PUKYONG

유전 알고리즘과 외란 관측기를 이용한 최적 서보 제어기 기반의 가변속 냉동시스템의 강인한 온도 제어

Metadata Downloads
Abstract
Variable speed refrigeration systems (VSRSs) have been applied in different industrial and commercial fields because of their excellent energy saving performance and partial load response. A VSRS basically comprises a variable speed compressor, an electronic expansion valve (EEV), and heat exchangers. As all components of the system are connected to various pipes and valves, the system exhibits strong inherent nonlinear characteristics such as dead time in the operational ranges. Moreover, heat load fluctuates continuously. Thus, obtaining a practical linear nominal model and accurately controlling the target temperature is difficult. Even the sophisticated mathematical model used for VSRS (i.e., the high-order linear state space model) has many deficiencies when the controller is operating because of model uncertainties and disturbances including noise. For high dimensional models, accurately identifying the dynamic characteristics of VSRSs is a very laborious and tedious task. Therefore, a servo control method that resists model uncertainties and disturbances based on a practical and simple as possible model is required.
VSRS control systems generally belong to the class of a multi-input/multi-output (MIMO) system because they have two inputs and outputs to control the target temperature and superheat based on the rotation speed of the compressor and EEV opening angle. In terms of flexible access to multivariate MIMO systems and optimal control performance, applying the optimal control method based on the state space model is convenient. Therefore, in this paper, a more practical, simple, and high performance optimal robust servo controller design is proposed; the proposed approach solves the problems of the conventional optimal servo controller design for VSRSs. First, the state space model used for designing the controller is derived from the transfer function, which is easily obtained through dynamic characteristic experiments near the operating point of the control object; fewer parameters that affect the model uncertainty must be identified, which facilitates modeling. Second, the controller is designed as a servo-type controller to follow strictly the target value on the step. In particular, the weighting matrix for the evaluation function, which is a crucial parameter for the design of an optimal controller, can be easily selected with a genetic algorithm without trial and error procedures. Finally, a disturbance observer (DOB) with a simple Q-filter compensates for disturbances, which makes the system resistant to disturbances and model uncertainties.
The proposed controller was verified through MATLAB-based simulations and experiments with a VSRS-based oil cooler system as the control object. Moreover, the robustness against disturbances and model uncertainties was assessed by comparing the results of the cases with and without DOB in detail.
Author(s)
오행림
Issued Date
2022
Awarded Date
2022. 2
Type
Dissertation
Keyword
가변속 냉동시스템 최적 서보 제어 유전 알고리즘 외란 관측기 모델 불확실성
Publisher
부경대학교
URI
https://repository.pknu.ac.kr:8443/handle/2021.oak/24325
http://pknu.dcollection.net/common/orgView/200000602404
Affiliation
부경대학교 대학원
Department
대학원 냉동공조공학과
Advisor
정석권
Table Of Contents
제1장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 범위 및 내용 5
제2장 가변속 냉동시스템의 온도 제어 7
2.1 가변속 냉동시스템의 구성 및 제어 7
2.2 실험 장치의 구성 및 사양 10
2.3 동특성 실험을 통한 전달함수 모델링 12
제3장 최적 서보 제어기 설계 및 파라미터 최적화 17
3.1 상태 공간 모델링 17
3.2 최적 서보 제어 이론 17
3.3 유전 알고리즘에 의한 최적화 문제 정의 24
3.3.1 유전 알고리즘의 개요 25
3.3.2 유전 알고리즘의 기본 용어 25
3.3.3 유전 알고리즘의 표현 27
3.3.4 유전 알고리즘의 프로세스 27
3.4 유전 알고리즘을 이용한 하중 행렬의 최적화 29
제4장 강인한 온도 제어를 위한 외란 관측기 설계 32
4.1 외란 관측기 이론 32
4.2 Q-필터 설계 35
제5장 MATLAB 기반 시뮬레이션 결과 및 고찰 37
5.1 제어 성능 분석 37
5.1.1 시뮬레이션 조건 및 방법 37
5.1.2 최적화된 하중 행렬의 타당성 및 서보 제어 성능 분석 39
5.1.3 외란 관측기의 타당성 및 외란에 대한 강인성 분석 40
5.1.4 모델 불확실성에 대한 강인성 분석 42
5.2 제어기 설계 파라미터의 영향 분석 47
5.2.1 하중 행렬의 영향 분석 48
5.2.2 Q-필터 설계 파라미터의 영향 분석 50
제6장 실험 결과 및 고찰 52
6.1 실험 장치 및 실험 방법 52
6.2 제어기의 성능 검증 및 분석 53
6.2.1 최적 서보 제어 실험 및 결과 분석 53
6.2.2 외란 관측기를 갖는 최적 서보 제어 실험 및 결과 분석 56
6.2.3 잡음의 영향 분석 59
제7장 결 론 61
참고문헌 63
Appendix 67
학술지 게재 논문 및 학술대회 발표 논문 목록 77
감사의 글 78
Degree
Master
Appears in Collections:
대학원 > 냉동공조공학과
Authorize & License
  • Authorize공개
Files in This Item:

Items in Repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.