퍼지논리를 이용한 제어 시스템 식별에 관한 연구
A Study on Control System Identification Using Fuzzy Logic
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초록
본 논문에서는 시간지연이 존재하는 시스템에서 제어기 파라미터 동조 문제에서 퍼지논리 알고리즘을 이용한 제어 시스템 식별 연구이다. 제어 시스템 식별과 관련된 제어기 파라미터 동조에 관련된 연구 중에 Yunwana-Seborg가 제안한 제어기 파라미터 동조방법은 Pade’ 1차 근사 방법과 실제 플랜트의 시간 지연 항과 오차의 발생 때문에 시간 지연이 없는 플랜트나 작은 시간 지연이 존재하는 플랜트에서는 빠른 응답을 보여주고 있으나 실제 플랜트에서 시간 지연이 클수록 추정되는 시간 지연 항이 크게 설정되기 때문에 실제 시스템에서는 적용할 수 없다. 그리고 일반적으로 산업현장에서 많이 적용하고 있는 Zigler-Nichols가 제안한 루프 동조방법은 많은 시행착오를 거치기 때문에 제어기 파라미터 동조를 위하여 많은 시간이 필요하다. Cohen-Coon의 프로세스 반응곡선을 이용한 제어기 파라미터 동조방법은 Zigler-Nichols의 루프 동조 방법보다는 제어기 파라미터 동조에 걸리는 시간이 단축되는 장점이 있으나, 개루프 시스템에서만 적용할 수밖에 없다. 이를 보완 하기 위한 방법으로 Suh가 제안한 방법은 시간 지연을 Pade’1차 근사로 변환 시 추정된 모델 전달함수와 실제 플랜트의 시간 지연에서 발생하는 위상 오차에 대하여 Pade’근사 방법에서 위상 조절인자의 설정으로 위상 오차를 줄여 제어기 파라미터 동조방법에 대하여 제시하였지만, 시간 지연에서의 상수값과 비례적인 방법으로 위상 조절인자를 대입하여 유도한 방법으로 해석적이지 못한 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 실제 플랜트와 추정된 전달함수 사이에서 발생하는 위상 오차에 대한 문제점을 보완하기 위하여 퍼지논리를 이용하여 해결할 수 있는 해석적인 방법을 제안한다. 그리고 시물레이션을 통하여 Zielger-Nichols의 루프 동조방법과 Yunwana-Seborg가 제시한 방법, 그리고 제안된 제어기 파라미터 동조방법을 비교하여 본 논문에서 제시한 방법이 시간 지연이 크게 추정되는 단점을 보완하고 위상 조절인자의 설정을 논리적인 방법을 제안하여 빠른 응답과 안정성을 보장함을 입증하였다.
Abstract
This is a control system identification study using a fuzzy logic algorithm to handle the issue of the controller parameter tuning in a control system with time delay. Among the studies related to the controller parameter tuning for control system identification, Yunwana-Seborg's controller parameter tuning method showed a rapid response in plants with no time delay or with small-time delays due to the phase error caused by Pade's first-order approximation method. However, a large time delay causes a higher time delay estimate and it cannot be applied to the actual system. Zigler-Nichols' loop tuning method, which is widely applied in the industrial field, requires much time to tune controller parameters because it goes through many trials and errors. Although Cohen-Coon's controller parameter tuning method using the process response curve has an advantage of shortening the time required for controller parameter tuning than the Zigler-Nichols’s loop tuning method, it can only be applied to an open loop system. To overcome these shortcomings, Suh proposed to set a phase controller in Pade’s approximation method to reduce the phase error, between the estimated model transfer function while converting time delay into Pade’s first-order approximation and the time delay of an actual plant, as a controller parameter tuning. However, it has a disadvantage that it is not analytical because this method derives by substituting a phase regulator proportional to a constant value in time delay. This study discussed an analytical method that could solve the issue of the phase error between the actual plant and the estimated transfer function using a fuzzy logic algorithm. This study proved that the proposed method could overcome the shortcomings of causing the large time delay estimation and provide quick response and stability by suggesting a logical way to set up a phase regulator based on the comparisons of Zielger-Nichols' loop tuning method, Yunwana-Seborg's method, and the proposed controller parameter tuning method.
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