본 석사학위논문에서는 캐스케이드제어 시스템을 위한 안티 와인드업 기술을 개발하였습니다. 또한, 개발된 안티 와인드업 기술 중 가장 적합한 기술을 자동화 소프트웨어인 PROMONICON에 적용하였습니다. 캐스케이드 제어 시스템은 외란을 보다 효과적으로 제어하기 위해 내부에 되먹임 제어 루프를 추가한 제어 시스템입니다. 캐스케이드 제어 시스템은 일반적인 제어 시스템과는 다르게 두 개의 제어 루프로 이루어져 있고 내부의 2차 제어 루프가 외부의 1차 제어 루프에 영향을 미치는 특징을 가지고 있습니다. 캐스케이드 제어 시스템에 적용하는 기존의 안티 와인드업은 1차 제어기와 2차 제어기에 각각 Back Calculation을 적용하는 것이 가장 효과적입니다. 하지만 이는 ...
본 석사학위논문에서는 캐스케이드제어 시스템을 위한 안티 와인드업 기술을 개발하였습니다. 또한, 개발된 안티 와인드업 기술 중 가장 적합한 기술을 자동화 소프트웨어인 PROMONICON에 적용하였습니다. 캐스케이드 제어 시스템은 외란을 보다 효과적으로 제어하기 위해 내부에 되먹임 제어 루프를 추가한 제어 시스템입니다. 캐스케이드 제어 시스템은 일반적인 제어 시스템과는 다르게 두 개의 제어 루프로 이루어져 있고 내부의 2차 제어 루프가 외부의 1차 제어 루프에 영향을 미치는 특징을 가지고 있습니다. 캐스케이드 제어 시스템에 적용하는 기존의 안티 와인드업은 1차 제어기와 2차 제어기에 각각 Back Calculation을 적용하는 것이 가장 효과적입니다. 하지만 이는 적분 와인드업으로 인한 오버슛을 완벽하게 제거하지 못합니다. 기존의 안티 와인드업 기술인 Conditional Integration과 Back Calculation을 이용한 수정된 안티 와인드업 기술은 기존의 캐스케이드 제어 시스템을 위한 안티 와인드업에 2차 제어기의 출력이 한계치에 도달했을 때 1차 제어기의 적분 부분을 조정하는 3번째 안티 와인드업을 추가하였습니다. 하지만 3번째 안티 와인드업에 Conditional Integration을 적용하였을 때, 약간의 Overshoot이 남아있거나 정착 시간이 길어지는 현상이 나타났습니다. 또한 Back Calculation을 적용하였을 때는, 보정 계수를 위한 2차 공정의 Static Gain을 정확한 값으로 넣어주면 Conditional Integration보다 좋은 제어 성능을 보였지만 2차 공정의 Static Gain을 허용 범위 밖의 값으로 넣어주면 목표치에 도달하지 않거나 목표치를 지나쳐버렸습니다. 3번째 안티 와인드업에 Conditional Integration과 Back Calculation을 적용한 안티 와인드업 기술은 기존의 캐스케이드 제어 시스템을 위한 안티 와인드업보다 좋은 제어 성능을 보였지만 이러한 약점들 때문에 실제 산업 현장에 적용하기에는 적합하지 않았습니다. 새로운 안티 와인드업 기술인 Predictive Anti-Windup Technique for Cascade Control System은 2차 제어기의 출력이 한계 값을 벗어나지 않도록 1차 제어기의 한계 값을 계산하여 제어하는 기술입니다. 이 경우, 2차 제어기의 출력이 한계치에 도달하지 않기 때문에 1차 제어기의 출력이 한계치에 도달했을 때 1차 제어기의 적분 파트를 조정하는 1번째 안티 와인드업만 필요로 합니다. Predictive Anti-Windup Technique for Cascade Control System을 적용하였을 때, 수정된 Conditional Integration과 수정된 Back Calculation보다 좋은 제어 성능을 보였고 이러한 제어 성능을 유지하기 위한 추가적인 값을 요구하지 않았습니다. 개발된 Predictive Anti-Windup for Cascade Control System을 자동화 소프트웨어인 PROMONICON에 적용하였습니다. PROMONICON의 PID Controllers에는 샘플링 시간이 짧을 때 PID 제어기의 미분 부분이 측정 잡음에 매우 민감하게 반응하는 문제를 해결하기 위한 Noise Suppressing 기술이 적용되어 있으므로 Predictive Anti-Windup을 위해 1차 제어기의 한계 값을 계산할 때 Noise Suppressing를 감안하여 계산하도록 하여 PROMONICON에 적용하였습니다. Predictive Anti-Windup for Cascade Control System이 적용된 PROMONICON으로 가상의 공정을 시뮬레이션 한 결과, 좋은 제어 성능을 확인할 수 있었습니다.
본 석사학위논문에서는 캐스케이드 제어 시스템을 위한 안티 와인드업 기술을 개발하였습니다. 또한, 개발된 안티 와인드업 기술 중 가장 적합한 기술을 자동화 소프트웨어인 PROMONICON에 적용하였습니다. 캐스케이드 제어 시스템은 외란을 보다 효과적으로 제어하기 위해 내부에 되먹임 제어 루프를 추가한 제어 시스템입니다. 캐스케이드 제어 시스템은 일반적인 제어 시스템과는 다르게 두 개의 제어 루프로 이루어져 있고 내부의 2차 제어 루프가 외부의 1차 제어 루프에 영향을 미치는 특징을 가지고 있습니다. 캐스케이드 제어 시스템에 적용하는 기존의 안티 와인드업은 1차 제어기와 2차 제어기에 각각 Back Calculation을 적용하는 것이 가장 효과적입니다. 하지만 이는 적분 와인드업으로 인한 오버슛을 완벽하게 제거하지 못합니다. 기존의 안티 와인드업 기술인 Conditional Integration과 Back Calculation을 이용한 수정된 안티 와인드업 기술은 기존의 캐스케이드 제어 시스템을 위한 안티 와인드업에 2차 제어기의 출력이 한계치에 도달했을 때 1차 제어기의 적분 부분을 조정하는 3번째 안티 와인드업을 추가하였습니다. 하지만 3번째 안티 와인드업에 Conditional Integration을 적용하였을 때, 약간의 Overshoot이 남아있거나 정착 시간이 길어지는 현상이 나타났습니다. 또한 Back Calculation을 적용하였을 때는, 보정 계수를 위한 2차 공정의 Static Gain을 정확한 값으로 넣어주면 Conditional Integration보다 좋은 제어 성능을 보였지만 2차 공정의 Static Gain을 허용 범위 밖의 값으로 넣어주면 목표치에 도달하지 않거나 목표치를 지나쳐버렸습니다. 3번째 안티 와인드업에 Conditional Integration과 Back Calculation을 적용한 안티 와인드업 기술은 기존의 캐스케이드 제어 시스템을 위한 안티 와인드업보다 좋은 제어 성능을 보였지만 이러한 약점들 때문에 실제 산업 현장에 적용하기에는 적합하지 않았습니다. 새로운 안티 와인드업 기술인 Predictive Anti-Windup Technique for Cascade Control System은 2차 제어기의 출력이 한계 값을 벗어나지 않도록 1차 제어기의 한계 값을 계산하여 제어하는 기술입니다. 이 경우, 2차 제어기의 출력이 한계치에 도달하지 않기 때문에 1차 제어기의 출력이 한계치에 도달했을 때 1차 제어기의 적분 파트를 조정하는 1번째 안티 와인드업만 필요로 합니다. Predictive Anti-Windup Technique for Cascade Control System을 적용하였을 때, 수정된 Conditional Integration과 수정된 Back Calculation보다 좋은 제어 성능을 보였고 이러한 제어 성능을 유지하기 위한 추가적인 값을 요구하지 않았습니다. 개발된 Predictive Anti-Windup for Cascade Control System을 자동화 소프트웨어인 PROMONICON에 적용하였습니다. PROMONICON의 PID Controllers에는 샘플링 시간이 짧을 때 PID 제어기의 미분 부분이 측정 잡음에 매우 민감하게 반응하는 문제를 해결하기 위한 Noise Suppressing 기술이 적용되어 있으므로 Predictive Anti-Windup을 위해 1차 제어기의 한계 값을 계산할 때 Noise Suppressing를 감안하여 계산하도록 하여 PROMONICON에 적용하였습니다. Predictive Anti-Windup for Cascade Control System이 적용된 PROMONICON으로 가상의 공정을 시뮬레이션 한 결과, 좋은 제어 성능을 확인할 수 있었습니다.
In this M.S. thesis, the anti-windup techniques for the cascade control system are newly developed. And, the best one among the anti-windup techniques developed for the cascade control system is applied to the automation software, PROMONICON. Cascade control system has an additional internal feedbac...
In this M.S. thesis, the anti-windup techniques for the cascade control system are newly developed. And, the best one among the anti-windup techniques developed for the cascade control system is applied to the automation software, PROMONICON. Cascade control system has an additional internal feedback control loop for rejecting disturbances more effectively than the conventional control system. So, the cascade control system has two control loops, and the secondary control loop has an effect on the primary control loop. The anti-windup techniques for the cascade control system are developed by considering the two features of the cascade control system. The conventional anti-windup in the cascade control system uses the back calculation as the first and second anti-windups, but it cannot remove the integral windup perfectly. First, the modified anti-windup techniques in the cascade control system use the third anti-windup based on the conventional anti-windup techniques of the conditional integration and back calculation. The other, a new predictive anti-windup technique for the cascade control system is for the secondary controller output not to be saturated in the whole time. The conditional integration and back calculation as the third anti-windup on the conventional anti-windup remove overshoot according to the integral windup effectively which is not removed in the conventional anti-windup. But, they cannot be applied to industrial control systems because of their disadvantages. The modified conditional integration shows that a little overshoot is remained, or settling time increases in some cases. And, the modified back calculation demands the static gain of the secondary process for good control performance and doesn't reach or passes the set value when the static gain of the secondary process is not within the allowable range of the static gain. The predictive anti-windup technique for the cascade control system is a new anti-windup technique that the upper and lower limits of the primary controller output are adjusted for the secondary controller output to be within the limits of the secondary controller output in real time before the primary controller output is calculated. It shows better control performance than the modified conditional integration and back calculation in the most cases and conditions. Also, it doesn't demand an additional factor for good control performance. The new predictive anti-windup technique for the cascade control system is applied to the automation software, PROMONICON. PID controllers in PROMONICON-Automation have noise suppressing technique for overcome that the derivative part of the PID controller is very sensitive to measurement noise when the sampling time is small. So, the predictive anti-windup technique by considering noise suppressing is applied to PROMONICON, and it shows good control performance.
In this M.S. thesis, the anti-windup techniques for the cascade control system are newly developed. And, the best one among the anti-windup techniques developed for the cascade control system is applied to the automation software, PROMONICON. Cascade control system has an additional internal feedback control loop for rejecting disturbances more effectively than the conventional control system. So, the cascade control system has two control loops, and the secondary control loop has an effect on the primary control loop. The anti-windup techniques for the cascade control system are developed by considering the two features of the cascade control system. The conventional anti-windup in the cascade control system uses the back calculation as the first and second anti-windups, but it cannot remove the integral windup perfectly. First, the modified anti-windup techniques in the cascade control system use the third anti-windup based on the conventional anti-windup techniques of the conditional integration and back calculation. The other, a new predictive anti-windup technique for the cascade control system is for the secondary controller output not to be saturated in the whole time. The conditional integration and back calculation as the third anti-windup on the conventional anti-windup remove overshoot according to the integral windup effectively which is not removed in the conventional anti-windup. But, they cannot be applied to industrial control systems because of their disadvantages. The modified conditional integration shows that a little overshoot is remained, or settling time increases in some cases. And, the modified back calculation demands the static gain of the secondary process for good control performance and doesn't reach or passes the set value when the static gain of the secondary process is not within the allowable range of the static gain. The predictive anti-windup technique for the cascade control system is a new anti-windup technique that the upper and lower limits of the primary controller output are adjusted for the secondary controller output to be within the limits of the secondary controller output in real time before the primary controller output is calculated. It shows better control performance than the modified conditional integration and back calculation in the most cases and conditions. Also, it doesn't demand an additional factor for good control performance. The new predictive anti-windup technique for the cascade control system is applied to the automation software, PROMONICON. PID controllers in PROMONICON-Automation have noise suppressing technique for overcome that the derivative part of the PID controller is very sensitive to measurement noise when the sampling time is small. So, the predictive anti-windup technique by considering noise suppressing is applied to PROMONICON, and it shows good control performance.
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