KR101494780B1 - 무인항공기의 전기식 구동장치와 그것의 제어방법 - Google Patents

무인항공기의 전기식 구동장치와 그것의 제어방법 Download PDF

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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 무인항공기에 설치되며, 무인항공기의 조종면을 움직이기 위하여 제1 모터와 제2 모터에서 생성되는 동력을 하나의 공용기어를 통해 출력단으로 전달하는 무인항공기의 전기식 구동장치 및 그것의 제어방법에 관한 것으로, 비행과 관련된 조종신호를 수신하는 통신부, 상기 제1 및 제2 모터의 상태를 감지하여 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보를 생성하는 감지부, 상기 조종신호와 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 상기 제1 및 제2 모터 중 적어도 하나를 제어하는 제1 제어부, 상기 통신부로부터 상기 조종신호를 수신하고, 상기 감지부로부터 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보를 수신하는 제2 제어부 및 상기 제1 제어부에 장애가 발생하는 경우, 트리거 신호를 생성하는 트리거 신호 생성부를 포함하고, 상기 트리거 신호가 생성되면, 상기 제1 제어부는 상기 적어도 하나에 대한 제어를 중지하고, 상기 적어도 하나가 연속적으로 제어되도록 상기 제2 제어부는 수신 중이던 상기 조종신호와 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 상기 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

무인항공기의 전기식 구동장치와 그것의 제어방법{ELECTRO-MECHANICAL ACTUATOR OF UNMANNED AERIAL VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 무인항공기의 전기식 구동장치 및 그것의 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무인항공기에 설치되며, 무인항공기의 조종면을 움직이기 위하여 제1 모터와 제2 모터에서 생성되는 동력을 하나의 공용기어를 통해 출력단으로 전달하는 무인항공기의 전기식 구동장치 및 그것의 제어방법에 관한 것이다.
구동장치는 기계, 계기 등을 작동시키는 장치를 의미하며, 본 발명에서의 구동장치는 무인항공기의 비행을 조종하기 위한 비행기의 조종면(Control Surface)을 움직이는 장치를 말한다. 여기서, 비행기의 조종면은 비행기의 측면 날개, 꼬리 날개에 붙어서 위 아래로 또는 상하로 움직이며 비행기의 진행 방향을 조종하는데 도움을 주는 부분을 포함한다.
한편, 무인비행기의 구동장치는 유압 시스템을 대체하기 위한 전기식 구동장치(Electro-Mechanical Actuator, EMA)로 개발되고 있으며, 상기 전기식 구동장치는 미래항공기의 MEA(More Electric Aircraft)화와 중량 절감을 위해 필요한 기술이다.
무인항공기의 구동장치 고장은 무인비행기의 비행에 치명적이므로, 시스템 신뢰도 향상에 기여할 수 있는 전기식 구동장치에 대한 요구가 급증하고 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 무인항공기에 적용할 수 있도록 전기적 신뢰성을 확보할 수 있는 무인항공기의 전기식 구동장치 및 그것의 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 전기적 신뢰성을 확보할 수 있도록 이중화되며, 제어기와 구동기가 통합되는 무인항공기의 전기식 구동장치 및 그것의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 무인항공기의 조종면을 움직이기 위하여 제1 모터와 제2 모터에서 생성되는 동력을 하나의 공용기어를 통해 출력단으로 전달하는 무인항공기의 전기식 구동장치에 있어서, 상기 무인항공기의 전기식 구동장치는, 비행과 관련된 조종신호를 수신하는 통신부, 상기 제1 및 제2 모터의 상태를 감지하여 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보를 생성하는 감지부, 상기 조종신호와 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 상기 제1 및 제2 모터 중 적어도 하나를 제어하는 제1 제어부, 상기 통신부로부터 상기 조종신호를 수신하고, 상기 감지부로부터 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보를 수신하는 제2 제어부, 및 상기 제1 제어부에 장애가 발생하는 경우, 트리거 신호를 생성하는 트리거 신호 생성부를 포함하고, 상기 트리거 신호가 생성되면, 상기 제1 제어부는 상기 적어도 하나에 대한 제어를 중지하고, 상기 적어도 하나가 연속적으로 제어되도록 상기 제2 제어부는 수신 중이던 상기 조종신호와 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 상기 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 트리거 신호 생성부는, 상기 제1 제어부를 구성하는 각각의 구성들로부터 상기 구성들의 구동정보를 수신하고, 상기 구성들의 구동정보를 기 설정된 결함 트리(fault tree)에 입력하여 상기 제1 제어부에서의 장애 발생 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 제어부에 전원을 공급하는 제1 전원공급부와 상기 제2 제어부에 전원을 공급하는 제2 전원공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 제어부의 장애는 내부전원의 장애, 제어회로의 장애 및 액추에이터 구동회로의 장애, 상기 제1 전원공급부의 장애 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 제어부 또는 상기 제2 제어부는, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 중 어느 하나에 장애가 발생하는 경우, 다른 하나를 제어하여 상기 동력을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 무인항공기의 조종면을 움직이기 위하여 제1 모터와 제2 모터에서 생성되는 동력을 하나의 공용기어를 통해 출력단으로 전달하는 전기식 구동장치의 제어방법에 있어서, 상기 전기식 구동장치의 제어방법은, 비행과 관련된 조종신호를 제1 제어부와 제2 제어부에 전송하는 단계, 상기 제1 및 제2 모터의 상태를 감지하여 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보를 생성하고, 생성된 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보를 상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부에 전송하는 단계, 상기 제1 제어부가 상기 조종신호 및 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 상기 제1 및 제2 모터 중 적어도 하나를 제어하는 단계, 상기 제1 제어부에 장애가 발생하는 경우, 트리거 신호를 생성하는 단계 및 상기 트리거 신호가 생성되면, 상기 제1 제어부는 상기 적어도 하나에 대한 제어를 중지하고, 상기 적어도 하나가 연속적으로 제어되도록 상기 제2 제어부는 수신 중이던 상기 조종신호와 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 상기 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 트리거 신호를 생성하는 단계는, 상기 제1 제어부를 구성하는 각각의 구성들로부터 상기 구성들의 구동정보를 수신하는 단계, 상기 구성들의 구동정보를 기 설정된 결함 트리(fault tree)에 입력하여 상기 제1 제어부에서의 장애 발생 여부를 결정하는 단계 및 상기 제1 제어부에 장애가 발생하는 경우, 상기 트리거 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 제어부에 전원을 공급하는 제1 전원공급부와 상기 제2 제어부에 전원을 공급하는 제2 전원공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 제어부의 장애는 내부전원의 장애, 제어회로의 장애 및 액추에이터 구동회로의 장애, 상기 제1 전원공급부의 장애 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 제어부 또는 상기 제2 제어부는, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 중 어느 하나에 장애가 발생하는 경우, 다른 하나를 제어하여 상기 동력을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무인항공기의 전기식 구동장치 및 그것의 제어방법은 두 개의 서로 다른 모터들을 이용하여 동력을 생성하며, 주제어부인 제1 제어부가 정상 동작중에는 상기 제1 제어부에 의하여 상기 모터들이 제어되고, 상기 제1 제어부에 장애 발생시에는 부제어부인 제2 제어부에 의하여 상기 모터들이 제어된다. 이로써 상기 모터들의 힘 충돌 문제와 장황성(redundancy)이 해결될 수 있다.
제어부들뿐만 아니라, 전원공급부, 통신부, 감지부, 모터들을 이중화하여 어느 하나가 고장 나더라도 다른 하나로 보완하는 전기식 구동장치 및 그것의 제어방법을 제공하기 때문에, 전기식 구동장치의 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 어느 하나가 고장 나더라도 상기 다른 하나를 이용하여 무인항공기의 조종면을 계속 움직이는 것이 가능하다.
제1 제어부가 두 개의 모터를 동시에 제어하고, 제2 제어부는 조종신호 및 모터들의 상태정보를 똑같이 받으면서 두 개의 모터들을 구동할 수 있도록 준비 상태를 유지하고 있기 때문에, 제1 제어부 및/또는 모터들에 문제가 발생하였을 때 시스템의 제어권 이전이 용이하고 안정성이 보장된다.
도 1은 본 발명과 관련된 전기식 구동장치를 설명하기 위한 블록도
도 2는 도 1에 도시된 전기식 구동장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기식 구동장치에서 제어부의 장애 발생을 판단하기 위한 결함 트리(fault tree)를 설명하기 위한 개념도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따르면, 첫 번째로 전원공급, 통신신호 전송, 제어부, 모터 그리고 센서를 이중화하여, 고장 시 상호 보완이 가능하도록 전기식 구동장치를 설계한다. 두 번째로, 센서들로부터 감지된 모든 정보가 서로 다른 제어부에 모두 입력되며 하나의 제어부가 두 개의 모터를 동시에 제어할 수 있도록 설계한다. 세 번째로, 오류가 없는 정상적인 상황에서는 제1 제어부가 우선적으로 제어권을 가지고 두 모터를 동시에 제어하며, 제2 제어부는 조종신호 및 센서 정보를 제1 제어부와 같이 받으면서 준비 상태를 유지한다. 네 번째로, 전기식 구동장치는 구동장치의 상태와 관련된 전원, 통신, 제어부, 모터, 센서의 오류를 확인하고, 이러한 오류들을 결함 트리(fault tree)에 입력함으로써, 제1 모터, 제2 모터, 제1 제어부 및 제2 제어부를 어떻게 사용할 것인가를 결정하는 이중화 운용 로직으로 동작하도록 설계한다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기식 구동장치 및 그것의 제어방법에 관하여 구체적으로 살펴본다.
도 1은 본 발명과 관련된 전기식 구동장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명과 관련된 전기식 구동장치는 제1 및 제2 모터, 공용기어, 출력축, 제1 및 제2 감지부, 통신부(미도시), 전원공급부(미도시) 및 제1 및 제2 제어부를 포함한다. 도 1에 도시된 구성요소들은 전기식 구동장치를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서상에서 설명되는 전기식 구동장치는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 전기식 구동장치는 물리적으로 구분되는 두 개의 모터로서, 제1 모터와 제2 모터를 포함한다. 제1 모터에는 제1 기어가 연결되고, 제2 모터에는 제2 기어가 연결되며, 공용기어를 통해 출력축(또는, 출력단)으로 동력(또는, 힘)을 전달하게 된다.
전기식 구동장치에서는 통신 등에 대한 시간차와 제어 알고리즘 성능차이 등의 문제로 기어와 모터 사이에 간섭이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 전기식 구동장치에서 제1 모토와 제2 모터는 모두 제1 제어부 및 제2 제어부에 연결된다. 제1 모터 및 제2 모터 중 적어도 하나는 제1 제어부 또는 제2 제어부에 의하여 제어된다.
감지부는 제1 및 제2 모터, 그리고 출력축에 대한 상태를 감지하고, 상기 제1 및 제2 모터에 대한 상태정보를 생성한다. 보다 구체적으로, 감지부는 제1 및 제2 홀센서, 제1 및 제2 엔코더를 포함하고, 각각의 센서들은 감지된 상태정보를 상기 제1 및 제2 제어부에 전송한다. 예를 들어, 제1 홀센서는 제1 모터의 회전수를 측정하고, 제2 홀센서는 제2 모터의 회전수를 측정하여 측정된 정보를 제1 및 제2 제어부로 전송한다. 다른 예를 들어, 제1 엔코더는 제1 모터의 회전이라는 물리량을 전기신호인 펄스신호로 변환하여, 회전각위치, 자극위치, 직선위치, 속도 등의 정보를 검출하고, 제2 엔코더는 제2 모터와 관련된 정보를 검출하여 검출된 신호를 제1 및 제2 제어부로 전송한다. 본 명세서에 개시된 전기식 구동장치는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
한편, 비행기의 조종면(Control Surface)은 비행기의 측면 날개, 꼬리 날개에 붙어서 위 아래로 또는 상하로 움직이며 비행기의 진행 방향을 조종하는데 도움을 주는 부분을 의미한다. 대표적으로 플랩(Flap), 보조익(Aileron), 방향타(Rudder), 승강타(Elevator)가 있다. 즉, 비행기를 세 개의 축에 대해서 운동하도록 하기 위해서 조종실에서 움직일 수 있는 항공역학적 표면을 조종면이라고 한다..
통신부는 조종실로부터 입력된 비행과 관련된 조종신호를 수신하여 제1 및 제2 제어부에 전송한다. 이러한 통신은 캔(Controller Area Network, CAN)에 의하여 이루어질 수 있다. 캔(CAN)은 비행기 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 콘트롤러나 장치들이 서로 통신하기 위해 설계된 표준 통신 규격이다. 캔(CAN)은 단일 배선 적응능력(suitability against single line)을 가진다. 이는, 배선 하나가 단선 또는 단락되어도 나머지 1개의 배선이 통신능력을 정확하게 그대로 유지하는 것을 말한다. 이를 통해, 본 발명의 이중화된 제1 및 제2 제어부에 조종신호가 정확하게 전달될 수 있다.
전원공급부는 제1 제어부 및/또는 제2 제어부의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전기식 구동장치에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다. 도면에 도시되어 있지 않으나, 전원공급부는 제1 및 제2 제어부에 전원을 공급하는 제1 전원공급부와 제2 제어부에 전원을 공급하는 제2 전원공급부를 포함할 수 있다. 전원이 이중화되기 때문에, 제1 전원공급부에 장애가 발생하는 경우라도 제2 전원공급부에 의하여 제1 제어부 및/또는 제2 제어부가 동작할 수 있게 된다.
한편, 제1 제어부와 제2 제어부는 이중화된 구성요소들의 각각으로부터 모든 정보를 동시에 전송받게 된다. 예를 들어, 감지부에서 생성된 제1 및 제2 모터의 상태정보가 제1 제어부와 제2 제어부에 전송된다. 다른 예를 들어, 비행과 관련된 조종신호가 통신부를 통해 제1 제어부와 제2 제어부에 전송된다.
안전보호계통의 일부가 어떤 원인에 의해서 고장이 발생하여도 보호계통 기능이 상실되면 안된다. 이와 같은 이유로 한 목적의 보호계통에 대해 그 구성요소의 전부 또는 일부에 대해서 복수의 계통을 준비하는 것을 장황성(redundancy)이라고 한다. 복수의 계통은 각각 상호 독립되어야 하며, 어느 하나의 계통에 고장이 났을 경우, 다른 계통도 동시에 고장이 나면 장황성(redundancy)의 의미가 없어지므로 신뢰도가 떨어진다.
이를 위하여, 주제어기인 제1 제어부가 정상 동작중에는, 제1 제어부에 의하여 제1 및 제2 모터 중 적어도 하나가 제어된다. 하지만, 제1 제어부에 장애가 발생한 경우에는, 제1 제어부는 동작을 중지하고, 부제어기인 제2 제어부가 제1 및 제2 모터 중 적어도 하나를 제어한다. 제1 및 제2 제어부는 제1 모터와 제2 모터의 상태정보를 감지하는 감지부로부터 상기 제1 모터와 제2 모터의 상태정보, 그리고 조종신호 등을 모두 획득하기 때문에, 제어가 제1 제어부에서 제2 제어부로 넘어가는 경우라도 제1 및 제2 모터는 끊김없이 연속적으로 동작하게 된다. 이로써, 힘 충돌 문제와 장황성(redundancy)을 해결할 수 있으며, 전기적으로 신뢰도가 향상된 전기식 구동장치를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기식 구동장치는 트리거 신호 생성부를 포함한다. 상기 트리거 신호 생성부는 제1 제어부를 구성하는 각각의 구성들로부터 상기 구성들의 구동정보를 수신하고, 상기 구성들의 구동정보를 기 설정된 결함 트리(fault tree)에 입력하여 상기 제1 제어부에서의 장애 발생 여부를 결정한다. 그리고, 제1 제어부에 장애가 발생한 것으로 결정된 경우, 트리거 신호를 생성한다.
제1 제어부와 제2 제어부는 크로스 링크(cross link)에 의하여 연결되며, 상기 트리거 신호를 주고 받을 수 있다. 트리거 신호가 생성되면, 제1 제어부는 제1 제어부는 제1 및 제2 모터 중 적어도 하나에 대한 제어를 중지하고, 상기 적어도 하나가 연속적으로 제어되도록 제2 제어부는 수신 중이던 조종신호와 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 상기 적어도 하나를 제어하게 된다.
한편, 상술한 트리거 신호 생성부의 기능은 제1 제어부 및/또는 제2 제어부에서 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 제어부가 판단하기에 스스로 더이상 제어수행이 어렵다면 제어주도권을 제2 제어부로 넘기거나, 제2 제어부가 판단하기에 제1 제어부의 상태가 의심스럽다면 제어주도권을 강제로 뺏어올 수 있다. 이러한 트리거 신호 생성부의 기능이 이루어질 수 있도록, 제1 제어부와 제2 제어부는 크로스 링크를 이용하여 일정주기로 약속된 프로토콜을 주고 받는다.
한편, 제1 제어부 또는 제2 제어부는, 제1 모터 및 상기 제2 모터 중 어느 하나에 장애가 발생하는 경우, 다른 하나를 제어하여 조종면을 움직이기 위한 동력을 생성할 수 있다. 이러한 모터의 장애는 각각의 모터와 관련된 상태정보를 생성하는 감지부에 의하여 센싱될 수 있다.
상술한 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전기식 구동장치의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 전기식 구동장치의 동작, 제어, 또는 제어방법은 메모리에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전기식 구동장치상에서 구현될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 전기식 구동장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 무인항공기의 조종면을 움직이기 위하여 제1 모터와 제2 모터에서 생성되는 동력을 하나의 공용기어를 통해 출력단으로 전달하는 전기식 구동장치의 제어방법에 있어서, 비행과 관련된 조종신호를 제1 제어부와 제2 제어부에 전송한다(S110).
비행기의 조종실에서 조종면을 움직이는 조종신호가 생성되면, 생성된 조종신호가 본 발명에 따른 전기식 구동장치로 전달되게 된다. 이러한 경우, 상기 조종신호를 수신한 통신부는 제1 및 제2 제어부로 상기 조종신호를 전송하게 된다.
다음으로, 제1 및 제2 모터의 상태정보를 제1 및 제2 제어부에 전송할 수 있다(S130). 제1 및 제2 모터에서 생성된 토크가 공용기어를 통해 출력축에 전달되기 때문에, 정확한 조종을 위해서는 제1 및 제2 모터의 상태정보가 필수적이다.
제1 제어부는 수신된 조종신호와 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 제1 및 제2 모터 중 적어도 하나를 제어하게 된다(S150). 이후, 제1 제어부에서 장애가 발생하는 경우 트리거 신호를 생성한다(S170). 이러한 트리거 신호에 응답하여 제1 제어부 대신에 제2 제어부가 제1 및 제2 모터 중 적어도 하나를 제어한다(S190). 제2 제어부는 제1 제어부에 제공되는 조종신호와 제1 및 제2 모터의 상태정보를 그대로 제공받으며, 모터들의 제어하기 위한 준비상태를 유지하기 때문에, 트리거 신호에 응답하여 곧바로 모터들을 제어할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기식 구동장치에서 제어부의 장애 발생을 판단하기 위한 결함 트리(fault tree)를 설명하기 위한 개념도이다.
무인항공기의 조종면을 움직이는 전기식 구동장치의 상태를 판단하기 위하여 전원, 조종신호, 제어부, 모터 그리고 센서의 오류정보를 바탕으로, 도 3에 도시된 결함트리(fault tree)를 이용하여 제1 제어부의 장애 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과에 근거하여, 본 발명에 따른 전기식 구동장치는 아래와 같은 6개의 발생 경우(case)의 수에 따라서 제1 모터, 제2 모터, 제1 제어부 및 제2 제어부를 어떻게 사용할 것인가를 결정할 수 있다.
Case 1) 정상동작: 제1 제어부가 제1 모터 및 제2 모터를 동시에 구동하여 조종면을 움직이고, 제2 제어부는 제1 제어부에 대한 백업을 위하여 준비상태를 유지하는 동작.
Case 2) 정상동작: 제1 제어부에서 장애 발생 시, 제어권이 제2 제어부로 이전되고, 제2 제어부가 제1 모터 및 제2 모터를 동시에 구동하여 조종면을 움직이는 동작.
Case 3) Fail-Safe 동작: 제2 모터에서 장애 발생 시, 제1 제어부가 제1 모터만을 구동하여 조종면을 움직이고, 제2 제어부는 제1 제어부에 대한 백업을 위하여 준비상태를 유지하는 동작.
Case 4) Fail-Safe 동작 : 제1 모터에서 장애 발생 시, 제1 제어부가 제2 모터만을 구동하여 조종면을 움직이고, 제2 제어부는 제1 제어부에 대한 백업을 위하여 준비상태를 유지하는 동작.
Case 5) Fail-Safe 동작 : 제1 제어부와 제2 모터에서 장애 발생 시, 제2 제어부가 제1 모터만을 구동하여 조종면을 움직이는 동작.
Case 6) Fail-Safe 동작 : 제1 제어부와 제1 모터에서 장애 발생 시, 제2 제어부가 제2 모터만을 구동하여 조종면을 움직이는 동작.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
또한, 상기 컴퓨터는 제1 제어부 및 제2 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 무인항공기의 조종면을 움직이기 위하여 제1 모터와 제2 모터에서 생성되는 동력을 하나의 공용기어를 통해 출력단으로 전달하는 무인항공기의 전기식 구동장치에 있어서,
    비행과 관련된 조종신호를 수신하는 통신부;
    상기 제1 및 제2 모터의 상태를 감지하여 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보를 생성하는 감지부;
    상기 조종신호와 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 상기 제1 및 제2 모터 중 적어도 하나를 제어하는 제1 제어부;
    상기 통신부로부터 상기 조종신호를 수신하고, 상기 감지부로부터 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보를 수신하는 제2 제어부; 및
    상기 제1 제어부에 장애가 발생하는 경우, 트리거 신호를 생성하는 트리거 신호 생성부를 포함하고,
    상기 트리거 신호가 생성되면, 상기 제1 제어부는 상기 적어도 하나에 대한 제어를 중지하고, 상기 적어도 하나가 연속적으로 제어되도록 상기 제2 제어부는 수신 중이던 상기 조종신호와 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 상기 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 무인항공기의 전기식 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 신호 생성부는, 상기 제1 제어부를 구성하는 각각의 구성들로부터 상기 구성들의 구동정보를 수신하고, 상기 구성들의 구동정보를 기 설정된 결함 트리(fault tree)에 입력하여 상기 제1 제어부에서의 장애 발생 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 무인항공기의 전기식 구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 제어부에 전원을 공급하는 제1 전원공급부와 상기 제2 제어부에 전원을 공급하는 제2 전원공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기의 전기식 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 제어부의 장애는 내부전원의 장애, 제어회로의 장애 및 액추에이터 구동회로의 장애, 상기 제1 전원공급부의 장애 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기의 전기식 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어부 또는 상기 제2 제어부는, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 중 어느 하나에 장애가 발생하는 경우, 다른 하나를 제어하여 상기 동력을 생성하는 것을 특징으로 하는 무인항공기의 전기식 구동장치.
  6. 무인항공기의 조종면을 움직이기 위하여 제1 모터와 제2 모터에서 생성되는 동력을 하나의 공용기어를 통해 출력단으로 전달하는 전기식 구동장치의 제어방법에 있어서,
    비행과 관련된 조종신호를 제1 제어부와 제2 제어부에 전송하는 단계;
    상기 제1 및 제2 모터의 상태를 감지하여 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보를 생성하고, 생성된 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보를 상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부에 전송하는 단계;
    상기 제1 제어부가 상기 조종신호 및 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 상기 제1 및 제2 모터 중 적어도 하나를 제어하는 단계;
    상기 제1 제어부에 장애가 발생하는 경우, 트리거 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 트리거 신호가 생성되면, 상기 제1 제어부는 상기 적어도 하나에 대한 제어를 중지하고, 상기 적어도 하나가 연속적으로 제어되도록 상기 제2 제어부는 수신 중이던 상기 조종신호와 상기 제1 및 제2 모터의 상태정보에 근거하여 상기 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는 전기식 구동장치의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 트리거 신호를 생성하는 단계는,
    상기 제1 제어부를 구성하는 각각의 구성들로부터 상기 구성들의 구동정보를 수신하는 단계;
    상기 구성들의 구동정보를 기 설정된 결함 트리(fault tree)에 입력하여 상기 제1 제어부에서의 장애 발생 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 제어부에 장애가 발생하는 경우, 상기 트리거 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 구동장치의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 제어부에 전원을 공급하는 제1 전원공급부와 상기 제2 제어부에 전원을 공급하는 제2 전원공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 구동장치의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 제어부의 장애는 내부전원의 장애, 제어회로의 장애 및 액추에이터 구동회로의 장애, 상기 제1 전원공급부의 장애 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 구동장치의 제어방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 제어부 또는 상기 제2 제어부는, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 중 어느 하나에 장애가 발생하는 경우, 다른 하나를 제어하여 상기 동력을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 구동장치의 제어방법.
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