KR101575524B1 - P i d target value footstep stability method using multi dimensional gain map and p i d controller therefor - Google Patents

P i d target value footstep stability method using multi dimensional gain map and p i d controller therefor Download PDF

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Abstract

According to a PID target value following stabilization method using a multi-dimensional gain map, a PID controller is used; a cooling water temperature value is detected to calculate a difference between the cooling water temperature and a target cooling water temperature set as a constant value; a PID algorithm is performed by setting the difference value as a following cooling water temperature; a hardware of which a rotation number is controlled with pulse width modulation (PWM) duty by proportional (P) and integral (I) procedures when the PID algorithm is performed; a new PWM duty is output by calculating one P gain and I gain in a P gain map and an I gain map set for cancelation of oscillation of the selected hardware; over shoot and hardware oscillation of the hardware to be controlled are prevented by performing gain map control for operating the selected hardware with the new PWM duty output; and particularly the PI gain map is divided into engine load and an operation area of the hardware to be controlled. Therefore, the PID algorithm is improved without increase of costs or technical difficulties for improving nonlinear hardware characteristics.

Description

다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법 및 ＰＩＤ 제어기{ＰＩＤ Target Value Footstep Stability Method using Multi Dimensional Gain Map and ＰＩＤ Controller therefor}[0001] The present invention relates to a PID target value tracking stabilization method and a PID controller using a multi-dimensional gain map,

본 발명은 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화에 관한 것으로, 특히 냉각수 목표 값 추종을 위한 PID(Proportional, Integral, Differential)제어 시 피 제어 하드웨어 의 하드웨어 요동(Hardware Oscillation)을 발생시키지 않는 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법 및 ＰＩＤ 제어기에 관한 것이다.The present invention relates to PID target value follow-up stabilization, and more particularly to a PID target value follow-up control using a multi-dimensional gain map that does not cause hardware oscillation of controlled hardware during PID (Proportional, Integral, Value follow-up stabilization method and a PID controller.

일반적으로 PID 알고리즘(Proportional, Integral, Differential Algorism)은 제어가 이루어지는 피 제어 하드웨어의 특성이 제어 영역에 대해서 선형적 일 때 쉽게 목표 값을 찾아 갈수 있다는 장점이 구현된다.In general, the PID algorithm (Proportional, Integral, Differential Algorism) has an advantage that the target value can be easily found when the controlled hardware characteristic of the controlled hardware is linear with respect to the control domain.

그러므로, PID 알고리즘의 이러한 장점은 목표 냉각수 온도 값을 상수(Constant Value)로 설정하고, 목표 값 대비 현재 검출된 냉각수온을 비교한 후 현재 냉각수온이 목표 값을 추종하는 방식으로 이루어지는 차량의 냉각수 제어에 적합하다.Therefore, this advantage of the PID algorithm is that the target coolant temperature value is set to a constant value, the current detected coolant temperature is compared with the target value, and the current coolant temperature is followed by the target value, Lt; / RTI >

이러한 실적용 예는, PID 알고리즘에 의한 전자제어 유체식 클러치 제어를 통한 냉각수온 목표값 추종제어가 있다. 구체적으로, PID 알고리즘 중 P(Proportional)나 I(Integral)로 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭 변조)Duty가 0~100%의 영역에서 출력되고, 필요 시 P게인(Proportional Gain)과 I게인(Integral Gain)이 적용된 PWM Duty의 정밀한 출력 값으로 전자제어 유체식 클러치가 제어됨으로써 냉각수온이 목표 값으로 제어되는 방식이다.In this practical application example, there is a chilled water on target value follow-up control by an electronically controlled fluid type clutch control by a PID algorithm. Specifically, the PWM (Pulse Width Modulation) duty ratio is output in the range of 0 to 100% with P (Proportional) or I (Integral) among the PID algorithms. If necessary, P gain and I gain Integral Gain) is applied to control the electronic control fluid type clutch with precise output value of PWM Duty to control the cooling water temperature to the target value.

이 경우, 전자제어 유체식 클러치 제어세어는 P게인 값 또는 I게인 값이 사용자에 의한 임의의 값으로 조정되어 입력된다는 편리함도 제공된다. In this case, the electronic control fluid type clutch control switch is also provided with the convenience that the P gain value or the I gain value is adjusted by the user to an arbitrary value.

국내등록특허 10-0373031(2003년02월07일)Korean Registered Patent No. 10-0373031 (February 07, 2003)

하지만, PID 알고리즘에서는 실제적인 P게인 값 및 I게인 값이 상수(Constant Value)로 설정되는 방식이다. 이로 인하여, 전자제어 유체식 클러치가 그 운전 영역에 맞춰 변경된 P게인 값 또는 I게인 값으로 제어된다 해도 변경된 P게인 값 또는 I게인 값이 전자제어 유체식 클러치의 하드웨어적 특성을 정밀하게 반영하기 어려울 수밖에 없다.However, in the PID algorithm, the actual P gain value and the I gain value are set to a constant value. Therefore, even if the electronically controlled fluid type clutch is controlled to the changed P gain value or I gain value in accordance with the operation region, the changed P gain value or I gain value is difficult to accurately reflect the hardware characteristic of the electronically controlled fluid type clutch There is no other choice.

이러한 주원인은, 전자제어 유체식 클러치의 하드웨어적 특성은 65% PWM DUTY 영역에서 선형적이지 못한 큰 변화율을 가짐에도 0~100% PWM DUTY 영역에서 선형적인 하드웨어적 특성으로 가정하고, 이에 맞춰 변화된 P게인 및 I게인의 상수 값이 제어 값으로 제공됨에 기인된다.The main reason for this is that the hardware characteristic of the electronically controlled fluid clutch assumes a linear hardware property in the 0 to 100% PWM DUTY region, even though it has a large non-linear change rate in the 65% PWM DUTY region, Gain and I gain are provided as control values.

그러므로, 부정확한 P게인 값 및 I게인 값은 전자제어 유체식 클러치의 목표 값 수렴 속도에 큰 영향을 줌으로써 전자제어 유체식 클러치의 목표 값이 지나치게 올라가는 오버 슈트(Over Shoot)를 가져오고, 오버 슈트(Over Shoot)는 결국 전자제어 유체식 클러치의 팬 요동(Fan Oscillation)으로 발전함으로써 전자제어 유체식 클러치가 제어되더라도 냉각수 목표 값 수렴이 어려워질 수밖에 없다.Therefore, the incorrect P gain value and the I gain value greatly affect the target value convergence speed of the electronically controlled fluid type clutch, resulting in an overshoot in which the target value of the electronically controlled fluid type clutch excessively increases, (Over Shoot) is eventually generated by the fan oscillation of the electronically controlled fluid type clutch, so that it is hard to converge the target value of the cooling water even if the electronically controlled fluid type clutch is controlled.

더 나아가, 부정확한 P게인 값 및 I게인 값은 엔진의 고 RPM 영역에서 나타나지 않던 전자제어 유체식 클러치의 팬 요동(Fan Oscillation)을 엔진의 저 RPM 영역에서 발생시킴으로써 냉각수 목표 값 추종이 엔진 운전영역으로 양분되는 현상으로 발전될 수도 있다.Further, the incorrect P gain value and I gain value cause the fan oscillation of the electronically controlled fluid type clutch, which did not appear in the high RPM region of the engine, to occur in the low RPM region of the engine so that the cooling water target value follow- As shown in Fig.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 냉각수 목표 값 추종에 적용된 피 제어 하드웨어를 제어하는 PID 알고리즘의 P게인(Proportional Gain) 또는 I게인(Integral Gain)이 피 제어 하드웨어의 비선형적 특성을 반영함으로써 피 제어 하드웨어의 오버 슈트(Over Shoot)와 하드웨어 요동(Hardware Oscillation)이 방지되고, 특히 PID 알고리즘이 엔진 부하(Engine Load)와 피 제어 하드웨어 작동영역으로 구분된 P게인 맵(Map) 또는 I게인 맵(Map)을 이용함으로써 비선형적인 하드웨어 특성 개선을 위한 비용증가나 기술적인 어려움 없이 PID 알고리즘 개선이 이루어지는 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법 및 ＰＩＤ 제어기의 제공에 목적이 있다.In view of the above, the present invention reflects the nonlinear characteristics of the controlled hardware, such as the P gain or the I gain of the PID algorithm controlling the controlled hardware applied to follow the cooling water target value, In particular, the PID algorithm is divided into a P gain map or an I gain map, which is divided into an engine load and a controlled hardware operating area, while preventing overshoot and hardware oscillation of the control hardware. The present invention is to provide a PID target value tracking stabilization method and a PID controller using a multidimensional gain map in which a cost increase for improving nonlinear hardware characteristics or a PID algorithm improvement without technical difficulty is achieved by using a map.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법은 냉각수온 값을 검출해 설정된 목표 냉각수온 값과 차이를 계산하고, 차이 값을 추종 냉각수온 목표 값으로 설정하여 PID 알고리즘이 실행되며, 상기 PID 알고리즘 실행 시 P(Proportional) 및 I(Integral)에 의한 PWM(Pulse Width Modulation)Duty로 회전수 제어될 하드웨어가 선택되고, 선택된 하드웨어의 요동(Oscillation)해소에 맞춰 설정된 P 게인 맵 및 I 게인 맵에서 하나의 P 게인 및 I 게인을 산출하여 새로운 PWM Duty가 출력되며, 새로운 PWM Duty 출력으로 상기 선택된 하드웨어가 구동되는 게인 맵 제어; 가 수행되는 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, the present invention provides a PID target value follow-up stabilization method using a multidimensional gain map, comprising the steps of: detecting a coolant temperature ON value and calculating a difference between the target coolant ON value and a difference value as a follower coolant ON target value The PID algorithm is executed. When the PID algorithm is executed, the hardware to be controlled by the PWM (Pulse Width Modulation) duty by P (Proportional) and I (Integral) is selected, and according to the elimination of the oscillation of the selected hardware Gain map control in which one P gain and I gain are calculated from the set P gain map and I gain map to output a new PWM duty and the selected hardware is driven by a new PWM duty output; Is performed.

상기 설정된 목표 냉각수온 값은 상수 값이다. 상기 게인 맵 제어에는, 상기 선택된 하드웨어의 구동 결과를 피드백 받고, 피드백 값이 상기 P 게인 값이나 상기 I게인 값의 유지나 변경에 적용된다.The set target cooling water ON value is a constant value. In the gain map control, the driving result of the selected hardware is fed back, and the feedback value is applied to the maintenance or change of the P gain value or the I gain value.

상기 선택된 하드웨어가 전자제어 유체식 팬 클러치이면, 상기 설정된 P 게인 맵은 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P 게인 비율(ratio)을 곱한 1차원 P 맵이나, 가로축과 팬 클러치 rpm을 세로축으로 사용하여 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P 게인의 비율(ratio)을 곱한 2차원 P 맵으로 구축된다. 상기 선택된 하드웨어가 전자제어 유체식 팬 클러치이면, 상기 설정된 I 게인 맵은 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 I 게인 비율(ratio)을 곱한 1차원 I 맵이나, 가로축과 팬 클러치 rpm을 세로축으로 사용하여 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 I 게인의 비율(ratio)을 곱한 2차원 I 맵으로 구축된다.If the selected hardware is an electronically controlled fluid-type fan clutch, the set P gain map is a one-dimensional P map obtained by multiplying a Fan Engagement ratio, which is a constant, by a P gain ratio for each area, dimensional P map obtained by multiplying the fan engagement ratio by a ratio of P gain for each region by using a constant rpm as a vertical axis. If the selected hardware is an electronically controlled fluid type fan clutch, the set I gain map is a one-dimensional I map obtained by multiplying a fan engagement ratio by a ratio of I gain for each area, dimensional I map obtained by multiplying the fan engagement ratio by a ratio of I gain for each region by using a constant rpm as a vertical axis.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다차원 게인 맵을 적용한 ＰＩＤ 제어기는 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P 게인 비율(ratio)과 I 게인 비율(ratio)을 각각 곱해 작성된 1차원 P 맵 및 1차원 I 맵, 부하를 나타낸 가로축과 팬 클러치 rpm을 세로축으로 사용하여 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P 게인의 비율(ratio)과 I 게인 비율(ratio)을 각각 곱해 작성된 2차원 P 맵 및 2차원 I 맵으로 이루어진 PI 맵; 상기 PI 맵에서 산출된 P 게인이나 I 게인이 적용된 PWM Duty 출력이 발생되고, 상기 PWM Duty 값으로 제어된 전자제어 유체식 팬 클러치의 팬 클러치 회전수를 피드백 받아 피드백 값이 상기 P 게인 값이나 상기 I게인 값의 유지나 변경에 적용되는 제어출력부; 를 포함한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a PID controller to which a multi-dimensional gain map of the present invention is applied is configured to multiply a P gain ratio and an I gain ratio for each region by a constant Fan Engagement Ratio, The ratio of the P gain and the I gain ratio (ratios) of the 1-dimensional P map and the 1-dimensional I map, the horizontal axis indicating the load and the fan clutch rpm as the vertical axis, ) PI map composed of a two-dimensional P map and a two-dimensional I map created by multiplying the two-dimensional P map and the two-dimensional I map; A PWM duty output to which the P gain or I gain calculated in the PI map is applied is generated and the fan clutch rotational speed of the electronically controlled fluid type fan clutch controlled by the PWM duty value is fed back, A control output section applied to maintain or change an I gain value; .

이러한 본 발명은 PID 알고리즘의 P게인(Proportional Gain) 또는 I게인(Integral Gain)이 피 제어 하드웨어의 비선형적 특성을 반영함으로써 냉각수 목표 값 추종을 위한 피 제어 하드웨어 제어 시 피 제어 하드웨어의 오버 슈트(Over Shoot)와 하드웨어 요동(Hardware Oscillation)이 방지되고, 특히 냉각수 목표 값 추종이 엔진의 고 RPM 영역과 저 RPM 영역에서 구분됨이 없이 엔진의 전 운전영역에서 안정적으로 구현되는 효과가 있다.The present invention reflects the nonlinear characteristic of the controlled hardware by the P gain or the integral gain of the PID algorithm and thereby overshoots the controlled hardware in the controlled hardware control for following the cooling water target value Shoot and Hardware Oscillation are prevented and cooling water target value tracking is stably implemented in the entire operation region of the engine without being distinguished from the high RPM region and the low RPM region of the engine.

또한, 본 발명은 정확힌 P게인 값 및 I게인 값 계산이 엔진 부하(Engine Load)와 피 제어 하드웨어 작동영역으로 구분된 P게인 맵 및 I게인 맵에서 이루어짐으로써 비선형적인 하드웨어 특성 개선을 위한 비용증가나 기술적인 어려움 없이 PID 알고리즘을 개선하는 효과가 있다.In addition, the present invention is based on the P gain map and the I gain map in which the accurate P gain value and the I gain value calculation are divided into the engine load (engine load) and the controlled hardware operating area, thereby increasing the cost for nonlinear hardware characteristics improvement There is an effect of improving the PID algorithm without technical difficulties.

또한, 본 발명은 P게인 맵 및 I게인 맵이 1D, 2D, 3D 맵으로 구현됨으로써 P게인 값 및 I게인 값의 정확도가 더욱 개선되는 효과가 있다.Further, according to the present invention, since the P gain map and the I gain map are implemented as 1D, 2D, and 3D maps, the accuracy of the P gain value and the I gain value is further improved.

또한, 본 발명은 PID 알고리즘에서 P게인 맵 및 I게인 맵을 이용할 필요성이 없을 때 P게인 값 및 I게인 값을 전체 동일한 상수로 넣어줌으로써 종래와 동일한 방식으로도 사용되는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that the P gain value and the I gain value are all set to the same constant when there is no need to use the P gain map and the I gain map in the PID algorithm, so that they are used in the same manner as in the conventional art.

또한, 본 발명은 PID 알고리즘이 1D, 2D, 3D로 구축된 P게인 맵 및 I게인 맵에서 얻은 P게인 값 및 I게인 값으로 냉각수온 제어를 위해 널리 사용되는 전자제어 유체식 클러치 제어가 제어됨으로써 전자제어 유체식 클러치의 성능이 어떠한 하드웨어적 변경이나 개선 없이도 더욱 향상되는 효과가 있다.Further, the present invention controls the electronic control fluid type clutch control which is widely used for the cooling water on control with the P gain value and the I gain value obtained in the P gain map and I gain map constructed by the PID algorithm in 1D, 2D and 3D There is an effect that the performance of the electronically controlled fluid type clutch is further improved without any hardware change or improvement.

도 1은 본 발명에 따른 냉각수온 목표값 제어에 적용된 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 냉각수온 목표값 제어에 적용된 전자제어 유체식 팬 클러치가 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법으로 제어되는 예이며, 도 3,4는 본 발명에 따른 전자제어 유체식 팬 클러치의 하드웨어 특성이 반영된 1차원 게인 맵 및 2차원 게인 맵의 예이고, 도 5는 본 발명에 따른 1,2차원 게인 맵을 이용한 P게인 및 I게인이 슬립율 70% 구간에 적용된 전자제어 유체식 팬 클러치의 제어 결과의 예이며, 도 6은 본 발명에 따른 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화가 구현되는 ＰＩＤ 제어기의 구성예이다.FIG. 1 is a flowchart of a PID target value follow-up stabilization method using a multidimensional gain map applied to control of cooling water-on target value according to the present invention. FIG. 2 is a flow chart of a PID target value follow- 3 and 4 are examples of a one-dimensional gain map and a two-dimensional gain map reflecting the hardware characteristics of the electronically controlled fluid type fan clutch according to the present invention, 5 is a graph showing an example of the control result of the electronically controlled fluid type fan clutch applied with the P gain and the I gain using the one-dimensional gain map according to the present invention at the slip ratio of 70% This is an example of the configuration of a PID controller in which PID target value follow-up stabilization using a map is implemented.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.

도 1은 본 발명에 따른 냉각수온 목표값 제어에 적용된 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법의 순서도를 나타낸다.FIG. 1 shows a flow chart of a PID target value follow-up stabilization method using a multi-dimensional gain map applied to control of cooling water-on target value according to the present invention.

S10은 상수로 설정된 목표 냉각수온 값을 기준으로 하고, 현재 검출된 냉각수온 값이 비교됨으로써 냉각수온 목표 값 추종을 위한 준비가 이루어지는 단계이다.S10 is the step of preparing for the cooling water-on target value follow-up by comparing the currently detected cooling water ON value with the target cooling water ON value set as a constant as a reference.

S20은 목표 냉각수온 값과 검출 냉각수온 값의 차이로 냉각수 온도 제어 목표 값이 계산되고, 계산된 냉각수 온도 제어 목표 값을 기반으로 하여 PID 알고리즘이 실행됨으로써 냉각수 PI(Proportional,Integral)제어가 구현되는 단계이다.In S20, the cooling water temperature control target value is calculated by the difference between the target cooling water ON value and the detected cooling water ON value, and the cooling water PI (Proportional, Integral) control is implemented by executing the PID algorithm based on the calculated cooling water temperature control target value .

S30A는 냉각수 PI제어 시 실 적용될 하드웨어를 선택하는 단계이고, S30B는 S30A에서 선택된 하드웨어가 P나 I의 PWM Duty로 제어될 제어구간을 선택하는 단계이다.S30A is a step of selecting a hardware to be actually applied at the time of controlling the cooling water PI, and S30B is a step of selecting a control period in which the hardware selected at S30A is controlled to PWM Duty of P or I.

S50A는 선택된 제어구간에 적용될 P 게인 및 I게인이 다차원 맵 중 1차원 맵을 적용해 산출되는 단계이고, S60A는 1차원 맵으로 산출된 P 게인 및 I게인이 선택된 하드웨어에 적용되는 단계이다.S50A is a step in which P gain and I gain to be applied to the selected control period are calculated by applying a one-dimensional map among the multidimensional maps, and S60A is a step in which P gain and I gain calculated in the one-dimensional map are applied to the selected hardware.

반면, S50B는 선택된 제어구간에 적용될 P 게인 및 I게인이 다차원 맵 중 2차원 맵(또는 3차원 맵)을 적용해 산출되는 단계이고, S60B는 2차원 맵(또는 3차원 맵)으로 산출된 P 게인 및 I게인이 선택된 하드웨어에 적용되는 단계이다.On the other hand, S50B is a step in which the P gain and I gain to be applied to the selected control period are calculated by applying a two-dimensional map (or a three-dimensional map) among the multi-dimensional maps, and S60B is a step of calculating P Gain and I gain are applied to the selected hardware.

S70A는 PID 제어 시 새롭게 적용된 P 게인 및 I게인에 의한 PWM Duty 값으로 해당 하드웨어의 작동 구간이 제어되고, 그 결과가 다시 PID 알고리즘으로 피드백되는 단계이다.In operation S70A, the operation period of the corresponding hardware is controlled by the PWM Duty value generated by the P gain and I gain newly applied in the PID control, and the result is fed back to the PID algorithm.

S70B는 해당 하드웨어의 작동 구간의 변경 여부를 판단하고, 해당 하드웨어의 작동 구간 변경 필요 시 S30B로 피드백하여 새로운 P 게인 및 I게인을 계산하기 위한 절차를 진행하고, 반면 작동 구간으로 제어되던 해당 하드웨어의 목적 달성 시 해당 하드웨어의 작동을 종료하는 단계이다.In step S70B, it is determined whether or not the operation period of the corresponding hardware is changed. When the operation period of the hardware is changed, the process returns to step S30B to calculate a new P gain and I gain. On the other hand, It is a step to end the operation of the hardware when the purpose is accomplished.

이와 같이, 본 발명의 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법에서는 냉각수온 목표 값 추종에 적용될 하드웨어가 선택될 수 있는 장점이 구현된다. 이러한 장점은 엔진 냉각계에 적용되는 팬 클러치의 종류가 다양함을 고려할 때 더욱 큰 장점으로 작용된다.As described above, in the PID target value follow-up stabilization method using the multidimensional gain map of the present invention, the hardware to be applied to follow the cooling water-on target value can be selected. This advantage is more advantageous in consideration of various kinds of fan clutches applied to the engine cooling system.

이하의 도 2내지 도 6에서는 특정한 하드웨어로서 전자제어 유체식 팬 클러치가 적용된 실시예로 냉각수온 목표값 제어에 적용된 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법을 기술한다.2 to 6 below describe a PID target value follow-up stabilization method using a multi-dimensional gain map applied to the cooling water-on target value control as an embodiment in which an electronically controlled fluid-type fan clutch is applied as specific hardware.

도 2는 본 실시예의 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법이 전자제어 유체식 팬 클러치의 제어에 적용된 예를 나타낸다.2 shows an example in which the PID target value tracking stabilization method using the multidimensional gain map of the present embodiment is applied to the control of the electronically controlled fluid type fan clutch.

구체적으로, S10과 같이 상수로 설정된 목표 냉각수온 값과 제어시점에서 검출된 냉각수온 값의 차를 계산하고, 그 차이를 추종 냉각수온 목표 값으로 결정하고, S20과 같이 PID 알고리즘은 추종 냉각수온 목표 값 제어에 적용되는 냉각수 PI제어를 시작한다.Specifically, the difference between the target coolant temperature value set to a constant value and the coolant temperature value detected at the control time point is calculated as S10 and the difference is determined as the follower coolant temperature target value, and the PID algorithm is set to the follow- Start the cooling water PI control applied to the value control.

이어, S30-1과 같이 냉각수 PI제어에 적용된 전자제어 유체식 팬 클러치가 추종 냉각수온 목표 값 달성을 위해 도달하여야 할 팬 회전수를 계산하고, 계산된 팬 회전수에서 전자제어 유체식 팬 클러치가 팬 요동(Fan Oscillation)없이 구동될 수 있는 P 게인 및 I게인을 다차원 맵에서 산출하여 준다.Then, as in S30-1, the electronic controlled fluid type fan clutch applied to the cooling water PI control calculates the number of fan rotations to be reached in order to achieve the following cooling water temperature target value, P gain and I gain that can be driven without fan oscillation are calculated in a multi-dimensional map.

상기 팬 요구회전수가 계산되어야 하는 이유는 도 3을 통해 예시된다. 도시된 RPM(팬 회전수)와 PWM Duty 선도와 같이, 전자제어 유체식 팬 클러치는 PWM 60% 구간(이는, 밸브가 60% 이상 열리는 구간을 의미 함)에서 RPM이 급격히 변하는 팬 요동 영역(Fan Oscillation Scope)(K)을 가짐을 알 수 있으며, 이는 전자제어 유체식 팬 클러치의 고유한 하드웨어적 특성(A)일 수밖에 없다.The reason why the fan required number of revolutions is to be calculated is illustrated in FIG. As shown in the RPM (Fan Speed) and PWM Duty diagrams shown in the figure, the electronically controlled fluid type fan clutch has a fan swinging region Fan (RPM) in which the RPM suddenly changes in the PWM 60% (K), which is a unique hardware property (A) of the electronically controlled fluid type fan clutch.

상기 팬 요동 영역(Fan Oscillation Scope)(K)에서 팬 요동(Fan Oscillation)을 해소하는 새로운 P게인 및 I게인의 예는 도 4를 통해 예시된다. 도 4(가)는 1차원 맵(B)으로서, 이러한 1차원 맵은 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P와 I 게인의 비율(ratio)을 곱하는 방식으로써 기존 맵 로직(Map Logic)에 곱셈 로직만 추가하여 작성될 수 있다. 그러므로, 1차원 맵은 변경 최소화가 이루어지는 장점이 있다. 그리고, 도 4(나)는 2차원 맵(C)으로서, 이러한 2차원 맵은 부하를 나타낸 가로축과 팬 클러치 rpm을 세로축으로 사용하여 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P와 I 게인의 비율(ratio)을 곱하는 방식으로써 전자제어 유체식 팬 클러치의 전체 작동 영역별로 다른 게인 값이 사용 가능한 장점이 있다. 이러한 2차원 맵(C)의 방식을 적용함으로써 3차원 맵의 확장도 용이하게 구현될 수 있다.An example of a new P gain and I gain for solving Fan Oscillation in the Fan Oscillation Scope K is illustrated in FIG. 4 (A) is a one-dimensional map B. This one-dimensional map is a method of multiplying the fan engagement ratios, which are constants, by the ratios of P and I gains for each region, Map Logic) by adding only the multiplication logic. Therefore, the one-dimensional map is advantageous in minimizing change. 4 (B) shows a two-dimensional map C. In the two-dimensional map, the horizontal axis indicating the load and the fan clutch rpm are used as the vertical axis, and a constant P (Fan Engagement Ratio) I gain ratio, which is advantageous in that different gain values can be used for the entire operating range of the electronically controlled fluid-type fan clutch. By applying the scheme of the two-dimensional map (C), the expansion of the three-dimensional map can be easily implemented.

본 실시예는 상기 1차원 맵(B)과 상기 2차원 맵(C)(또는 3차원 맵)의 적용이 전자제어 유체식 팬 클러치로 한정하였으나, 본 발명에서는 전자제어 유체식 팬 클러치에 적용된 방식과 동일한 방식으로 기타 다양한 종류의 팬 클러치에 대해서도 1차원 맵과 2차원 맵(또는 3차원 맵)이 작성되고, 이를 PID 알고리즘에서 이용한다.In the present embodiment, the application of the one-dimensional map B and the two-dimensional map C (or three-dimensional map) is limited to the electronically controlled fluid type fan clutch. However, in the present invention, A one-dimensional map and a two-dimensional map (or a three-dimensional map) are created for other various types of fan clutches in the same manner as that of the first embodiment, and are used in the PID algorithm.

한편, S60-1은 변경하고자 하는 PWM Duty 값을 위해 P 게인 및 I게인을 새롭게 산출하고, 산출된 P 게인 및 I게인으로 PWM Duty 값을 출력하는 단계이다. 이러한 PWM Duty 값의 변화는 S50-1과 같이 팬 회전수 변화에 맞는 P 게인 및 I게인을 1차원 맵(B) 또는 2차원 맵(C)(또는 3차원 맵)에서 읽어 적용한다.S60-1 is a step for newly calculating the P gain and the I gain for the PWM duty value to be changed, and outputting the PWM duty value using the calculated P gain and I gain. The change in the PWM duty value is obtained by reading the P gain and the I gain corresponding to the change in the fan speed in the one-dimensional map B or the two-dimensional map C (or the three-dimensional map) as in S50-1.

그러면, S70-1과 같이 팬 클러치가 산출된 P 게인 및 I 게인이 적용된 PWM Duty 값으로 제어됨으로써 팬 회전수 제어가 이루어지고, 팬 회전수 제어로 팬 요동 영역(Fan Oscillation Scope)(K)에서도 팬 요동(Fan Oscillation)없이 전자제어 유체식 팬 클러치가 구동되는 실 제어 단계이다. 특히, 팬 회전수 제어 결과는 지속적으로 피드백됨으로써 새로운 P 게인 및 I게인의 계산에 즉시 반영된다.Then, as in S70-1, the fan clutch is controlled to the PWM duty value to which the calculated P gain and I gain are applied, so that the fan speed control is performed. In the fan speed control (Fan Oscillation Scope) This is an actual control step in which an electronically controlled fluid type fan clutch is driven without fan oscillation. In particular, the fan rotation rate control result is continuously fed back to be immediately reflected in the calculation of the new P gain and I gain.

이와 같이, 팬 회전수 영역에 맞춰 새롭게 산출된 P 게인 및 I 게인에 의한 PWM Duty 로 얻을 수 있는 결과는 팬 요동(Fan Oscillation)없이 전자제어 유체식 팬 클러치가 구동됨으로 나타나고, 이러한 상태는 전자제어 유체식 클러치의 팬 RPM의 연속적인 변동이 발생되는 팬 클러치 슬립율 70% 구간 선도를 나타낸 도 5로 증명된다. 예시된 본 발명 PI 미적용결과(A)는 팬 클러치 슬립율 70% 구간임에도 기존 기술과 같이 0~100% PWM DUTY 영역에서 선형적인 하드웨어적 특성을 가정해 상수값을 갖는 P게인 값 또는 I게인 값이 적용됨으로써 오버 슈트(Over Shoot)로 인한 팬 요동(Fan Oscillation)으로 발전됨을 나타낸다. 반면, 본 발명 PI 적용결과(A-1)는 팬 클러치 슬립율 70% 구간에 다차원 게인맵으로 산출된 P 게인 값 또는 I 게인 값이 오버 슈트(Over Shoot)를 제어함으로써 팬 요동(Fan Oscillation)이 거의 없음을 나타낸다. 이러한 결과는 실험을 통해 증명되었다.As described above, the results obtained with the PWM duty by the P gain and the I gain newly calculated for the fan speed region are indicated by the electronic controlled fluid type fan clutch being driven without fan oscillation, It is proved by Fig. 5 which shows a 70% interval diagram of the fan clutch slip ratio at which continuous fluctuation of the fan RPM of the fluid type clutch occurs. As a result, it is possible to obtain a P gain value or a I gain value having a constant value assuming a linear hardware characteristic in a 0 to 100% PWM DUTY region as in the conventional technology even when the fanless clutch slip ratio is 70% This indicates that the fan oscillation is generated due to overshoot. On the other hand, according to the PI application result (A-1) of the present invention, the P gain value or the I gain value calculated by the multidimensional gain map in the fan clutch slip ratio 70% interval controls fan overshoot by controlling the overshoot, Indicating almost no. These results were verified by experiments.

한편, 도 6은 본 실시예에 따른 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화가 구현되는 ＰＩＤ 제어기의 구성을 나타낸다.Meanwhile, FIG. 6 shows a configuration of a PID controller in which PID target value follow-up stabilization using a multi-dimensional gain map according to the present embodiment is implemented.

도시된 바와 같이, PID 제어기(10)에는 전자제어 유체식 팬 클러치(20)의 하드웨어 특성에 의한 팬 요동(Fan Oscillation)없이 팬 회전수를 제어하는 P 게인 및 I 게인이 산출되는 PI 맵(Map)(10-1), 전자제어 유체식 팬 클러치(20)의 팬 회전수 제어를 위한 PWM Duty가 산출된 P 게인 및 I 게인을 반영해 출력되는 제어출력부(10-2)가 포함된다.As shown in the figure, the PID controller 10 is provided with a PI map (Map) in which the P gain for controlling the fan speed and the I gain are calculated without fan oscillation due to the hardware characteristics of the electronically controlled fluid type fan clutch 20 ) 10-1, and a control output section 10-2 which outputs the reflected P gain and I gain calculated for the PWM duty for controlling the fan speed of the electronically controlled fluid type fan clutch 20.

상기 PI 맵(10-1)은 1차원 PI 맵(10-1A)과 2차원 PI 맵(10-1B)으로 구성된다. 상기 1차원 PI 맵(10-1A)은 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P 게인 비율(ratio)을 곱하는 방식으로 작성되는 1차원 P 맵(10-1Aa)과, 동일하게 I 게인 비율(ratio)을 곱하는 방식으로 작성되는 1차원 I 맵(10-1Ab)으로 이루어진다. 상기 2차원 PI 맵(10-1B)은 부하를 나타낸 가로축과 팬 클러치 rpm을 세로축으로 사용하여 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P 게인의 비율(ratio)을 곱하는 방식으로 작성되는 2차원 P 맵(10-1Ba)과 동일하게 I 게인의 비율(ratio)을 곱하는 방식으로 작성되는 2차원 I 맵(10-1Bb)으로 이루어진다.The PI map 10-1 is composed of a one-dimensional PI map 10-1A and a two-dimensional PI map 10-1B. The one-dimensional PI map 10-1A includes a one-dimensional P map 10-1Aa generated by multiplying a fan engagement ratio by a P gain ratio for each area, And a one-dimensional I-map 10-1Ab generated by multiplying the I gain ratio. The two-dimensional PI map 10-1B is created by multiplying the fan engagement ratio, which is a constant, by the ratio of the P gain for each region, using the horizontal axis representing the load and the fan clutch rpm for the vertical axis, Dimensional I map 10-1Bb generated by multiplying the ratio of the I gain in the same way as the two-dimensional P map 10-1Ba.

상기 제어출력부(10-2)에서는 1차원 P 맵(10-1Aa)에서 산출된 P 게인값과 1차원 I 맵(10-1Ab)에서 산출된 I 게인값의 각 적용에 따라 변화된 PWM Duty 값을 제어신호로 출력하고, 2차원 P 맵(10-1Ba)에서 산출된 P 게인값과 2차원 I 맵(10-1Bb)에서 산출된 I 게인값의 각 적용에 따라 변화된 PWM Duty 값을 제어신호로 출력하고, 변화된 PWM Duty 값으로 전자제어 유체식 팬 클러치(20)의 팬 회전수를 제어하며, 팬 회전수의 회전수 변화 값이 피드백 됨으로써 P 게인값과 I 게인값을 변경시켜준다.The control output unit 10-2 outputs a PWM duty value (hereinafter, referred to as " PWM duty value ") that is changed in accordance with each application of the P gain value calculated in the 1D P map 10-1Aa and the I gain value calculated in the 1D I map 10-1Ab Dimensional PWM map 10-1Ba and the I gain value calculated in the two-dimensional I map 10-1Bb, and outputs the PWM Duty value, which is changed in accordance with the application of the I gain value calculated in the two-dimensional I map 10-1Bb, Controls the fan rotation speed of the electronically controlled fluid type fan clutch 20 with the changed PWM duty value, and changes the P gain value and the I gain value by feeding back the rotation speed variation value of the fan rotation speed.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법은 ＰＩＤ 제어기를 이용하고, 냉각수온 값을 검출해 상수로 설정된 목표 냉각수온 값과 차이를 계산하고, 차이 값을 추종 냉각수온 목표 값으로 설정하여 PID 알고리즘이 실행되며, PID 알고리즘 실행 시 P(Proportional) 및 I(Integral)에 의한 PWM(Pulse Width Modulation)Duty로 회전수 제어될 하드웨어가 선택되고, 선택된 하드웨어의 요동(Oscillation)해소에 맞춰 설정된 P 게인 맵 및 I 게인 맵에서 하나의 P 게인 및 I 게인을 산출하여 새로운 PWM Duty가 출력되며, 새로운 PWM Duty 출력으로 선택된 하드웨어가 구동되는 게인 맵 제어가 수행됨으로써 오버 슈트(Over Shoot)와 요동(Hardware Oscillation)의 방지와 함께 비선형적인 하드웨어 특성 개선을 위한 비용증가나 기술적인 어려움 없이 PID 알고리즘 개선이 이루어진다.As described above, in the PID target value follow-up stabilization method using the multi-dimensional gain map according to the present embodiment, the PID controller is used, the cooling water ON value is detected to calculate the difference between the target cooling water ON value set as a constant, The PID algorithm is executed by setting the following cooling water temperature target value and the hardware to be controlled by the PWM (Pulse Width Modulation) duty by P (Proportional) and I (Integral) is selected when executing the PID algorithm, One P gain and one I gain are calculated from the P gain map and the I gain map set for eliminating the oscillation and a new PWM duty is outputted and gain map control is performed in which the hardware selected by the new PWM duty output is driven, (Overshoot) and oscillation (hardware oscillation), as well as to increase the cost for nonlinear hardware characteristics improvement without technical difficulties PID algorithm improvement is achieved.

10 : PID 제어기 10-1 : PI 맵(Map)
10-1A : 1차원 PI 맵 10-1Aa : 1차원 P 맵
10-1Ab : 1차원 I 맵
10-1B : 2차원 PI 맵 10-1Ba : 2차원 P 맵
10-1Bb : 2차원 I 맵 10-2 : 제어출력부
20 : 전자제어 유체식 팬 클러치10: PID controller 10-1: PI map (Map)
10-1A: one-dimensional PI map 10-1Aa: one-dimensional P map
10-1Ab: one-dimensional I-map
10-1B: 2D PI map 10-1Ba: 2D P map
10-1Bb: two-dimensional I map 10-2: control output unit
20: Electronic control fluid type fan clutch

Claims (6)

냉각수온 값을 검출해 설정된 목표 냉각수온 값과 차이를 계산하고, 차이 값을 추종 냉각수온 목표 값으로 설정하여 PID 알고리즘이 실행되며, 상기 PID 알고리즘 실행 시 P(Proportional) 및 I(Integral)에 의한 PWM(Pulse Width Modulation)Duty로 회전수 제어될 하드웨어가 선택되고, 선택된 하드웨어의 요동(Oscillation)해소에 맞춰 설정된 P 게인 맵 및 I 게인 맵에서 하나의 P 게인 및 I 게인을 산출하여 새로운 PWM Duty가 출력되며, 새로운 PWM Duty 출력으로 상기 선택된 하드웨어가 구동되는 게인 맵 제어;가 수행되며;
상기 설정된 P 게인 맵은 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P 게인 비율(ratio)을 곱한 1차원 P 맵이나, 가로축과 팬 클러치 rpm을 세로축으로 사용하여 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P 게인의 비율(ratio)을 곱한 2차원 P 맵으로 구축되거나 또는 상기 설정된 I 게인 맵은 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 I 게인 비율(ratio)을 곱한 1차원 I 맵이나, 가로축과 팬 클러치 rpm을 세로축으로 사용하여 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 I 게인의 비율(ratio)을 곱한 2차원 I 맵으로 구축되는 것을 특징으로 하는 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법.
The PID algorithm is executed by calculating the difference between the target coolant temperature value and the target coolant temperature value by setting the difference value as the follower coolant temperature target value by detecting the coolant temperature ON value and by performing the PID (Proportional) and I (Integral) The hardware to be controlled by the PWM (Pulse Width Modulation) duty is selected, and one P gain and I gain are calculated from the P gain map and I gain map set in response to the elimination of the selected hardware oscillation, And a gain map control in which the selected hardware is driven by a new PWM duty output;
The set P gain map is a one-dimensional P map obtained by multiplying the fan engagement ratio by a P gain ratio for each region or a one-dimensional P map obtained by multiplying the fan engagement ratio by a constant fan- The P gain is multiplied by the ratio of the P gain to the Fan Engagement Ratio, or the I gain map is set to a constant Fan Engagement Ratio, Dimensional I map obtained by multiplying the ratio of the I gain for each region by the fan engagement ratio, which is a constant, using the one-dimensional I map multiplied by the horizontal axis and the fan clutch rpm as the vertical axis A method for stabilizing PID target value tracking using a multi - dimensional gain map.
청구항 1에 있어서, 상기 설정된 목표 냉각수온 값은 상수 값인 것을 특징으로 하는 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법.
The method according to claim 1, wherein the set target cooling water ON value is a constant value.
청구항 1에 있어서, 상기 게인 맵 제어에는, 상기 선택된 하드웨어의 구동 결과를 피드백 받고, 피드백 값이 상기 P 게인 값이나 상기 I게인 값의 유지나 변경에 적용되는 것을 특징으로 하는 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법.
The gain map control method according to claim 1, wherein the gain map control is fed back to the driving result of the selected hardware, and the feedback value is applied to the maintenance or change of the P gain value or the I gain value. Value follow-up stabilization method.
청구항 1에 있어서, 상기 선택된 하드웨어는 전자제어 유체식 팬 클러치인 것을 특징으로 하는 다차원 게인 맵을 이용한 ＰＩＤ 목표값 추종 안정화 방법.
The method of claim 1, wherein the selected hardware is an electronically controlled fluidized fan clutch.
삭제delete 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P 게인 비율(ratio)과 I 게인 비율(ratio)을 각각 곱해 작성된 1차원 P 맵 및 1차원 I 맵, 부하를 나타낸 가로축과 팬 클러치 rpm을 세로축으로 사용하여 상수인 팬물림비(Fan Engagement Ratio)에 각 영역별로 P 게인의 비율(ratio)과 I 게인 비율(ratio)을 각각 곱해 작성된 2차원 P 맵 및 2차원 I 맵으로 이루어진 PI 맵;
청구항1내지 청구항3중 어느 한 항에 의한 게인 맵 제어에 상기 PI 맵(Map)에서 산출된 P 게인이나 I 게인을 적용되는 제어출력부;
가 포함된 것을 특징으로 하는 ＰＩＤ 제어기.The 1-dimensional P map and the 1-dimensional I-map created by multiplying the P gain ratio and the I gain ratio for each region by a constant fan engaging ratio, the horizontal axis representing the load and the fan clutch rpm A PI map composed of a two-dimensional P map and a two-dimensional I map created by multiplying the fan engagement ratio by a factor of a ratio of a P gain and an I gain ratio for each region using a vertical axis;
A control output section to which P gain or I gain calculated from the PI map is applied to gain map control according to any one of claims 1 to 3;
And a PID controller.
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