| 논문명 |
프리필터 적용 모델 참조 적응제어에 의한 가변속 냉동 시스템의 강인제어 / Robust Control of Variable Speed Refrigeration System by Simplified Model Reference Adaptive Control Applying Pre-filter |
| 저자명 |
남현서(Hyun-Seo Nam) ; 정석권(Seok-Kwon Jeong) |
| 수록사항 |
설비공학논문집, Vol.38 No.8 (2026-08) |
| 주제어 |
프리필터; 강인제어; 간이화 모델 참조 적응 제어기; 가변속 냉동 시스템 ; Pre-filter; Robust control; Simplified model reference adaptive controller; Variable speed refrigeration system |
| 요약1 |
본 연구에서는 VSRS의 고정밀 고효율 강인제어와 동시에 제어기의 유지보수의 필요성이 없는 모델 참조 적응제어 기반의 간이화된 S-MRAC을 설계하였다. 우선 제어대상에 대한 동특성 실험을 통해 VSRS의 전달함수 공칭모델을 구하였고, 이 모델을 참조하여 S-MRAC을 설계하였다.
특히, S-MRAC 설계 시 제어기 주요 설계 파라미터는 베이지안 최적화를 도입하여 시행착오 없이 확정적으로 결정하였다. 또한, 센서로부터의 열잡음으로 인한 조작량의 채터링을 완화하기 위해 LPF를 설계하였다. 제안된 S-MRAC은 VSRS 기반의 OCS를 제어대상으로 시뮬레이션 및 실험을 통해 그 이론적 타당성이 검증되었다.
제안 방식은 현장에서 널리 사용되는 PI 제어기와의 제어 성능에 대한 정량적 비교를 통해 그 유효성이 확인되었다. 본 논문에서 제안하는 S-MRAC은 지령값 변경과 열부하 인가 시 그리고 장치의 경년 변화를 포함한 모델 불확실성 하에서도 주 제어량인 오일출구온도를 엄밀히 제어하였다. 동시에 압축기 측 지령에 의한 간섭 영향에도 불구하고 과열도를 항상 일정한 값으로 엄밀히 제어하였다. 기존 제안된 H-MRAC과 본 논문에서 제안한 S-MRAC은 제어 성능 면에서는 거의 차이가 없었다. 하지만, 본 논문에서 제안한 S-MRAC이 제어기 구조가 간단하여 설계가 더 쉽고 MRAC 고유의 적응제어 장점을 살릴 수 있음을 확인하였다.
본 연구를 통해 얻은 주요 결론을 요약하면 다음과 같다.
(1) S-MRAC은 모델 불확실성과 외란을 고려한 시뮬레이션 시에도 제어량 와 를 기존의 PI 제어기보다 더 빠르고 더 정밀하게 제어하였다. 이를 통해 제안한 제어기의 강인성이 확인되었다.
(2) S-MRAC은 주 제어량인 오일출구온도 를 목표 온도에 엄밀히 추종시켰고, 지령값 변경과 열부하 외란 인가 시 의 과도오차를 PI 제어기보다 최대 25% 개선하였다.
(3) S-MRAC은 압축기 회전속도의 급격한 변동 시에도 간섭 영향을 고려한 적응제어를 통해 의 과도오차를 PI 제어기보다 50% 개선하였다.
(4)베이지안 최적화를 이용하여 제어계의 설계 사양을 만족하는 S-MRAC 설계 파라미터의 최적값을 확정적으로 설계함으로써 시행착오 없이 체계적인 S-MRAC 설계가 가능해졌다.
(5) S-MRAC은 제어기 설계 시 참조모델과 설계 파라미터인 학습률 만을 선정하는 것으로 제어기를 쉽게 설계할 수 있다.
설계한 S-MRAC은 제어대상 모델의 파라미터에 의존하지 않으므로 모델 불확실성과 외란 등에 강인한 제어 성능을 발휘할 수 있고, 시스템의 유지보수가 원천적으로 불필요하므로 향후 VSRS의 강인제어에 유용할 것으로 기대된다. |
| 요약2 |
This paper aims to design a simplified model reference adaptive controller (S-MRAC) with pre-filters for robust, high-precision control of a variable-speed refrigeration system (VSRS) amidst model uncertainty and disturbances. The S-MRAC is based on the MIT rule, utilizing parameters that minimize a cost function. It features a simple structure and optimized design parameters. Simulations and experiments demonstrate the S-MRAC's robust control performance against VSRS model uncertainties and disturbances. Compared to a conventional PI (Proportional-Integral) controller, the S-MRAC exhibits a faster settling time, less undershoot, and reduced steady-state error, enabling more precise and robust control. Consequently, the S-MRAC provides robust control that fundamentally eliminates the need for controller maintenance, even with environmental changes affecting the VSRS over time. |
