연구 질문
추력 방향을 바꾸면, 측정되는 힘과 모멘트는 어떻게 달라질까?
두 축으로 움직이는 기구를 만들고, 힘과 토크를 측정해 제어 설계에 사용할 실험 모델로 연결한 연구입니다.
연구 방법
움직임을 측정하고, 모델로 옮깁니다.
- 시험 입력
추진기를 구동합니다
추진기 출력과 회전축 조건을 바꾸면서 시험 신호를 입력합니다.
조건을 정한 입력 - 반응 측정
힘과 토크를 기록합니다
6축 센서로 반응을 측정하고 센서와 구동 기구의 좌표 차이를 보정합니다.
측정 데이터 - 신호 처리
충격 응답을 추정합니다
실제 충격을 가하지 않고 신호압축법으로 선형 충격 응답을 추정합니다.
추정한 응답 - 모델 추정
계수를 구하고 비교합니다
MATLAB으로 전달함수 계수를 구한 뒤 실험값과 모델을 축별로 비교합니다.
실험 기반 모델
설계 선택
설계에서 함께 고려한 것들.
모델을 맞추기 전에 기구의 균형부터 잡기
짐벌의 무게 불균형을 줄이기 위해 균형추를 적용했습니다. 다만 기구 관성은 여전히 모델 추정에 영향을 주므로 곡선 맞춤만으로 해결할 수는 없습니다.
실제 충격 대신 시험 신호 사용하기
신호압축법의 등가 충격 접근으로 장치에 물리적 충격을 주지 않고 응답을 분석했습니다.
측정값을 같은 좌표계에서 비교하기
센서 위치와 좌표계를 보정한 뒤 데이터를 비교했습니다. 센서가 달린 위치 때문에 생긴 차이와 추진기 자체의 반응을 구분하기 위한 과정입니다.
연구 기록
실험에서 확인한 것과 남은 과제.
연구 기록에는 기구와 측정 장치, 모델 추정 방법을 함께 정리했습니다. 축별 응답 차이의 원인을 분석하고, 짐벌 경량화와 비선형 보상을 후속 과제로 남겼습니다.
작성자의 연구 기록을 정리한 내용입니다. 원시 측정 데이터와 독립적으로 재현한 실험 결과는 이 페이지에 포함하지 않습니다.
상세 연구 노트 펼치기
기구와 측정 장치
두 서보모터로 Yaw와 Pitch를 제어하는 짐벌을 구성했습니다. NI CompactRIO와 6축 힘·토크 센서를 사용하고, 수중 기구의 회전축·체결부·배선에는 로터리 실, O-ring, 케이블 글랜드를 적용했습니다.
신호와 좌표 처리
기록에는 FFT 기반 위상 처리와 역변환, 센서 위치 및 좌표계 보정 과정이 담겨 있습니다. 비선형 효과가 섞인 반응에서 모델 추정에 사용할 선형 응답을 얻는 것이 목표였습니다.
전달함수 추정
MATLAB fmincon으로 실험 데이터에 맞는 전달함수 계수를 구했습니다. 모든 축을 하나의 성능으로 묶지 않고 힘과 모멘트 성분별로 비교했습니다.
사용 도구와 방법
- NI Compact RIO
- LabVIEW
- MATLAB
- Signal Compression Method
- System Identification