가변속 냉동시스템의 강인 제어를 위한 능동 외란 제거 제어 (Active Disturbance Rejection Control for Robust Control of Variable Speed Refrigeration System)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 37권 / 1호 / 1 ~ 12페이지
· 저자명 : 류종혁, 정석권

초록

본 연구에서는 가변속 냉동시스템의 고정밀 강인 제어를 달성하기 위해 PI 제어기 기반의 ADRC를 설계하였다. ADRC의 핵심 요소인 ESO는 VSRS의 상태 공간 모델을 이용해 설계되었다. 특히, ESO의 이득 은 광대역 최적해 탐색법 중 하나인 유전 알고리즘을 적용하여 구하였다. ESO에서 추정된 외란은 출력으로부터 혼입된 잡음을 다수 포함하므로 외란 보상 루프에는 잡음 축소를 위한 LPF가 추가되었다. 설계된 ADRC는 Matlab/Simulink 기반의 시뮬레이션과 실험으로 그 타당성이 검증되었다. 그 결과 ADRC를 갖는 PI 제어기는 PI 제어기 단독 사용의 경우보다 외란과 모델 불확실성에 대해 더 강인한 제어성능을 보였다. 본 연구의 주요 결론을 요약하면 다음과 같다.
(1)설계한 ADRC는 지령값 변동 시에도 모델 불확실성에 강인하게 대응하여 시뮬레이션뿐만 아니라 실험에서도 PI 제어기의 설계 사양을 만족하였으며, 의 급격한 변동으로 인한 변동이 49.3% 개선되었다.
(2) 설계한 ADRC는 PI 제어기의 결점인 외란과 모델 불확실성에 대한 제어 강인성을 크게 개선하였다. 특히 외란인 열부하 변동 시 의 과도 응답은 온도 측면에서 53.9~60.5%, 정착시간 측면에서 41.1~56.2% 개선되었다.
(3) 설계한 ADRC는 모델의 특성 파라미터 변동과 같은 모델 불확실성에도 설계사양을 만족하는 강인한 제어성능을 보였다.
(4) 설계한 ADRC는 외란 추정과 제어 입력 보상에 에너지를 추가로 투입하지 않으면서도 소프트웨어적으로 제어 속응성과 강인성을 동시에 개선하였다.

영어초록

This study presents the design of active disturbance rejection control (ADRC) to achieve robust control in the face of disturbances and model uncertainties in a variable speed refrigeration system. The proposed method involves estimating disturbances affecting the system through the design of an extended state observer and careful selection of observer gains. To minimize noise, the estimated disturbances are filtered using a low-pass filter before being integrated into the control input. Importantly, this study employs a genetic algorithm to select the eigenvalues of the system that determine the observer gains. Simulations and experiments conducted using Matlab/Simulink validate the effectiveness of ADRC by confirming the consistency between the results obtained from both approaches. The control performance of the proportional-integral (PI) controller enhanced by ADRC is analyzed in comparison to that of the PI controller alone. Lastly, the robustness of ADRC against model uncertainties is demonstrated through simulations that vary the characteristic parameters associated with model uncertainty and assess the resulting control performance.

참고자료

· 없음