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소형 무인기 탑재를 위한 EKF 및 이중 루프 PID 기반의 고정밀 3축 짐벌 시스템 개발
Development of a High-Precision 3-Axis Gimbal System for Small UAVs Based on EKF and Cascade PID Control

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  • 발행기관
    한국기계항공기술학회(구 한국기계기술학회) 바로가기
  • 간행물
    한국기계항공기술학회 학술대회논문집(구 한국기계기술학회 학술대회논문집) 바로가기
  • 통권
    2026년 한국기계항공기술학회 하계학술대회 (2026.08)바로가기
  • 페이지
    pp.79-80
  • 저자
    김근찬, 정의태, 박수길
  • 언어
    한국어(KOR)
  • URL
    https://www.earticle.net/Article/A490949

원문정보

초록

영어
This paper presents the design and implementation of a miniaturized, high-precision 3-axis gimbal system for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) to ensure stable image acquisition under high-frequency vibrations and rapid attitude changes. To overcome the Size, Weight, and Power (SWaP) constraints of small UAVs, a lightweight mechanical structure driven by Brushless DC (BLDC) motors was developed. A quaternion-based kinematic model was applied to prevent gimbal lock and improve computational efficiency. For accurate attitude estimation, an Extended Kalman Filter (EKF) was designed to fuse data from a low-cost MEMS Inertial Measurement Unit (IMU), effectively compensating for gyro drift and high-frequency noise. Furthermore, a cascade Proportional-Integral-Derivative (PID) control strategy, consisting of an inner velocity loop and an outer position loop, was implemented to rapidly reject external disturbances. A physical hardware testbed was constructed to evaluate the proposed system. Experimental results demonstrate that the developed gimbal system significantly attenuates external vibrations and precisely tracks target angles, validating its suitability for real-time monitoring and inspection missions using small UAVs.

목차

Abstract
1. 서론
2. 짐벌 시스템 모델링
2.1 기구학적 분석
2.2 구동기 동역학
3. 짐벌 제어 로직 설계
3.1 확장 칼만 필터(EKF) 기반 자세 추정
3.2 이중 루프 PID 제어기 설계
4. 짐벌 실험 및 검증
4.1 테스트베드 구축
5. 결론
후기
References

저자

  • 김근찬 [ Kim, Geunchan | 주식회사 니나노컴퍼니 ]
  • 정의태 [ Jeong, Euitae | 경운대학교 무인기공학부 ]
  • 박수길 [ Park, Sookil | 경운대학교 무인기공학부 ]

참고문헌

자료제공 : 네이버학술정보

간행물 정보

발행기관

  • 발행기관명
    한국기계항공기술학회(구 한국기계기술학회) [Korean Society of Mechanical Technology]
  • 설립연도
    1999
  • 분야
    공학>기계공학
  • 소개
    기계 관련 산업 분야에 관한 학술과 현장 적용 기술을 연구하고 교류하며, 이에 관련된 학문과 기술 발전 및 보급에 기여함으로써 과학과 기술의 진흥에 이바지함을 그 목적으로 한다.

간행물

  • 간행물명
    한국기계항공기술학회 학술대회논문집(구 한국기계기술학회 학술대회논문집) [Proceedings of KSMT Annual Meeting]
  • 간기
    부정기
  • 수록기간
    2000~2026
  • 십진분류
    KDC 550 DDC 620

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