The Decoupling Control of Capacity and Superheat for a Variable Speed Refrigeration System

Abstract

산업기술의 발전과 쾌적한 주거환경에 대한 요구가 급증하면서 에너지 절약을 위한 인버터 냉동?공조시스템이 보편화 되고 있다. 따라서, 장치에 대한 고성능, 고정도의 제어가 필수적으로 요구되고 있다. 그러나 냉동?공조시스템의 기본 구성인 냉동사이클은 압축기, 팽창기와 열교환기로 구성되고 이들은 배관을 통해 상호 영향을 미치는 간섭계를 이루고 있을 뿐만 아니라 시스템이 갖는 비선형성으로 인해 명확한 동특성 파악이 어려우며 따라서 제어기의 체계적인 설계가 어렵다. 냉동시스템의 기존 제어법으로는 부하 변동에 따른 에너지 절약을 위한 용량제어와 COP 향상을 위한 증발기의 과열도제어가 주된 핵심이다. 냉동시스템은 그 특성상 압축기 회전수 변화와 전자팽창밸브 개도 변화가 과열도와 실온에 각각 영향을 미치기 때문에 용량제어와 과열도제어를 동시에 독립적으로 제어하기 어렵다. . 용량제어와 과열도제어를 동시에 독립적으로 실행하기 위해 본 연구에서는 실험적인 방법으로 상호 간섭 루프를 배제할 수 있는 비간섭(Decoupling) 모델을 우선 제안하였다. 제안된 비간섭 모델을 이용하여 PI 제어기를 설계하였고, 설계된 PI 제어기를 이용하여 실험을 통해 제안한 방식의 효용성을 입증하였다. 실험결과로부터 제안한 비간섭 모델은 상호 간섭루프를 배제하였기 때문에 제어기의 체계적인 설계가 가능하며 간섭루프를 갖는 PI 제어에 비해 양호한 과도특성을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 매우 안정적인 정상상태 특성을 얻을 수 있었다. 또한, 가변속 냉동시스템이 갖는 비선형성과 동특성 모델 구축의 어려움을 고려하여 AI 수법에 의한 퍼지 추론에 근거한 퍼지제어법 적용을 시도해 보았다. 퍼지제어기 설계 시 가변속 냉동시스템에 대한 설계자의 경험을 바탕으로 룰 베이스를 설계하였고, 설계된 제어기를 이용하여 실험을 통해 제어기의 성능을 검토하였다. 퍼지제어기의 제어 성능을 높이기 위해 본 연구에서는 보상기를 갖는 퍼지제어법도 제안하였다. 본 논문에서 제안한 비간섭 모델과 PI 제어기를 이용한 비간섭 제어법은 가변속 냉동시스템을 고성능, 고정도로 제어하면서 COP 향상과 에너지 절약을 동시에 달성할 수 있는 방법이다. 또한, 제안한 보상기를 갖는 퍼지제어법을 이용한 퍼지제어기도 가변속 냉동시스템의 고성능 제어, COP 향상 및 에너지 절약의 목적을 달성할 수 있다. 따라서 본 연구에서 제안한 설계법은 향후 냉동사이클의 고성능, 고효율 제어에 크게 기여할 것으로 기대된다.