KR101771866B1 - 유도무기 구동장치의 백래쉬에 의한 진동 감쇠를 위한 조종명령 분배 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도무기 구동장치의 비선형 요소에 의한 진동(Limit cycle)을 예측하고, 예측된 진동(Limit cycle)을 통해 상기 구동장치의 조종명령에 부가할 부가 명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 유도무기 구동장치의 백래쉬(Backlash)에 의한 진동 감쇠를 위한 조종명령 분배 방법으로서, 본 발명에 의하면, 백래쉬의 영향을 받을 수 있는 저(低)레벨의 구동명령구간에 데드존을 회피하고 조종루프의 안정성을 증대시키는 것이 가능하다.

Description

유도무기 구동장치의 백래쉬에 의한 진동 감쇠를 위한 조종명령 분배 방법{CONTROL COMMAND RESOLVING FOR ATTENUATING LIMIT-CYCLE DUE TO ACTUATOR BACKLASH}

본 발명은 유도무기 구동장치의 비선형 요소에 의해 발생하는 진동(Limit cycle) 현상을 완화시키기 위한 조종명령 분배(resolving) 기술에 관한 것이다.

유도무기는 유도 조종을 위해 유도장치, 조종장치, 구동장치, 관성항법 장치 등이 구성되는데, 구동장치는 조종장치에 의해 발생되는 조종명령 신호에 따라 유도탄을 조종하기 위한 동력을 공급하여 조종날개의 편향각(Deflection Angle) 또는 추력방향(Thrust Vector)을 제어하는 장치이다.

종래의 조종방식에서는 구동장치의 데드존 혹은 백래쉬(Backlash) 등의 비선형 요소에 의해 진동(Limit cycle) 현상이 발생되며, 이는 제어 안정성 및 제어 정확도를 저해하는 요인이 될 수가 있다.

따라서 이러한 진동현상을 완화시키기 위한 제어 날개 구동명령 설계의 필요성이 대두되었다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 백래쉬의 영향을 받을 수 있는 저(低)레벨의 구동명령구간에 데드존을 회피하고 조종루프의 안정성을 증대시키기 위한 유도무기 구동장치의 백래쉬에 의한 진동 감쇠를 위한 조종명령 분배 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 유도무기 구동장치의 백래쉬에 의한 진동 감쇠를 위한 조종명령 분배 방법은, 유도무기 구동장치의 비선형 요소에 의한 진동(Limit cycle)을 예측하고, 예측된 진동(Limit cycle)을 통해 상기 구동장치의 조종명령에 부가할 부가 명령을 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 부가명령은 부가되는 명령의 진폭 수준을 결정하여 생성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부가 명령은 시간에 따라 증감을 계속하며, 상기 부가 명령에 의해 상기 유도무기 비행시 발생할 수 있는 저(低)레벨의 구동명령의 회피가 가능한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 부가명령은 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw) 명령으로 분배시 서로 상쇄가 되도록 분배되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유도무기 구동장치의 백래쉬에 의한 진동 감쇠를 위한 조종명령 분배 방법에 의하면, 구동장치의 비선형요소에 의한 진동현상을 완화시킬 수 있으며 이를 통해 조종안정성 확보 및 조종 정확성을 향상시킬 수 있다.

또한 구동장치의 명령 분배방식을 채택하는 유사 비행체계에도 쉽게 적용이 가능하다.

도 1은 비선형 시스템에 대한 구조도이다.
도 2는 백래쉬 효과를 기술함수로 표현한 것이다.
도 3은 3-루프 제어구조를 갖는 시스템의 제어 구조도이다.
도 4는 본 발명에 의해 Limit cycle을 예측한 일 예이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

본 발명의 가장 큰 목적은 구동장치 백래쉬 의한 진동(Limit cycle)현상을 감쇠시키는 조종명령을 설계하는 것이다.

이를 위하여 먼저 Limit cycle을 예측하고 진동의 발생 조건이 되는 구동명령 수준을 파악하는 것이 우선이다.

구동장치의 백래쉬 효과를 표현한 기술함수와 조종제어 시스템의 전달함수의 주파수 분석을 통해 Limit cycle의 발생을 예측할 수 있다.

Limit cycle 예측을 통하여 구동장치의 부가 명령의 진폭 수준을 결정한 후 추가 명령을 생성하게 되는데, 이때 구동명령은 유도무기의 각 날개에 인가되며 이를 롤(Roll)/피치(Pitch)/요(Yaw) 명령으로 분배하는 과정에서 서로 상쇄되도록 한다.

즉, 각각의 날개에는 기존 구동명령에 더하여 데드존의 범위를 벗어나는 일정 수준 이상의 명령을 가하게 되고, 시간의 증감을 계속하며 시스템 동작 시 발생 할 수 있는 저(低)레벨의 구동명령을 회피할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 무기동 조종명령 설계방법에 대해 설명한다.

(1) Limit cycle의 예측

전달함수

와 데드존과 같은 비선형성의 구조를 준선형화(quasi-linear approximation)한 기술함수(Describing function)로 한 비선형 시스템을 도 1과 같이 표현할 수 있으며, 입력

에 대해 아래의 수학식 1을 만족할 때 Limit cycle이 발생하게 된다.

구동장치의 데드존은 시스템 전체에 백래쉬 효과를 내며 이를 기술함수로 표현하면 도 2와 같다.

입력값

에 대해 결과값

는 수학식 2와 같이 표현된다.

where,

기술함수

는 진폭과 주파수의 함수지만 에너지의 storage가 없는 경우 진폭의 함수

로 표현할 수 있으며 다음과 같은 수학식 3으로 표현된다.

이를 도 3과 같은 일반적인 3-루프 제어구조를 갖는 시스템의 전달함수를 구하고,

와

의 교점을 살펴보면 입력의 진폭의 값이 구동장치 데드존의 몇 배 수준일 때 Limit cycle의 발생을 예측할 수 있다.

따라서 이 값을 기준으로 추가 기동의 진폭수준을 결정할 수 있다.

도 4는 나이키스트 선도를 통해 Limit cycle을 예측한 예이다.
나이키스트 선도에서 가는 선은 전달함수 G(jω)를 나타내고, 굵은 선은 기술함수 -1/N(A)를 나타낸다.

도 4의 경우 입력의 진폭이 구동장치 데드존의 약 2.5배가 되는 지점에서 Limit cycle이 발생할 것으로 예상이 되며, 따라서 구동장치의 명령을 데드존의 약 2.5배 이상의 수준으로 결정하면 된다.

(2) 무기동 구동명령 분배(resolving)

(1)에서 예측한 Limit cycle의 분석결과를 근거로 부가 명령의 진폭(

) 수준을 결정한 후 각 제어 날개에 부가되는 추가 입력을 다음과 설정한다.

여기서 주파수

는 구동장치의 성능에 따라 알맞은 값으로 정한다.

수학식 4의 구동명령을 롤/피치/요 명령으로 분배할 경우 각 날개에 인가된 추가 명령은 다음의 수학식 5와 같이 서로 상쇄된다.

즉 각각의 날개에는 기존 구동명령에 더하여 데드존의 범위를 벗어나는 일정수준 이상의 명령을 가하여 시간에 따라 증감을 계속하며 비행 시 발생할 수 있는 저레벨의 구동명령을 회피한다. 그러나 이 명령들은 롤/피치/요 명령으로 분배 시 서로 상쇄되어 기동에는 영향을 주지 않는다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

A : 진폭

: 주파수

: 입력

: 제어오차

: 구동응답

: 결과

: 구동장치 비선형성을 준 선형화한 기술함수

: 시스템의 전달함수

: 데드존

: 구동함수 기울기

Claims (4)

1. 유도무기 구동장치의 비선형 요소에 의한 진동(Limit cycle)을 예측하고,
   예측된 진동(Limit cycle)을 통해 상기 구동장치의 조종명령에 부가할 부가 명령을 생성하는 것을 특징으로 하되,
   상기 데드존에 의한 진동은 상기 유도무기 구동장치의 구동명령에 대한 전달함수 G(jω)와 상기 데드존의 비선형성 구조를 준성형화한 기술함수 N(A, ω)가 하기 식을 만족하게 되는 진폭 A와 데드존 b의 관계로부터 예측하는 것을 특징으로 하는,
   유도무기 구동장치의 백래쉬(Backlash)에 의한 진동 감쇠를 위한 조종명령 분배 방법.
   

   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 부가명령은 부가되는 명령의 진폭 수준을 결정하여 생성하는 것을 특징으로 하되,
   상기 진폭 수준은 상기 진폭 A와 상기 데드존 b의 관계에 의해 결정되는 진폭 A 이상의 값으로 결정하고, 생성하는 상기 부가명령은 상기 진 폭 A 이상의 진폭 값을 갖는 것을 특징으로 하는,
   유도무기 구동장치의 백래쉬(Backlash)에 의한 진동 감쇠를 위한 조종명령 분배 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 부가 명령은 시간에 따라 증감을 계속하며, 상기 부가 명령에 의해 상기 유도무기 비행시 발생할 수 있는 저(低)레벨의 구동명령의 회피가 가능한 것을 특징으로 하는,
   유도무기 구동장치의 백래쉬에 의한 진동 감쇠를 위한 조종명령 분배 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 부가명령은 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw) 명령으로 분배시 서로 상쇄가 되도록 분배되는 것을 특징으로 하는,
   유도무기 구동장치의 백래쉬에 의한 진동 감쇠를 위한 조종명령 분배 방법.

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