(S 407)에서, 비행안정성이 확보되지 않으면, 자기력 제어장치 가동단계(S 402)로 돌아가서 동일한 과정을 반복하게 된다.
또한, 비행체(311)의 자동비행능력을 시험하는 제어력 비율 조절단계(S 404)에서는, 자동비행조종장치(312)가 자동비행조종장치 설계단계(S 403)를 통해 수정되거나 새롭게 설계된다.
상술한 각 단계에 대해, 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
먼저, 비행환경을 모사하는 풍동 가동단계(S 401)는, 공기에 대한 상대속도를 비행체(311)에 부여하기 위해, 비행체(311)가 배치된 풍동(325) 내에 인위적으로 공기의 흐름을 발생시키는 단계로서, 비행체(311)의 비행조건에 따라 풍속을 조절한다.
다음으로, 자기력 제어장치 가동단계(S 402)는, 영구자석(315)이 내장된 비행체(311)에 자기력을 가하여 풍동(325) 내에서 비행체(311)의 위치와 자세를 제어한다. 본 발명에서는 지지구조물 대신, 비행체(311)에 자기력을 작용시켜, 비행체(311)가 풍동(325) 내에 떠 있도록 하기 때문에, 이 비행체(311)에는 어떠한 물리적 접촉도 없다. 따라서 비행체(311)가 받는 공기역학적인 힘은, 비행체(311)가 실제로 비행할 때와 같다고 볼 수 있다.
다음으로, 제어력 비율 조절단계(S 404)에서는, 풍동(325) 내에서 각각의 전자석(323)이 발생시키는 자기력과 자동비행조종장치(312) 사이의 제어력 비율을 조절하여, 비행체(311)의 자동비행능력을 시험하게 된다.
이때 사용되는 자동비행조종장치(312)는 자동비행조종장치 설계단계(S 403)에서 설계된 것이다. 자동비행조종장치(312)는, 자기력 제어장치(321)와 별개로 작동되며, 내부자세측정센서(316)에 의해 검출된 비행체(311)의 자세정보를 기초로 하여 비행체(311)의 자동비행을 위한 비행자세 제어명령을 계산한다.
비행자세 제어명령은 작동기(313)에 전달되어, 비행체(311) 스스로, 비행위치와 비행자세를 제어할 수 있도록 한다.
한편, 자기력 제어장치(321)의 제어명령에 의해, 비행체(311)에 작용하는 자기력의 크기와 방향이 결정되기 때문에, 비행체(311)의 위치와 자세 중, 특정 자유도에 대한 자기력 제어명령을 차단하면, 해당 자유도를 고정하기 위한 자기력이 선별적으로 제거된다.
이러한 특성을 잘 활용할 경우, 제어력 비율 조절단계(S 404)에서 자동비행조종장치(312)의 전체 성능을 평가하기 전, 각각의 자유도에 대해 성능평가를 개별적으로 수행할 수 있다.
또한, 제어력 비율 조절단계(S 404)에서는 자기력의 제어 비율은 줄이고 자동비행조종장치(312)의 제어 비율은 늘려, 최종적으로는 자기력의 제어 비율이 0이 되도록 함으로써, 풍동(325) 내에 떠 있는 비행체(311)를 자유비행상태로 만들어, 자동비행조종장치(312)만으로 비행체(311)의 위치와 자세를 제어하도록 하는 것을 목표로 한다. 또한, 자유비행상태에서 얻어지는 비행체(311)의 위치정보와 자세정보를 이용하면, 비행체(311)의 동적 특성을 파악하는 것도 가능하다.
첨부된 도 4는 제어력 비율 조절단계(S 404)의 일 실시예를 나타낸 것이다.
전자석(323)의 자기력을 이용하여 비행체(311)의 위치와 자세를 제어한 상태에서 자동비행조종장치(312)를 가동하고(S 501), 자기력 제어장치(321)의 가동을 해제하면(S 502), 비행체(311)가 순간적으로 자유비행을 하는 상태로 되어, 자동비행조종장치(312)에 의해 비행체(311)의 위치제어와 자세제어가 시도될 것이다.
다음으로, 비행안정성 확인단계(S 405)에서는, 제어력 비율 조절단계(S 404)에서 결정된 제어력 비율에 따라, 전자석(323)의 자기력과 자동비행조종장치(312)의 제어력이 가해지고 있는 상태에서, 비행체(311)의 안정성 여부를 판단한다.
비행안정성의 양부(良否)는, 풍동(325) 내에 배치된 외부위치검출센서(324)에 의해 검출되는 비행체(311)의 위치와 자세, 속도와 각속도 등의 각종 정보를 이용하여 종합적으로 판단함으로써 이루어진다.
자동비행조종장치에 의한 제어력만으로 비행체(311)의 비행안정성이 확보되지 않는다고 판단되면, 자기력 제어장치 가동단계(S 402)로 돌아가, 각 전자석(323)의 자기력의 크기와 방향을 변화시켜 비행체(311)의 위치와 자세를 제어함으로써, 비행체(311)의 안전을 확보한다.
자기력의 제어 비율이 0인 상태에서, 자동비행조종장치(312)에 의해 비행안정성이 확보된다고 판단되면, 다음 단계로 이동한다.
다음으로, 비행제어 실험단계(S 406)에서는, 자동비행조종장치(312)를 이용하여, 비행체(311)의 위치와 자세를 제어할 뿐 아니라, 계단입력이나 정현파 형태로 제어명령을 내려, 비행체의 위치와 자세의 변경실험을 수행하게 된다.
다음으로, 비행제어성능 확인단계(S 407)에서는, 비행제어 실험단계(S 406)에서의 다양한 위치 및 자세 변경실험을 수행하는 동안, 비행체(311)의 위치 및 자세가 불안정해지는지를 판별하게 된다.
만약, 풍동(325) 내에서의 비행체(311)의 위치와 자세가 불안정해지는 경우라면, 자기력 제어장치 가동단계(S 402)로 되돌아가, 그 이후의 전 과정을 반복하여 수행한다.
비행제어 실험단계(S 406)에서의 모든 실험범위에 대해, 비행체(311)의 위치와 자세가 안정하게 유지되면, 자동비행조종장치(312)의 설계가 완성되었다고 판단하여 모든 과정을 종료하게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에 한정되지는 않으며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 상세한 설명, 특허청구범위 및 도면 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경할 수 있을 것이다.
311...비행체
312...자동비행조종장치
313...작동기
314...조종면
315...영구자석
316...내부자세측정센서
321...자기력 제어장치
322...전류공급장치
323...전자석
324...외부위치검출센서
325...풍동
312...자동비행조종장치
313...작동기
314...조종면
315...영구자석
316...내부자세측정센서
321...자기력 제어장치
322...전류공급장치
323...전자석
324...외부위치검출센서
325...풍동
Claims (8)
- 복수의 외부위치검출센서와 복수의 전자석과 각 전자석에 전류를 공급하는 전류공급장치 및 전류공급장치를 제어하는 자기력 제어장치가 구비된 풍동;
조종면을 움직이는 작동기와 영구자석과 내부자세측정센서가 구비되며, 풍동 내에서 시험이 진행되는 동안에 지지구조물의 도움없이 자기력만으로 풍동 내에 떠 있을 수 있는 비행체;
비행체에 구비된 작동기 및 내부자세측정센서와 통신가능하게 연결되며, 풍동 내에서 시험이 진행되는 동안에 비행체의 자세를 제어할 수 있도록 설계된 자동비행조종장치; 를 이용하여,
비행체의 동적 특성을 파악하거나 비행체의 자동비행에 필요한 자동비행조종장치를 설계하고 성능을 검증하게 되는 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법으로서,
풍동 가동단계와, 자기력 제어장치 가동단계와, 자동비행조종장치 설계단계와, 제어력 비율 조절단계와, 비행안정성 확인단계와, 비행제어 실험단계와, 비행제어성능 확인단계를 포함하여 구성되며,
제어력 비율 조절단계는,
비행체의 위치와 자세를 제어하는 전자석의 자기력과 자동비행조종장치의 제어력 사이의 비율을 조절하여, 자유비행을 모사한 상태에서 자동비행조종장치의 제어력만으로 비행체의 위치와 자세를 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법. - 제1항에 있어서,
자동비행조종장치 설계단계는,
기계학습(Machine Learning)이나 비모수학습(Non-parametric Learning)의 알고리즘에 따라 자동비행조장치를 설계하는 단계인 것을 특징으로 하는 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법. - 제1항에 있어서,
비행안정성 확인단계는,
제어력 비율 조절단계에서 자기력에 의한 제어력은 제거되고 자동비행조종장치에 의한 제어력만으로 비행체의 위치와 자세가 제어될 때까지 비행체의 비행안정성을 판단하며, 자동비행조종장치에 의한 제어력만으로 비행체의 비행안정성을 확보하지 못할 경우에 자기력 제어장치를 구동함으로써, 풍동 내에서 시험 중인 비행체의 추락을 방지하여 안전을 확보하는 단계인 것을 특징으로 하는 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법. - 제1항에 있어서,
비행제어 실험단계는,
자동비행조종장치(312)를 이용하여, 비행체의 위치와 자세를 제어하는 제어명령을, 계단입력 또는 정현파 형태로 내린 뒤, 자동비행조종장치에 의해 비행체가 입력된 명령을 추종하도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법. - 제1항에 있어서,
비행제어성능 확인단계는,
비행제어 실험단계에서 비행체가 안정성을 잃어버릴 경우, 자기력 제어장치를 구동하여, 비행체의 추락을 방지하고 안전을 확보하는 단계인 것을 특징으로 하는 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법. - 제1항에 있어서,
제어력 비율 조절단계에서, 전자석의 자기력과 자동비행조종장치의 제어력 사이의 비율 조절은,
자동비행조종장치만으로 비행체의 위치와 자세가 제어될 수 있을 때까지, 자기력에 의한 제어력의 크기는 줄이고, 자동비행조종장치에 의한 제어력은 증가시킴으로써 비율 조절이 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법. - 제6항에 있어서,
전자석의 자기력에 의한 제어력의 크기를 줄이는 과정은,
비행체의 각 자유도에 가해지는 자기력을 선별적으로 제거함으로써, 각각의 자유도를 제어하기 위한 자동비행조종장치의 성능을 개별적으로 검증해 나가는 과정인 것을 특징으로 하는 자기력을 활용한 비행체 자동비행조종장치의 설계 및 검증방법. - 삭제
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