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논문 기본 정보

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학위논문
저자정보

류기탁 (한국해양대학교, 한국해양대학교 대학원)

지도교수
소명옥
발행연도
2023
저작권
한국해양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

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Gas turbine engines are used in various fields. In the field of land, they are mainly used for power generation. The use in the aviation field is for aircraft and fighter jets. In the marine field, they have been used in warships, offshore plants and some merchant ships. The performance of gas turbine engines operated in the marine field varies depending on the characteristics of the place where they are used and the marine environment. And the engine parameter values change when the operating point changes.
This thesis presents the F-PID(Fuzzy-PID) controller for accurate and rapid speed control of the gas turbine engine with these characteristics. The model is the LM-2500 and it is the gas turbine engine widely used in the marine field. Based on the sea trial data, the parameters of the gas turbine engine model at a specific operating point are obtained. For the gas turbine engine modeling, a commonly used FOPTD model is selected for a gas generator, and the FMU(fuel metering unit) is represented by a second-order linear model. In this thesis, the cascade system is considered as a control target by combining the gas generator and the FMU. A sub-model of the gas turbine engine is obtained at three operating points, and a T-S fuzzy model is derived to reflect the non-linearity of the gas turbine engine. The controller is designed so that the rotor speed tracking control can be stably applied to the fuzzy model reflecting the parameter variability of the gas turbine engine according to the change of the operating point.
Sub-controllers are optimized R-PID controllers using RCGA. The superiority of the R-PID controller is verified by comparing the R-PID controller and the PID controller of other tuning methods. The F-PID controller is performed with the combination of these sub-controllers by fuzzy IF-THEN rules. The efficacy of the proposed F-PID controller is verified by performing simulations, which apply the R-PID controllers and the F-PID controller to the T-S fuzzy model.

목차

제1장 서론 1
1.1 연구 배경 및 동향 1
1.2 연구내용과 구성 3
제2장 가스터빈 엔진의 개요 5
2.1 가스터빈 엔진 사용 형태 5
2.2 가스터빈 엔진의 종류 7
2.2.1 내연식과 외연식 가스터빈 7
2.2.2 1축식과 2축식 7
2.2.3 가스터빈 엔진 LM-2500 8
2.3 가스터빈 엔진의 구조 9
2.3.1 공기압축기 10
2.3.2 연소기 11
2.3.3 터빈 11
2.3.4 연료공급계통 12
제3장 RCGA, 퍼지이론 15
3.1 RCGA 15
3.1.1 실수코딩 16
3.1.2 초기 집단의 생성 16
3.1.3 유전 연산자 17
3.1.4 적합도 평가 19
3.1.5 적합도의 스케일링 20
3.1.6 엘리트 전략 20
3.1.7 종료 조건 21
3.2 퍼지이론 22
3.2.1 퍼지로직 시스템 22
3.3 T-S 퍼지모델 28
제4장 가스터빈 엔진의 모델링 31
4.1 가스 발생기의 수학적 모델 32
4.1.1 가스 발생기 모델링 32
4.1.2 가스 발생기 모델 파라미터 34
4.2 연료계량장치의 수학적 모델 37
4.2.1 연료계량장치 모델링 37
4.2.2 연료계량장치 모델 파라미터 39
4.3 가스터빈 엔진의 수학적 모델 41
4.4 가스터빈 엔진의 T-S 퍼지 모델링 44
4.4.1 서브시스템 45
4.4.2 퍼지규칙의 추론 46
4.4.3 소속 함수의 선정 47
제5장 가스터빈 엔진의 제어기 설계 49
5.1 가스터빈 엔진의 FOPTD 근사화 50
5.2 R-PID 제어기 파라미터 탐색 52
5.3 퍼지-PID 제어기 설계 54
제6장 시뮬레이션 및 고찰 57
6.1 가스터빈 엔진의 T-S 퍼지모델 성능 57
6.2 RCGA를 이용한 GPi의 FOPTD 모델 파라미터 탐색 60
6.3 제어기의 성능 및 강인성 평가 64
6.3.1 과도응답 평가지수 65
6.3.2 오차 평가지수 65
6.3.3 제어입력 평가지수 66
6.3.4 제어기의 강인성 평가 66
6.4 RCGA 기반 R-PID 제어기 68
6.5 동작점별 R-PID 제어기의 성능 72
6.5.1 GP1 모델에 R-PID1을 적용한 경우 73
6.5.2 GP2 모델에 R-PID2를 적용한 경우 81
6.5.3 GP3 모델에 R-PID3을 적용한 경우 87
6.5.4 모든 서브모델GPi(i=1,2,3)에 R-PIDi(i=1,2,3)를 각각 적용한 경우 93
6.6 RCGA 기반 퍼지-PID 제어기의 성능 95
6.6.1 퍼지모델에 R-PIDi(i=1,2,3) 제어기를 적용한 경우 98
6.6.2 퍼지모델에 F-PID 제어기를 적용한 경우 101
제7장 결론 104
참고문헌 106

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