H∞ 최적화 기반의 외란관측기를 이용한 가변속 냉동 시스템의 강인제어

• Published in: 설비공학 논문집, 31(5) Vol. 31; no. 5; pp. 193 - 205
• Main Authors: 김준기(Jun Gi Kim), 한창호(Chang Ho Han), 정석권(Seok Kwon Jeong)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한설비공학회 01.05.2019
• Subjects: 기계공학; Noise reduction(잡음 축소); 놈 최적화; Disturbance observer(외란관측기); Robust control(강인제어); Variable speed refrigeration system(가변속 냉동시스템); Q-filter(Q-필터); H< Disturbance rejection(외란 제거); lt; norm optimization(H< SUB&gt
• ISSN: 1229-6422; 2465-7611
• DOI: 10.6110/KJACR.2019.31.5.193

본 논문에서는 가변속 냉동시스템의 강인한 온도제어를 위해 전달함수 기반의 PI 제어기에 외란관측기를 부가적으로 설계하였다. 동작점 근방에서의 스텝 응답 실험을 통해 얻은 전달함수를 기반으로 모델 불확실성을 포함한 외란 및 잡음을 최소화 할 수 있는 Q-필터를 H∞ 최적화 문제로 정식화하여 설계하였다. 설계된 Q-필터는 외란관측기 유, 무에 따른 비교 시뮬레이션 및 실험을 통해 그 성능이 확인되었다. 특히 시뮬레이션에서는 주기성 외란과 백색잡음을 인가하였고, 실험에서는 오일쿨러의 성능평가 시 중요한 요소인 열 부하 변동에 대해 강인한 제어 성능을 각각 확인하였다. 이를 통해 얻은 주요 결론은 다음과 같다. (1) 설계한 외란관측기는 정격 열부하의 외란이 인가되는 상황 하에서도 PI 제어기 단독 제어 결과에 비해 오일출구온도 변화량이 현저히 감소하고, 정착시간이 짧아져 강인한 온도제어 특성을 보였다. (2) 설계한 외란관측기는 운전 환경 변화로 인해 수반되는 모델링 오차에도 지령값을 잘 추종함으로써 강인한 제어 성능을 보였다. (3) 설계한 외란관측기는 시뮬레이션을 통해 피드백 루프에 잡음이 인가되더라도 그 영향을 80% 정도 억제함을 알 수 있었다. 또한, 가중함수를 적절히 선택함으로써 외란 제거 성능 및 잡음 축소 성능 간의 상충 문제를 조절할 수 있음이 확인되었다. (4) 설계한 외란관측기는 오일출구온도 제어 시 압축기 회전수 변화로 인해 수반되는 간섭의 영향 즉, 과열도 변화를 효과적으로 감소시킬 수 있었다. Robust PI temperature control for a variable speed refrigeration system (VSRS) having model uncertainties and disturbances including external noise is described to maintain a precise reference value this paper. A Q-filter as a disturbance observer is optimally designed to inhibit the disturbances and to compensate for the model uncertainty. The oil outlet temperature and superheat of the VSRS are controlled by use of an inverter and an EEV drive to change the rotating speed of the compressor and opening angle of the electronic expansion valve respectively by use of the designed PI controller coupled with the observer. The simulation control results and experiments show that the designed disturbance observer, the Q-filter can achieve robust control performance despite model uncertainties and disturbance of the VSRS. KCI Citation Count: 2