주기관의 자켓 냉각수 시스템을 위한 캐스케이드 온도 제어
Cascade temperature control for jacket cooling-water system of two-stroke low-speed marine main diesel engine
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초록
일반적인 냉각수 온도 제어 시스템에서 이중 루프를 갖는 캐스케이드 제어는 외란에 의한 냉각수의 급격한 온도변화를 억제시키고, 허용 범위 내에서 대응되는 온도가 빠르게 변화될 수 있도록 제어 시스템을 설계할 수 있다. 본 논문에서는 선박용 주기관 자켓 냉각수의 출구 온도뿐만 아니라 입구 온도가 함께 고려될 수 있도록 이중 루프 캐스케이드 PID 온도 제어 시스템을 설계하고자 한다. 온도 제어 시스템은 자동 모드 운전시 출구 온도 설정치는 고정되는 것으로 간주 되며, 이때 제어기는 주기관 부하 변화로 형성된 외란에 의해 교란된 출력이 빨리 설정치로 회복되도록 조절하게 된다. 설정치와 자켓 냉각수 출구측 온도의 오차를 최소화시키고 되도록이면 빠른 시간에 설정치를 추종하여 안정화될 수 있도록 제어기 파라미터들을 동조한다. 이때, 강인한 최적화기법으로 많이 사용하는 실수코딩 유전알고리즘을 이용하여 제곱오차적분 성능지수를 최소화시키는 방향으로 탐색하고자 한다. 설계된 이중 루프 캐스케이드 제어 시스템은컴퓨터 시뮬레이션을 통해 단일 루프 제어 시스템과 비교하여 정량적인 성능을 평가하고자 한다.
Abstract
In a typical cooling-water temperature control system, cascade control with two loops can control the sudden temperature change of the cooling-water caused by disturbances, and the control system can be designed so that the corresponding temperature can be changed rapidly within the allowable range. In this research, a cascade proportional-integral-derivative temperature control system with two loops was designed so that the outlet temperature, as well as the inlet temperature of the ship’s main engine jacket cooling-water, can be considered together. The temperature control system was developed assuming that the outlet temperature set-point is fixed during automatic mode operation in which the controller quickly restores the disturbance output to the set point because of the disturbance created by changing the main engine load. The controller parameters were tuned to minimize the error between the set-point and the jacket cooling-water outlet temperature and to follow the set-point as soon as possible to stabilize. At this time, to minimize the integral squared error performance index, real coded genetic algorithms, which are widely used as a robust optimization technique, was used. The designed cascade control system with two loops evaluates the quantitative performance of a one-loop control system through computer simulation.
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