확장적분 제어개념을 도입한 PI 제어기에 관한 연구 = Extended Integral Control with the PI Controller

국문 초록 (Abstract)

지금까지 PI(Proportional-Integral) 제어에서 적분기는 그 출력이 제어기 입력의 적분치에 비례하였다. 그러나 이러한 경우 과거의 불순 정보를 포함하고 있는 입력 신호 때문에 시스템은 과거 에러의 영향을 지속적으로 받게되고 그 결과 주어진 PI 제어와 관계된 다른 제어 목적에 영향을 주게 된다.
본 논문에서는 이러한 현상을 보완하기 위해 일반 PI 제어의 적분기에 지금까지 사용했던 전달함수 대신 지연(Delay)소자와 감쇠(Decay) 소자를 도입하여 새로운 형태의 전달함수를 제안한다. 첫 번째로, 시간영역(Time Domain)에서 단위 계단 함수(Unit Step Function)를 Convolution 적분 해오던 방법 대신 지연 소자를 두어 일정 시간(T) 동안만 Convolution 적분을 해줌으로써 그 이후에는 과거 불순 정보의 영향을 고려하지 않는 방법을 생각해 보았다. 두 번째로 지수함수와 같은 감쇠 함수를 Convolution 적분 해줌으로써 과거의 불순 정보의 영향을 빠른 시간 안에 지속적으로 줄여주는 방법을 고안하였다. 마지막으로 위에서 언급한 두가지 방법을 조합한 새로운 형태의 함수를 적분해 주는 방법을 소개하고 이를 일반 PI 제어, 화학공정을 위한 온도 제어 시스템 및 전력 시스템의 조속기 주파수 제어(Load Frequency Control)에 적용하여 시뮬레이션을 하였다. 그 결과 망각소자(Forgetting Factor)의 도입은 기존의 제어 목적을 그대로 충족시켰을 뿐만 아니라 불순 정보의 적분에 의한 다른 제어 목적에 대한 영향을 효과적으로 줄여주어 기존 PI 제어기의 단점을 보완해 줄 수 있음을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper presents an extended integral control with the PI controller by introducing the delay and decaying factors. The convolution integral control scheme is developed by substituting proportional convolution integral controls for the proportional-integral control. So far, the integral part of the PI controller produces a signal that is proportional to the time integral of the input of the controller. The steady-state operation points are affected forever by the errors in the past due to the input signal containing the information of the errors in the past. These phenomina may cause some disturbances for other control purposes related to the given PI control. Introduction of forgetting factors of the error in the past can resolve the disturbance problems. Various forgetting factors are developed using the delay, the decaying factors, and the combination of the delay and the decaying factors. The proposed various extended integral control schemes can be applicable to corresponding PI control designs in which the error in the past may badly affect to the current steady-state operation points and may cause some disturbances for other control purposes.

목차 (Table of Contents)

• 차례 = i
• 국문요약 = iv
• 제1장 서론 = 1
• 제2장 확장적분제어 개념 PI제어 = 3
• 2.1 기존의 PI 제어 = 3
• 2.2 확장 적분제어 개념을 도입한 비례-적분 제어 = 7
• 제3장 시뮬레이션 및 결과 고찰 = 14
• 3.1 전력계통에서의 주파수 제어 = 14
• 3.2 화학 공정을 위한 온도 제어 시스템 = 28
• 제4장 결론 = 32
• 참고 문헌 = 34
• 영문 요약 = 36