Recently, Personal Aerial Vehicle (PAV) using a form of multi-rotors has developed. However, this form is an under-actuated system that tilts the airframe to increase speed. This system causes a limitation of maximum speed and causes anxiety and fear in pilots during flight. In a previous study, a quadrotor equipped with a pusher actuator shows that it can fly 1.8 times faster than others and not tilt the airframe in forward-flight. However, it also has the critical problem that it is not easy to control both actuators due to an additional switch for operating the pusher actuator. In this study, we propose a control system using Fuzzy Logic Control (FLC) to solve the control problem. This proposed method controls both the pusher actuator and conventional actuators according to the speed intended by users. For verification, the simulation proceeds in five various speed conditions. As a result, it shows that the quadrotor uses the θ angle to move forward in a low-speed and uses the pusher actuator for getting speed while maintaining zero θ angle in a high-speed. From this study, we expect that the proposed method helps to commercialize PAVs by ensuring safety and controllability for pilots.
오늘날 무인기(UAV)는 군사 목적뿐만 아니라 산업과 민간에서도 다양하게 활용되고 있다. 특히 최근에는 모터와 프로펠러를 기반으로 한 멀티로터는 구조와 정비가 간단하고 수직이착륙할 수 있다는 장점으로 유인이동체(PAV) 산업에 적용되고 있다. 하지만 이러한 일반적인 멀티로터는(Multi-rotor) 과소 구동기(Under-actuated) 시스템으로 속력을 발생시키기 위해서는 기체 자세를 기울여야 한다. 이는 속력을 제한하는 원인이 됨과 동시에, 유인 탑승 시에는 탑승자에게 불안감과 공포감을 유발한다. 이와 같은 문제는 조작의 용이성과 안전성 확보라는 유인이동체의 적용 및 상용화를 위한 필수요소로 반드시 해결되어야 하는 문제 중 하나다. 이전 연구에서는 속력의 향상과 더불어 수평 비행을 통해 탑승자의 불안을 해소하기 위해 푸셔구동장치를 탑재하여 비행 실험을 진행했다. 하지만, 실험간 적용된 토글(Toggle)스위치 제어방법으로는 전진 비행 시 푸셔 구동기와 기존 구동기를 사용자가 원하는 대로 작동시키기 어렵고 비행 효율성이 떨어진다. 따라서 이 두 구동기를 저속 및 고속 비행에 따라 조화롭게 사용할 수 있는 제어 방법이 요구되었다. 여러 제어 방법 중 퍼지 논리 제어(Fuzzy Logic Control)는 언어적 변수를 수치화하여 사용자가 설정한 규칙에 맞게 연산할 수 있는 제어이론으로 인간의 감정이나 추론방식과 비슷한 개념의 제어 방법이다. 또한, 제어기 설계가 쉽고 설계 시 사용자의 의도를 반영할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 이러한 퍼지 논리 제어의 장점을 활용하여, 푸셔가 탑재된 드론의 종축비행 제어에 적용하기 위해 MATLAB의 SIMULINK기능을 통해 제어기를 구성했다. 또한, 시뮬레이션을 통해 이전의 방법과 제안한 방법을 비교하고, 퍼지제어 방법의 장점 중 사용자 의도를 쉽게 반영할 수 있음을 보인 뒤, 다양한 속도 상황을 부여하여 푸셔 구동기와 기존 구동기를 사용자 의도에 맞게 제어할 수 있음을 확인한다.
