함정용 가스터빈 엔진의 속도 추종제어를 위한 DS 기반의 PID 제어기 설계
PID controller design based on direct synthesis for set point speed control of gas turbine engine in warships
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초록
가스터빈 엔진은 군함에서 발전기와 추진 시스템의 원동기로 널리 사용된다. 본 연구에서는 군함 추진에 사용되는 LM-2500 가스터빈 엔진의 속도 제어를 위한 DS 기반 PID 컨트롤러 설계 문제를 다룬다. 이를 위해 먼저 실제 바다 흔적 데이터를 사용하여 LM-2500의 동적 모델을 도출한다. 다음으로, FOPTD(First-Order Plus Time Delay) 모델을 근사하기 위해 PRC(Process Reaction Curve) 방법을 사용하고, 시간 지연 항의 근사치에 따라 DS 기반 PID 컨트롤러 설계 기법을 제안한다. 제안된 제어기는 MATLAB(2016b)을 이용하여 설정점 추적 시뮬레이션을 수행하고, 성능 지수를 기존 제어 방법과 평가하고 비교한다. 각 동작점에서 시뮬레이션한 결과 제안된 컨트롤러는 %OS와 Peak에서 가장 작은 값을 보였으며, 이는 rpm이 급격하게 변화하지 않음을 의미한다. 또한 IAE와 IAC도 가장 작아 오류 성능과 컨트롤러 노력에서 최고의 결과를 보였다.
Abstract
Gas turbine engines are widely used as prime movers of generator and propulsion system in warships. This study addresses the problem of designing a DS-based PID controller for speed control of the LM-2500 gas turbine engine used for propulsion in warships. To this end, we first derive a dynamic model of the LM-2500 using actual sea trail data. Next, the PRC (process reaction curve) method is used to approximate the first-order plus time delay (FOPTD) model, and the DS-based PID controller design technique is proposed according to approximation of the time delay term. The proposed controller conducts set-point tracking simulation using MATLAB (2016b), and evaluates and compares the performance index with the existing control methods. As a result of simulation at each operating point, the proposed controller showed the smallest in , which means that the rpm does not change rapidly. In addition, IAE and IAC were also the smallest, showing the best result in error performance and controller effort.
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