KR101936321B1 - 유도무기의 제어 방법 및 제어 시스템 - Google Patents

유도무기의 제어 방법 및 제어 시스템 Download PDF

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김태훈
전병을
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국방과학연구소
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Abstract

동체에 대해 위치 조절이 가능한 날개와 측추력기를 구비한 유도무기의 제어 시스템은 측추력기의 추력을 추정하여 추정추력을 생성하고 유도무기에 탑재된 센서의 센서신호와 추정추력을 이용하여 추정공력을 생성하는 추력 및 공력 추정기와, 날개를 제어하기 위한 구동명령을 생성하는 공력 제어기와, 가속도 유도명령과 추정공력으로부터 최대 추력의 이하의 범위로 제한된 추력명령을 생성하여 측추력기를 제어하는 측추력 제어기와, 가속도 유도명령과 추정 가속도의 차이값에 보상값을 가산하여 보상명령을 생성하여 공력 제어기에 전달하는 보상기를 포함한다.

Description

유도무기의 제어 방법 및 제어 시스템{Control method and system of guided weapon}
실시예들은 유도무기의 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 날개와 측추력기를 동시에 제어함으로써 유도무기가 빠르고 정확하게 가속도 유도명령을 추종할 수 있게 한 유도무기의 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
유도무기를 제어하여 초고속으로 이동하는 표적을 정밀하기 요격하기 위해서는 빠른 응답특성을 갖는 유도무기의 제어 시스템이 필요하다.
동체에 작용하는 공력을 제어하기 위한 날개가 장착된 일반적인 형상의 유도탄과 같은 유도무기의 경우 가속도 응답 성능을 향상시키는 데 물리적인 한계가 존재한다.
동체의 무게중심 부근에 측추력을 생성하는 측추력기를 추가적으로 장착하는 경우 응답 성능 향상의 한계를 극복하여 가속도 제어 시스템의 응답 성능의 향상을 기대할 수 있다.
그러나 공력 제어용 날개와 측추력기에서 발생하는 추력을 동시에 이용하여 동체의 측방향에서 발생하는 총힘(가속도)을 제어하는 종래의 제어 시스템에서는 측추력기가 갖는 물리적인 최대 추력의 한계치를 고려하지 않는 문제점이 있다. 즉 측추력기의 한계치보다 큰 가속도 유도명령이 제어기에 인가되었을 경우에 원하는 수준의 빠른 가속도 제어 응답 성능을 달성하기가 어렵다.
실시예들은 측추력기가 생성하는 최대 추력을 고려하며, 공력 제어용 날개(공력핀)와 측추력기를 동시에 제어함으로써 유도무기의 측방향의 가속도를 신속하고 정밀하게 제어할 수 있는 유도무기의 제어 시스템 및 제어 방법을 제공한다.
실시예들은 날개에 의해 형성되는 공기역학 힘(공력)과 동체의 무게중심 부근에 배치되며 제한된 크기의 추력(최대 추력)을 갖는 측추력기를 함께 제어함으로써 유도무기의 총 가속도(힘)를 속응성을 가지며 정밀하게 제어할 수 있는 유도무기의 제어 시스템 및 제어 방법을 제공한다.
실시예들은 유도무기에 설치된 관성센서 및 측추력기 센서들을 이용하여 측추력과 공력에 의해 발생되는 각각의 가속도를 분리하고 추정하는 기법을 이용한 유도무기의 제어 시스템 및 제어 방법을 제공한다.
실시예들은 가속도 유도명령을 정밀하고 빠르게 추종하기 위한 공력 제어기와 측추력기의 요구 추력명령을 산출하는 측추력 제어기를 포함하는 유도무기의 제어 시스템 및 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 관한 유도무기의 제어 시스템은 동체에 대해 위치 조절이 가능한 날개와 동체의 측방향을 향하는 추력을 생성하는 측추력기를 구비한 유도무기의 제어 시스템으로서, 측추력기에 의해 발생한 추력을 추정하여 추정추력을 생성하고 유도무기에 탑재된 센서의 센서신호와 추정추력을 이용하여 유도무기에 작용하는 공력을 추정하여 추정공력을 생성하는 추력 및 공력 추정기와, 날개를 제어하기 위한 구동명령을 생성하는 공력 제어기와, 외부에서 입력된 가속도 유도명령과 추력 및 공력 추정기에서 추정된 추정공력으로부터 측추력기를 제어하기 위하여 미리 정해진 최대 추력의 이하의 범위로 제한된 추력명령을 생성하는 측추력 제어기와, 외부에서 입력된 가속도 유도명령과 추정공력으로부터 도출된 추정 가속도의 차이값에 보상값을 가산하여 보상명령을 생성하여 보상명령을 공력 제어기에 전달하는 보상기를 포함한다.
추력 및 공력 추정기는 추력기의 챔버 압력과 노즐목 면적을 이용하여 추정추력을 추정할 수 있고, 센서의 센서신호로부터 유도무기의 가속도를 획득할 수 있으며, 가속도와 추정추력을 이용하여 유도무기에 작용하는 공력을 추정하여 추정공력을 생성할 수 있다.
측추력 제어기는 가속도 유도명령과 추력 및 공력 추정기에 의해 생성된 추정공력을 이용하여 일차 추력명령을 생성하는 추력명령 생성기와, 일차 추력명령의 크기와 미리 정해진 최대 추력과 비교하여 최대 추력의 이하의 범위의 추력명령을 생성하는 제한기를 포함할 수 있고, 보상기는 일차 추력명령과 최대 추력의 차이값에 미리 정해진 보상용 제어이득을 적용하여 보상값을 생성할 수 있다.
다른 실시예에 관한 유도무기의 제어 방법은 동체에 대해 위치 조절이 가능한 날개와, 동체의 측방향을 향하는 추력을 생성하는 측추력기를 구비한 유도무기의 제어 방법으로서, 측추력기에 의해 발생한 추력을 추정하여 추정추력을 생성하고 유도무기에 탑재된 센서의 센서신호와 추정추력을 이용하여 유도무기에 작용하는 공력을 추정하여 추정공력을 생성하는 추력 및 공력 추정 단계와, 날개를 제어하기 위한 구동명령을 생성하는 공력 제어 단계와, 외부에서 입력된 가속도 유도명령과 추력 및 공력 추정 단계에서 추정된 추정공력으로부터 미리 정해진 최대 추력의 이하의 범위로 제한된 추력명령을 생성하여 측추력기를 제어하는 측추력 제어 단계와, 외부에서 입력된 가속도 유도명령과 추정공력으로부터 도출된 추정 가속도의 차이값에 보상값을 가산하여 보상명령을 생성하여 공력 제어 단계의 입력으로 전달하는 보상 단계를 포함한다.
상술한 바와 같은 실시예들에 관한 유도무기의 제어 시스템 및 제어 방법은 유도무기의 동체에서 발생하는 총 가속도(힘)가 원하는 가속도 유도명령을 정밀하면서도 신속하게 추종할 수 있으므로, 초고속으로 이동하는 표적을 정밀하게 요격할 수 있도록 유도탄을 제어할 수 있다.
또한 유도탄 이외에도 유도탄과 유사한 비행 시스템에도 실시예들에 관한 유도무기의 제어 시스템 및 제어 방법을 쉽게 적용할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 관한 유도무기의 제어 시스템이 적용된 유도무기에 작용하는 힘을 개략적으로 도시한 설명도이다.
도 2는 일 실시예에 관한 유도무기의 제어 시스템의 블록선도이다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에 관한 유도무기의 제어 시스템의 일부 구성요소의 예시적인 세부 구성을 도시한 블록선도이다.
도 4는 도 2에 도시된 실시예에 관한 유도무기의 제어 시스템에 의해 유도무기의 가속도의 변화를 도시한 그래프이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 일 실시예에 관한 유도무기의 제어 시스템이 적용된 유도무기에 작용하는 힘을 개략적으로 도시한 설명도이고, 도 2는 일 실시예에 관한 유도무기의 제어 시스템의 블록선도이다.
도 1 및 도 2에 나타난 실시예에 관한 유도무기의 제어 시스템은 유도무기(10)의 측방향의 가속도를 신속하고 정밀하게 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
제어 시스템은 유도무기(10)의 동체(11)에 결합되어 동체(11)에 대한 위치(δ1, δ2, δ3, δ4)가 조절될 수 있는 날개(12)와, 동체(11)에 설치되어 동체(11)의 측방향을 향하는 추력(측추력)을 생성하는 측추력기(13)를 동시에 제어함으로써 유도무기(10)의 측방향의 가속도를 제어하여 유도무기(10)의 측방향의 공력(Fay, Faz)의 크기를 제어할 수 있다.
도 1에서 동체(11)의 길이 방향은 X축 방향에 대응하고, 동체(11)의 길이 방향을 가로지르는 Y축 방향과 Z축 방향이 유도무기(10)의 측방향에 해당한다.
측추력기(13)는 동체(11)의 무게 중심에 대응하는 위치에 설치될 수 있으며, 동체(11)의 원주 방향을 따라 배치된 복수 개의 노즐들, 예를 들어 4개의 노즐들을 통해 연소가스를 분출함으로써 도 1에서 T1, T2, T3, T4로 표시된 측추력을 생성하는 기능을 한다.
도 2를 참조하면, 유도무기의 제어 시스템은 동체(11)의 날개(12)를 제어하는 공력핀 구동기(72)에 구동명령을 전달하여 동체(11)에 대한 날개(12)의 위치를 제어하는 공력 제어기(71)와, 측추력기(13)의 구동을 제어하는 측추력 제어시스템(75)에 추력명령을 전달함으로써 측추력기(13)를 제어하는 측추력 제어기(79)와, 측추력기(13)에서 발생한 추력과 유도무기(10)에 작용하는 공력을 추정하는 추력 및 공력 추정기(76)와, 공력 제어기(71)에 입력되는 보상명령을 생성하는 보상기(70)를 포함한다.
도 2에 도시된 유도무기의 제어 시스템은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한 상술한 제어 시스템에 사용되는 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
도 2에 도시된 유도무기의 제어 시스템은 예를 들어, 수동소자 및 능동소자를 포함하는 여러 가지의 반도체칩들이 장착된 제어용 회로기판으로 구현되거나, 제어용 회로기판에 장착 가능하며 제어용 소프트웨어가 탑재된 제어용 반도체칩으로 구현되거나, 반도체칩이나 컴퓨터의 기록매체에 저장될 수 있는 제어용 소프트웨어로 구현되거나, 프로그래머블 로직 컨트롤러로 구현될 수 있다.
도 2에 도시된 유도무기의 제어 시스템에는 상위 제어기(60)로부터 입력되는 가속도 유도명령이 입력된다. 가속도 유도명령은 제어대상인 유도무기(10)의 목표 가속도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에 관한 유도무기의 제어 시스템의 일부 구성요소의 예시적인 세부 구성을 도시한 블록선도이다. 도 3은 공력 제어기(71)의 세부구성을 예시적으로 나타낸다.
공력 제어기(71)에는 가속도 유도명령과 유도무기(10)의 실제 가속도의 차이인 '가속도 오차'에 보상명령이 가산된 신호가 입력으로 인가된다. 공력 제어기(71)는 입력에 제어이득 1을 적용하는 제1 제어기(71a)와, 제1 제어기(71a)의 출력값에 센서(74)의 센서신호를 감산하여 제어이득 2를 적용하는 제2 제어기(71b)와, 제2 제어기(71b)의 출력값에 센서(74)의 센서신호를 감산하여 제어이득 3을 적용하는 제3 제어기(71c)를 포함한다. 센서(74)는 예를 들어 유도무기(10)의 동체(11)의 각속도를 감지하는 관성센서일 수 있다.
이와 같이, 공력 제어기(71)는 가속도 유도명령과 유도무기(10)의 실제 가속도의 차이인 '가속도 오차'를 되먹임 받아, 가속도 오차를 줄이기 위해 날개(공력핀)를 제어하는 구동명령을 생성하는 제어 알고리듬을 포함한다.
실시예는 도 3에 도시된 공력 제어기(71)의 구성에 의해 제한되지 않으며, 공력 제어기(71)는 제어의 필요에 따라 다양한 방식으로 설계될 수 있다.
도 1에 도시된 측추력기(13)는 예를 들어 단일 챔버를 포함하는 고체추진 시스템일 수 있으며, 측추력기(13)가 생성할 수 있는 측추력의 크기는 제한된다.
측추력기(13)의 구동을 제어하는 측추력 제어시스템(75)은 도 2에 도시되며 공력 제어기(71)보다 상대적으로 빠른 응답특성을 갖는다.
측추력 제어시스템(75)에 의해 구동되는 측추력기(13)는 도 1에 도시된 유도무기(10)의 측방향을 향하는 4개의 노즐방향으로 연소가스를 분출함으로써 추력(측추력; 측방향의 추력)을 발생한다. 또한 측추력 제어시스템(75)은 요구되는 추력명령을 추종하면서 측추력기(13)의 챔버 압력을 일정하게 유지하기 위하여 노즐목 면적을 최적화하여 변화시키는 노즐 구동기와, 노즐 구동용 제어 알고리즘을 포함한다.
[ 측추력 및 공력에 의한 힘 추정]
추력 및 공력 추정기(76)는 측추력기(13)에 의해 발생한 추력을 추정하고, 추정된 '추정추력'과 유도무기(10)에 탑재된 센서(74)의 센서신호를 이용하여 유도무기에 작용하는 공력을 추정할 수 있다. 이하에서, 추력 및 공력 추정기(76)에 의해 추정되는 공력을 '추정공력'이라고 부른다.
도 1을 참조하면, 유도무기(10)의 동체(11)에 조정 가능하게 결합된 날개(12)의 위치(
Figure 112018080931981-pat00047
)를 제어함으로써 통해, 모멘트 및 받음각을 형성하여 동체의 Y-Z 축 방향의 공기역학 힘(공력, Fay, Faz)을 생성한다.
또한 측추력기(13)의 4개의 노즐방향으로 연소가스를 분출함으로써 측추력 제어시스템(75)이 측추력기(13)의 동체(11)의 측방향에 해당하는 Y-Z 축 방향으로 4개의 측추력, 즉 측방향의 힘인 추력(T1, T2, T3, T4)을 생성한다.
날개(12) 및 측추력기(13)의 작용에 의해 유도무기(10)에 발생하는 공력과 추력은 유도무기(10)의 유도탄 동역학(73), 즉 유도무기(10)의 운동과 힘을 변형시킴으로써 유도무기(10)의 측방향의 가속도의 변화를 유발한다.
유도무기(10)의 측방향의 가속도는 수학식 1로 표현되며, 센서(74)에 의해 계측될 수 있다. 센서(74)는 가속도 센서나 각속도 센서와 같은 관성 센서로 구현될 수 있다.
Figure 112018080931981-pat00046
여기서,
Figure 112018080931981-pat00007
은 유도무기(10)의 현재 질량이고, Aby와 Abz 의 각각은 유도무기의 Y 방향과 Z 방향의 가속도 성분이고, Fay 와 Faz의 각각은 Y 방향과 Z 방향의 공력의 성분이다
한편, 측추력 제어시스템(75)의 단일 챔버로 구성된 측추력기(13)에서 생성된 추력은 수학식 2에 나타난 바와 같이 측추력기(13)의 챔버의 압력을 감지하는 압력 센서의 감지값인 챔버 압력(Pc)과, 노즐목 면적을 감지하는 노즐 센서의 감지값인 노즐목 면적(Ai)으로부터 추정할 수 있다.
Figure 112018080931981-pat00048
여기서, Cf는 추력계수를 의미하며, 실험을 통해 확보할 수 있는 측추력기(13)의 물리적 특성을 나타내는 물성치이다.
Figure 112018080931981-pat00049
는 측추력기의 추정 추력이고, Pc 챔버 압력이고, Ai는 4개의 측추력기의 각각의 노즐목 면적이며, i는 측추력기의 번호를 나타낸다.
추력 및 공력 추정기(76)는 수학식 1로 표현된 센서(74)의 센서신호와 수학식 2로 표현된 측추력 추정치인 추정추력을 이용함으로써, 수학식 3에 나타난 바와 같이 유도무기(10)의 동체(11)에 Y-Z 축 방향으로 가해지는 공력을 추정하여 추정공력을 생성할 수 있다.
Figure 112018080931981-pat00050
여기서,
Figure 112018080931981-pat00051
은 유도무기(10)의 추정된 질량에 해당한다.
[측추력 제어시스템을 위한 요구 추력명령]
도 2에 도시된 유도무기의 제어 시스템에서는 유도무기에 작용하는 공력과 측추력을 함께 제어함으로써 유도무기(10)에 작용하는 측방향의 가속도를 제어할 수 있다.
측추력 제어시스템(75)에 입력으로 인가되는 요구 추력명령을 이하에서는 '추력명령'이라고 부른다. 추력명령은 측추력 제어기(79)에 의해 생성된다. 측추력 제어기(79)에 의해 생성되는 추력명령은 측추력기(13)를 제어하기 위하여 미리 정해진 최대 추력의 이하의 범위로 제한될 수 있다.
측추력 제어기(79)는 가속도 유도명령(
Figure 112018080931981-pat00052
)과 추력 및 공력 추정기(76)에서 추정된 공력 추정치인 추정공력(
Figure 112018080931981-pat00053
)으로부터 일차 추력명령(
Figure 112018080931981-pat00054
)을 생성하는 추력명령 생성기(77)와, 일차 추력명령의 크기와 미리 정해진 최대 추력과 비교함으로써 최대 추력의 이하의 범위의 추력명령을 생성하는 제한기(78)를 포함한다.
유도무기(10)의 동체(11)의 측방향인 Y-Z 축 방향으로 작용하는 목표 가속도를 달성하기 위하여, 측추력 제어시스템(75)에 사용될 수 있는 일차 추력명령은 수학식 4에 나타난 것과 같이 가속도 유도명령(
Figure 112018080931981-pat00055
)과 공력 추정치인 추정공력(
Figure 112018080931981-pat00056
)을 이용하여 산출된다. 수학식 4의 우변의 가속도 유도명령(
Figure 112018080931981-pat00057
)에 추정 질량을 곱한 값과 공력 추정치인 추정공력(
Figure 112018080931981-pat00058
)의 차이는 가속도 오차 계산기(70b)에 의해 생성된 '가속도 오차'에 추정 질량을 곱한 값과 동일하다.
Figure 112018080931981-pat00059
일차 추력명령을 크기와 위상으로 표현하면 수학식 5와 같다.
Figure 112018080931981-pat00060
측추력 제어시스템(75)의 측추력기(13)가 최대로 생성할 수 있는 추력의 크기는 제한된다. 따라서 제한기(78)는 측추력기(13)의 설계시 미리 정해진 최대 추력 한계치인 최대추력(
Figure 112018080931981-pat00061
)을 고려하여 수학식 6 및 수학식 7에 나타난 것과 같이 최대 추력의 이하의 범위로 제한된 추력명령(
Figure 112018080931981-pat00062
)을 생성하여, 추력명령을 측추력 제어시스템(75)의 입력으로 인가한다.
수학식 6에 의하면 일차 추력명령(
Figure 112018080931981-pat00063
)이 최대추력(
Figure 112018080931981-pat00064
)을 초과하면 최대추력(
Figure 112018080931981-pat00065
)이 추력명령으로 생성되고, 일차 추력명령(
Figure 112018080931981-pat00066
)이 최대추력(
Figure 112018080931981-pat00067
)의 이하의 범위인 경우 일차 추력명령(
Figure 112018080931981-pat00068
)이 추력명령으로 생성된다.
Figure 112018080931981-pat00069
Figure 112018080931981-pat00070
[공력제어부의 가속도 오차입력]
공력 제어기(71)에 입력으로 인가되는 가속도 오차입력은 측추력 제어시스템(75)에 입력으로 인가되는 요구 추력명령의 계산과 유사하게 가속도 유도명령과 공력 추정치인 추정공력으로부터 계산된 추정 가속도의 사이의 오차를 이용하여 계산된다. 가속도 유도명령과 추정 가속도의 사이의 오차인 '가속도 오차'는 가속도 오차 계산기(70b)에 의해 생성된다.
그러나 공력 제어기(71)에는 가속도 유도명령과 추정 가속도의 사이의 가속도 오차만이 입력으로 인가되는 것이 아니라, 가속도 오차에 보상값을 가산한 보상명령이 최종적으로 공력 제어기(71)의 입력으로 인가된다.
보상기(70)는 측추력기(13)의 미리 정해진 최대 측추력 한계치인 최대 추력보다 큰 추력을 목표로 하는 가속도 유도명령에 대한 빠른 응답특성을 확보하기 위하여 보상명령을 생성하여, 생성한 보상명령을 공력 제어기(71)에 입력으로 전달한다.
추력 및 공력 추정기(76)는 수학식 8에 나타난 것과 같이 추정공력을 유도무기(10)의 추정 질량으로 나누어 추정 가속도(
Figure 112018080931981-pat00071
)를 도출한다.
보상기(70)는 수학식 9에 나타난 것과 같이 가속도 유도명령(
Figure 112018080931981-pat00072
)과 추정 가속도의 차이값인 가속도 오차에 보상값을 가산함으로써 보상명령(
Figure 112018080931981-pat00073
)을 생성하고, 생성한 보상명령을 공력 제어기(71)에 입력으로 전달한다.
Figure 112018080931981-pat00074
Figure 112018080931981-pat00075
여기서, K는 양수의 제어이득인 보상용 제어이득(70a)으로서 설계 파라미터에 해당하며, 큰 값을 가질수록 가속도 제어 응답속도를 빠르게 변화시킨다.
보상기(70)는 일차 추력명령(
Figure 112018080931981-pat00078
)과 추력명령(
Figure 112018080931981-pat00077
)의 사이의 차이를 계산하는 추력 오차 계산기(70c)와 보상용 제어이득(70a)을 포함한다. 보상기(70)를 통해 생성된 보상명령은 가속도 오차에 일차 추력명령과 추력명령의 사이의 차이값에 보상용 제어이득을 적용하여 생성된 보상값을 가산한 것이므로, 일차 추력명령이 최대 추력을 초과한 경우에 공력 제어기(71)에 초과한 값을 고려한 보상값을 포함한 입력이 인가된다. K는 유도무기의 추정질량의 역수의 물리량에 대응하는 물리량을 가지므로, 일차 추력명령과 추력명령의 사이의 차이값에 보상용 제어이득 K을 곱하여 생성된 보상값은 가속도값에 대응하는 물리량을 갖는다.
도 4는 도 2에 도시된 실시예에 관한 유도무기의 제어 시스템에 의해 유도무기의 가속도의 변화를 도시한 그래프이다.
도 4에서 가속도 유도명령이 이점쇄선으로 도시되었고, 측추력의 제한 치인 최대 추력을 고려하지 않는 종래의 제어 시스템에 의한 가속도의 변화는 점선으로 도시되었으며, 측추력의 최대 추력을 고려하여 보상기(70)에 의해 생성된 보상 명령을 공력 제어기(71)에 인가하는 실시예에 관한 유도무기의 제어 시스템에 의한 가속도의 변화는 실선으로 도시되었다.
도 4에 도시된 바와 같이 상술한 실시예들에 관한 유도무기의 제어 시스템에 의하면 유도무기의 측방향의 가속도가 이점쇄선으로 도시된 가속도 유도명령을 신속하면서 정확하게 추종하도록 제어된다.
상술한 바와 같은 유도무기의 제어 시스템 및 제어 방법에 의하면 센서(74)를 통해 계측된 유도무기(10)의 동체(11)의 측방향의 총 가속도 측정치와 측추력기(13)의 챔버 압력 및 노즐목 면적으로부터 추정한 측추력 추정치인 추정추력를 활용하여, 날개12)가 작동하여 발생한 공력의 변화로 인한 가속도를 분리하여 추정할 수 있다.
분리 및 추정된 공력에 의한 가속도 추정치인 추정 가속도와 가속도 유도명령의 사이의 차이를 계산한 후 보상값을 가산하여 공력 제어기(71)의 입력으로 전달하고, 가속도 유도명령과 추정공력으로부터 최대 추력의 이하의 범위로 제한된 추력명령을 생성하여 측추력 제어시스템(75)의 입력으로 인가함으로써, 유도무기(10)의 동체(11)의 가속도(힘)의 총합이 원하는 유도명령을 빠르게 추종할 수 있는 속응 가속도 제어 시스템을 구현할 수 있다.
상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 유도무기 71b: 제2 제어기
11: 동체 72: 공력핀 구동기
12: 날개 73: 유도탄 동역학
13: 측추력기 74: 센서
60: 상위 제어기 71c: 제3 제어기
70b: 가속도 오차 계산기 75: 측추력 제어시스템
70: 보상기 76: 추력 및 공력 추정기
70a: 보상용 제어이득 77: 추력명령 생성기
70c: 추력 오차 계산기 78: 제한기
71: 공력 제어기 79: 측추력 제어기
71a: 제1 제어기

Claims (4)

  1. 동체에 대해 위치 조절이 가능한 날개와, 상기 동체의 측방향을 향하는 추력을 생성하는 측추력기를 구비한 유도무기의 제어 시스템으로서:
    상기 측추력기에 의해 발생한 추력을 추정하여 추정추력을 생성하고, 상기 유도무기에 탑재된 센서의 센서신호와 상기 추정추력을 이용하여 상기 유도무기에 작용하는 공력을 추정하여 추정공력을 생성하는 추력 및 공력 추정기;
    상기 날개를 제어하기 위한 구동명령을 생성하는 공력 제어기;
    외부에서 입력된 가속도 유도명령과 상기 추력 및 공력 추정기에서 추정된 상기 추정공력으로부터 상기 측추력기를 제어하기 위하여 미리 정해진 최대 추력의 이하의 범위로 제한된 추력명령을 생성하는, 측추력 제어기; 및
    외부에서 입력된 상기 가속도 유도명령과 상기 추정공력으로부터 도출된 추정 가속도의 차이값에 보상값을 가산하여 보상명령을 생성하여, 상기 보상명령을 상기 공력 제어기에 전달하는 보상기;를 포함하는 유도무기의 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추력 및 공력 추정기는 상기 측추력기의 챔버 압력과 노즐목 면적을 이용하여 상기 추정추력을 추정하고, 상기 센서의 상기 센서신호로부터 상기 유도무기의 가속도를 획득하며, 상기 가속도와 상기 추정추력을 이용하여 상기 유도무기에 작용하는 상기 공력을 추정하여 상기 추정공력을 생성하는, 유도무기의 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측추력 제어기는 상기 가속도 유도명령과 상기 추력 및 공력 추정기에 의해 생성된 추정공력을 이용하여 일차 추력명령을 생성하는 추력명령 생성기와, 상기 일차 추력명령의 크기와 미리 정해진 상기 최대 추력과 비교하여 상기 최대 추력의 이하의 범위의 상기 추력명령을 생성하는 제한기를 포함하고,
    상기 보상기는 상기 일차 추력명령과 상기 최대 추력의 차이값에 미리 정해진 보상용 제어이득을 적용하여 상기 보상값을 생성하는, 유도무기의 제어 시스템.
  4. 동체에 대해 위치 조절이 가능한 날개와, 상기 동체의 측방향을 향하는 추력을 생성하는 측추력기를 구비한 유도무기의 제어 방법으로서:
    상기 측추력기에 의해 발생한 추력을 추정하여 추정추력을 생성하고, 상기 유도무기에 탑재된 센서의 센서신호와 상기 추정추력을 이용하여 상기 유도무기에 작용하는 공력을 추정하여 추정공력을 생성하는 추력 및 공력 추정 단계;
    상기 날개를 제어하기 위한 구동명령을 생성하는 공력 제어 단계;
    외부에서 입력된 가속도 유도명령과 상기 추력 및 공력 추정 단계에서 추정된 상기 추정공력으로부터 미리 정해진 최대 추력의 이하의 범위로 제한된 추력명령을 생성하여 상기 측추력기를 제어하는 측추력 제어 단계; 및
    외부에서 입력된 상기 가속도 유도명령과 상기 추정공력으로부터 도출된 추정 가속도의 차이값에 보상값을 가산하여 보상명령을 생성하여, 상기 공력 제어 단계의 입력으로 전달하는 보상 단계;를 포함하는, 유도무기의 제어 방법.
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