영구자석 선형 전동기인 VCM(Voice coil motor)은 직접 구동 방식의 액츄에이터로 기어나 변속장치가 필요 없어 높은 정밀도 를 가지고 구조적인 특성상 기계적 마찰이 적어 소음이 발생하지 않는 장점을 가지고 있다. 아울러 회전운동을 직선 운동으로 변환하기 위한 별도의 장치가 필요하지 않고, 구동부가 가벼워 응답속도가 빠른 특징이 있다. 본 연구에서는 이러한 VCM을 다양한 산업 분야에 적용하기 위한 기초연구로 VCM의 속도제어를 위해 PSO(Pariticle swarm optimization) 기법을 적용하여 제어기의 유용성 평가를 위한 수 치 시뮬레이션을 수행하였다. 제어계는 전류와 속도 제어를 위한 이중 루프로 구성하였고, 각각의 제어 루프에는 PI 제어기를 적용하여 속도 목표치에 추종하는 출력값을 얻기 위한 제어기를 설계하였다. 제어기 파라미터 추정에는 PSO기법을 적용하였고, 제어기의 유용성 을 검증하기 위해 주파수 영역에서의 모델매칭기법을 적용한 제어 기법과의 제어 결과를 비교하였다. 두 가지 제어 기법은 MATLAB을 이용하여 수치 시뮬레이션을 수행했고, 제어 결과는 IAEU(Integral of absolute error units) 평가 지수를 이용하여 비교하였다. 수치 시뮬레 이션 결과 제안한 제어 기법의 유용성을 확인할 수 있었다.

전기추진 선박의 보급이 확대됨에 따라 추진축계의 정렬 불량, 비틀림 등 기계적 이상상태를 조기에 진단하기 위한 예지보전 (PHM) 기술의 필요성이 커지고 있다. 그러나 실제 운항 선박에서는 안전성과 운항 제약으로 인해 다양한 이상 상태를 의도적으로 재현하 기 어렵고, 이에 따른 학습·검증용 진동 데이터 확보에도 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 50kW급 전기추진 육 상 시험 시스템(Land‑Based Test System, LBTS)을 기반으로 전기추진 선박 추진축계의 비틀림 정렬 불량을 모사할 수 있는 실험 장치를 설계·구현하였다. LBTS는 SRPM(Synchronous Reluctance assisted Permanent Magnet)형 모터/발전기, AFE(Active Front End) 및 DC/DC 컨버터, 리 튬인산철 에너지저장장치(ESS)로 구성되며, PTO 모터를 슬라이딩 베이스에 장착하여 축 중심을 ±20mm 범위에서 조정할 수 있도록 제작 하였다(ESS 및 DC/DC 컨버터는 향후 추가적인 운전 조건 모사를 위해 탑재되었으며, 본 실험에서는 미사용). 이를 통해 정상 상태(0mm) 와 두 단계의 비틀림 상태(2mm, 4mm)를 설정한 후, 2,000rpm에서 3축 가속도계와 OROS사의 진동 분석기를 이용해 다채널 가속도 데이터 를 계측하고 FFT 분석을 수행하였다. 실험 결과, 비틀림이 증가할수록 진폭 및 주파수 성분의 변화 패턴이 관찰되었다. 본 연구에서 구축 한 0/2/4 mm 라벨링 진동 데이터셋과 LBTS 실험 환경은 향후 향후 1D/2D CNN 기반 PHM 알고리즘의 학습·검증에 활용될 수 있으며, 상태 분류 성능(Accuracy, Macro-F1)을 기준으로 오분류율 목표를 설정하여 정량 평가를 수행할 예정이다.

본 연구는 선박 기관실 내에 설치된 증기 배관을 대상으로 누설 감지 및 상태 모니터링을 위한 방법론을 다루고 있다. 일반적 으로 기관실 내의 증기 배관은 보온재로 둘러싸여 있으므로, 증기가 누설되더라도 육안으로 식별하기 어려워 초기 대응을 지연시키는 상 황이 발생할 수 있다. 이에 본 논문은 RGB 카메라와 Thermal 카메라를 이용하여 상호보완적 정보 제공이 가능한 센서 시스템을 개발하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어의 설계 방법을 제안한다. 보다 세부적으로 제안된 시스템은 카메라 서버 모듈, 카메라 보정 모듈, 영상 정합 모듈, 열-지도 학습 모듈, 추론 및 시각화 모듈로 구성된다. 특히 증기 배관의 누설이 이상 고온을 초래한다는 점을 고려하여, 본 논문은 열-지도의 개념을 정의하고 열-지도의 효과적인 학습, 열-지도에 기반한 이상 고온 감지, 감지된 이상 고온 영역의 시각화를 위한 알고리 즘을 제안한다. 제안된 방법은 선박 증기 배관 시스템을 모사한 실험 장치를 이용하여 다양한 실험을 통해 그 효용성을 입증한다.

본 논문은 자동계류시스템에 활용 가능한 선박의 6자유도 자세 추정을 위한 기법을 다루고 있다. 일반적으로 계류 중인 선박은 바람, 파도, 화물 적·양하로 인한 흘수의 변화, 기조력에 의한 해수면의 높이 변화 등 선박의 운동을 유발하는 다양한 외력이 존재한다. 이 러한 외력은 선박의 자세를 변경시키는데, 선박의 자세가 안정되도록 제어하는 것이 자동계류시스템의 역할이다. 본 논문은 이러한 상황 을 고려하여 대상 선박에 대하여 비접촉식 방법으로 높은 정확도 및 정밀도를 가지는 6-자유도 자세 추정기법을 제안한다. 제안된 방법은 스테레오 비전을 이용하여 2D 텍스쳐 정보와 3D 깊이 정보를 함께 이용한 기법으로, 2D 특징 추출/표현, 3D 필터링, 특징 매칭, 3D 대응쌍 의 가중치 계산, 자세 파라미터 추정 단계로 구성되어 있다. 본 논문에서는 자세 추정 정확도/정밀도를 더욱 개선하기 위해 기하학적 매칭 기법을 통해 두 단계의 특징 선별 및 가중치 산출 전략을 제안한다. 제안된 방법은 각각의 자유도에 대한 변위에 대해 정확도 및 정밀도 분석을 통해 평가된다.

항만 내 선박과 부두의 사고를 예방하기 위하여 통항 및 접안 안전성 평가를 통하여 안전한 부두가 건설되어 관리하고 있으나, 선 박의 접안 및 계류 과정에서 선박이 부두에 충돌하거나 로프로 인한 인명사고의 발생 등 예측할 수 없는 사고들이 종종 발생한다. 자동계류장 치는 선박의 신속하고 안전한 계류를 위한 자동화된 시스템으로 로봇 매니퓰레이터와 흡착 패드로 구성된 탈/부착 메커니즘을 가지고 있다. 본 논문은 자동계류장치의 흡착 패드의 위치 및 속도제어에 필요한 선체와의 변위 및 속도 측정 시스템을 다룬다. 자동계류장치에 적합한 측 정 시스템을 설계하기 위하여, 본 논문은 우선 센서의 성능 및 실외 환경적 특성 분석을 수행한다. 다음으로 이러한 분석 결과를 토대로 실외 부두환경에서 설치되는 자동계류장치에 적합한 변위 및 속도 측정시스템의 구성 및 설계 방법에 대해 기술한다. 또한 센서의 측정상태 감지 및 속도 추정을 위한 알고리즘을 제시한다. 제안된 방법은 다양한 속도 구간에서의 변위 및 속도 측정 실험을 통해 그 유용성을 검증한다.

시간영역반사계(TDR)는 케이블의 물리적 결함을 검사하는 기법이며 누수 탐지 분야로의 응용영역을 확대하고 있다. 본 연구는 시간영역반사계 기법을 활용하여 선박 기관실 해수 배관의 누설 감지용 케이블형 센서를 개발하였다. 케이블 센서의 형상은 꼬임형상과 흡습부재를 이용하여 제작하였으며 개발된 센서의 누수 감지 여부와 위치 탐지 가능성을 확인하였다. 개발된 센서는 실제 배관 시험 장치 에 부착하여 평가하였으며 해수 누설에 따른 다양한 TDR 신호를 취득하였다. 센서는 꼬임횟수, 피복 두께를 변수로 하여 제작하였으며 TDR 신호에 미치는 효과를 분석하였다. 실험 결과, 꼬임형 센서는 평행한 띠 형상의 센서에 비해 평활한 신호 취득이 가능하였으며 최적 꼬임 횟수는 단위길이 당 10회 이상인 것으로 나타났다. 절연 피복두께의 경우 적정 민감도 확보가 가능한 절연 피복부재의 두께는 도선 직경의 80%~120%로 확인되었다. 누수 위치 추정을 위해 회귀분석 실시 결과, 결정계수는 0.9998로 실제 누설 위치와 높은 상관관계를 나타 내었다. 결과적으로 제안된 TDR 기반의 누수 감지용 꼬임형 센서는 해수 배관 시스템의 누수 감시 센서로의 충분한 적용성을 확인하였다.

본 논문은 자동계류 장치에 설치하여 선박의 접안 상황을 검출할 수 있는 시각 센서의 개발에 대하여 논하고 있다. 선박의 접 안 시 사고방지를 위해 선박의 속도를 통제하고 위치를 확인하고 있음에도 불구하고 부두에서의 선박 충돌사고는 매년 발생하고 있으며, 이로 인한 경제적, 환경적 피해가 매우 크다. 따라서 부두에 접안하는 선박에 대한 안전성 확보를 위해 선박의 위치 및 속도 정보를 신속 하게 확보할 수 있는 시각 시스템의 개발은 중요하다. 이에 본 연구에서는 선박의 접안 시 사람과 유사하게 영상을 통해 접안하는 선박을 관찰하고, 주변 환경에 따른 선박의 접안 상태를 적절하게 확인할 수 있는 시각센서를 개발하였다. 먼저, 개발하고자 하는 시각 센서의 적 정성을 확보하기 위해 기존 센서로부터 제공되는 정보, 감지 범위, 실시간성, 정확도 및 정밀도 측면에서 센서 특성을 분석하였다. 이러한 분석 자료를 바탕으로 LiDAR형태의 3D시각 시스템의 개념 설계, 구동메커니즘 설계 및 모션 구동부의 힘과 위치 제어기 설계 등을 수행 하여 대상물의 정보를 실시간으로 획득할 수 있는 3D 시각 모듈을 개발하였다. 최종적으로 시스템 구동을 위한 제어 시스템의 성능평가 와 스캔 속도에 대한 성능을 분석하였고, 실험을 통해 개발된 시스템의 유용성을 확인할 수 있었다.

본 논문은 선박 기관실 내의 효율적인 감시를 위한 팬-틸트-줌(PTZ) 카메라 기반의 모니터링 시스템의 설계 방법을 다룬다. 선 박 기관실에는 여전히 전통적인 아날로그 계기들을 사용하는 곳이 많고, 침수나 화재 등 안전과 밀접하게 관련된 사각지대들이 다수 존 재한다. 이러한 감시 개소들에 대하여 비교적 빠른 주기로 넓은 범위를 보장하는 카메라 기반 감시 시스템은 선박의 안전을 강화시킬 수 있는 효과적인 대안이 될 수 있다. 이에 본 연구에서는 기존 PTZ 카메라의 기능들을 소프트웨어적 방법으로 더욱 강화시킨 형태의 모니 터링 시스템을 제안한다. 보다 구체적으로는 카메라제어 모듈, 위치등록 모듈, 순회제어 모듈, 멀티뷰 영상재구성 모듈로 구성된 모니터 링 시스템의 설계 방법을 제안하고, 제안된 방법은 기관실 환경에서의 실험을 통해 그 효용성을 평가한다.