LNG 연료 기관용 재기화 시스템의 글리콜 온도제어를 위한 비선형 PID 제어
Nonlinear PID control for the glycol temperature control of a regasification system for LNG-fuelled marine engines
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초록
국제적으로 온실가스 배출에 대한 규제가 엄격해지면서 환경 친화적인 선박과 엔진 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 액화천연가스를 연료로 사용하는 선박용 기관의 LNG 재기화 시스템에서 글리콜의 출구 온도를 제어하기 위한비선형 PID 제어기를 제안한다. 이상적인 미분동작의 한계성을 극복하기 위해 미분동작에 필터식을 가진 수정된 비선형PID 제어기를 사용하며 현장에서 흔히 접할 수 있는 포화기를 고려하여 제어기를 설계한다. 제안한 제어기의 각 비선형이득은 오차를 스캐일링 하기 위해 단순한 시그모이드 함수로 구현하며 이득 항에 포함되어 있는 파라미터들은 유전알고리즘을 이용하여 시간가중절대오차적분의 성능지수를 최소로 하는 관점에서 최적 동조된다. 제안한 방법은 LNG를 연료유로 사용하는 기관의 LNG 재기화 시스템에서 글리콜의 온도 제어에 적용하고 다른 두 방법과 비교하여 그 유효성을확인한다.
Abstract
There is an increasing need to develop eco-friendly vessels and engines as regulations on greenhouse gases emissions become more stringent around the world. This study proposes a nonlinear proportional-integral-derivative (PID) controller that regulates the outlet temperature of glycol in the liquefied natural gas (LNG) regasification system for LNG-fuelled marine engines. A modified nonlinear PID controller using filters for derivative action was used to overcome the limitations of ideal derivative action; the controller was designed by considering saturators commonly encountered in the field. Each nonlinear gain of the proposed controller was implemented as a simple sigmoidal function that operates to produce a scaled error, and the parameters included in the nonlinear function were optimally tuned to minimize the integral of time absolute error performance index using a genetic algorithm. The proposed method was applied to the temperature control of glycol in the LNG regasification system for an LNG-fuelled engine to confirm its effectiveness compared to two other methods.
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