A proposal for robust control performance on cascade control using IMC-based PID control and genetic algorithm

황순규,정병건 한국마린엔지니어링학회 2023 한국마린엔지니어링학회지 Vol.47 No.1

In most processes, robust control performance is required even if a disturbance occurs to ensure stable performance in the steady-state operation. Cascade control needs to be applied to ensure control performance even during disturbances. However, when cascade control is applied, the design and tuning of the primary controller involves the secondary control loop and the primary process and becomes a form of a higher-order equation. The purpose of this paper is to propose a simple method of the design and tuning for controllers without any complicated structures. In this proposal, the secondary control loop was designed and tuned by the IMC-based PID control considering the cancellations of the poles and zeros between a controller and the process. A genetic algorithm was used to design the best performance in the primary controller. For the performance comparison of the proposal, controllers tuned by the IMCbased PID control and direct synthesis and the fine-tuned controller by the Tyreus–Luyben method were applied in the simulation. Simulations were carried out to confirm the control performance using these controllers. As results of the simulation, this proposal presented better results with nominal models, ±10% parametric uncertainties for the processes, and a disturbance with a twice gain, for both setpoint tracking and disturbance rejection.

동적 상태 강 부재의 피로 균열 검사를 위한 선형 레이저 열파 이미징 기법 개발

황순규(Hwang, Soonkyu),안윤규(An, Yun-Kyu),손훈(Sohn, Hoon) 대한토목학회 2016 대한토목학회 학술대회 Vol.2016 No.10

선박용 대형 디젤 기관의 강인 속도 제어기 설계

황순규(Soon-Kyu Hwang),이영찬(Young-Chan Lee),김창화(Chang-Hwa Kim),정병건(Byung-Gun Jung) 한국마린엔지니어링학회 2011 한국마린엔지니어링학회지 Vol.35 No.6

부하추종 냉각수 시스템의 온도 제어를 위한 유전알고리즘 기반 비선형 PID 제어기 설계

이유수,황순규,안종갑 한국수산해양기술학회 2022 수산해양기술연구 Vol.58 No.4

In this study, the load fluctuation of the main engine is considered to be a disturbance for the jacket coolant temperature control system of the low-speed two-stroke main diesel engine on the ships. A nonlinear PID temperature control system with satisfactory disturbance rejection performance was designed by rapidly transmitting the load change value to the controller for following the reference set value. The feed-forwarded load fluctuation is considered the set points of the dual loop control system to be changed. Real-coded genetic algorithms were used as an optimization tool to tune the gains for the nonlinear PID controller. ITAE was used as an evaluation function for optimization. For the evaluation function, the engine jacket coolant outlet temperature was considered. As a result of simulating the proposed cascade nonlinear PID control system, it was confirmed that the disturbance caused by the load fluctuation was eliminated with satisfactory performance and that the changed set value was followed. 본 연구에서는 선박용 2행정 저속 디젤 주기관 자켓 냉각수 온도 제어 시스템의 외란으로 작용하는 주기관의 부하 변동에 따라 변화되는 부하를 피드포워딩(Feedforward) 시켜 제시된 기준 설정치를 추종하고 만족할만한 외란 제거 성능을 갖는 비선형(Nonlinear) PID 온도 제어 시스템을 설계하였다. 피드포워딩 되는 변동 부하는 이중 루프 제어 시스템의 내, 외부 루프의 설정치를 변경할 수 있도록 고려되었다. 비선형 PID 제어기 파라미터를 최적으로 동조하기 위해 최적화 도구인 RCGA를 이용하였고, 평가 함수로는 ITAE를 사용하였다. 이때 평가함수는 주기관 자켓 냉각수 출구측 온도 뿐만 아니라 입구측 온도를 함께 고려하였다. 설계된 캐스케이드 비선형 PID 제어시스템을 모의 실험한 결과 만족할만한 성능으로 부하변동에 의한 외란을 제거했고, 변경되는 설정치를 추종해 가는 것을 확인하였다.

선박자동조타를 위한 RCGA기반 T-S 퍼지 PID 제어

이유수,황순규,안종갑 한국수산해양기술학회 2023 수산해양기술연구 Vol.59 No.1

In this study, the second-order Nomoto’s nonlinear expansion model was implemented as a Tagaki-Sugeno fuzzy model based on the heading angular velocity to design the automatic steering system of a ship considering nonlinear elements. A Tagaki-Sugeno fuzzy PID controller was designed using the applied fuzzy membership functions from the Tagaki-Sugeno fuzzy model. The linear models and fuzzy membership functions of each operating point of a given nonlinear expansion model were simultaneously tuned using a genetic algorithm. It was confirmed that the implemented Tagaki-Sugeno fuzzy model could accurately describe the given nonlinear expansion model through the Zig-Zag experiment. The optimal parameters of the sub-PID controller for each operating point of the Tagaki-Sugeno fuzzy model were searched using a genetic algorithm. The evaluation function for searching the optimal parameters considered the route extension due to course deviation and the resistance component of the ship by steering. By adding a penalty function to the evaluation function, the performance of the automatic steering system of the ship could be evaluated to track the set course without overshooting when changing the course. It was confirmed that the sub-PID controller for each operating point followed the set course to minimize the evaluation function without overshoot when changing the course. The outputs of the tuned sub-PID controllers were combined in a weighted average method using the membership functions of the Tagaki-Sugeno fuzzy model. The proposed Tagaki-Sugeno fuzzy PID controller was applied to the second-order Nomoto’s nonlinear expansion model. As a result of examining the transient response characteristics for the set course change, it was confirmed that the set course tracking was satisfactorily performed. 본 연구에서는 Nomoto 2차 비선형 확장모델을 선수 각속도를 기준으로 T-S 퍼지모델로 구현하였으며, 이 때 적용된 퍼지멤버십함수를 사용하여 T-S 퍼지 PID 제어시스템을 설계하였다. 주어진 비선형 확장모델의 각 동작점 별로 선형 모델과 퍼지 멤버십 함수들은 RCGAs를 사용해 동시에 탐색되었다. 이렇게 구현된 T-S 퍼지모델은 Zig-Zag 실험을 통해 주어진 비선형 확장모델을 근사하게 묘사할 수 있는 것을 확인하였다. 주어진 시스템의 T-S 퍼지모델에 동작점 별 sub-PID 제어기는 동일한 기준입력에 대해 RCGAs를 사용하여 최적으로 동조하였다. 최적 동조를 위한 평가함수는, 침로편차를 일종의 저항증가라는 측면에서 침로편차에 의한 항로의 연장, 조타에 의한 저항성분을 고려하였으며, 변침시 오버슈트 없이 설정침로를 추종하도록 벌점함수를 추가하여 선박자동조타기의 성능이 평가될 수 있도록 구성하였다. 각 동작점 별 sub-PID 제어기는 변침시 오버슈트 없이 평가함수가 최소가 되도록 설정침로를 추종해 가는 것을 확인할 수 있었다. 이렇게 동조된 sub-PID 제어기의 출력은 T-S 퍼지 모델의 멤버십함수를 이용하여 가중평균법으로 결합하였다. 제안된 T-S 퍼지 PID 제어시스템을 Nomoto 2차 비선형 확장 모델에 적용하여 설정 침로 변경에 대한 과도응답 특성을 살펴본 결과 설정 침로 추종을 만족스럽게 수행하고 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 RCGAs 기반의 T-S 퍼지 PID 제어기의 성능을 살펴보기 위해 Nomoto 2차 비선형 확장 모델을 사용하였다. Nomoto 2차 비선형 확장 모델은 선박의 동특성을 표현하기에는 많은 부분이 부족한 것이 사실이다. 따라서, 이후에는 선박의 6자유도 비선형 모델로부터 동작점 별 선형 상태방정식 모델과 퍼지멤버십함수로 이루어진 퍼지모델을 직접 구하고, 이를 이용해 퍼지상태관측기 및 퍼지최적제어기를 설계하는 연구를 수행하고자 한다. 특히, 모델링오차, 불확실성, 측정 센서 잡음, 환경적 외란 등에도 강인할 수 있도록 고려하고, LOS (Line Of Sight) 가이던스 시스템을 추가하여 계획된 항로로 선박이 운항되도록 유도하는 알고리즘을 추가하고자 한다.

Active Infrared Thermography for Visualizing Subsurface Micro Voids in an Epoxy Molding Compound

양진열,황순규,최재묵,손훈 한국비파괴검사학회 2017 한국비파괴검사학회지 Vol.37 No.2

This paper presents an automated subsurface micro void detection technique based on pulsed infrared thermography for inspecting epoxy molding compounds (EMC) used in electronic device packaging. Subsurface micro voids are first detected and visualized by extracting a lock-in amplitude image from raw thermal images. Binary imaging follows to achieve better visualization of subsurface micro voids. A median filter is then applied for removing sparse noise components. The performance of the proposed technique is tested using 36 EMC samples, which have subsurface (below 150µm~ 300µm from the inspection surface) micro voids (150µm ~ 300µm in diameter). The experimental results show that the subsurface micro voids can be successfully detected without causing any damage to the EMC samples, making it suitable for automated online inspection.

아동부 : 12월 모두 함께 예수님의 생일을 축하해요 1월 하나님과 통하는 우리, Start!

강푸름,이보승,임대순,황순규 장로회신학대학교 기독교교육연구원 2014 교육교회 Vol.440 No.-

레이저 열화상 기법과 CNN 딥러닝을 이용한 용접부 표면의 자동 균열 검출 기술 개발

김치성(Chisung Kim),황순규(Soonkyu Hwang),정준연(Junyeon Chung),손훈(Hoon Sohn) 한국비파괴검사학회 2020 한국비파괴검사학회지 Vol.40 No.3

본 연구에서는 레이저 열화상 시스템과 균열 검출 알고리즘 개발을 통해 용접부에서 균열을 자동검출하는 기술을 연구하였다. 레이저 열화상 시스템은 레이저 가진으로 인해 균열부에서 발생하는 열파 집중현상을 관측하도록 구성되었다. 균열 검출 알고리즘은 (1) 온도 분포 특성을 이용한 열화상 이미지 병합으로 균열을 가시화하고, (2) 과적합을 방지하는 input 이미지 생성과 (3) CNN 딥러닝을 통해 균열부의 특징을 분석, 분류하여, (4) 원본 열화상 이미지에 균열의 위치를 Masking 한다. SUS 시험편 2개로 개발 기술을 검증하였고, 현미경과 액체침투법으로 확인한 실제 균열 정보와 비교하였다. 시험편 #1의 균열 이미지 618 개와 정상 이미지 1834개로 CNN 을 훈련시켰다. 시험편 #1과 #2의 총 9개 영역을 각 300개의 Test 이미지로 나눠 훈련된 알고리즘 성능을 검증해본 결과, 총 균열 14개 중 13개를 검출하였고, 정상 이미지 4개가 과검출되었다. 따라서 개발된 알고리즘은 용접부에서 용접의 복잡한 패턴과 구별하여 균열을 검출할 수 있다. In this study, automatic crack detection for welded surfaces was studied through the development of a laser active thermography system and a crack detection algorithm. The laser active thermography system observes thermal wave concentrations in the crack while exciting the surface of the weld. The crack detection algorithm (1) visualizes the cracks by merging the infrared (IR) images using the temperature distribution characteristics; (2) employs input image generation with a specific method to prevent overfitting; (3) analyzes and classifies the characteristics of the cracks using a deep learning convolutional neural network (CNN); and (4) marks the location of the cracks in the original IR image. The system and algorithm were verified using two SUS specimens (#1 and #2) and compared with actual crack data obtained by microscopy and penetration test. The CNN was trained with 618 images of cracks and 1834 images of intact specimen #1. For performance verification, a total of nine areas of specimens #1 and #2 were divided into 300 test images; 13 out of 14 cracks were detected while four intact images were overdetected. Thus, the developed algorithm can detect cracks in welded surfaces by distinuishing them from complex patterns of welding.

Systematic Analysis on Transcription Unit Architecture of Streptomyces lividans TK24

이용재,이남일,정유진,황순규,김우리,조수형,( Bernhard O. Palsson ),조병관 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1

Streptomyces lividans is an attractive host for heterologous production of proteins and secondary metabolites. In this study, the transcription unit (TU) architecture of S. lividans was elucidated by integrating four high-throughput data types, including dRNA-Seq, Term-Seq, RNA-Seq and Ribo-Seq. Total 1,300 TUs and the corresponding regulatory elements were elucidated from 1,978 transcription start sites and 1,640 transcript 3'-end positions. The TU information and regulatory elements identified will serve as invaluable resources for understanding the regulatory mechanisms of S. lividans and to elevate its industrial potential. ^** This work was supported by the Novo Nordisk Foundation (NNF10CC1016517). This work was also supported by the Intelligent Synthetic Biology Center of Global Frontier Project (2011-0031957) and the Bio & Medical Technology Development Program (2018M3A9F3079664) through the National Research Foundation of Korea funded by the Ministry of Science and ICT.

강구조물 도막 상태평가를 위한 영구자석 기반 무인체 탑재 능동 열화상 및 비전 융합시스템 개발

김현진(Kim Hyeonjin),황순규(Hwang, Soonkyu),임형진(Lim, Hyung Jin),손훈(Sohn, Hoon) 대한토목학회 2021 대한토목학회 학술대회 Vol.2021 No.10