KR20220128034A - 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템 및 그 방법 - Google Patents

응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템에 관한 것으로, 운전데이터를 이용하여 동기화하기 위해 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 부하 변동에 따른 비율 제어기의 BMD 신호에 변화를 주어 데이터를 취득하는 취득부(110); 공기제어기와 연료제어기에 대한 전달함수 모델링을 위한 최적화를 수행하는 최적화 수행부(120); 연료제어기 응답 특성을 동기화하는 공기 제어기 모델 파라메터를 계산하는 산출부(130); 및 튜닝을 진행하여 기존의 비율제어기와 튜닝을 진행하였을 때의 비율제어 성능을 비교하는 비교분석부(140);를 포함하여 모델링을 통한 응답결과를 미리 확인하여 볼 수 있으므로 trial and error 방식에 비해 공기 단축 및 튜닝 신뢰성 향상의 효과를 볼 수 있다.

Description

응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템 및 그 방법{Ratio controller synchronization turning system for analysis of Linearlized response character and method therefor}
본 발명은 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운전데이터를 이용하여 동기화하기 위해 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템에 관한 것이다.
연소제어를 하는 발전소, 선박, 자동차 등은 최적의 연소를 위하여 비율 제어기를 채택하여 사용하고 있다. 연소제어란, 주로 공기와 연료의 비율을 맞추는 공연비 제어라고 하며, 비율제어기를 사용한다. 비율제어 실패시, 과잉 공기시 SOX, NOX 증가, 과소 공기시 일산화탄소 의 증가를 유발하며, 보일러 열효율과도 밀접한 관련이 있다. 비율제어기는 이러한 균형적인 조건을 맞추는데 최적화된 제어기이다.
하지만 제어기의 특성상 set point를 운전원이 정해주는 것이 아닌 부하 변동에 따라 생성된 BMD(Boiler Master Demand)에 의해 제어신호를 생성해낸다. 이런 구조에서는 계단 응답 특성을 확인할 수 없으므로 튜닝에 어려움이 있다.
국내공개특허 제10-2021-0007449(2021.01.20)
본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 고안한 것으로, 운전데이터를 이용한 최소제곱법을 이용하여 서로 다른 공기, 연료제어기의 전체, 플랜트 전달함수를 선형화하여, 이후 동기화하고자 하는 공기제어기 제어 전달함수를 연료제어의 전체 전달함수와 공기 제어의 플랜트 전달함수로 해석하여 최종치 정리와, 초기치 정리로 해석하여 튜닝을 하는 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템은 부하 변동에 따른 비율 제어기의 BMD 신호에 변화를 주어 데이터를 취득하는 취득부(110); 공기제어기와 연료제어기에 대한 전달함수 모델링을 위한 최적화를 수행하는 최적화 수행부(120); 연료제어기 응답 특성을 동기화하는 공기 제어기 모델 파라메터를 계산하는 산출부(130); 및 튜닝을 진행하여 기존의 비율제어기와 튜닝을 진행하였을 때의 비율제어 성능을 비교하는 비교분석부(140);를 포함한다.
바람직하게 최적화 수행부는 비율제어기 시스템에서 데이터 취득을 통해, 공기제어기, 연료제어기의 전체 전달함수를 최소제곱 선형화기법으로 모델링한다.
산출부는 폐루프 시스템 수식으로 플랜트 전달함수를 계산하여, 전체 시스템을 모사한다.
비교분석부는 공기 제어기의 응답특성이 연료제어기의 응답특성을 따라가도록 PI 제어기의 튜닝을 진행한다.
비교분석부는 동기화하고자 하는 공기제어기 제어 전달함수를 연료제어의 전체 전달함수와 공기 제어의 플랜트 전달함수로 해석하고, 최종치 정리 및 초기치 정리로 해석하여 튜닝한다.
한편, 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝방법은 (a)부하 변동에 따른 비율 제어기의 BMD 신호에 변화를 주어 데이터를 취득하는 단계; (b) 공기제어기와 연료제어기에 대한 전달함수 모델링을 위한 최적화를 수행하는 단계; (c) 연료제어기 응답 특성을 동기화하는 공기 제어기 모델 파라메터를 계산하는 단계; 및 (d) 튜닝을 진행하여 기존의 비율제어기와 튜닝을 진행하였을 때의 비율제어 성능을 비교하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템에 의하면, 모델링을 통한 응답결과를 미리 확인하여 볼 수 있으므로 trial and error 방식에 비해 공기 단축 및 튜닝 신뢰성 향상의 효과를 볼 수 있다.
또한 계단응답 테스트를 할 수 없는 시스템에 대하여 입출력 데이터로 모델링을 하여 계단응답 테스트 시뮬레이션을 할 수 있으므로 좀 더 직관적인 튜닝을 할수 있다.
대표적인 비율제어기중 하나인 공연비 제어기의 성능을 향상 시킬 수 있다. 이 로 인해, 보일러 열효율 상승 및 연소 화합물인 CO, SOX, NOX 의 생성을 양적으로 줄일 수 있어 설비 수명의 향상과 연소물질을 줄이기 위한 비용의 절감을 가져올 수 있다.
또한 최소제곱법을 이용한 선형화 방식을 이용하여 노이즈가 심한 비선형에 가까운 시스템에 대하여 노이즈를 제거하여 시스템에 대한 모델링 및 튜닝을 할 수 있다.
다양한 비율제어를 필요로 하는 Pirmary, secondary 공기 제어팬, 보일러 급수펌프 등에 대한 튜닝을 할 수 있다.
도 1은 일반적인 비율 제어기 구조를 나타낸 도면이고,
도 2는 시간 지연을 포함한 일반적 폐루프 제어기 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 제어기 튜닝 어플리케이션 구성도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템의 기술적 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝방법의 흐름도이다.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 설명을 생략하였다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템은 비율제어기 시스템에서 데이터 취득을 통해, 공기제어기, 연료제어기의 전체 전달함수를 최소제곱 선형화기법으로 모델링하고, 폐루프 시스템 수식으로 플랜트 전달함수를 계산하여, 전체 시스템을 모사한다. 연료의 응답특성이 민감하므로 공기 제어기의 응답특성이 연료제어기의 응답특성을 따라가도록 PI 제어기의 튜닝을 진행한다. 연료 응답 특성과 공기 제어기의 플랜트와 제어기 전달함수로 폐루프 수식을 작성하여 같다고 놓고 해석한다. 해석튜닝은 최종치, 초기치 정리를 사용한다.
도 1은 일반적인 비율 제어기 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 시간 지연을 포함한 일반적 폐루프 제어기 구조를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 비율 제어기는 연소제어를 하는 발전소, 선박, 자동차 등에서 최적의 연소를 위한 것으로서, 이러한 비율 제어기를 채택하여 사용하고 있다. 연소제어란 앞서 언급한 바와 같이, 주로 공기와 연료의 비율을 맞추는 공연비 제어라고 하며, 비율 제어기를 사용한다. 비율제어 실패시, 과잉 공기시 SOX, NOX의 증가, 과소 공기시 일산화탄소 증가를 유발하며, 보일러 열효율과도 밀접한 관련이 있다. 비율제어기는 이러한 균형적인 조건을 맞추는데 최적화된 제어기이다. 하지만 제어기의 특성상 set point를 운전원이 정해주는 것이 아닌 부하 변동에 따라 생성된 BMD(Boiler Master Demand)에 의해 제어신호를 생성해낸다.
이러한 점에서 부하변동시, 도 1의 1번 부분에서의 BMD 신호 변화데이터를 취득한다. 실제 공기 유량 data 취득을 위해 도 1의 2번 부분에서 데이터를 취득한다. 실제 연료 유량 data 취득을 위해 도 1의 3번 부분에서 데이터를 취득한다. 도 1의 F1(x), F2(x)는 일반적인 비율 제어기에서 유량을 BMD 신호로 변환해주는 부분이다. 만약 n초 만큼 피드백 시간 지연이 있다면, 도 2의 시간 지연만큼 Z^n의 피드백 함수를 설정해주면 된다. 도 3은 제어기 튜닝 어플리케이션 구성도를 나타낸 도면이다. 앞서 설정한 도 2의 시간 지연만큼 튜닝 어플리케이션 구성도인 도 3의 4, 9번에 지연 시간을 입력해주면 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템의 기술적 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 부하 변동을 통한 비율 제어기의 BMD 신호에 변화를 주어 데이터를 취득하는 1단계, 공기제어기와 연료제어기에 대한 전달함수 모델링을 위한 최적화를 수행하는 2단계, 연료제어기 응답 특성을 동기화하는 공기 제어기 모델 파라메터를 계산하는 3단계, 튜닝을 진행하여 기존의 비율제어기와 튜닝을 진행하였을 때의 비율제어 성능을 비교하고 실제 발전소에 적용하여 응답 특성을 비교분석하는 4단계를 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템(10)을 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템(10)은 취득부(110), 최적화 수행부(120), 산출부(130), 비교분석부(140)를 포함한다.
취득부(110)는 부하 변동을 통한 비율 제어기의 BMD(Boiler Master Demand) 신호에 변화를 주어 데이터를 취득하는 구성이다.
최적화 수행부(120)는 공기제어기와 연료제어기에 대한 전달함수 모델링을 위한 최적화를 수행한다. 이러한 최적화 수행부는 비율제어기 시스템에서 데이터 취득을 통해, 공기제어기, 연료제어기의 전체 전달함수를 최소제곱 선형화기법으로 모델링한다.
산출부(130)는 연료제어기 응답 특성을 동기화하는 공기 제어기 모델 파라메터를 계산하는 구성이다. 이러한 산출부는 폐루프 시스템 수식으로 플랜트 전달함수를 계산하여, 전체 시스템을 모사한다.
비교분석부(140)는 공기제어기의 응답특성이 연료제어기의 응답특성을 따라가도록 튜닝을 진행하여 기존의 비율제어기와 튜닝을 진행하였을 때의 비율제어 성능을 비교하고 실제 발전소에 적용하여 응답 특성을 비교분석한다. 이러한 비교분석부는 공기 제어기의 응답특성이 연료제어기의 응답특성을 따라가도록 PI 제어기의 튜닝을 진행한다.
또한 비교분석부는 동기화하고자 하는 공기제어기 제어 전달함수를 연료제어의 전체 전달함수와 공기 제어의 플랜트 전달함수로 해석하고, 최종치 정리 및 초기치 정리로 해석하여 튜닝한다.
응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 방법의 기술적 원리를 설명하면 아래와 같다.
도 4의 step 1과 같이 부하 변동을 주어 도 1의 일반적인 ratio 제어기의 BMD(Boiler Master Demand) 신호에 변화를 주어 데이터를 취득한다.
① 부하 변동시, 도 1.의 1번부분에서의 BMD 신호 변화데이터를 취득 한다.
② 실제 공기 유량 data 취득을 위해, 도 1.의 2번부분에서 데이터 취득한다.
③ 실제 연료 유량 data 취득을 위해, 도 1.의 3번 부분에서 데이터 취득한다.
④ 도 1.의 F1(x), F2(x)는 일반적인 비율제어기에서 유량을 BMD 신호 로 변환해주는 부분이다. 만약 n초 만큼 피드백 시간 지연이 있다면 도 2의 시간지연만큼 z^n의 피드백 함수를 설정해주면 된다. 이는 튜닝 어플리케이션 구성도인, 도 3의 4,9 번에 지연 시간을 입력해주면 된다.
도 4의 step 2를 통해 공기제어기와 연료제어기에 대한 전달함수 모델링을 위한 최적화를 한다.
① 도 3의 1번을 통해 전체 시뮬레이션 시간과 도 4의 step 1을 통해 얻은 공기 제어기, 연료제어기 데이터를 load한다.
② one step ahead predictor 의 전달함수화의 1,2번 수식과 같이 one step ahead predictor의 모델차수 a,b를 정한다. 정한 모델 차수를 도 3의 3,7 에 넣어준다. 해당 모델 차수의 계산은 최소제곱법을 이용한 one step ahead predictor 모델 계산의 수식3,4,5를 거쳐 계산한다.
[수식1]
Figure pat00001
수식1에서,
Figure pat00002
는 one step ahead pridictor 로서 1 step 이후의 출력값에 대한 계산값,
Figure pat00003
는 이산 시간 시스템에서의 현재 출력값,
Figure pat00004
는 이산 시간 시스템에서의 현재 입력값,
Figure pat00005
는 현재 출력값에 대한 모델변수,
Figure pat00006
는 현재 입력값에 대한 모델변수,
Figure pat00007
는 n-1 step 츨력값에 대한 모델변수,
Figure pat00008
는 n-1 step 입력값에 대한 모델변수이다.
[수식2]
Figure pat00009
수식2에서,
Figure pat00010
는 이산시간 시스템이 표현된 z transform 형태의 전체 전달함수,
Figure pat00011
는 이산시간 시스템 출력 값들에 대한 z transform 형태의 전달함수,
Figure pat00012
는 이산시간 시스템 입력 값들에 대한 z transform 형태의 전달함수이다.
[수식3]
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
수식3에서,
Figure pat00016
는 최소제곱법 계산을 위해 취득한 데이터를 통해 입력값과 출력값을 행렬로 정리한 것이다.
Figure pat00017
는 yk+1을 계산하기 위해 필요한 모델값을 행렬로 정리한 것이고,
Figure pat00018
는 최소제곱 계산을 위해 one step 예측된 값이라고 보고 취득한 데이터이다.
[수식4]
Figure pat00019
[수식5]
Figure pat00020
③ 연료제어기와 공기제어기의 모델 파라메터 P,I 값을 도 3의 3,7 에 넣어준다.
④ 도 3의 3,7 안에 있는 모델링 버튼을 실행하여, one step ahead predictor 의 전달함수화, 수식 1의 이산 시간 수식을 수식 2의 z transform 형태의 전달함수 형태로 변환한다. 해당 전달함수 시뮬레이션 결과를 도 3의 2,8을 통하여 확인한다.
⑤ 도 3의 4,9를 통해 연료 제어기와 공기제어기에서 피드백 시간 지연을 입력한다.
⑥ 도 3의 5,10을 통하여 튜닝을 진행하기 위해 도 3의 3,7에 넣었던 P,I 값을 똑같이 넣어준다.
[수식 6]
Figure pat00021
수식6에서,
Figure pat00022
는 z transform 형태의 전체 전달함수,
Figure pat00023
는 z transform 형태의 PID 제어기 전달함수,
Figure pat00024
는 z transform 형태의 플랜트 전달함수,
Figure pat00025
는 z transform 형태의 피드백 전달함수 일반적으로 n초의 시간 지연에 따라 z 의 -n 승으로 표현된다.
[수식 7]
Figure pat00026
⑦ 도 3의 5,10 번의 튜닝 버튼을 눌러 폐루프 제어기 전달함수 및 플랜트 전달함수 계산 수식의 7을 통하여 플랜트를 재계산하여 시스템을 재구성한다. 그뒤 수식 6을 통하여 전체 전달함수를 다시 계산하여, 도 3의 6,11을 통해 모델링이 잘 되었는지 확인 한다.
⑧ 필요하다면 연료 제어기의 응답특성을 도 3의 5번을 통하여 모델 파라메터 P,I 값을 변화 시켜가며 응답특성을 개선시킬 수 있다. 하지만 연료 특성은 민감하므로 되도록 튜닝은 지양한다.
다음으로 도 4의 step 3과 같이 연료제어기 응답 특성을 동기화하는 공기 제어기 모델 파라메터를 계산한다.
① 도 4의 step 3 과정을 통해, 전달함수 해석을 통한 동기화 제어 전달함수 계산의 수식 8과 같이 공기 제어기와 연료제어기의 전체 시스템에 대한 전달함수를 가져온다.
다음의 수식 8 내지 수식 11은 전달함수 해석을 통한 동기화 제어 전달함수 계산을 나타낸 것이다.
[수식 8]
Figure pat00027
수식8에서,
Figure pat00028
는 z transform 형태로 표현되는 공기제어시스템 전체 전달함수,
Figure pat00029
는 z trnasform 형태로 표현되는 공기제어시스템의 기존 PID 제어기 전달함수,
Figure pat00030
는 z trnasform 형태로 표현되는 공기 제어시스템에서 피드백 시간 지연 전달함수,
Figure pat00031
는 공기 제어시스템에서 전체, 피드백, 제어 전달함수로 유도한 플랜트 전달함수,
Figure pat00032
는 z transform 형태로 표현되는 연료제어시스템 전체 전달함수,
Figure pat00033
는 z transform 형태로 표현되는 연료제어시스템 기존 PID 제어기 전달함수,
Figure pat00034
는 z trnasform 형태로 표현되는 연료제어시스템에서 피드백 시간 지연전달함수,
Figure pat00035
는 연료 제어시스템에서 전체, 피드백, 제어 전달함수로 유도한 플랜트 전달함수이다.
[수식 9]
Figure pat00036
수식9에서,
Figure pat00037
는 공기 제어시스템 튜닝을위해 연료 응답 전달함수와 같다고 가정하는 공기제어기 전달함수,
Figure pat00038
는 연료제어기의 응답특성과 같게 만드는 튜닝될 PID 제어기 z transform 전달함수이다.
[수식 10]
Figure pat00039
[수식 11]
Figure pat00040
수식11에서, P는 Proportional gain으로 PID 제어기중 비례제어게인을 말하며 본 실시예에서는 공기제어기에서 튜닝되어야 하는 P gain 값을 지칭하고 있다. I는 Integral gain으로 PID 제어기중 적분제어게인을 말하며 본 실시예에서는 공기제어기에서 튜닝되어야 하는 I gain 값을 지칭하고 있다.
② 전달함수 해석을 통한 동기화 제어 전달함수 계산의 수식 9와 같이 공기 제어기와 연료 제어기의 전체 전달함수가 같다면 동기화된 응답특성을 같다고 본다. 공기 전달함수 G'air 에 대하여 수정을 가한다면 공기 제어기 전체 응답 특성을 연료 제어기 전체 응답특성과 동기화시켜 줄 수 있다.
③ 전달함수 해석을 통한 동기화 제어 전달함수 계산의 수식 9와 같이 연료 제어기 전체 응답 전달함수와 동기화시킬 공기 제어기 전체 응답을 공기 제어기와 공기 플랜트로 구성한 전달함수로 구성하여 수식을 정리하면 전달함수 해석을 통한 동기화 제어 전달함수 계산의 수식 10과 같이 정리 된다.
④ 수식 10의 전달함수는 다항식 형태의 z transform 으로 표현된다. 하지만 z transform으로 표현된 일반적인 PI 제어기는 수식 11번과 같은 형태로 정리되어야 한다.
다음의 수식 12은 최종치 정리를 나타낸 것이고, 수식 13은 초기치 정리를 나타낸 것이다.
[수식 12]
Figure pat00041
[수식 13]
Figure pat00042
⑤ 수식 12와 수식 13에서 z transform의 최종치, 초기치 정리를 본다면 제어기 전달함수에서 최종치 정리를 적용하면 I, 초기치 정리를 이용하면 P 값을 얻을 수 있다.
⑥ 이를 응용하여 전달함수 해석을 통한 동기화 제어 전달함수 계산의 수식 10에 초기치 정리와 최종치 정리를 적용하여 P,I 값을 도출한다. 어플리케이션에서는 도 3의 12번의 synchro 버튼을 이용하면 동기화된 P,I 값을 얻을 수 있다.
다음으로, 도 4의 step 4에서 튜닝을 진행한다.
① 도 3의 13을 통하여 기존의 비율제어기와 튜닝을 진행하였을 때의 비율제어 성능을 비교 할 수 있다.
② 공기 제어기와 연료제어기의 플랜트가 많이 상이할 경우, P,I 값을 추정하여 튜닝을 하여 완벽히 똑같은 값을 추정하는 게인 값이 나오지 않을 수 있다. 그럴 경우 동기화된 튜닝 파라메터를 조금씩 바꾸어가면서, 도 3의 13을 통하여 기존결과보다 더 비율제어의 성능을 높게 조절을 한다.
다음으로, 실제 발전소에 적용 하여 응답 특성을 비교 분석한다.
① 해당 공기 제어기 튜닝된 모델 파라메터를 적용한다.
② 공기 제어기와 연료제어기의 응답특성을 계속 보면서 잘못된 응답특성을 보이면 어플리케이션 툴에 데이터를 다시 넣어 데이터 모델링을 한다.
③ 공연비 제어뿐 아니라 팬, 펌프 제어등 런백 로직이 적용되어 있는 두 개 이상의 설비가 협조하여 동작되는 모든 기기에 적용되는 비율 제어기 셋팅에 적용하여 사용될 수 있다.
한편, 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝방법은 도 6에 도시된 바와 같이, (S601)부하 변동에 따른 비율 제어기의 BMD 신호에 변화를 주어 데이터를 취득하는 단계; (S603) 공기제어기와 연료제어기에 대한 전달함수 모델링을 위한 최적화를 수행하는 단계; (S605) 연료제어기 응답 특성을 동기화하는 공기 제어기 모델 파라메터를 계산하는 단계; 및 (S607) 튜닝을 진행하여 기존의 비율제어기와 튜닝을 진행하였을 때의 비율제어 성능을 비교하는 단계;를 포함한다.
(S603)단계에서, 최적화 수행부가 비율제어기 시스템에서 데이터 취득을 통해, 공기제어기, 연료제어기의 전체 전달함수를 최소제곱 선형화기법으로 모델링한다.
(S605)단계에서 산출부는 폐루프 시스템 수식으로 플랜트 전달함수를 계산하여 전체 시스템을 모사한다.
(S607)단계에서, 비교분석부는 공기 제어기의 응답특성이 연료제어기의 응답특성을 따라가도록 PI 제어기의 튜닝을 진행하되, 동기화하고자 하는 공기제어기 제어 전달함수를 연료제어의 전체 전달함수와 공기 제어의 플랜트 전달함수로 해석하고, 최종치 정리 및 초기치 정리로 해석하여 튜닝한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템은 모델링을 통한 응답결과를 미리 확인하여 볼 수 있으므로 trial and error 방식에 비해 공기 단축 및 튜닝 신뢰성 향상의 효과를 볼 수 있다.
또한 계단응답 테스트를 할 수 없는 시스템에 대하여 입출력 데이터로 모델링을 하여 계단응답 테스트 시뮬레이션을 할 수 있으므로 좀 더 직관적인 튜닝을 할수 있다.
또한 대표적인 비율제어기중 하나인 공연비 제어기의 성능을 향상 시킬 수 있다. 이로 인해, 보일러 열효율 상승 및 연소 화합물인 CO, SOX, NOX 의 생성을 양적으로 줄일 수 있어 설비 수명의 향상과 연소물질을 줄이기 위한 비용의 절감을 가져올 수 있다.
또한 최소 제곱법을 이용한 선형화 방식을 이용하여 노이즈가 심한 비선형에 가까운 시스템에 대하여 노이즈를 제거하여 시스템에 대한 모델링 및 튜닝을 할 수 있다. 다양한 비율제어를 필요로하는 Pirmary, secondary 공기제어팬, 보일러 급수펌프등 에 대한 튜닝을 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 당업자에게 명백할 것이다.
110 : 취득부
120 : 최적화 수행부
130 : 산출부
140 : 비교분석부

Claims (6)

  1. 부하 변동에 따른 비율 제어기의 BMD 신호에 변화를 주어 데이터를 취득하는 취득부(110);
    공기제어기와 연료제어기에 대한 전달함수 모델링을 위한 최적화를 수행하는 최적화 수행부(120);
    연료제어기 응답 특성을 동기화하는 공기 제어기 모델 파라메터를 계산하는 산출부(130); 및
    상기 공기제어기의 응답특성이 상기 연료제어기의 응답특성을 따라가도록 튜닝을 진행하여 기존의 비율제어기와 튜닝을 진행하였을 때의 비율제어 성능을 비교하는 비교분석부(140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최적화 수행부는 비율제어기 시스템에서 데이터 취득을 통해, 공기제어기, 연료제어기의 전체 전달함수를 최소제곱 선형화기법으로 모델링하는 것을 특징으로 하는 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산출부는 폐루프 시스템 수식으로 플랜트 전달함수를 계산하여 전체 시스템을 모사하는 것을 특징으로 하는 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비교분석부는 공기 제어기의 응답특성이 연료제어기의 응답특성을 따라가도록 PI 제어기의 튜닝을 진행하는 것을 특징으로 하는 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비교분석부는 동기화하고자 하는 공기제어기 제어 전달함수를 연료제어의 전체 전달함수와 공기 제어의 플랜트 전달함수로 해석하고, 최종치 정리 및 초기치 정리로 해석하여 튜닝하는 것을 특징으로 하는 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템.
  6. (a)부하 변동에 따른 비율 제어기의 BMD 신호에 변화를 주어 데이터를 취득하는 단계;
    (b) 공기제어기와 연료제어기에 대한 전달함수 모델링을 위한 최적화를 수행하는 단계;
    (c) 연료제어기 응답 특성을 동기화하는 공기 제어기 모델 파라메터를 계산하는 단계; 및
    (d) 튜닝을 진행하여 기존의 비율제어기와 튜닝을 진행하였을 때의 비율제어 성능을 비교하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝방법.
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