본 논문은 우선 비행기가 공중급유 시 발생하는 제어 문제에 대하여 언급하고 이를 해결하기 위한 제어기 설계를 목표로 한다. 이를 위해 공중급유를 수행하기 위하여 2가지 제어방법을 설계하여 대상 비행기에 적용하였다. 하나의 방법은 LQR 기반의 경로 추정 제어기법 설계와 다른 하나의 방법은 모델 기반적응제어(MRAC) 방법이다. 제시된 2가지 제어기법의 강건성과 성능을 평가하기 위하여 비행기 모델을 구현하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 이때 대상 모델은 급유기의 예측하지 못한 움직임으로 인한 불확실성 가지도록 구성하였다. 본 연구를 위한 대상 비행기는 F-16모델을 사용하였다. 본 연구를 위하여 대상 비행기의 비선형 운동방정식을 수평 비행상태에서 선형화하여 사용하였으며, LQR 제어기 기본으로 하여 공중 급유를 위한 제어기를 설계하였다. 그리고 모델 불확실성에 대한 제어기 설계를 위한 비선형 제어 알고리즘의 하나로써 MRAC 제어기법을 적용하였다. 이는 MRAC 기법이 불확실성이 큰 모델에 대하여 적용하기에 효과적이기 때문이다. 시뮬레이션 비교 결과 LQR 기법보다 MRAC 기법으로 설계한 제어기가 더 정밀하게 기동하였으며, 따라서 MRAC기법이 자동 공중급유를 위한 알고리즘에 적합한 것으로 판단하였다.
This thesis addresses the problem of controlling the receiver aircraft to achieve an aerial refueling task. Two control design methods are applied for controlling the receiver aircraft to achieve the aerial refueling task. One is the LQR based tracking control design method and the other is the model reference adaptive control (MRAC) design method. The robustness, performance, and implementation easiness of the two design methods for the aerial refueling are investigated, with the same plant model which always has uncertainties due to unmodeled dynamics and disturbances from the tanker aircraft’s wake. The model of F-16 aircraft is used as the receiver aircraft for the simulation purpose in this thesis. We linearize the nonlinear equations of motion of the receiver aircraft around trim conditions at the steady level flight, and then use the LQR based design method for the aerial refueling task. In particular as one of nonlinear control algorithms, the MRAC design method is applied to accommodate uncertainties, because the MRAC can be successfully used to control a highly uncertain plant in the uncertain dynamic environment. By comparing the simulation results of the two control designs for the aerial refueling task, we demonstrate that the MRAC design method achieves autonomous aerial refueling more accurately than the LQR based tracking controller design method.