반복 학습 제어를 이용한 액체 추진 로켓 시스템의 제어

Abstract

액체 로켓 엔진은 일반적으로, 연소실 및 노즐, 추진제용 탱크, 추진제의 공급 장치 및 그 동력원, 추진제의 유량 조절 장치, 추력의 전달 메커니즘으로 구성되어 있다. 액체 로켓 엔진의 모델링과 제어계 구성은 국내에서는 극히 미비한 연구가 이루어졌으며 주로 해외의 기술에 의존하고 있고 기술 이전에 의해 연구가 부분적으로 이루어지고 있으나, 현재까지 엔진 추력계의 모델링과 제어시스템 구축에 대한 사례가 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 액체 추진제 로켓 엔진의 성능을 최적으로 유지하고 프로그램 된 속도 궤적을 주어진 오차 범위 내에서 추적하고 엔진 추력을 조절하기 위한 제어 시스템을 구축하고 개발하려고 한다. 로켓 속도 제어 시스템을 구축하기 위해 로켓 엔진을 주 연소실, 터보펌프, 가스 발생기, 각종 밸브들, 파이프라인, 재생냉각채널에 대한 모델 식을 구성하고 여기에서 얻은 모델 식을 이용하여 연료와 액체 산소의 유량 변화에 따른 로켓 엔진의 동특성을 파악하고, 이에 더하여 로켓의 설계, 제작에 고려되는 파라미터의 변화에 따른 공정의 동특성과 주요 파라미터에 대한 로켓 엔진의 거동을 파악하고 문헌의 주요 자료와 모사 결과를 비교 분석하여 이 모델 식을 개량하고 검증한다. 파라미터 분석과 공정 인식의 과정을 통하여 로켓엔진 제어 시스템에 이용될 제어계 설계에 있어서 기본적인 자료로 삼는다. 그리고 이러한 결과들을 토대로 로켓 엔진의 제어 시스템에 이용될 적절한 제어계를 선택하고 제어루프를 구성하려고 한다. 일련의 과정을 거쳐 적절한 제어 시스템을 완성하고 모델링 오차에 대한 강건한 제어 구조를 확립하는 것이 본 연구의 주요 계획이다.