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강원모(Weonmo Kang),안창선(Changsun Ahn) 한국자동차공학회 2022 한국 자동차공학회논문집 Vol.30 No.9
The diesel engine for power generation is controlled using a PID controller. To use the PID controller in a diesel engine, it is necessary to know the appropriate P, I, and D gains for each load applied to the engine. Manual determination of gain causes performance to vary, and the problem of relying too much on the engineer’s skill may occur. Through the development of the gain tuning automation algorithm, tuning performance can be performed while ensuring constant performance without heavy reliance on individual engineers. The algorithm for automatic gain tuning stores the measured fuel amount, load, and engine rotation speed data by first applying a load to the engine and operating it. The model identification uses the stored data and creates a gain map using an optimization algorithm. The developed automatic gain tuning algorithm can replace the existing gain tuning method.
강원모(Weonmo Kang),박석현(Seokhyeon Park),안창선(Changsun Ahn) 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.12
This paper is about an algorithm that automatically sets the control gain of the engine controller. To operate the engine at full efficiency, we need a controller that can keep the engine rpm at the optimum rpm. The gain of the controller is dependent on skilled engineers now, if automatic algorithms will work well, this process will be possible to control the engine optimally regardless of the engineers proficiency. This paper will discuss the research on algorithms that find engine models and set control gains automatically based on them.
강원모(Weonmo Kang),안창선(Changsun Ahn) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
내연기관은 최적의 효율을 내는 회전속도를 가진다. 회전속도를 외란에 대응하여 일정하게 유지시켜줄 수 있는 제어기를 가진다면 디젤엔진은 최적의 효율로 동작, 연료 사용량을 최소화하며 원하는 출력을 얻을 수 있다. 이를 위해 디젤엔진의 회전속도를 제어할 수 있는 제어기가 필요하다. 디젤엔진을 제어하는 PID 제어기의 파라미터 튜닝을 엔지니어가 직접 수행하는 방식이 아니라 자동화된 알고리즘으로 수행할 수 있다면, 목표 성능 이상의 엔진을 안정적으로 만들어 낼 수 있을 것이다. 이를 위해서 디젤엔진 제어기 파라미터 최적화 알고리즘을 연구했다. 이번 연구는 PID제어기의 파라미터를 특정 회전 속도, 입력되는 외란의 크기에 따라 파라미터를 구하고 파라미터 맵을 만들어 엔진을 제어하는 상황을 바탕으로 최적화 알고리즘(Fig. 1)을 연구하였다. 우선 PID제어기를 튜닝하기 전 디젤엔진의 특성과 외란에 의한 변화를 반영하는 모델을 구할 필요가 있다. 이를 위해 재귀 최소 제곱(RLS)방식을 사용하여 디젤엔진에 가해지는 외란의 크기에 따라 엔진의 모델을 구할 수 있었다. 이렇게 구한 시스템을 사용자가 원하는 성능을 만족하는 PID제어기를 튜닝하는 방법으로는 입자 군집 최적화(PSO)을 선택했다. PSO (Fig. 2) 불규칙하게 입자들을 뿌리고 입자들에 의한 결과값에 cost를 지정 최소의 cost를 가지는 위치로 입자들이 이동, 최적의 값을 찾아내는 방법이다. 한 입자가 거쳐온 위치 중 최소의 cost를 가지는 위치를 particle best, 모든 입자를 통틀어서 최소의 cost를 가지는 위치는 global best이다. 두가지 위치 값과 입자가 가지고 있는 기존의 속도를 반영하여 입자들의 속도를 새롭게 정해준다. 이를 통해 입자는 최소의 cost를 가지는 장소를 찾아 움직이게 되고 원하는 값을 찾을 수 있게 된다. 이번 연구에서는 외란이 엔진에 적용되더라도 엔진의 회전 속도를 일정하게 유지해주는 제어기를 설계하는 것을 목표로 하고 PSO의 cost를 설정했다. 연구의 결과 (Fig. 3)에서 볼 수 있는 것과 같이 외란에 대응하여 엔진회전속도를 일정하게 유지해주는 제어기 파라미터가 최적화가 잘 수행된 모습을 확인할 수 있다. 이번 연구를 활용한다면 디젤 엔진을 제어기의 파라미터를 자동으로 최적화하며 일정한 성능을 발휘하는 엔진을 생산하고 사용하는데 도움일 될 것이다.