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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

안종갑 (한국해양대학교, 한국해양대학교 대학원)

지도교수
소명옥
발행연도
2016
저작권
한국해양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

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In many industrial processes and operations, such as power plants, petrochemical industries and ships, shell and tube heat exchangers are widely used and probably applicable for a wide range of operating temperatures. The main purpose of a heat exchanger is to transfer heat between two or more medium with temperature differences. Heat exchangers are highly nonlinear, time-varying and time lag behavior during operation. The temperature control of such processes has been challenging to control engineers and a variety of forms of PID controllers have been proposed to guarantee better performance.
Over decades PID controller has proven to be a very useful instrument in industrial fields. The generality of PID controllers allows easier design and tuning compared to other complicated controllers in addition to excellent control performance, and enables field engineers to operate them relatively easily.
In this thesis, a scheme of controlling outlet temperature of a shell and tube heat exchanger system with non-linearity, time varying and dead time that combines the PID controller with filtering the derivative eliminating a measurement noise, a feedforward control improving a disturbance rejection and an anti-windup strategy preventing the integral terms from accumulated a significant error above or below pre-determined bounds is presented. A real-coded genetic algorithms(RCGAs) is used to tune the parameters of the PID controller with anti-windup technique and the feedforward controller by minimizing the integral of time-weighted absolute error(ITAE). Simulation works are performed to study the performance of the proposed method when applied to the process.

목차

List of Tables iv
List of Figures v
List of Photos ix
Abstract x
제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 동향 1
1.2 연구 내용 및 구성 2
제 2 장 열교환기 3
2.1 원통 다관식 열교환기 4
2.1.1 고정 관판식 열교환기 7
2.1.2 U자관식 열교환기 8
2.1.3 유동두식 열교환기 8
2.2 열교환기의 동적 모델링 11
2.2.1 열교환기의 열적분석 11
2.2.2 제어대상의 모델링 17
2.2.3 열교환기 온도제어시스템 25
제 3 장 제어기 파라미터 최적화를 위한 유전알고리즘 31
3.1 실수코딩 32
3.2 초기집단의 생성 32
3.3 유전연산자 33
3.3.1 재생산 33
3.3.2 교배 34
3.3.3 돌연변이 35
3.4 적합도 평가 36
3.5 적합도의 스케일링 37
3.6 엘리트 전략 37
3.7 종료조건 38
제 4 장 PID 제어기 40
4.1 PID 제어기 40
4.1.1 제어동작특성 43
4.1.2 PID 제어기 파라미터의 동조 49
4.1.3 필터링된 미분을 갖는 PID 제어기 63
4.1.4 무충돌 전환 65
4.2 안티와인드업 67
4.2.1 포화기 68
4.2.2 적분기 와인드업 70
제 5 장 피드포워드제어 기법 75
5.1 측정될 수 있는 외란에 대한 피드포워드제어 77
5.2 동적모델에 기반한 피드포워드 제어기 83
제 6 장 피드포워드제어와 안티와인드업 기법을 결합한 PID 제어기 설계 90
6.1 PID 제어기 설계 91
6.2 추종 안티와인드업을 갖는 PID 제어기 설계 92
6.3 외란억제를 위한 피드포워드 제어기 설계 93
6.4 RCGA를 이용한 피드포워드 제어기와 안티와인드업을 갖는 PID 제어기의 동조 95
제 7 장 모의실험 및 검토 98
7.1 모의실험용 데이터 98
7.2 PID 제어기와 피드포워드제어기의 동조 101
7.3 PID 제어기의 성능비교 104
7.3.1 포화기의 영향 104
7.3.2 안티와인드업 루프의 효과에 대한 검토 107
7.3.3 설정치 추종성능에 대한 검토 110
7.3.4 외란 억제 성능에 대한 검토 114
7.3.5 파라미터 변동에 대한 검토 118
7.3.6 잡음에 대한 검토 121
제 8 장 결론 123
참고문헌 125

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