In this study, the second-order Nomoto’s nonlinear expansion model was implemented as a Tagaki-Sugeno fuzzy model based on the heading angular velocity to design the automatic steering system of a ship considering nonlinear elements. A Tagaki-Sugeno fuzzy PID controller was designed using the applied fuzzy membership functions from the Tagaki-Sugeno fuzzy model. The linear models and fuzzy membership functions of each operating point of a given nonlinear expansion model were simultaneously tuned using a genetic algorithm. It was confirmed that the implemented Tagaki-Sugeno fuzzy model could accurately describe the given nonlinear expansion model through the Zig-Zag experiment. The optimal parameters of the sub-PID controller for each operating point of the Tagaki-Sugeno fuzzy model were searched using a genetic algorithm. The evaluation function for searching the optimal parameters considered the route extension due to course deviation and the resistance component of the ship by steering. By adding a penalty function to the evaluation function, the performance of the automatic steering system of the ship could be evaluated to track the set course without overshooting when changing the course. It was confirmed that the sub-PID controller for each operating point followed the set course to minimize the evaluation function without overshoot when changing the course. The outputs of the tuned sub-PID controllers were combined in a weighted average method using the membership functions of the Tagaki-Sugeno fuzzy model. The proposed Tagaki-Sugeno fuzzy PID controller was applied to the second-order Nomoto’s nonlinear expansion model. As a result of examining the transient response characteristics for the set course change, it was confirmed that the set course tracking was satisfactorily performed.

Recently, a study on reducing the weight of the robot arm, which enables a high-speed operation and enables reducing the energy consumption has been actively carried out. A lightweight robot arm is hard to control because it behaves like a flexible body rather than a rigid body. This paper proposes a controller which combines a PID controller and a fuzzy logic controller for control the position and vibration of the flexible robot arm. In order to show the effectiveness of the proposed controller, MSC.ADAMS computational model which incorporates the finite element flexible robot arm model is developed, and is used for performing simulations. Simulations are carried out with two reference inputs, and three end masses. Simulation results show that the proposed controller controls the position and vibration of the flexible robot arm adaptively without being affected by the reference input and the end mass.

태양광 패널로부터 출력을 최대로 얻기 위해서는 신뢰성이 높은 태양광 추적 장치가 설계되어야 한다. 본 논문에서는 LabVIEW 프로그램을 이용하여 퍼지 제어를 기반으로 구현한 2축 태양광 추적 장치 시스템을 제작하여 그 성능에 대해서 알아보았다. 태양광 패널의 움직임을 제어하기 위한 구현된 퍼지 의사결정 시스템의 사용자 인터페이스를 통하여 모든 파라미터를 제어하고 확인할 수 있는 지능제어기와 기계적인 구동부분의 설계가 연구의 중심이 되고 있다. 실제 태양광 추적시스템을 개발하여 환경, 날씨, 계절 및 빛 상태와 같은 영향에 대해서 분석하였다. 태양광 추적장치는 실제 상황에서 시험하였고 시스템 동작과 관련된 모든 변수들은 기록되고 분석되었다. 제안한 태양광 추적시스템을 활용할 경우 고정식 패널에 비해 날씨에 따라 다르지만 최대 약 38% 정도의 더 높은 효율을 얻을 수 있어 자동으로 추적할 때 매우 좋은 결과를 얻을 수 있었다.

본 연구에서는 유비쿼터스 식물공장의 재배환경에 필요한 요소들의 센서 네트워크를 구성하고 자동으로 감지하여 적응형 뉴로-퍼지 추론시스템을 통하여 환경변화를 추론하여 식물공장의 재배환경을 적절하게 제어할 수 있는 새로운 자동제어시스템의 프레임워크를 제안하고, 이를 설계하였다. 유비쿼터스 식물공장 환경을 제어하기 위하여 식물공장의 재배환경에 영향을 미치는 환경요소인 실내온도, 근권온도, 습도, 광도, CO2 농도를 측정할 수 있는 센서 네트워크를 구성하고 측정된 환경요소의 변화에 따라 램프, 환기, 습도, CO2 농도, 온도를 제어할 수 있는 장치를 자동으로 제어할 수 있는 식물공장 자동제어시스템을 설계하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 센서를 통하여 받아들이는 입력값을 퍼지소속함수로 변화하고 적응형 뉴로-퍼지시스템에 따라 추론하고 평가하여 보다 정밀하게 식물공장을 자동으로 제어할 수 알고리즘을 개발하였고 이를 구현하였다. 개발된 자동제어시스템을 상추 식물공장에 적용한 결과 만족스러운 시험결과를 얻을 수 있었다. 향후 연구로는 식물공장에서 재배하고 있는 작물별 생장모델의 적합도 검정 및 개선을 위하여, 작물별 재배규칙을 보다 상세히 도출하는 것이 필요하고, 작물의 재배에 필요한 지식을 보다 정량적으로 표현하고 지식상에 내포하고 있는 불확실성을 해결하는 것이 필요하다. 더 나아가 식물공장에서 환경인자간의 상호관련성을 보다 정밀하게 수식화하고 이를 추론할 수 있는 정밀하고 과학적인 자동제어시스템의 개발이 필요하다.

본 연구에서는 지진하중을 받는 대공간구조물의 동적응답을 저감시키기 위하여 스마트 면전시스템을 제안하였다. MR 감쇠기와 저감쇠 탄성베어링을 사용하여 스마트 면진시스템을 구성하였으며 최적설계된 LRB 면진시스템과 비교하여 진동 제어성능을 검토하였다. 스마트 면진시스템은 제어알고리즘에 따라서 제어성능이 크게 좌우된다. 본 연구에서는 스마트 면진시스템이 설치된 대공간 구조물을 효과적으로 제어하기 위하여 퍼지제어기를 사용하였다. 면전시스템이 적용된 대공간 구조물의 동적응답과 면진층 변위는 서로 상충관계가 있으므로 퍼지제어기를 최적화하기 위하여 두 응답을 목적함수로 하는 다목적 유전자알고리즘을 사용하여하였다. 수치해석결과 본 연구에서 제안한 스마트 면진시스템을 적용하면 최적설계된 LRB 시스템에 비하여 면진층 변위 및 대공간 구조물의 동적응답을 대폭 줄일 수 있는 것을 확인하였다.

온실의 환기제어시 외기온도와 풍속변화에 보다 유연하게 대처하면서 온실내 온도제어성능을 향상시키 기 위해서 퍼지제어가 많이 이용되고 있지만, 제어로직이 복잡하여 대용량 메모리를 갖는 컨트롤러가 필 요하다. 본 연구에서는 소용량의 마이크로 컨트롤러에서 프로그램이 가능한 단순퍼지제어 알고리즘을 개 발하여 시험하였다. 개발한 단순퍼지 제어 알고리즘의 성능을 비교하기 위하여 기존의 스텝제어 알고리즘 을 도입한 제어프로그램으로 온실의 천창환기에 의한 온도제어를 실시하여 두 알고리즘의 성능을 직접 비 교하고, 또 PID 및 표준 퍼지제어 성능과는 기존의 연구 결과와 비교하여 상대적 성능을 평가하므로써 온 실의 환기냉방제어의 유리한 제어기법을 확립할 수 있는 기초자료를 얻고자 수행하였다. 단순 퍼지제어에 의한 실내온도 최대 제어오차는 1.2℃, 1시간동안의 평균환기창 적산열림량과 조작회수는 각각 84%, 13회 로 나타났으며, 문헌조사에 의한 퍼지제어에서 각각 1.3℃, 75% 및 12회에 비해 동등한 제어성능을 보였 다. 본 연구에서 개발한 단순퍼지제어는 제어로직이 PID제어보다 단순함에도 불구하고 스텝제어와 PID제 어보다 성능이 우수하고, 퍼지제어와 동등한 제어성능을 갖는 것으로 나타났다.

인접건물 사이에 감쇠기 형태의 에너지 소산장치를 설치하고 연결함으로써, 지진 응답을 줄이고 내진 성능을 향상시킬 수 있는 방법에 대하여 연구를 수행하였다. 서로 인접한 건물 간의 진동제어를 위하여 준능동 MR 감쇠기를 이용하는 퍼지 제어기법을 제시하고, MR 감쇠기의 감쇠력 조절을 시간에 따라 제어할 수 있도록 제시한 방법으로 제어기를 설계하였다. 제시한 방법의 타당성을 검증하기 위하여 수치모사를 수행하였으며, 다양한 역사지진의 지진응답 해석을 통해서 비제어시, 수동제어 및 준능동 퍼지제어 등에 대한 최대응답을 비교 분석하였다. 수치모사 결과 제시한 방법은, 다양한 주파수 성분을 가진 여러 가지 지진에 대해 매우 효과적인 제진 성능을 보이는 것으로 나타났다.

사장교의 효과적 지진응답제어를 위하여 MR 감쇠기를 이용한 준능동 퍼지 제어기법을 제시하였다. 제시하는 방법은 MR 감쇠기의 응답정보만을 이용한 퍼지추론 과정을 통하여 준능동 제어를 수행하는 방법으로서, 능동제어이론에 기반한 기존 준능동 제어기법과 달리, 별도의 능동제어기를 설계할 필요가 없는 간단한 구조로서 구성될 수 있다. 제시한 제어기법의 제어성능을 평가하기 위해 사장교 벤치마크 문제에 적용하였으며 기존 준능동 제어기법들과의 성능비교를 통하여 그 효율성을 평가하였다. 제어성능을 비교한 결과, 제시하는 준능동 퍼지 제어기법은 주탑의 전단력 및 휨모멘트, 데크의 수평변위, 그리고 케이블 장력 등의 상충하는 지진응답들을 동시에 효과적으로 제어함으로써 지진응답제어에 매우 효율적인 제어전략이 될 수 있음을 보였다.

본 논문에서는 스마트 면진장치를 효과적으로 제어하기 위하여 퍼지관리제어기를 개발하였고 그 효율성을 검토하였다. 이를 위하여 1세대 스마트 면진 벤치마크 건물을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 대상 벤치마크 구조물은 부정형의 평면을 가지고 있는 8층 건물이고 탄성베어링과 MR 감쇠기로 이루어진 스마트 면진장치가 설치되어 있다. 본 논문에서는 다목적 유전자 알고리즘을 이용하여 원거리 지진과 근거리 지진에 대하여 각각 면진구조물을 효과적으로 제어할 수 있는 하위 퍼지제어기를 개발한다. 최적화과정에서는 구조물의 최대 및 RMS 가속도와 면진층 변위의 저감이 목적으로 사용된다. 벤지마크 건물에 지진하중이 가해지면 두 개의 하위 퍼지제어기에서는 각각 다른 명령전압이 제공되는데 이 명령전압들은 퍼지관리제어기의 추론과정에 기반하여 실시간으로 참여율이 조절되어 하나의 명령전압으로 조합된다. 수치해석을 통하여 제안된 퍼지관리제어기법을 사용함으로써 상부구조물의 응답과 면진층의 변위를 효과적으로 줄일 수 있음을 확인할 수 있다

현재까지 많은 스마트 면진시스템이 제안되었고 연구되어 왔다. 본 연구에서는 스마트 면진시스템의 면진장치와 보조감쇠 장치로서 새로운 형태의 마찰진자시스템(FPS)과 MR 감쇠기를 각각 사용한다. 퍼지로직제어기(FLC)가 고유의 견실성과 비선형 및 불확실성을 쉽게 다룰 수 있는 능력이 있기 때문에 MR 감쇠기의 감쇠력을 조절하는데 FLC를 사용한다. 또한 FLC의 성능을 최적화 하기 위해서는 유전자알고리즘(GA)을 사용한다. GA를 사용함으로써 소속함수의 형상을 조절하는 것뿐만 아니라 적절한 퍼지제어규칙을 결정할 수 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 부분개선 유전자알고리즘을 사용하였다. 이 방법은 유전자의 특정부분을 향상시키는데 효율적이다. FPS와 MR 감쇠기의 동적거동을 표현하기 위해서는 뉴로?퍼지 모델을 사용한다. FLC의 최적설계를 위하여 본 연구에서 제안된 방법의 효율성은 여러 가지 역사지진을 사용하여 계산된 동적응답을 기초로 하여 평가한다. 예제해석결과 제안된 방법은 적절한 퍼지규칙을 찾을 수 있고 GA로 최적화된 FLC는 수동제어기 뿐만 아니라 전문가의 지식에 기반한 FLC와 전통적인 준능동제어기보다 더 좋은 성능을 발휘한다.

본 연구에서는 하이브리드 면진장치가 설치된 단자유도 구조물에 대하여 진동대 실험을 수행하였다. 본 연구에서 사용된 하이브리드 면진장치는 네 개의 FPS와 한 개의 MR 감쇠기로 구성하였다. 다양한 크기 및 특성을 가진 지진하중을 하이브리드 면진장치가 설치된 구조물에 가하여 진동제어 성능을 평가하였다. 본 연구에는 준능동 MR 감쇠기의 저항력을 효과적으로 조절하기 위하여 퍼지제어기를 사용하였고 구조물에 부착된 계측기를 통하여 변위 및 가속도를 피드백으로 이용한다. 수동 및 준능동 제어기법을 사용하여 얻은 구조물의 응답을 서로 비교하였고 그 결과 FPS와 MR 감쇠기의 조합으로 다양한 특성의 하중을 받는 구조물의 진동제어를 효과적으로 수행할 수 있음을 알 수 있다.

사장교의 지진응답 제어를 위한 퍼지관리제어기법에 대하여 연구하였다. 제시하는 방법은 복합제어방법의 하나로서, 여러 개의 최적제어기로 이루어진 하부제어기와 퍼지관리자로 구성되는 계층적인 구조를 가진다. 하위제어기들은 사장교의 주요 지진응답들을 저감시키도록 각각 독립적으로 설계되며, 퍼지관리자는 설계된 하위제어기들의 참여율을 조절함으로써 향상된 제진성능을 확보한다. 이는 하위제어기의 정적 제어이득을 퍼지추론과정에 기반하여 실시간으로 변화하는 동적 제어이득으로 변화함으로써 이루어진다. 제안하는 방법으리 적용성을 평가하기 위하여 Dyke 등이 제안한 사장교의 벤치마크 제어문제를 설계 예로 고려하였으며, 사장교 지진응답제어를 위한 제어변수로는 주탑하부의 전단력과 휨모멘트, 주탑상부의 수평변위 및 테크 주탑간 상대변위, 그리고 케이블의 장력을 선정하였다. 벤치마크 사장교에 대하여 제안한 퍼지관리제어기 및 최적제어이론에 기반한 LQG 제어기의 제어성능 비교로부터 제시하는 기법의 효율성을 검증하였다

This study is to develop and operate the R-FCE(Real-time Fuzzy Control Expert System) model on the SBR(Sequency Batch Reactors) type sewage disposal facility which is for the environmental problem of future and the effective treatment. It is the system that regularly handles the input, output information in real time by the Fuzzy control IF-THEN rule. Nowadays the water pollution caused by the increase of population and the industrialization already exceeds the purifying ability of nature and is getting worse. The sewage disposal facility needs an expert having wide experience and know-how because the quality or quantity of inflow water is so irregular that the process of sewage disposal is difficult. In the nation, however, the accumulation of technology is so weak because field-operators avoid the long-term duty. So the accurate and speedy decision or control of field are difficult in the case of emergency situation.

The individual rotten water purification tank recently discharges wastewater and sewage through the outlet without purification ability. The outlet water and affiliated water purification tank with microorganism cultivator tank cultivates microorganism and then drops the value BOD, COD of sewage and discharges the quality of water into the outlet. The blower and water pump operating continuously prompts the waste of energy and deterioration of equipment. Each room of deposition tank, foaming tank, microorganism cultivator tank is equipment with the sludge detection senses so it can detect the density of each room. The power-drive plant of the blower and water pump which are the system cultivating the microorganism must be made as fuzzy controlization (If the sludge amount of each room become higher, the rate of operation of blower and water pump must heighten, on the contrary, in case of row sludge amount, the total handling amount and microorganism handling amount of each room of control. Tank reducing the rate of operation must be DB. At present, the blower amount in proportion to the sludge and oxyzen demanding amount has to control. Each room mus be checked outlet level of the outlet, also each room must flow backward discharge materials, and must operate feed-back control until we want to be come as a below value of BOD/COD(10PPM ; KS).

지진하중을 받는 구조물의 능동제어를 위한 퍼지관리제어기법(fuzzy supervisory control technique)에 관하여 연구하였다. 제시하는 제어기법은, 구조물에 발생하는 변위 및 속도 등의 정보를 이용하여 퍼지추론과정을 거쳐서 구조물의 상태를 파악함으로써 기설계된 제어이득들을 실시간으로 관리 및 조정한다. 알고리즘의 검증을 위하여 지진하중을 받는 3자유도 구조물에 대하여 수치모사를 수행하여 정적이득을 갖는 LQR제어기와 비교하였으며, 해석결과 제시한 제어기는 지진응답의 제어에 매우 효과적임을 알 수 있다.

온실의 환기제어시 외기의 온도와 풍속변화에 보다 유연하게 대처하면서 온도제어성능을 향상시키기 위하여 퍼지제어 알고리즘을 수립하고 제어실험을 실시하였다. 환기창을 열어 환기 시 온실의 실내온도 변화는 실내외온도차 및 외기 풍속의 세기와 방향에 영향을 받으므로 실내온도 기울기를 퍼지변수의 하나로 취급하여 퍼지변수의 수를 줄였다. 설정온도가 일정할 때 제어오차의 증분은 실내온도 증분과 같으므로, 전건부 퍼지변수는 제어오차(실내온도-설정온도)와 그 증분으로 결정하고, 후건부 퍼지변수는 환기창열음량 증분으로 결정하여 실내온도 하나만의 계측으로 제어출력이 가능한 퍼지제어 알고리즘을 구성하였다. 퍼지변수의 범위는 기초환기실험을 통하여 결정한 후 제어주기 3분을 갖는 실제실험 시 최적 값으로 보정하였다. 전건부 퍼지변수인 제어오차와 제어오차 증분의 최적범위는 각각 목표 제어오차의 3배와 1.5배, 후건부 퍼지변수인 환기창열음량 증분의 최적범위는 최대 열림량의 30%로 나타났다. 최적화한 19개의 퍼지규칙을 적용한 퍼지제어 알고리즘을 개발하고 상대적 성능평가를 위하여 최적 게인을 부여한 PID제어와 비교하였다. 퍼지제어와 PID제어의 실내온도 제어오차는 각각 1.3℃, 2.2℃ 미만으로 나타났다. 퍼지제어와 비교하였다. 퍼지제어와 PID제어의 실내온도 제어오차는 각각 1.3℃, 2.2℃ 미만으로 나타났다. 퍼지제어는 PID제어에 비해 환기창 적산열음량, 조작회수 및 반전조작회수가 0.4배, 05배 및 0.3배로 적게 나타나 외기풍속과 실내외온도차의 변동에 유연하게 대처하며 환기창의 점진적 여닫음 조작이 가능하고, 조작에너지도 1/2로 줄일 수 있는 것으로 나타났다.

중층트롤어구의 수심 제어는 시스템의 복잡성과 비선형성 등으로 인하여 아직까지 자동화되지 않았다. 본 연구에서는 회류수조에서 작동되는 모형 트롤어구의 예망시스템을 제작하였으며, 이 시스템의 수심을 자동으로 제어하기 위해서 퍼지논리를 이용한 제어시스템을 구성하여 성능을 실험하였다. 제어시스템의 수심제어 규칙은 숙련된 항해사나 선장이 실제 조업에서 어구의 수심을 제어하기 위해 사용하는 지식을 제어규칙화 한 것과 모형실험에 적합하도록 수정한 규칙 두 가지를 사용하였다. 제어계의 성능은 예망속도를 일정히 유지하면서 목표수심을 스텝상으로 변경시켰을 때의 추종성능 실험과 목표수심을 일정히 유지하면서 예망속도를 변경시켰을 때의 보상성능을 실험을 통하여 분석하였다. 1. 본 연구에서 제안된 두 가지 제어기는 모두 일정한 유속(0.35m/s)에서 스텝상의 목표수심 변경에대해서 빠른 추종성능을 나타내었다. 특히 수정된 제어규칙에서는 모형 어구의 수십을 보다 안정되게 제어하였다. 2. 예망속도(유속)를 변화시켜 어구저항을 증감시킨 실험에서도 두 제어기는 비교적 양호한 보상 성능을 나타내었는데, 실제 조업에서 사용하는 규칙은 작은 외란에도 빨리 반응하였으며, 수정된 제어규칙은 수심편차가 어느 정도 커져야 제어동작을 하였다. 3. 본 연구에서 제작된 모형트롤시스템은 실물트롤 시스템의 운동 특성과 거의 일치하였고, 또한 설계된 제어기는 양호한 제어성능을 나타내어 모형실험을 통한 시스템의 해석과 실물 트롤시스템에 적용가능성이 높은 제어계의 설계가 가능하였다