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 PDFInfo
- Publication number
- KR20220128034A KR20220128034A KR1020210032581A KR20210032581A KR20220128034A KR 20220128034 A KR20220128034 A KR 20220128034A KR 1020210032581 A KR1020210032581 A KR 1020210032581A KR 20210032581 A KR20210032581 A KR 20210032581A KR 20220128034 A KR20220128034 A KR 20220128034A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- controller
- tuning
- ratio
- transfer function
- air
- Prior art date
Links
- 230000004044 response Effects 0.000 title claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 81
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 12
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 12
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 10
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000126968 Kalanchoe pinnata Species 0.000 description 1
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
- Controls And Circuits For Display Device (AREA)
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
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.
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.
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]
수식1에서, 는 one step ahead pridictor 로서 1 step 이후의 출력값에 대한 계산값, 는 이산 시간 시스템에서의 현재 출력값, 는 이산 시간 시스템에서의 현재 입력값, 는 현재 출력값에 대한 모델변수, 는 현재 입력값에 대한 모델변수, 는 n-1 step 츨력값에 대한 모델변수, 는 n-1 step 입력값에 대한 모델변수이다.
[수식2]
수식2에서, 는 이산시간 시스템이 표현된 z transform 형태의 전체 전달함수, 는 이산시간 시스템 출력 값들에 대한 z transform 형태의 전달함수, 는 이산시간 시스템 입력 값들에 대한 z transform 형태의 전달함수이다.
[수식3]
수식3에서, 는 최소제곱법 계산을 위해 취득한 데이터를 통해 입력값과 출력값을 행렬로 정리한 것이다. 는 yk+1을 계산하기 위해 필요한 모델값을 행렬로 정리한 것이고, 는 최소제곱 계산을 위해 one step 예측된 값이라고 보고 취득한 데이터이다.
[수식4]
[수식5]
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]
수식6에서, 는 z transform 형태의 전체 전달함수, 는 z transform 형태의 PID 제어기 전달함수, 는 z transform 형태의 플랜트 전달함수, 는 z transform 형태의 피드백 전달함수 일반적으로 n초의 시간 지연에 따라 z 의 -n 승으로 표현된다.
[수식 7]
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]
수식8에서, 는 z transform 형태로 표현되는 공기제어시스템 전체 전달함수, 는 z trnasform 형태로 표현되는 공기제어시스템의 기존 PID 제어기 전달함수, 는 z trnasform 형태로 표현되는 공기 제어시스템에서 피드백 시간 지연 전달함수, 는 공기 제어시스템에서 전체, 피드백, 제어 전달함수로 유도한 플랜트 전달함수, 는 z transform 형태로 표현되는 연료제어시스템 전체 전달함수, 는 z transform 형태로 표현되는 연료제어시스템 기존 PID 제어기 전달함수, 는 z trnasform 형태로 표현되는 연료제어시스템에서 피드백 시간 지연전달함수, 는 연료 제어시스템에서 전체, 피드백, 제어 전달함수로 유도한 플랜트 전달함수이다.
[수식 9]
수식9에서, 는 공기 제어시스템 튜닝을위해 연료 응답 전달함수와 같다고 가정하는 공기제어기 전달함수, 는 연료제어기의 응답특성과 같게 만드는 튜닝될 PID 제어기 z transform 전달함수이다.
[수식 10]
[수식 11]
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]
[수식 13]
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
120 : 최적화 수행부
130 : 산출부
140 : 비교분석부
Claims (6)
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- (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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210032581A KR102536508B1 (ko) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템 및 그 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210032581A KR102536508B1 (ko) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템 및 그 방법 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220128034A true KR20220128034A (ko) | 2022-09-20 |
KR102536508B1 KR102536508B1 (ko) | 2023-05-26 |
Family
ID=83446391
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210032581A KR102536508B1 (ko) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템 및 그 방법 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102536508B1 (ko) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010062286A1 (en) * | 2008-11-25 | 2010-06-03 | Utc Fire & Security Corporation | Automated setup process for metered combustion control systems |
US20110277482A1 (en) * | 2010-05-14 | 2011-11-17 | General Electric Company | Model-based coordinated air-fuel control for a gas turbine |
KR20210007449A (ko) | 2019-07-11 | 2021-01-20 | 두산중공업 주식회사 | 최적의 보일러 연소 모델 선정 장치 및 방법 |
KR102216713B1 (ko) * | 2020-07-16 | 2021-02-16 | 한전케이피에스 주식회사 | 최소제곱법 전달함수 선형화를 통한 선응답 기반 제어기 튜닝 방법 및 시스템 |
-
2021
- 2021-03-12 KR KR1020210032581A patent/KR102536508B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010062286A1 (en) * | 2008-11-25 | 2010-06-03 | Utc Fire & Security Corporation | Automated setup process for metered combustion control systems |
US20110277482A1 (en) * | 2010-05-14 | 2011-11-17 | General Electric Company | Model-based coordinated air-fuel control for a gas turbine |
KR20210007449A (ko) | 2019-07-11 | 2021-01-20 | 두산중공업 주식회사 | 최적의 보일러 연소 모델 선정 장치 및 방법 |
KR102216713B1 (ko) * | 2020-07-16 | 2021-02-16 | 한전케이피에스 주식회사 | 최소제곱법 전달함수 선형화를 통한 선응답 기반 제어기 튜닝 방법 및 시스템 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102536508B1 (ko) | 2023-05-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7881814B2 (en) | Method and system for rapid modeling and verification of excitation systems for synchronous generators | |
US8849542B2 (en) | Real time linearization of a component-level gas turbine engine model for model-based control | |
US20080229754A1 (en) | Method and system for fault accommodation of machines | |
US8417361B2 (en) | Model predictive control system and method for integrated gasification combined cycle power generation | |
JP2008521138A (ja) | 制御システムの解析のための方法 | |
Hain et al. | Identification-based power unit model for load-frequency control purposes | |
Geng et al. | Second-order trajectory sensitivity analysis of hybrid systems | |
Mehrpanahi et al. | Dynamic modeling of an industrial gas turbine in loading and unloading conditions using a gray box method | |
JP6641301B2 (ja) | 自動式の燃焼システムの特徴付け | |
CN104712378A (zh) | 火电机组主蒸汽压力闭环节能控制方法和系统 | |
US9423781B2 (en) | Model based control with engine perturbation feedback | |
Vasquez et al. | System identification of steam pressure in a fire-tube boiler | |
KR20220128034A (ko) | 응답특성 선형화 해석을 통한 비율 제어기 동기화 튜닝 시스템 및 그 방법 | |
US20090171631A1 (en) | Integrated Engineering Analysis Process | |
AU2007312222A1 (en) | Method and device for the identification of a delay-susceptible control path, control device, and computer program product | |
Costello et al. | Real-time optimization when plant and model have different sets of inputs | |
CN106647255B (zh) | 按设定误差性能指标函数收敛的火电机组协调控制方法 | |
Lima et al. | DBFact: A better approach to calculate the minimum variance control law for nonminimum phase MIMO systems | |
Holcomb et al. | Subspace identification for disturbance rejection control design in gas turbines | |
Walker | Enabling co-simulation of tokamak plant models and plasma control systems | |
KR101593432B1 (ko) | 원자력발전소 주증기관 파단시 원자로건물 내부의 압력 및 온도를 계산하는 방법 | |
CN113706094B (zh) | 一种基于消息总线的综合能源实时协同仿真系统及方法 | |
Nabati et al. | Online adaptive robust tuning of PID parameters | |
Bellet et al. | Note on the exact delay stability margin computation of hybrid dynamical systems | |
Gumussoy et al. | Working with Time-Delay Systems in MATLAB® |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |