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PI와 피드포워드 제어를 이용한 공작기계용 오일쿨러의 핫가스 바이패스 방식 정밀 온도 제어
Precise Temperature Control of Oil Coolers with Hot-gas Bypass Manner for Machine Tools Based on PI and Feedforward Control 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.23 no.2, 2011년, pp.111 - 119  

정석권 (부경대학교 냉동공조공학과) ,  변종영 (부경대학교 냉동공조공학과) ,  김상호 (부경대학교 냉동공조공학과) ,  윤정인 (부경대학교 냉동공조공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the performances of speed and accuracy are enhanced in machine tools. The high speed of the machine tools usually causes harmful thermal displacements on the objects. To reduce the thermal displacements, machine tools generally adopt oil coolers with precise temperature control function. T...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • (8, 9) 따라서 본 논문에서는 HB 방식의 장점인 제어 구조의 간편성과 고정도의 제어 특성을 최대한 살려 제어 정도는 정상 온도 편차가 ±0.1℃ 이내로 비교적 정도 높게 유지하면서도 제어기를 보다 쉽게 설계하는 실용적인 방법에 초점을 맞춘다.
  • 따라서 본 논문에서는 실험을 통하여 실용적인 전달함수를 구한 후, 랩뷰 시스템을 이용한 시뮬레이션을 통해 적절한 외란 인가 시 누적에러가 가장 적은 PI 제어기의 계수 결정 방법에 대해 검토한다.
  • 본 논문에서는 이 두 방식 가운데 비교적 저가 범용 모델인 HB 방식에 의한 공작기계용 오일쿨러의 정밀 온도 제어기 설계에 대해서 검토한다.
  • 이러한 특징으로 인한 제어 성능, 특히 과도 특성 열화를 막기 위해 오일 입구 온도를 제어기 출력 측에 피드포워드로 반영시켜 오일 출구 온도의 제어 성능을 개선하는 방법에 대해서도 검토한다.

가설 설정

  • 이론적인 계산시에는 증발기를 통과하는 오일 유량은 일정하며, 오일쿨러 주위의 열손실과 펌프의 열이 오일에 미치는 영향은 무시하고, 증발기 내부의 온도와 오일의 출구 온도는 동일한 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
오일쿨러란? 오일쿨러는 공작기계의 공작물 가공 부위에서 발생하는 열 부하를 오일을 이용하여 냉각시키는 장치이다. 최근의 공작기계는 절삭속도 20,000 rpm, 이송 속도 120 m/min 등 매우 고속으로 가동되기 때문에 공작물의 가공 부위에 상당한 열이 발생한다.
오일쿨러의 사용 목적은? (1) 열은 공작기계의 특정 부품과 공작물의 열 변형을 초래하고 이로 인해 공작물의 가공 정밀도와 공작기계의 신뢰성이 저하된다. 따라서 공작기계에서의 과도한 발열을 억제, 가공 정밀도를 향상시키기 위해 공작기계의 가공 부위에 냉각된 오일을 공급하는 오일쿨러가 필수적이다. 오일쿨러의 출구 오일 온도가 일정할 경우, 공작 과정에서의 공작물의 열변형을 방지할 수 있다.
압축기의 on-off 제어 방식의 단점은 무엇인가? 오일쿨러에 가장 널리 사용되고 있는 제어는 압축기의 on-off 제어 방식이다. 이 방식은 정교한 온도 제어가 어렵고, 빈번한 기동 및 정지 동작으로 소비전력이 증가하며, 압축기의 수명이 단축되는 단점이 있다. 보다 정밀한 온도 제어 방식으로는 핫가스 바이패스(Hot-gas Bypass; HB) 방식과 압축기 가변속 제어 방식이 있다.
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참고문헌 (11)

  1. Lee, S. W., Yeom, H. K. and Park, K. J., 2009, Performance of Hot Gas Bypass Type Oil Cooler System, Journal of Korean Society for Precision Engineening, Vol. 26, No. 3, pp. 73- 80(in Korean). 

  2. Beak, S. M., Choi, J. H., Byun, J. Y., Moon, C. G., Lee, H. S., Jeong, S. K., and Yoon, J. I., 2009, Characteristics of Temperature Control by Hot-gas Bypass Flow Rate on Industrial Water Cooler, Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 33, No. 8, pp. 1129- 1136(in Korean). 

  3. Lee, S. W. and Yeom, H. K., 2008, Performance of Thermal Error Controller to Minimize Thermal Deformation of Machine Tools, Journal of Korean Society for Precision Engineening, pp. 376-380(in Korean). 

  4. Li, H., You, S. S., Yoon, J. I., and Jeong, S. K., 2008, An Empirical Model for Independent Control of Variable Speed Refrigeration System, Applied Thermal Engineering, Vol. 28, pp. 1918-1924. 

  5. Li, H., You, S. S. and Jeong, S. K., 2008, Feedforward Control of Capacity and Superheat for a Variable Speed Refrigeration System, Applied Thermal Engineering, Vol. 29, pp. 1067- 1074. 

  6. Beak, S. M., Moon, C. G., Kim, H. W., Jeong, S. K., and Yoon, J. I., 2010, Characteristics of Capacity Control of Variable Speed Water Cooler with the Electronic Expansion Valve Open/ Close Degree, Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 34, No. 2, pp. 282- 288(in Korean). 

  7. Jung, Y. M., Byun, J. Y., Yoon, J. I., and Jeong, S. K., 2009, A Study on High Precision Temperature Control of an Oil Cooler for Machine Tools Using Hot-gas Bypass Method, Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 33, No. 7, pp. 1003-1011(in Korean). 

  8. Yeom, H. K. and Lee, S. W., 2008, Performance Test of Gasby-pass Type Thermal Error Controller, ICCAS. 

  9. Ahn, J. H., Joo, Y. J., Cho, I. Y., Kang, H., Kim, Y. C., and Choi, J. M., 2009, An Experimental Study on the Performance Characteristics of a Heat Pump System in the Heating Operation Mode with the Hot Gas Bypass, SAREK, pp. 539-543. 

  10. Yaqub, M., Zubair, S. M. and Jameel-ur-Rehman Khan, 2000, Performance Evaluation of Hot-gas Bypass Capacity Control Scheme for Refrigeration and Air-conditioning Systems, Energy, Vol. 25, pp. 543-561. 

  11. Yaqub, M., Zubair, S. M. and Khan, S. H., 1995, Second-law-based Thermodynamic Analysis of Hot-gas Bypass, Capacity-control Schemes for Refrigeration and Air-conditioning Systems, Energy, Vol. 20, No. 6, pp. 483-493. 

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