Leader steering method is a new concept of guidance and control for multi-lift slung-load transport system. The multi-lift slung-load transport system is a system in which multiple lifting vehicles connected with a load are transported in cooperation of the vehicles. In this case, the load moves and swings by hanging on the wires and affects the movement of the vehicles again. The leader steering method sets one vehicle as a leader and the others as porters. Only the leader can measure the position information of the system and calculate the guidance command accordingly, while the porters determine the control technique according to the change of the wire connected to the load. That is, when the leader pulls the connection wire in a specific direction, the porter moves in accordance with the pace.
For effective modeling of this system, Udwadia-Kalaba Equation (UKE), which is easy to reflect constraints, was used. UKE is a powerful modeling tool that can reflect changes in constraints. In this study, leader steering method is proposed as an efficient design method for the multi-lift slung-load transport system.
Firstly, a leader steering method using PID controller is proposed. It adopts way point passing method and control method through tuning of PID gains of leader and porters by guidance modes such as linear translation, turn, up and down. It is confirmed that the leader steering method is applicable through some simulations.
However, there is a limitation in that the stability of the system cannot be guaranteed with PID controller. Sliding mode controller (SMC) for nonlinear multiple input and multiple output (MIMO) systems is applied as follows: Defining sliding surfaces, dividing inputs for one-to-one matching to output, estimating non-measurable states, and designing control law based on Lyapunov approach. It can also be seen through simulations that the leader steering system achieves the purpose effectively.
리더 조향(Leader Steering) 방법은 다중 비행체 슬렁로드 운송시스템의 유도조종을 위한 새로운 개념이다. 다중 비행체 슬렁로드 시스템이란 하나의 화물에 연결선으로 연결된 다수의 비행체들이 서로 협력하여 화물을 운송하는 시스템인데 이때 화물은 연결선에 매달려 흔들리는 운동을 하며 비행체들의 운동에 다시 영향을 미친다. 리더 조향 방법은 한 대의 비행체를 리더로 설정하고 다른 비행체는 포터라고 설정한다. 리더만이 시스템의 위치정보를 계측할 수 있으며 이에 따른 유도명령을 산출하는 반면, 포터들은 자신에게 연결된 연결선의 변화에 따라 조종기법을 결정하게 된다. 즉 리더가 연결선을 특정방향으로 끌어 당기면 이에 보조를 맞추어 포터들이 이동하게 된다.
이 시스템의 효과적인 모델링을 위하여 구속조건 반영에 용이한 Udwadia-Kalaba 방정식(UKE)을 사용하였다. UKE는 구속조건의 변경을 반영할 수 있는 강력한 모델링 도구이다. 또한 본 연구에서는 리더 조향 방법을 제안함으로써 다수 비행체에 의한 운송 시스템을 효율적으로 설계할 수 있는 기법을 소개한다.
일차적으로, PID 제어기를 활용한 리더 조향 방법을 제시하는데, 경로점 통과 방식을 채택하고, 직선이동, 회전, 상승/하강, 그리고 안전 정지의 유도모드 별로 리더와 포터 각각의 PID 제어기 튜닝을 통해 유도조종 알고리즘을 완성한다. 이를 구현한 시뮬레이션 프로그램을 통해 리더 조향 방법이 적용 가능하다는 것을 확인한다.
하지만 여기서는 시스템의 안정도를 제시할 수 없다는 한계를 가지고 있었다. 이에 비선형 다중입력, 다중출력(MIMO) 시스템에 대한 강건 제어기 설계를 위해 슬라이딩 모드 제어기를 설계한다. 슬라이드 표면을 정의하고, 입력을 출력에 일대일 대응되도록 나누는 기법, 측정할 수 없는 상태를 추정하는 방법, 그리고 Lyapunov 안정성에 기반한 제어기 설계 방법을 기술한다. 이 또한 시뮬레이션을 통해 효과적으로 목적을 달성함을 확인할 수 있다.
