KR101296251B1 - 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명은 다용도로 이용될 수 있는 복수의 저장고들, 상기 복수의 저장고들의 냉장 또는 냉동 기능 수행을 위해 냉기를 생산 제공하며 상기 복수의 저장고들의 현재 온도를 수집하여 제공하는 냉장 구동 모듈, 상기 복수의 저장고들의 현재 온도가 설정 값이 되도록 상기 냉장 구동 모듈의 냉기 생산 및 공급을 제어하는 냉장 제어 모듈을 포함하고, 상기 냉장 제어 모듈은 상기 복수의 저장고들의 온도 제어를 위한 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어를 수행하여 PID 제어 명령을 생성하고, 생성된 PID 제어 명령을 상기 냉장 구동 모듈에 전달하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템의 구성 및 이의 제어 방법의 구성을 개시한다.

Description

다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템 및 방법{Controlling System of Refrigeration Temperature For Multipurpose Complex Refrigerator and Controlling Method thereof}

본 발명은 냉장 시스템에 관한 것으로, 특히 냉장고의 온도 제어를 PID 제어를 기반으로 수행함으로써 보다 안정되고 신뢰도 높은 온도 제어를 수행할 수 있도록 지원하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

냉장고는 냉매 싸이클을 이용하여 식품과 같은 저장물을 용이하게 냉장보관 또는 냉동 보관할 수 있는 가전제품이다. 통상적인 냉장고는 냉동실과 냉장실, 이러한 냉장실과 냉동실을 개폐하는 도어와, 도어에 마련되어 얼음이나 물을 취출할 수 있는 디스펜서 등을 포함하고 있다.

한편 일반적인 냉장고의 경우 편차에 따른 단순한 점멸 제어 기법을 사용하거나 설정 값에서 벗어날수록 조작량이 커지는 방식인 비례 제어 기법을 사용하여 온도 제어를 수행하고 있다. 점멸 제어 기법은 단순히 설정 값 도달이 목표이기 때문에 조작량의 변화가 너무 크고, 실제 설정 값에 비례하여 정상상태에 도달하고 난 뒤 제어 대상물이 지나치게 반복되는 특성을 가진다. 이에 따라 점멸 제어 기법은 에너지 효율의 특성이 상대적으로 낮은 문제점이 있다.

이러한 점멸 제어 기법의 특성을 보완한 것이 비례 제어 기법이다. 비례 제어 기법은 조작량을 설정 값과 현재 상태의 차에 비례한 크기가 되도록 하며 서서히 조절하는 제어기법이다. 이러한 비례 제어 기법은 현재 상태가 설정 값에 도달하게 되면 잔류편차(Offset)를 남기고 안정화 상태로 돌아가는 특성이 있다. 이 잔류편차는 Reset VR(Variable Register)를 이용하여 보정이 가능하다. 그러나 보정을 위한 리셋 VR의 대소로 인해 점멸 상태의 사이클인 헌팅현상이 발생되어 불안정한 상태를 일으키는 문제점이 있다.

따라서 종래 단순 비례 제어 혹은 단순 점멸 제어의 경우 정상상태에 도달 후 옵셋과 헌팅 현상이 주기적으로 반복되어 불필요한 에너지의 소비량을 증가시킬 뿐 아니라 제어대상물 예를 들면 밸브 및 콤프레셔의 수명을 단축시키는 악영향을 끼치게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 다용도 복합 냉장고의 온도 제어를 보다 안정되고 신뢰성 있게 제공할 수 있는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉장 온도 제어 시스템은 다용도로 이용될 수 있는 복수의 저장고들, 상기 복수의 저장고들의 냉장 또는 냉동 기능 수행을 위해 냉기를 생산 제공하며 상기 복수의 저장고들의 현재 온도를 수집하여 제공하는 냉장 구동 모듈, 상기 복수의 저장고들의 현재 온도가 설정 값이 되도록 상기 냉장 구동 모듈의 냉기 생산 및 공급을 제어하는 냉장 제어 모듈을 포함하고, 상기 냉장 제어 모듈은 상기 복수의 저장고들의 온도 제어를 위한 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어를 수행하여 PID 제어 명령을 생성하고, 생성된 PID 제어 명령을 상기 냉장 구동 모듈에 전달하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 냉장 제어 모듈은 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 PID 제어하도록 지원하며, 상기 냉장 구동 모듈은 특정 저장고의 PID 제어 명령을 수신하고, 상기 특정 저장고의 PID 제어 명령에 따른 냉기 생산을 수행한 후 해당 특정 저장고로 상기 냉기를 공급하도록 제어할 수 있다.

한편 상기 냉장 제어 모듈은 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 비례 제어하고, 비례 제어 완료 후 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 적분 제어하고, 적분 제어 완료 후 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 미분 제어하도록 지원할 수 있다.

또한 상기 냉장 제어 모듈은 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들의 현재 온도를 수집하고 각 저장고들의 설정 값과의 차이인 에러 값들을 통합하여 전체 에러 값 보상을 위한 PID 제어 명령을 생성하여 상기 냉장 구동 모듈에 전달할 수 있으며, 이 경우 상기 냉장 구동 모듈은 상기 전체 에러 값 보상을 위한 PID 제어 명령에 따른 냉기를 생성하고, 생성된 냉기를 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들에게 공급하도록 제어할 수 있다.

본 발명은 또한, 다용도 복합 냉장고에 구성된 다수의 저장고들의 현재 온도를 수집하는 수집 단계, 수집된 현재 온도와 각 저장고들의 설정 값과의 차이인 에러 값을 산출하는 산출 단계, 상기 에러 값 보상을 위한 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어 명령을 생성하는 생성 단계, 생성된 PID 제어 명령에 따른 제어 값을 생성하고 제어 값에 따라 모터 및 밸브 중 적어도 하나를 제어하여 냉기 생산을 제어하는 제어 단계, 생산된 냉기를 다수의 저장고들 중 특정 저장고에 공급하는 공급 단계를 포함하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 방법의 구성을 개시한다.

여기서 상기 수집 단계 및 산출 단계는 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들 중 우선순위가 상대적으로 높은 저장고별로 순차적으로 현재 온도 수집과 에러 값 산출을 수행할 수 있으며, 이 경우 상기 생성 단계, 제어 단계 및 공급 단계는 특정 저장고에 해당하는 에러 값 보상을 위한 PID 제어 명령을 수신하고, 상기 PID 제어 명령에 따른 냉기 생산을 수행한 후 해당 특정 저장고로 상기 냉기를 공급할 수 있다.

그리고 상기 제어 단계는 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 비례 제어하는 단계, 상기 비례 제어 완료 후 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 적분 제어하는 단계, 상기 적분 제어 완료 후 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 미분 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 수집 단계 및 산출 단계는 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들의 현재 온도를 수집하고 각 저장고들의 설정 값과의 차이인 에러 값들을 통합하여 전체 에러 값 보상을 위한 PID 제어 명령을 산출할 수 있으며, 이 경우 상기 생성 단계, 제어 단계 및 공급 단계는 상기 전체 에러 값 보상을 위한 PID 제어 명령에 따른 냉기를 생성하고, 생성된 냉기를 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들에게 공급할 수 있다.

여기서 상기 방법은 상기 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들에 대한 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템 및 방법에 따르면, 본 발명은 보다 안정적이고 신뢰성 있는 냉장 온도 제어를 달성할 수 있다.

이에 따라 본 발명은 시스템의 안정성을 기반으로 하는 에너지를 효율적으로 사용할 수 있으므로 소비전력을 감소시킬 수 있으며, 불필요한 제어기기의 운용을 줄일 수 있어 장비의 수명을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 방법을 설명하기 위한 순서도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어를 위한 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 냉장 온도 제어 시스템(100)은 크게 냉장 구동 모듈(60)과 냉장 제어 모듈(50)을 포함할 수 있다.

이러한 구성을 포함하는 본 발명의 냉장 온도 제어 시스템(100)은 냉장 제어 모듈(50)에서 생성한 제어 명령을 냉장 구동 모듈(60)이 수신하고 냉장 구동 모듈(60)의 각 구성들의 구동을 위한 제어 값으로 변환한 후 이를 적용하여 냉장 구동 모듈(60)의 각 구성들을 구동시킨다. 특히 냉장 구동 모듈(60) 일측에는 현재 온도 감지를 위한 온도 센서(66)를 배치시켜 현재 온도 값을 냉장 제어 모듈(50)에 전달할 수 있다. 그러면 냉장 제어 모듈(50)은 현재 온도 값과 설정 온도 값을 비교하여 그에 따른 온도 제어를 위한 제어 명령을 생성하여 냉장 구동 모듈(60)에 전달하도록 제어한다. 이때 본 발명의 냉장 제어 모듈(50)은 온도 제어 과정에서 비례 적분 미분 제어기(Proportional-Integral-Derivative Controller : PID 제어기)를 이용하여 온도 제어를 수행하도록 제어한다. 이에 따라 본 발명의 냉장 제어 모듈(50)은 보다 안정된 온도 제어를 수행할 수 있다.

냉장 구동 모듈(60)은 모터와, 모터 동작에 의하여 구동되는 압축기(62), 압축기(62)에 연결되는 응축기(63), 응축기(63)에 연결되는 밸브(64), 밸브(64)와 연결된 증발기(65), 모터와 압축기(62), 밸브(64) 등의 동작 제어를 위한 제어 값 생성기(61) 등을 포함하며, 본 발명의 PID 제어를 위한 온도 센서(66)를 포함할 수 있다. 그리고 냉장 구동 모듈(60)은 다용도 복합 냉장고의 다용도 저장고들(67)과, 다용도 저장고들(67)에 공급되는 냉기 유통로, 냉기 유통로로의 냉기 유입 제어를 위한 제어 밸브를 포함할 수 있다. 제어 밸브는 냉장 구동 모듈(60) 제어에 따라 제어되어 해당 다용도 저장고들(67)로의 냉기 유입을 제어하는 구성이다.

이와 같은 구성을 가지는 냉장 구동 모듈(60)은 증발기(65)에서 더운 열을 흡수하여 액체 상태에서 기체 상태로 된 냉매를 압축기(62)에서 압력을 높여주어 응축기(63)로 전달한다. 응축기(63)에 전달된 냉매는 응축기(63)에서 열을 방출하면서 다시 액체 상태로 변환된다. 이와 같은 방식으로 열을 방출한 액체 상태의 냉매는 다시 밸브(64)를 통과하여 차가운 액체 상태로 변해 증발기(65)로 들어가 열을 흡수하게 된다. 결과적으로 증발기(65)에서 열을 흡수함으로써 주변 대기를 차갑게 변화시킨다. 차갑게 변화된 대기는 팬 등에 의하여 강제 대류됨으로써 각 저장고들(67)에 공급되어 냉장 기능을 수행할 수 있다.

여기서 밸브(64)는 응축기(63)에 있는 고압의 액체 상태 냉매의 압력을 급격히 낮추는 역할을 수행한다. 이에 따라 밸브(64)의 개폐량에 의하여 냉장 구동 모듈(60)이 지원하는 저장고들(67)의 온도 변화 정도가 달라질 수 있다. 이러한 밸브(64)는 얇은 관의 형태로 감겨있는 모세관 형상으로 제작되어 냉매가 통과하는 동안 압력을 낮추는 팽창밸브 역할을 수행한다. 결과적으로 밸브(64)를 통하여 증발기(65)에 전달되는 냉매는 차가운 상태 그리고 낮은 압력 상태가 되어 보다 쉽게 증발될 수 있는 상태가 될 수 있다.

압축기(62)는 모터 동작에 의하여 동작하며 증발기(65)에서 기화된 냉매가 유입되면 이를 압축하는 역할을 수행한다. 본 발명의 PID 제어에 있어서 압축기(62)의 제어 속도, 모터의 제어 속도는 결과적으로 냉장 구동 모듈(60)의 온도에 영향을 주는 종속 변수로 작용할 수 있다. 한편 냉매의 압력에 따라 증발기(65)에서의 냉매 증발 속도가 달라질 수 있으므로 냉매 압력 또한 PID 제어에 있어서 온도의 종속 변수로 작용할 수 있다. 여기서 제어 값 생성기(61)는 증발기(65)로 유입되는 냉매의 유입량을 조절하기 위한 밸브(64) 제어 값 및 모터 제어 값 중 적어도 하나를 PID 제어기(53)가 전달한 제어 명령에 따라 생성할 수 있다. 한편 본 발명의 온도 제어 설명에서는 제어 값 생성기(61)가 밸브(64) 개폐량 조절을 위한 제어 값 생성을 수행하는 것으로 설명하지만, 추가적으로 압축기(62) 등의 구동 제어를 위한 제어 값 생성도 지원할 수 있다.

온도 센서(66)는 냉장 구동 모듈(60)의 적어도 일측에 부착되어 냉장 구동 모듈(60)의 온도를 센싱하는 구성이다. 그리고 온도 센서(66)는 센싱된 온도 값을 냉장 제어 모듈(50)에 전달할 수 있다. 이러한 온도 센서(66)는 다용도 복합 냉장고의 각 저장고들(67)마다 다수개가 배치될 수 있다. 그리고 온도 센서(66)는 각각 기 설정된 시간 또는 실시간으로 각 저장고들(67)의 온도를 센싱하여 냉장 제어 모듈(50)에 전달할 수 있다.

저장고들(67)은 다양한 용도의 목적으로 냉장고의 일정 위치에 형성되고, 필요에 따라 각 저장고들(67)은 다른 저장고들(67)과 차폐된 상태를 가질 수 있다. 즉 저장고들(67)은 냉장고 설계에 따라 각각 독립적인 공간으로 구성될 수 있다. 각 저장고들(67)이 독립적인 공간으로 구성되는 경우 앞서 언급한 바와 같이 냉기가 유입되는 통로가 각 저장고별로 별도로 마련되는 형태로 구성되어 본 발명의 다용도 복합 냉장고는 저장고별로 설정된 설정 값에 따른 온도 제어를 지원할 수 있다.

냉장 제어 모듈(50)은 데이터 연산기(51)와 PID 제어기(53)를 포함한다. 데이터 연산기(51)는 온도 센서(66)가 전달한 현재 온도 값을 처리 값(Process Value : PV)으로 전환하고, 설정 장치로부터 설정 값(Set Point : SP)을 수집한다. 그리고 데이터 연산기(51)는 설정 값(SP)에서 처리 값(PV)을 감산하여 에러 값(Error)을 산출한다. 산출된 에러 값은 PID 제어기(53)에 전달한다. 여기서 데이터 연산기(51)는 다수의 저장고들(67)에 마련된 다수의 온도 센서(66)로부터 현재 온도 값을 수신할 수 있다. 그러면 데이터 연산기(51)는 각각의 저장고마다 설정된 설정 값(SP)과 현재 온도 값들을 비교하고, 그 비교 결과를 PID 제어기(53)에 전달할 수 있다.

PID 제어기(53)는 데이터 연산기(51)가 전달한 에러 값을 보상하기 위하여 비례 제어, 적분 제어, 미분 제어를 각각 단계적으로 수행한다. 이러한 PID 제어기(53)는 다음과 같은 수학식 1에 따른 제어를 수행할 수 있다.

여기서 MV(t)는 제어 값(Manipulated Variable)이며, 식의 3개의 항목들은 각각 오차 값에 대한 비례항, 오차 값의 적분(integral)에 해당하는 적분항, 오차 값의 미분(derivative)에 해당하는 미분항들이다. 비례항은 현재 상태에서의 오차 값의 크기에 비례한 제어작용을 한다. 적분항은 정상상태(steady-state) 오차를 제거하는 작용을 한다. 미분항은 출력 값의 급격한 변화에 제동을 걸어 오버슛을 줄이고 안정성(stability)을 향상시킨다.

위의 식에서 제어 파라메터 K_p, K_i, K_d를 이득 값 혹은 게인(gain)이라고 하고, 적절한 이득 값을 수학적 혹은 실험적/경험적 방법을 통해 계산하는 과정을 튜닝(tuning)이라고 한다. PID 제어기(53)의 튜닝에는 여러 가지 방법들 예를 들면 스텝 응답법, 한계감도법, 지글러-니콜스 방법 등이 적용될 수 있다. 또는 상술한 제어 파라메터 검출을 위한 cut and try로 실제 제어한 결과에서 최적한 값을 구하고, 그 값을 설정하도록 할 수 도 있다. PID 제어기(53)는 상술한 수학식에 따른 제어 명령을 생성하고, 생성된 제어 명령을 냉장 구동 모듈(60)의 제어 값 생성기(61)에 전달할 수 있다.

특히 본 발명의 PID 제어기(53)는 다수의 온도 센서(66)들이 마련된 각 저장고들(67)의 온도에 대한 통합적 유지 제어를 위한 제어 명령을 생성하여 제어 값 생성기(61)에 전달하거나, 개별적으로 각 저장고들(67)마다 설정 값의 온도를 가지도록 제어하는 개별적 유지 제어를 위한 명령을 생성하여 제어 값 생성기(61)에 전달할 수 있다.

다용도 복합 냉장고의 경우 개별적인 저장고들(67)을 가지도록 설계되기 때문에 증발기(65)에서의 냉기가 각 저장고 영역으로 이동하는 고유의 통로가 배치될 수 있다. 이에 따라 다용도 복합 냉장고는 증발기(65)가 배치된 영역과 연결되는 통로 및 통로의 개폐를 제어하는 제어밸브가 마련될 수 있다. 결과적으로 냉장 구동 모듈(60)은 각 저장고마다 설정된 설정 값의 온도가 유지되도록 증발기(65)에서 발생한 냉기의 유입을 조절할 수 있다.

이때, 냉장 구동 모듈(60)은 냉장 제어 모듈(50)과 연계하여 일정 시점의 증발기(65) 냉기를 특정 저장고에 공급하도록 제어할 수 있다. 예를 들어 다용도 복합 냉장고는 김치 저장고, 와인 저장고, 쌀 저장고, 야채 저장고, 냉동 저장고, 냉장 저장고 등의 구역을 가질 수 있다. 그리고 상기 각 저장고들은 서로 다른 설정 값의 온도가 유지되도록 설정될 수 있다. 그러면 냉장 제어 모듈(50)은 각 저장고마다 설치된 온도 센서(66)들로부터 일정 순서별로 현재 온도 값을 수신하고, 해당 온도 값과 해당 저장고의 설정 값을 상호 비교하여 PID 제어를 수행하도록 지원할 수 있다. 여기서 냉장 구동 모듈(60)은 설정 값이 적용되고 있는 저장고로 냉기가 공급되도록 제어할 수 있다. 그리고 특정 저장고의 온도 제어가 완료되어 안정화 상태가 되면, 냉장 제어 모듈(50)은 다른 저장고의 온도 센서(66)의 센싱 값을 수집한다. 그리고 냉장 제어 모듈(50)은 해당 저장고의 현재 온도와 설정 값을 비교하여 PID 제어를 수행하도록 지원할 수 있다. 이러한 방식으로 상기 냉장 제어 모듈(50)은 전체 저장고에 대하여 각각의 안정화 상태가 되도록 순환적인 제어를 수행할 수 있다.

또한 본 발명의 냉장 제어 모듈(50)은 안정화 상태가 해제된 저장고별로 PID 제어를 수행하도록 제어할 수 있다. 예를 들어 적어도 하나의 특정 저장고의 온도가 냉장고의 문 개폐에 따라 저하된 후 설정 값에 해당하는 온도로 복귀하는 경우 냉장 제어 모듈(50)은 냉장고의 문 개폐에 따라 온도가 저하된 적어도 하나의 저장고 온도 복귀를 위한 PID 제어를 수행할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 다용도 복합 냉장고는 저장고들(67)에 대하여 온도에 대한 개별적 유지 제어를 수행하도록 지원할 수 있다.

한편 본 발명의 냉장 제어 모듈(50)은 일정 시점 또는 주기적 또는 냉장고의 문 개폐 시 전체 저장고들(67)의 현재 온도 값들을 수집하고, 각 저장고들의 현재 온도와 설정 값들을 비교하여 에러 값을 통합적으로 산출할 수 도 있다. 전체 저장고들(67)의 에러 값이 산출되면 냉장 제어 모듈(50)의 PID 제어기(53)는 전체 에러 값에 대한 PID 제어 명령을 생성하고 이를 제어 값 생성기(61)에 전달할 수 있다. 그러면 냉장 구동 모듈(60)은 냉장 제어 모듈(50)이 전달한 제어 명령에 따른 냉기를 생성하고, 해당 냉기를 일정 저장고에 전달할 수 있다. 이때 냉장 구동 모듈(60)은 안정화 상태가 이루어지지 않은 저장고에 대한 정보를 냉장 제어 모듈(50)로부터 수신할 수 있다. 이를 위하여 냉장 제어 모듈(50)은 현재 온도를 수집하는 과정에서 설정 값과 다른 온도를 가진 저장고들에 대한 정보를 별도로 저장 및 관리할 수 있다. 한편 냉장 구동 모듈(60)은 해당 저장고의 제어 밸브를 개방하여 일정 냉기를 공급할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 냉장 제어 모듈(50)은 온도에 대한 통합적 유지 제어를 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템(100)은 PID 제어를 위한 PID 제어기(53)를 장착하고, 이를 기반으로 증발기(65)에 액체 상태의 냉매를 제공하는 밸브(64)의 개폐량을 조절하여 온도 제어를 수행함으로써 설정 온도로의 수렴을 보다 빠르고 안정적으로 그리고 정확히 수행할 수 있도록 지원한다. 특히 본 발명의 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템(100)은 다용도 복합 냉장고에 마련되는 다용도 저장고들(67)의 각 설정 값이 안정화 상태가 되도록 냉기의 공급을 지원할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 냉장 온도 제어 시스템(100)의 구성과 각 구성들의 역할에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 냉장 온도 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 방법은 먼저 S101 단계에서 저장고들(67) 중 적어도 하나의 저장고 현재 온도를 감지한다. 즉 냉장 온도 제어 시스템(100)은 다용도 복합 냉장고의 현재 온도 값을 수집한다. 이를 위하여 다용도 복합 냉장고의 냉장 구동 모듈(60) 일측에는 온도 센싱을 위한 온도 센서(66)가 마련될 수 있다. 특히 온도 센서(66)는 냉장 구동 모듈(60)의 냉기에 의하여 주위 온도가 변화되어 냉장 또는 냉동 기능을 지원하는 다수의 저장고들(67)에 각각 배치될 수 있다.

다음으로 냉장 제어 모듈(50)은 S103 단계에서 수집된 현재 온도와 설정된 온도 사이의 데이터 비교를 수행한다. 이를 위하여 냉장 제어 모듈(50)은 설정 값을 수집할 수 있다. 설정 값은 냉장고에 마련된 입력부에 의하여 사용자가 설정한 설정 온도로서, 각 저장고들(67)별로 디폴트로 설정되는 값이 될 수 있으며, 또한 사용자 제어에 따라 변경될 수 있다. 즉 설정 값은 냉장고 내의 다양한 저장고들(67)마다 각기 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 앞서 언급한 바와 같이 본 발명의 다용도 복합 냉장고는 김치 저장고, 와인 저장고, 쌀 저장고, 야채 저장고, 냉동 저장고, 냉장 저장고 등의 구역을 가질 수 있다. 이 경우 상기 설정 값은 각 저장고마다 다르게 설정될 수 있다. 그리고 각 저장고들의 현재 온도 감지를 위하여 본 발명의 온도 센서(66)는 각 저장고마다 배치될 수 있다. 이에 따라 냉장 제어 모듈(50)은 다양한 저장고들(67)로부터 현재 온도 값을 수신할 수 있다. 이때 본 발명의 냉장 제어 모듈(50)은 다양한 저장고들(67)의 안정화 상태 유지를 개별적으로 유지하도록 제어하거나, 통합적으로 유지하도록 제어할 수 있다.

먼저, 개별적 유지 제어를 수행하는 경우, 냉장 제어 모듈(50)은 S101 단계에서 안정화 상태가 해제된 저장고의 현재 온도 정보를 수집하고, 해당 저장고에 설정된 설정 값을 수집한다. 그리고 냉장 제어 모듈(50)은 S103 단계에서 현재 온도와 설정 값을 비교하여 에러 값을 산출한다. 다음으로 냉장 제어 모듈(50)은 S105 단계에서 편차에 대한 비례 제어를 수행할 수 있다. 즉 냉장 제어 모듈(50)은 편차에 대한 모터와 밸브(64)의 비례 제어를 수행하여 현재 온도가 설정 값에 근사한 값에 근접하도록 제어할 수 있다. 이때 냉장 제어 모듈(50)은 편차에 따른 값에 비례상수 gain(K_P)을 곱하여 얻어진 비례제어로 모터 및 밸브 상태를 조절할 제어 명령을 생성하고 이를 냉장 구동 모듈(60)에 전달하게 된다.

이후 냉장 제어 모듈(50)은 S107 단계에서 현재 온도가 설정 값에 근접 되었는지 여부를 확인한다. 여기서 설정 값에 근접된 값은 정해진 설정 값으로의 온도 변화가 수행된 이후 추가적으로 온도 변화가 없는 상태의 값이 근접 값이 될 수 있다. S107 단계에서 온도가 설정 값에 근접하지 않은 경우 냉장 제어 모듈(50)은 S101 단계 이전으로 분기하여 이하 과정을 반복적으로 수행하도록 제어할 수 있다.

한편 S107 단계에서 현재 온도가 설정 값에 근접한 경우, 냉장 제어 모듈(50)은 S109 단계로 분기하여 잔류 편차 발생 여부를 확인할 수 있다. 이 단계에서 별도의 잔류 편차 발생이 없는 경우에는 S117 단계로 분기하여 안정화 상태 여부를 확인할 수 있다. 한편, S107 단계에서 잔류 편차 발생이 있는 경우 냉장 제어 모듈(50)은 S111 단계에서 편차 계산을 통한 적분 제어를 수행한다. 이때 냉장 제어 모듈(50)은 온도 값이 설정 값에 근접하게 되면 발생하는 잔류편차를 적분하여 적분상수 gain(Ki)을 곱하여 얻어진 값을 조작량에 더하여 준다. 적분 제어 수행 이후 냉장 제어 모듈(50)은 S113 단계에서 Overshoot 발생 여부를 확인한다. Overshoot이 발생하지 않은 경우 냉장 제어 모듈(50)은 S117 단계로 분기하여 안정화 상태 여부를 확인할 수 있다. 그러나 S113 단계에서 Overshoot이 발생하면 냉장 제어 모듈(50)은 S115 단계로 분기하여 변화량 계산을 통한 미분 제어를 수행할 수 있다. 즉 냉장 제어 모듈(50)은 조작량의 급격한 변동인 Overshoot이 발생하게 되면 변화량에 미분상수 gain(K_D)을 곱하여 얻어진 값을 조작량에 더하여 준다. 미분 제어 이후에 냉장 제어 모듈(50)은 S117 단계에서 안정화 상태 여부를 확인한다. 이 단계에서 안정화 상태인 경우 냉장 제어 모듈(50)은 냉장 온도 제어 과정을 완료한다. 그러나 안정화 상태가 아닌 경우 냉장 제어 모듈(50)은 S101 단계 이전으로 분기하여 이하 과정을 반복적으로 수행하도록 제어할 수 있다.

상술한 비례제어, 적분제어 및 미분 제어의 수행에 있어서 본 발명의 냉장 제어 모듈(50)은 다양한 저장고들(67) 중 안정화 상태가 해제된 저장고를 선택하여 수행하도록 지원한다. 그리고 본 발명의 냉장 제어 모듈(50)은 다양한 저장고들(67) 중에 복수의 저장고에서 안정화 상태 해제가 발생한 경우 기 설정된 스케줄 정보에 따라 우선순위가 높은 저장고를 우선 선택하여 PID 제어를 수행하도록 제어할 수 있다. 그리고 해당 우선순위가 높은 저장고의 PID 제어가 완료되면 냉장 제어 모듈(50)은 다음 우선순위의 저장고 PID 제어를 수행하도록 지원할 수 있다. 즉 냉장 제어 모듈(50)은 각 저장고들에 대하여 온도에 대한 개별적 유지 제어를 수행하도록 지원할 수 있다.

또는 본 발명의 냉장 제어 모듈(50)은 온도에 대한 통합적 유지 제어를 수행하도록 지원할 수 도 있다. 예를 들어 복수의 저장고들의 안정화 상태 해제가 발생하면 냉장 제어 모듈(50)은 복수의 저장고들의 현재 온도 값을 수집하고, 각 저장고들의 설정 값을 수집한 후 복수의 저장고들에 대한 에러 값들을 산출한다. 그리고 냉장 제어 모듈(50)은 복수의 저장고들에 대한 에러 값들에 대응하는 PID 제어 명령을 생성하고, 이를 기반으로 복수의 저장고들의 온도 안정화를 위한 냉기 생성과 공급을 제어할 수 도 있다. 이 과정에서 냉장 구동 모듈(60)은 냉장 제어 모듈(50)로부터 냉기 공급이 필요한 저장고들에 대한 정보를 수신하고 해당 저장고로 냉기가 유입되도록 밸브 제어를 수행할 수 있다.

또는 본 발명의 냉장 제어 모듈(50)은 비례 제어, 적분 제어, 미분 제어를 수행함에 있어서 각 저장고별로 순차적으로 수행하도록 제어할 수 도 있다. 예를 들어 냉장 제어 모듈(50)은 복수의 저장고들 예를 들어 제1 저장고와 제2 저장고에 대한 온도 제어를 수행해야 하는 경우, 우선순위가 높은 제1 저장고의 비례 제어 수행 이후, 차순위인 제2 저장고의 비례 제어를 수행하도록 지원할 수 있다. 그리고 냉장 제어 모듈(50)은 제2 저장고의 비례 제어가 완료되면 다시 제1 저장고의 적분 제어를 수행하도록 지원한다. 그리고 냉장 제어 모듈(50)은 제1 저장고의 적분 제어 완료 후 제2 저장고의 적분 제어를 수행하도록 지원한다. 동일한 방법을 냉장 제어 모듈(50)은 제1 저장고의 미분 제어 이후 제2 저장고의 미분 제어를 수행하도록 제어할 수 있다. 즉 본 발명의 냉장 제어 모듈(50)은 복수의 저장고들의 온도 제어가 필요한 경우, 비례 제어를 복수의 저장고별로 우선 수행하고, 다음으로 복수의 저장고들에 대하여 적분 제어를 수행하며, 이후 복수의 저장고들에 대하여 미분 제어를 순차적으로 수행하도록 제어할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템 및 방법은 각 저장고들의 온도가 우선적으로 설정 값에 가까운 값으로 유지된 상황에서 점진적으로 안정화 상태에 이르도록 지원할 수 있다. 한편 본 발명의 PID 알고리즘을 수행하는데 있어서의 독립변수는 온도이며, 종속변수는 밸브의 개폐량, 냉매의 압력, 콤프레셔의 제어속도, 콘덴싱 모터의 제어 속도이다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

100 : 냉장 온도 제어 시스템 50 : 냉장 제어 모듈
51 : 데이터 연산기 53 : PID 제어기
60 : 냉장 구동 모듈 61 : 제어 값 생성기
62 : 압축기 63 : 응축기
64 : 밸브 65 : 증발기
66 : 온도 센서 67 : 저장고들

Claims (13)

1. 다용도로 이용될 수 있는 복수의 저장고들;
   상기 복수의 저장고들의 냉장 또는 냉동 기능 수행을 위해 냉기를 생산 제공하며 상기 복수의 저장고들의 현재 온도를 수집하여 제공하는 냉장 구동 모듈;
   상기 복수의 저장고들의 현재 온도가 설정 값이 되도록 상기 냉장 구동 모듈의 냉기 생산 및 공급을 제어하는 냉장 제어 모듈;을 포함하고,
   상기 냉장 제어 모듈은
   상기 복수의 저장고들의 현재 온도를 수집하고, 수집된 현재 온도와 각 저장고들의 설정 값과의 차이인 에러 값을 산출하고, 상기 에러 값 보상을 위한 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어 명령을 생성하고, 생성된 PID 제어 명령을 상기 냉장 구동 모듈에 전달하되,
   상기 에러 값에 따른 편차에 대한 비례 제어를 수행하고, 현재 온도가 상기 설정 값에 근접 되었는지 여부를 확인하고, 확인 결과 근접한 경우 잔류 편차 발생 여부를 확인하고, 확인 결과 잔류 편차가 발생한 경우 상기 잔류 편차를 적분하여 적분 제어를 수행하고, 상기 적분 제어를 수행한 이후에 오버슛 발생 여부를 확인하고, 확인 결과 발생한 경우 온도 변화량 계산을 통한 미분 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉장 제어 모듈은
   안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 PID 제어하도록 지원하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 냉장 구동 모듈은
   특정 저장고의 PID 제어 명령을 수신하고, 상기 특정 저장고의 PID 제어 명령에 따른 냉기 생산을 수행한 후 해당 특정 저장고로 상기 냉기를 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 냉장 제어 모듈은
   안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 비례 제어하고, 비례 제어 완료 후 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 적분 제어하고, 적분 제어 완료 후 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 미분 제어하도록 지원하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 냉장 제어 모듈은
   안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들의 현재 온도를 수집하고 각 저장고들의 설정 값과의 차이인 에러 값들을 통합하여 전체 에러 값 보상을 위한 PID 제어 명령을 생성하여 상기 냉장 구동 모듈에 전달하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 냉장 구동 모듈은
   상기 전체 에러 값 보상을 위한 PID 제어 명령에 따른 냉기를 생성하고, 생성된 냉기를 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들에게 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 시스템.
7. 다용도 복합 냉장고에 구성된 다수의 저장고들의 현재 온도를 수집하는 수집 단계;
   수집된 현재 온도와 각 저장고들의 설정 값과의 차이인 에러 값을 산출하는 산출 단계;
   상기 에러 값 보상을 위한 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어 명령을 생성하고, 생성된 PID 제어 명령에 따른 제어 값을 생성하고 제어 값에 따라 모터 및 밸브 중 적어도 하나를 제어하여 냉기 생산을 제어하는 제어 단계;
   생산된 냉기를 다수의 저장고들 중 특정 저장고에 공급하는 공급 단계;를 포함하며,
   상기 제어 단계는,
   상기 에러 값에 따른 편차에 대한 비례 제어를 수행하는 단계;
   현재 온도가 상기 설정 값에 근접 되었는지 여부를 확인하는 단계;
   확인 결과 근접한 경우, 잔류 편차 발생 여부를 확인하는 단계;
   확인 결과 잔류 편차가 발생한 경우, 상기 잔류 편차를 적분하여 적분 제어를 수행하는 단계;
   상기 적분 제어를 수행한 이후에, 오버슛 발생 여부를 확인하는 단계;
   확인 결과 발생한 경우, 온도 변화량 계산을 통한 미분 제어를 수행하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 수집 단계 및 산출 단계는
   안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들 중 우선순위가 상대적으로 높은 저장고별로 순차적으로 현재 온도 수집과 에러 값 산출을 수행하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제어 단계 및 공급 단계는
   특정 저장고에 해당하는 에러 값 보상을 위한 PID 제어 명령을 수신하고, 상기 PID 제어 명령에 따른 냉기 생산을 수행한 후 해당 특정 저장고로 상기 냉기를 공급하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 제어 단계는
    안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 비례 제어하는 단계;
    상기 비례 제어 완료 후 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 적분 제어하는 단계;
    상기 적분 제어 완료 후 상기 복수의 저장고들을 각각 순차적으로 미분 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 방법.
11. 제7항에 있어서,
    상기 수집 단계 및 산출 단계는
    안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들의 현재 온도를 수집하고 각 저장고들의 설정 값과의 차이인 에러 값들을 통합하여 전체 에러 값 보상을 위한 PID 제어 명령을 산출하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 단계 및 공급 단계는
    상기 전체 에러 값 보상을 위한 PID 제어 명령에 따른 냉기를 생성하고, 생성된 냉기를 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들에게 공급하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 안정화 상태가 해제된 상기 복수의 저장고들에 대한 정보를 수신하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다용도 복합 냉장고의 냉장 온도 제어 방법.

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