전역 선형화 방법을 이용한 액체로켓 추진 시스템의 제어

Abstract

로켓의 속도를 제어하기 위한 엔진 제어 시스템을 구축하기 위해 로켓 엔진을 구성하는 주 연소실, 터보펌프, 가스 발생기, 각 종 밸브들, 파이프라인, 재생냉각채널에 대한 수학적 모델을 구성하고 지배방정식 분석과 모사를 통해서 연료와 액체 산소의 유량 변화에 따른 로켓 엔진의 동특성을 파악하였다. 이를 바탕으로 로켓의 설계, 제작에 고려되는 파라미터의 변화에 따른 공정의 동특성을 파악하여 로켓 엔진의 거동을 예측하며 이를 토대로 적절한 제어계를 선택하고 제어루프를 구성하였다. 제어시스템에 대한 모사를 수행하고 결과를 분석하여 적절한 파라미터들을 파악하고 현재의 시스템을 보완한다. 설정치의 변화와 외란에 대해서도 제어성능을 보장하며 모델링 오차에 대하여 강건한 제어 구조를 확립하는 것이 본 과제의 최종 목표이다. 일반적인 이원 액체 추진제 로켓에 대한 모사 결과 동특성이 매우 느리고 비선형성이 강한 문제점을 발견하여 이에 대한 해결 방안으로 전역 선형화 제어를 적용하였다. 전역 선형화 제어를 통하여 전체 로켓 모델을 선형으로 확장하여 안정성 및 제어 성능을 만족시키는 결과를 얻을 수 있었다.