외란이 작용하는 비행선의 동적 반응 및 제어

Abstract

수직 돌풍이 작용하는 비행선의 비선형 방정식을 이용하여 종방향 운동에 대한 동적 반응을 살피고 제어기를 설계하였다. 비행선의 부가 질량과 부가 관성 모멘트는 동적 반응 및 정착시간을 지연시키므로 일반적인 항공기에 비해 매우 느리다. 본 논문에서는 사용된 비행선은 고도 500m에서 1,000m 상공을 순항하며 임무를 수행하기 위한 것으로, 그 고도에서 대기 조건은 바람이나 돌풍에 의해 영향을 받아 매우 불안정하다. 따라서 가상 질량 효과가 두드러지는 수직 평면에 작용하는 수직 돌풍이 비행선에 미치는 영향을 살펴보고, PID-제어기를 사용하여 제어기를 설계하였다. 돌풍이 작용하면 비행선은 평형 상태로 회복하지만, 회복 시간이 매우 오래 걸릴 뿐 아니라 속도에 있어 손실이 발생한다. 따라서 본 논문의 목적은 회복 시간은 빠르게 하는 것과 순항 속도로 되돌아가는 것이다. 제어기에 사용된 피라미터들은 안정 모드 해석으로부터 결정되었으며, 이때 제어 압력은 추력 및 엘리베이터 각이다. To acquire the dynamic response and design the controller of the airship, the longitudinal motion of the airship with respect to the vertical gust, which is the nonlinear system, was studied. The effects of the apparent mass and moment of the airship delay the dynamic response and the settling time, which are slower than those of conventional airplanes. The current object of the airship is designed to cruise at 500~1000m altitude. At that height, the atmospheric conditions are generally unstable by wind gust. In this paper, it has been studied for the case of vertical gust, since the apparent mass effects are dominant in has been studied for the case of vertical gust, since the apparent mass effects are dominant in that plane. In addition to the study of the dynamic responses of the airship, the controller was designed using the PID-controller. When the gust was applied, airship responses were recovered of equilibrium states. However, it takes too ling time for recovery and the speed of airship is reduced. So, the aim in this paper was to fasten the recovery speed and to get back the cruising velocity. The control parameters were determined from the stability mode analysis, and the control inputs were the thrust and the elevator deflection angle.