KR102067071B1 - Method and system for compensation error of circle loitering guidance control in uav - Google Patents

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KR102067071B1 KR1020170111683A KR20170111683A KR102067071B1 KR 102067071 B1 KR102067071 B1 KR 102067071B1 KR 1020170111683 A KR1020170111683 A KR 1020170111683A KR 20170111683 A KR20170111683 A KR 20170111683A KR 102067071 B1 KR102067071 B1 KR 102067071B1
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박문수
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Abstract

본 발명에 따른 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템은 무인 비행체의 원선회 반경 명령(

Figure 112017084997111-pat00058
)을 출력하여, 상기 원선회 반경 명령(
Figure 112017084997111-pat00059
)에 대한 원선회 유도제어 오차를 보상하고, 보상된 원선회 반경 명령(
Figure 112017084997111-pat00060
)을 생성하는 비행제어 컴퓨터;상기 보상된 원선회 반경 명령을 수신하여 조종간을 구동하는 조종간 구동기; 상기 조종간 구동기(200)의 제어로 비행하는 무인 비행체; 및 상기 무인 비행체의 비행상태를 측정하여 상기 비행제어 컴퓨터로 상기 비행상태를 전송하는 항법장치;를 포함하여, 원선회 명령보상기를 이용해 무인항공기가 원선회 비행시 반드시 수반되는 원선회 반경 오차를 제거함으로써, 정밀한 원선회 반경을 유지하여 무인기 정찰 임무의 정확성을 높일 수 있는 효과가 있다.The drone circular turning guided error compensation system according to the present invention is a circular turning radius command (
Figure 112017084997111-pat00058
), The circular radius command (
Figure 112017084997111-pat00059
Compensate for the turning induction control error for, and compensate for the turning radius command (
Figure 112017084997111-pat00060
A flight control computer generating a steering wheel driver for receiving the compensated circular turning radius command to drive the steering wheel; Unmanned aircraft flying under the control of the control unit driver 200; And a navigation device for measuring the flight state of the unmanned aerial vehicle and transmitting the flight state to the flight control computer. Maintaining the turning radius has the effect of increasing the accuracy of UAV reconnaissance missions.

Figure 112017084997111-pat00061
Figure 112017084997111-pat00061

Description

무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템 및 방법{METHOD AND SYSTEM FOR COMPENSATION ERROR OF CIRCLE LOITERING GUIDANCE CONTROL IN UAV}System and method for compensating unmanned circular turning induction control error {METHOD AND SYSTEM FOR COMPENSATION ERROR OF CIRCLE LOITERING GUIDANCE CONTROL IN UAV}

본 발명은 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템 및 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 무인기의 자동비행(Autopilot)설계시 결정되는 헤딩제어의 응답지연시간과 원선회의 기하학적 관계를 이용하여 가상의 선회반경 명령을 보상해줌으로써 선회반경오차를 최소화할 수 있는 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a system and a method for compensating an unmanned circular turning induction control error, and more specifically, a virtual turning radius using a response relation time of a heading control determined by an autopilot design of a drone and a geometrical relationship of a circular turning. The present invention relates to an unmanned aerial turning induction control error compensation system and method capable of minimizing a turning radius error by compensating a command.

원선회 유도는 항로점을 중심으로 일정한 속도명령으로 정해진 선회반경을 유지하는 유도모드로써, Racetrack, Figure-8, ATC Hold 등 무인기의 선회대기(Loiter) 형태 중 가장 기본이 되는 유도모드이다.Round turn guidance is a guided mode that maintains a fixed turn radius with a constant speed command around a route point, and is the most basic guided mode of a drone type such as Racetrack, Figure-8, and ATC Hold.

가장 일반적으로 알려진 방법으로는 항로선 오차 제어기를 내부 루프로 하여 원점을 기준으로 현재 비행체 위치와 가장 가까운 접점을 이전 항로점(From WP)으로 설정하고 일정 거리의 직선위치를 현재 항로점(To WP)로 설정하는 방법이다.The most commonly known method is to set the contact point closest to the current aircraft position from the previous route point (From WP) based on the origin line error controller as the inner loop, and set a straight line position of a certain distance to the current route point (To WP). Is set to).

이 방법은 항로점 비행과 선회 대기 비행에서 유도 정확도, 응답시간, 안정성 등의 다양한 요구사항이 검증된 항로선 제어기를 사용함으로써 제어기 전환에 의한 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.This method has the advantage of minimizing the influence of controller switching by using a navigation controller that has verified various requirements such as guidance accuracy, response time, and stability in flight point flight and turning standby flight.

반면, 항로선 유도를 내부 루프로 사용하며, 원 또는 곡선 명령이 지속적으로 인가되는 경우는 내부 루프의 응답지연에 의해 선회반경 잔여오차가 존재하는 한계가 있다.On the other hand, when the route line guidance is used as the inner loop, and a circle or curve command is continuously applied, there is a limit in that the turning radius residual error exists due to the response delay of the inner loop.

이러한 곡선 경로 유도 문제를 해결하기 위해 일정한 전진거리에 위치한 기상의 항로점을 지속적으로 추적하는 방법, 가속도를 피드백하는 방법, 적분기를 추가하는 방법 등 다양한 유도방법이 연구되어 왔다.In order to solve the curved path guidance problem, various induction methods have been studied, such as continuously tracking the waypoint of the weather at a constant forward distance, feeding back the acceleration, and adding an integrator.

하지만, 적분기를 사용하는 경우는 선회방향, 반경, 비행모드 변경, 바람 조건 등을 고려한 적분기 노트 로직이 복잡하게 설계되어야 하며, 가속도 피드백 방식의 경우, 신뢰성 높은 가속도 센서 및 관련 필터 설계가 필요하다.However, when using an integrator, the integrator note logic considering the direction of rotation, radius, flight mode change, wind condition, etc. must be complicated. In case of the acceleration feedback method, a reliable acceleration sensor and related filter design are required.

두 방식 모두 기존의 내부 제어기 구조를 수정하고 항로선 유도모드 전환시 응답 요구조건 등을 별도로 검증해야 하는 문제점이 있다.
Both methods have a problem of modifying the existing internal controller structure and separately verifying the response requirements when switching the guidance line guidance mode.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0067368호(2008. 07. 18)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2008-0067368 (2008. 07. 18)

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 무인기의 자동비행(Autopilot)설계시 결정되는 헤딩제어의 응답지연시간과 원선회의 기하학적 관계를 이용하여 가상의 선회반경 명령을 보상해줌으로써 선회반경오차를 최소화할 수 있는 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템 및 방법의 제공을 목적으로 한다.
The present invention for solving the above problems is to minimize the turning radius error by compensating the virtual turning radius command by using the response time of the heading control and the geometrical relationship of the circle turning determined in the design of the autopilot of the drone. An object of the present invention is to provide an unmanned aerial turning induction control error compensation system and method.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템은 비행체의 원선회 반경 명령(

Figure 112017084997111-pat00001
)을 출력하여, 상기 원선회 반경 명령(
Figure 112017084997111-pat00002
)에 대한 원선회 유도제어 오차를 보상하고, 보상된 원선회 반경 명령(
Figure 112017084997111-pat00003
)을 생성하는 비행제어 컴퓨터;상기 보상된 원선회 반경 명령을 수신하여 조종간을 구동하는 조종간 구동기; 상기 조종간 구동기(200)의 제어로 비행하는 비행체; 및 상기 비행체의 비행상태를 측정하여 상기 비행제어 컴퓨터로 상기 비행상태를 전송하는 항법장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, the drone circular turning guided error compensation system according to the present invention has a circular turning radius command (
Figure 112017084997111-pat00001
), The circular radius command (
Figure 112017084997111-pat00002
Compensate for the turning induction control error for, and compensate for the turning radius command (
Figure 112017084997111-pat00003
A flight control computer generating a steering wheel driver for receiving the compensated circular turning radius command to drive the steering wheel; A vehicle flying under the control of the inter-steer driver 200; And a navigation device for measuring the flight state of the vehicle and transmitting the flight state to the flight control computer.

본 발명에 따른 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템은 원선회 명령보상기를 이용해 무인항공기가 원선회 비행시 반드시 수반되는 원선회 반경 오차를 제거함으로써, 정밀한 원선회 반경을 유지하여 무인기 정찰 임무의 정확성을 높일 수 있는 효과가 있다.
The drone circular turning guided error compensation system according to the present invention has the effect of increasing the accuracy of the drone reconnaissance mission by maintaining the precise turning radius by eliminating the circular turning radius error that the unmanned aerial vehicle necessarily follows during the circular turning using the circular turning command compensator. have.

도 1은 본 발명에 따른 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템의 블럭도,
도 2는 수직거리가 헤딩명령으로 피드백되는 것을 설명하기 위한 기하학적 도면,
도 3은 비행체가 반시계방향으로 선회시 1사 분면에 위치할 때 원선회 유도의 기하학적 도면,
도 4는 잔여오차 해석을 위한 수직거리를 갖는 원선회 유도 시스템의 블록도,
도 5는 선회반경 명령과 헤딩 응답지연에 따른 선회오차 관계를 도시한 그래프 도면,
도 6은 원선회 오차가 보상된 명령이 인가될 때 항로선 명령을 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템이 원선회 반경보상부를 포함한 경우 시뮬레이션 결과 그래프 도면, 및
도 8은 본 발명에 따른 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템이 원선회 반경보상부를 포함하지 않은 경우 시뮬레이션 결과 그래프 도면이다.1 is a block diagram of an unmanned aerial revolution induction control error compensation system according to the present invention;
2 is a geometric diagram for explaining that a vertical distance is fed back as a heading command;
3 is a geometrical diagram of circular induction when the vehicle is located in one quadrant when it is rotated counterclockwise,
4 is a block diagram of a circular turning induction system having a vertical distance for residual error analysis,
5 is a graph showing a turning error relationship according to a turning radius command and a heading response delay;
6 is a view showing a route line command when a command in which a circular turning error is compensated is applied;
7 is a graph illustrating a simulation result when the drone circle turning induction control error compensation system according to the present invention includes a circle turning radius compensator; and
8 is a graph illustrating a simulation result when the drone induction control error compensation system according to the present invention does not include a circle turning radius compensation unit.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.

또한, 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. In addition, the terms or words used in the specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. Based on the principle that it can be, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 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 the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, it is possible to replace them at the time of the present application It should be understood that there may be various equivalents and variations.

도 1은 본 발명에 따른 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템의 블럭도이다. 1 is a block diagram of an unmanned aerial revolution induction control error compensation system according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템은 비행제어 컴퓨터(100), 조종간 구동기(200), 비행체(300), 및 항법장비(400)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the drone circle turning induction control error compensation system according to the present invention includes a flight control computer 100, a steering wheel driver 200, a vehicle 300, and a navigation device 400.

보다 구체적으로, 상기 비행제어 컴퓨터(100)는 비행임무관리부(110), 원선회 반경보상부(120), 원선회 항로점 생성부(130), 항로선 제어부(140), 헤딩 제어부(150), 및 뱅크자세 제어부(160)를 포함한다.More specifically, the flight control computer 100 is a flight mission management unit 110, circle turning radius compensation unit 120, circle turning route point generation unit 130, route line controller 140, heading controller 150, and The bank posture control unit 160 is included.

상기 비행임무관리부(110)는 원선회 임무를 위한 임무계획 원선회 반경 명령(

Figure 112017084997111-pat00004
)을 출력하여 상기 원선회 반경보상부(120)로 전달한다.The flight mission management unit 110 is a mission planning circle turning radius command for a circle turning mission (
Figure 112017084997111-pat00004
) Is output to the circular turning radius compensation unit 120.

상기 원선회 반경보상부(120)는 전달받은 상기 원선회 반경 명령(

Figure 112017084997111-pat00005
)에 대한 오차를 보상하여 아래의 [수학식 1]를 이용해 보상된 원선회 반경 명령
Figure 112017084997111-pat00006
)을 생성한다.The turning radius compensation unit 120 receives the received turning radius command (
Figure 112017084997111-pat00005
Circle radius command compensated using Equation 1 below
Figure 112017084997111-pat00006
)

Figure 112017084997111-pat00007
Figure 112017084997111-pat00007

Figure 112017084997111-pat00008
: 임무계획 원선회 반경 명령
Figure 112017084997111-pat00008
Mission planning roundabout radius command

Figure 112017084997111-pat00009
: 보상된 원선회 반경 명령
Figure 112017084997111-pat00009
Compensated circle radius command

V0: 무인기 속도V 0 : drone speed

τ: 헤딩제어 응답지연τ: heading control response delay

Kd: 항로선유도제어 이득
K d : Route lead control gain

상기 원선회 항로점 생성부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 비행체 위치를 기준으로 선회반경의 접점을 '이전항로점(From Wp)'으로, 일정거리 전방의 원의 접선 위치를 '현재 항로점(To Wp)'으로 생성한다.As shown in FIG. 2, the circular turning point generating unit 130 uses the contact point of the turning radius based on the position of the aircraft as the 'previous turning point (From Wp)', and the tangential position of the circle ahead of a predetermined distance is 'current route'. 'To Wp'.

비행체 속도(V)는 일정하며, 항로선 헤딩과 비행체의 헤딩 차이가 작다고 가정하면, 항로선 거리 오차와 헤딩의 관계는 아래의 [수학식 2]와 같다.Assuming that the vehicle speed V is constant and the heading difference between the heading line and the heading is small, the relationship between the heading line distance error and the heading is expressed by Equation 2 below.

Figure 112017084997111-pat00010
Figure 112017084997111-pat00010

헤딩 제어 응답을 1차 지연(Lag) 시스템으로 가정하고 상기 [수학식 2]를 포함하는 항로선 오차 응답 관계식은 아래의 [수학식 3]과 같다.Assuming that the heading control response is a first order lag system, the route line error response relation including Equation 2 is expressed by Equation 3 below.

Figure 112017084997111-pat00011
Figure 112017084997111-pat00011

항로선 거리 오차를 헤딩으로 피드백하는 폐루프 시스템은 아래의 [수학식 4]와 같이 정리할 수 있다. The closed loop system that feeds back the path line error to the heading can be summarized as in Equation 4 below.

Figure 112017084997111-pat00012
Figure 112017084997111-pat00012

상기 [수학식 4]에서 Kd는 항로선유도제어 이득으로써, 아래의 [수학식 5]와 같이 계산되며, 요구되는 댐핑계수(또는 주파수)로 설계가 가능하다.In Equation 4, K d is a route guidance induction control gain, which is calculated as Equation 5 below, and can be designed with a required damping coefficient (or frequency).

Figure 112017084997111-pat00013
Figure 112017084997111-pat00013

상기 항로선 제어부(140)는 상기 '이전항로점(From Wp)과 상기 '현재 항로점(To Wp)'을 잇는 항로선 오차를 피드백하여 헤딩명령(

Figure 112017084997111-pat00014
)을 생성한다.The route line controller 140 feeds back a headline error connecting the 'previous route point (From Wp) and the' current route point (To Wp) 'to provide a heading command (
Figure 112017084997111-pat00014
)

즉, 상기 항로선 제어부(140)는 도 2에서 항로선과 비행체의 수직거리(Cross-track distance)를 헤딩명령으로 피드백함으로써, 비행체가 항로선을 추종하고 최종적으로 '현재 항로점(To Wp)'으로 비행체가 유도되도록 하는 아래의 [수학식 6]와 같이 헤딩명령을 생성한다.That is, the route line control unit 140 feeds back the cross-track distance between the route line and the vehicle as a heading command in FIG. 2, whereby the vehicle follows the route line and finally 'To Wp'. To generate a heading command as shown in Equation 6 below to guide the aircraft.

Figure 112017084997111-pat00015
Figure 112017084997111-pat00015

Figure 112017084997111-pat00016
: 헤딩명령
Figure 112017084997111-pat00016
Heading command

Figure 112017084997111-pat00017
: 원의 접선헤딩
Figure 112017084997111-pat00017
: Tangent heading of the circle

Figure 112017084997111-pat00018
: 항로선유도제어 이득
Figure 112017084997111-pat00018
: Route induction control gain

한편, 상기 [수학식 6] 및 도 3에서

Figure 112017084997111-pat00019
는 비행체 위치에서 원과의 접선 방향 기준헤딩이고,
Figure 112017084997111-pat00020
은 상기 항로선 제어부(140)에서 출력되는 헤딩명령이다.On the other hand, in [Equation 6] and FIG.
Figure 112017084997111-pat00019
Is the tangential reference heading with the circle at the aircraft position,
Figure 112017084997111-pat00020
Is a heading command output from the route line controller 140.

상기 원의 접선 기준 헤딩(

Figure 112017084997111-pat00021
)과 비행체 헤딩(
Figure 112017084997111-pat00022
) 차이가 작다고 가정하면, 원선회 항로선 오차의 미분은 아래의 [수학식 7]과 같다.Tangential reference heading of the circle (
Figure 112017084997111-pat00021
) And aircraft headings (
Figure 112017084997111-pat00022
) Assuming that the difference is small, the derivative of the turning line error is shown in Equation 7 below.

Figure 112017084997111-pat00023
Figure 112017084997111-pat00023

다시, 상기 [수학식 7]를 미분하면 가속도 관계식이 되고,

Figure 112017084997111-pat00024
는 일정한 원선회 운동을 하고 있으므로, 상기 관계식은 기준 선회반경과 속도로 아래의 [수학식 8]과 같다.Again, the derivative of Equation 7 gives an acceleration relation,
Figure 112017084997111-pat00024
Since the constant rotational motion, the above relation is expressed by the following Equation 8 at the reference turning radius and speed.

Figure 112017084997111-pat00025
Figure 112017084997111-pat00025

상기 비행체가 일정한 선회율로 원선회하는 경우, 헤딩과 항로선 오차 관계식인 상기 [수학식 8]을 주파수 응답으로 나타내면 아래의 [수학식 9]와 같다.When the vehicle rotates at a constant turn rate, Equation 8, which is a relation between the heading and the route line error, is represented by the frequency response as shown in Equation 9 below.

Figure 112017084997111-pat00026
Figure 112017084997111-pat00026

도 4의 원선회 유도 시스템에서 헤딩 페루프 시스템은 아래의 [수학식 10]과 같이 시상수(Time constant)가

Figure 112017084997111-pat00027
인 1차 지연시스템으로 가정한다.In the circular turning guide system of FIG. 4, the heading Peruf system has a time constant as shown in Equation 10 below.
Figure 112017084997111-pat00027
Assume a primary first delay system.

Figure 112017084997111-pat00028
Figure 112017084997111-pat00028

한편, 원의 접선 헤딩(

Figure 112017084997111-pat00029
)은 일정한 각속도로 선회한다고 가정하면, 선회율의 기울기로 선형적으로 증가하는 적분기 형태로 아래의 [수학식 11]과 같이 표현할 수 있다.Meanwhile, the tangential heading of the circle (
Figure 112017084997111-pat00029
) Is assumed to turn at a constant angular velocity, it can be expressed as the following equation [11] in the form of an integrator that increases linearly with the slope of the turn rate.

Figure 112017084997111-pat00030
Figure 112017084997111-pat00030

상기 [수학식 6], [수학식 10], 및 [수학식 11]을 각각 헤딩과 항로선 오차 관계식이 주파수 응답으로 변환된 상기 [수학식 9]에 대입하여 원선회 반경 오차식으로 정리하면 아래의 [수학식 12]와 같다.[Equation 6], [Equation 10], and [Equation 11] by substituting [Equation 9] in which the heading and the path error relationship is converted to the frequency response, Is shown in Equation 12 below.

Figure 112017084997111-pat00031
Figure 112017084997111-pat00031

내부루프(헤딩제어)의 응답지연에 의해 발생하는 원선회 반경의 정상상태 오차는 상기 [수학식 12]에서 시간이 무한대일 때의 값이므로 아래의 [수학식 13]과 같다.The steady state error of the circular turning radius caused by the response delay of the inner loop (heading control) is a value when time is infinity in Equation 12, as shown in Equation 13 below.

Figure 112017084997111-pat00032
Figure 112017084997111-pat00032

도 5에 도시된 바와 같이 상술한 [수학식 13]에서 선회반경(R)이 작을수록, 헤딩 폐루프의 시상수가 커질수록 오차가 증가함을 알 수 있다.
As shown in FIG. 5, the smaller the turning radius R in Equation 13, the larger the time constant of the heading closed loop increases.

한편, 상기 원선회 반경보상부(120)는 전달받은 상기 원선회 반경 명령(

Figure 112017084997111-pat00033
)에 대한 오차를 보상하여, 보상된 원선회 반경 명령(
Figure 112017084997111-pat00034
)을 생성할 때, 선회반경과 응답지연에 따른 선회 반경 오차 관계식인 상기 [수학식 13]을 이용하면, 선회 오차를 고려한 선회반경 보상명령을 아래의 [수학식 14]와 같이 생성하고, On the other hand, the circular radius compensation unit 120 receives the circular radius command (
Figure 112017084997111-pat00033
By compensating the error for
Figure 112017084997111-pat00034
), Using [Equation 13], which is the relation of the turning radius error according to the turning radius and the response delay, generates a turning radius compensation command considering the turning error as shown in [Equation 14] below.

Figure 112017084997111-pat00035
Figure 112017084997111-pat00035

상기 [수학식 14]를 선회 명령값으로 정리하면, 아래의 [수학식 15]를 생성한다.When Equation 14 is arranged into a turning command value, Equation 15 below is generated.

Figure 112017084997111-pat00036
Figure 112017084997111-pat00036

상기 [수학식 15]에서

Figure 112017084997111-pat00037
는 원선회 유도시 실제 선회반경 R을 생성하기 위해 필요한 선회반경 명령이고, R과
Figure 112017084997111-pat00038
는 모두 0보다 큰 값이므로, 상기 원선회 반경보상부(120)는 상기 [수학식 15]이 재정리되어 최종반경 명령을 나타내는 [수학식 1]을 가지고 보상된 원선회 반경 명령(
Figure 112017084997111-pat00039
)을 생성한다.In [Equation 15]
Figure 112017084997111-pat00037
Is the turning radius command needed to generate the actual turning radius, R
Figure 112017084997111-pat00038
Are all greater than 0, the circular radius compensator 120 is a circular radius command (compensated by Equation 1) indicating that the final radius command is rearranged (Equation 15) (
Figure 112017084997111-pat00039
)

상술한 바와 같이 상기 원선회 반경보상부(120)에 의해 보상된 원선회 반경 명령이 인가되는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 실제 임무계획에서 작성한 선회반경 보다 작은 선회반경에 접하는 가상의 기준항로선이 생성되어 원선회를 유도함을 알 수 있다.As described above, when the turning radius command compensated by the turning radius compensator 120 is applied, as shown in FIG. 6, an imaginary reference route line contacting the turning radius smaller than the turning radius created in the actual mission plan is applied. It can be seen that it is generated to induce a round turn.

상기 헤딩 제어부(150)는 상기 항로선 제어부(140)가 생성한 헤딩 명령과 현재 헤딩 상태를 피드백하여 뱅크자세 명령을 생성한다.The heading control unit 150 generates a bank posture command by feeding back a heading command generated by the air line control unit 140 and a current heading state.

상기 뱅크자세 제어부(160)는 상기 헤딩 제어부(150)가 생성한 현재의 뱅크자세와 명령 값을 피드백하여 헬리콥터 횡축 사이클릭 조종간 또는 에일러론 조종면과 같은 조종장비를 제어할 수 있는 조종간 구동기 제어신호를 생성한다.The bank posture control unit 160 generates a control unit driver control signal capable of controlling a control device such as a helicopter transverse cyclic control plane or an aileron control plane by feeding back the current bank posture generated by the heading control unit 150 and a command value. do.

한편, 상기 조종간 구동기(200)는 상기 조종간 구동기 제어신호를 수신하여 상기 비행체(300)를 제어한다.Meanwhile, the inter-steer driver 200 receives the inter-steer driver control signal to control the vehicle 300.

상기 비행체(300)는 상기 조종간 구동기(200)의 제어를 받아 유도된 항로를 따라 비행한다.The vehicle 300 is flying along a guided route under the control of the inter-steer driver 200.

상기 항법장비(400)는 헤딩, 롤, 위치 정보 등과 같은 상기 비행체(300)의 비행상태 정보를 측정하여, 상기 비행제어 컴퓨터(100)로 전송하고, 상기 비행제어 컴퓨터(100)가 비행상태 정보를 피드백 받아 상기 조종간 구동기(200)를 제어할 수 있는 제어신호를 보정하여 생성할 수 있도록 한다.The navigation device 400 measures the flight state information of the aircraft 300, such as heading, roll, position information, and transmits the information to the flight control computer 100, the flight control computer 100, the flight state information By receiving the feedback to correct the control signal to control the inter-drive driver 200 to be generated.

한편, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템에 의한 원선회 반경보상부 성능 검증을 위해 수행한 시뮬레이션 결과는 다음과 같다.On the other hand, the simulation results performed for verifying the performance of the circle radius compensation section by the drone circle swing induction control error compensation system according to the present invention having the configuration as described above are as follows.

시뮬레이션 환경은 계층적 제어 구조로 원선회 유도, 항로선 제어기, 헤딩 제어기 롤 제어기를 포함하고 비행체 모델은 선회 동역학을 포함한 Point-mass Dynamics를 사용하였다.The simulation environment is a hierarchical control structure, which includes circle guidance, path controller, heading controller, roll controller, and the aircraft model uses Point-mass Dynamics including swing dynamics.

뱅크 각 제한은 20도, 롤 응답 시상수는 1초, 헤딩 제어 이득 Kpsi=1,(헤딩 응답시간은 약 3초), 항로선 제어이득 Kd=0.5(deg/m), 원선회 유도는 삼각함수가 포함된 비선형 시스템으로 구성하였다.Bank angle limit is 20 degrees, roll response time constant is 1 second, heading control gain Kpsi = 1, (heading response time is about 3 seconds), air line control gain Kd = 0.5 (deg / m), trigonometric induction It consisted of a nonlinear system included.

시뮬레이션 케이스는 속도, 반경, 시상수, 제어이득을 변경하여 다양한 조건에서 수행하였으며, 본 발명에서는 대표적으로 속도 30m/s, 선회반경 500mdml 원선회 시뮬레이션 결과를 비교, 도시하였다.The simulation case was carried out under various conditions by changing the speed, radius, time constant, and control gain. In the present invention, the speed is 30m / s and the turning radius of 500mdml is represented by comparing the results of the circular turning simulation.

그 결과, 도 7은 본 발명에 따른 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템에서 원선회 반경보상부(120)가 없는 경우의 원선회 궤적으로 시간이 지나더라도 선회반경 오차가 줄지않고 잔여오차가 약 20m 발생하는 것을 알 수 있다.As a result, FIG. 7 shows that the turning radius error does not decrease and the residual error is about 20 m even if time passes through the circular turning trajectory when the turning radius compensation unit 120 is not present in the drone induction control error compensation system according to the present invention. Able to know.

반면, 도 8은 본 발명에 따른 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템에서 원선회 반경보상부(120)가 포함된 경우로 선회진입 순간부터 선회 오차가 1m 이내로 헤딩 응답지연에 의한 오차가 보상되어 정확한 선회반경이 유지되는 것을 알 수 있다.On the other hand, FIG. 8 is a case where the turning radius compensation unit 120 is included in the drone induction control error compensation system according to the present invention. It can be seen that this is maintained.

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 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 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 : 비행제어 컴퓨터
110 : 비행임무관리부
120 : 원선회 반경보상부
130 : 원선회 항로점 생성부
140 : 항로선 제어부
150 : 헤딩 제어부
160 : 뱅크자세 제어부
200 : 조종간 구동기
300 : 비행체
400 : 항법장비100: flight control computer
110: flight mission management
120: circle turning radius compensation
130: circle turning route point generation unit
140: route line control unit
150: heading control unit
160: bank posture control unit
200: steering wheel driver
300: aircraft
400: navigation equipment

Claims (5)

무인 비행체의 원선회 반경 명령(
Figure 112019124270763-pat00040
)을 출력하여, 상기 원선회 반경 명령(
Figure 112019124270763-pat00041
)에 대한 원선회 유도제어 오차를 보상하고, 보상된 원선회 반경 명령(
Figure 112019124270763-pat00042
)을 생성하는 비행제어 컴퓨터(100);
상기 보상된 원선회 반경 명령을 수신하여 조종간을 구동하는 조종간 구동기(200);
상기 조종간 구동기(200)의 제어로 비행하는 무인 비행체(300); 및
상기 비행체의 비행상태를 측정하여 상기 비행제어 컴퓨터(100)로 상기 비행상태를 전송하는 항법장치(400);를 포함하되,
상기 비행제어 컴퓨터(100)는
원선회 임무를 위한 원선회 반경 명령(
Figure 112019124270763-pat00043
)을 출력하는 비행임무관리부(110);
상기 원선회 반경 명령(
Figure 112019124270763-pat00044
)을 수신하여 오차를 보상하여 보상된 원선회 반경 명령
Figure 112019124270763-pat00045
)을 생성하는 원선회 반경보상부(120);
상기 무인 비행체의 위치를 기준으로 선회반경의 접점을 '이전항로점(From Wp)'으로, 소정거리 전방에 대한 원의 접선 위치를 '현재 항로점(To Wp)'으로 생성하는 원선회 항로점 생성부(130);
상기 '이전항로점(From Wp)과 상기 '현재 항로점(To Wp)'을 잇는 항로선 오차를 피드백하여 헤딩명령(
Figure 112019124270763-pat00046
)을 생성하는 항로선 제어부(140);
상기 항로선 제어부(140)가 생성한 헤딩명령과 현재 헤딩 상태를 피드백하여 뱅크자세 명령을 생성 헤딩 제어부(150); 및
상기 헤딩 제어부(150)가 생성한 뱅크자세와 명령 값을 피드백하여 상기 무인 비행체의 조종간 또는 조종면과 같은 조종장비를 제어할 수 있는 제어신호를 생성하는 뱅크자세 제어부(160);을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템.
Circle radius command of unmanned aerial vehicle (
Figure 112019124270763-pat00040
), The circular radius command (
Figure 112019124270763-pat00041
Compensate for the turning induction control error for, and compensate for the turning radius command (
Figure 112019124270763-pat00042
A flight control computer 100 generating a);
A steering wheel driver 200 for driving the steering wheel by receiving the compensated circle turning radius command;
An unmanned aerial vehicle 300 flying under the control of the inter-steer driver 200; And
It includes; navigation device 400 for measuring the flight state of the vehicle and transmits the flight state to the flight control computer 100,
The flight control computer 100
Round radius command for a rounding mission (
Figure 112019124270763-pat00043
Flight mission management unit 110 for outputting;
The turning radius command (
Figure 112019124270763-pat00044
Compensation for error by receiving)
Figure 112019124270763-pat00045
Circle turning radius compensation unit 120 for generating;
Generates a circular turning point that generates the contact point of the turning radius based on the position of the unmanned aerial vehicle as 'From Wp' and the tangential position of the circle for a predetermined distance as the 'current Wp'. Unit 130;
Feedback a heading line error connecting the 'From Wp' and 'To Wp' to the heading command (
Figure 112019124270763-pat00046
Route line control unit 140 for generating;
A heading control unit 150 generating a bank posture command by feeding back a heading command generated by the air line control unit 140 and a current heading state; And
And a bank posture control unit 160 which feeds back the bank posture generated by the heading control unit 150 and a command value to generate a control signal for controlling a control device such as a control plane or a control surface of the unmanned aerial vehicle. Drone induction control error compensation system.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 원선회 반경보상부(120)는
수학식
Figure 112019124270763-pat00047
로 보상된 원선회 반경 명령(
Figure 112019124270763-pat00048
)을 생성하는 것을 특징으로 하는 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템.
Figure 112019124270763-pat00049
: 임무계획 원선회 반경 명령
Figure 112019124270763-pat00050
: 보상된 원선회 반경 명령
V0: 무인기 속도
τ: 헤딩제어 응답지연
Figure 112019124270763-pat00051
: 항로선유도제어 이득
The method of claim 1,
The circle turning radius compensation unit 120
Equation
Figure 112019124270763-pat00047
Circle radius command compensated with
Figure 112019124270763-pat00048
The drone circle turning induction control error compensation system, characterized in that for generating a).
Figure 112019124270763-pat00049
Mission planning roundabout radius command
Figure 112019124270763-pat00050
Compensated circle radius command
V 0 : drone speed
τ: heading control response delay
Figure 112019124270763-pat00051
: Route induction control gain
제 1항에 있어서,
상기 항로선 제어부(140)는
수학식
Figure 112019124270763-pat00052
로 상기 헤딩명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템.
Figure 112019124270763-pat00053
: 헤딩명령
Figure 112019124270763-pat00054
: 원의 접선헤딩
Figure 112019124270763-pat00055
: 항로선유도제어 이득
The method of claim 1,
The route line control unit 140
Equation
Figure 112019124270763-pat00052
And a drone homing induction control error compensation system, characterized in that for generating the heading command.
Figure 112019124270763-pat00053
Heading command
Figure 112019124270763-pat00054
: Tangent heading of the circle
Figure 112019124270763-pat00055
: Route induction control gain
제 3항 또는 제4항에 있어서,
상기 항로선유도제어 이득(
Figure 112019124270763-pat00056
)은
수학식
Figure 112019124270763-pat00057
로 계산되는 것을 특징으로 하는 무인기 원선회 유도제어 오차 보상 시스템.The method according to claim 3 or 4,
The route guidance control gain (
Figure 112019124270763-pat00056
)silver
Equation
Figure 112019124270763-pat00057
Drone induction control error compensation system, characterized in that calculated by.
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