통합 백스테핑·슬라이딩 모드 프레임워크 기반 무인 에어십 제어 설계

본 논문은 무인 에어십의 위치 제어와 궤적 추적을 목표로, 백스테핑(backstepping)과 슬라이딩 모드(sliding mode) 제어를 결합한 새로운 벡터형 백스테핑·슬라이딩 모드 제어(BSMC)를 제안한다. 연구는 크게 네 부분으로 구성된다. 첫 번째 부분에서는 무인 에어십 NO‑AMA‑Y의 물리적 사양과 기존 연구 동향을 소개한다. 에어십은 11 m 길이, 2.55 m 직경, 40 m³ 부피를 갖으며, 전기 틸팅 프로펠러 4개와 테일 서피스 4개로 구동한다. 저속·저고도 비행, VTOL, 장시간 체공 등 특수 임무에 적합하지만, 비선형 동역학, 풍동 교란, 구동 포화 등 복합적인 제어 난제가 존재한다. 기존 문헌에서는 SMC와 BS가 각각 적용되었으나, 두 기법을 단순히 결합한 BSMC는 슬라이딩 면 선택, 차터링 완화, 이득 독립성 등에서 체계적인 설계 가이드가 부족했다. 두 번째 부분에서는 에어십의 6‑DOF 비선형 동역학을 상세히 전개한다. 일반화 질량·관성 행렬 M, 교차항 Ω₆, 중력·부력 항, 공기역학력, 추진력 등을 포함한 식 (1)–(4) 로 모델링한다. 상태 벡터 x =