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공압 레귤레이터의 공급압력 강하 제어이론에 대한 고찰
Investigation of Control Theory on Pressure Drop Characteristics of Pneumatic Regulator for Gas Supply 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.15 no.2 = no.63, 2011년, pp.74 - 83  

조남경 (한국항공우주연구원 추진제어팀) ,  정용갑 (한국항공우주연구원 추진제어팀) ,  조인현 (한국항공우주연구원 추진제어팀)

초록
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발사체 관련 가스공급은 타 분야 가스공급과는 달리 대유량의 가스공급이 요구되며, 가스공급시 공급압력이 감소하여, 유량을 공급하는 동안 요구되는 압력을 만족시키지 못하는 현상이 흔히 발생한다. 공급압력 감소는 레귤레이터의 특성과 밀접하게 연관되어 있다. 본 논문에서는 공압 레귤레이터를 2차측 압력을 일정하게 유지시키는 일종의 제어계로 간주하여 공압 레귤레이터의 공급압력 강하 제어방법을 고찰하였다. 직동식 레귤레이터는 유량공급시 정적 평형 오차가 수반되며, 오차의 분석은 압력오차에 대한 밸브 이동거리의 비로서 정의되는 민감도로서 해석될 수 있음을 제시하였다. 직동식 레귤레이터의 오차는 비례식 및 적산식 제어계의 개념을 도입한 파이롯 레귤레이터의 도입을 통하여 개선될 수 있음을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

For launcher applications, different from other applications, very high flow rate is required which can lead to supply pressure drop against required setting pressure. The supply pressure decrease is closely related to regulator characteristics. In this paper, supply pressure offset is investigated ...

주제어

#압력오차   #가스공급   #레귤레이터   #공압 시스템   #파이롯   #적산식 제어  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기존 공압 레귤레이터에 대한 연구가 주로 부품들의 동력학과 유체현상적 측면의 연구인데 비하여[4-7], 본 연구는 공압 레귤레이터를 일종의 제어계로 다루어 제어오차를 줄이는 기법을 논하고, 실제로 그러한 제어방식이 구현되어 있는 레귤레이터를 제시한다. 공압 레귤레이터의 압력제어에 제어계 이론을 적용시켜 보다 체계적으로 압력오차를 다루는 것을 목표로 하였다. 2장에서는 기존 문헌을 참조하여 직동식 레귤레이터의 원리와 오차요인을 소개한다.
  • 제어이론 측면에서 볼 때 유량 공급 시 2차 측 압력저하는 제어오차에 해당하고 이러한 오차를 줄일 수 있는 제어기법이 적용되어야 한다. 기존 공압 레귤레이터에 대한 연구가 주로 부품들의 동력학과 유체현상적 측면의 연구인데 비하여[4-7], 본 연구는 공압 레귤레이터를 일종의 제어계로 다루어 제어오차를 줄이는 기법을 논하고, 실제로 그러한 제어방식이 구현되어 있는 레귤레이터를 제시한다. 공압 레귤레이터의 압력제어에 제어계 이론을 적용시켜 보다 체계적으로 압력오차를 다루는 것을 목표로 하였다.
  • 5장에서는 4장에서 제시된 제어이론에 의해 압력오차를 줄이기 위한 레귤레이터를 소개하고 각각의 레귤레이터가 제어계 이론을 어떻게 반영하고 있는지를 고찰하였다. 또한 압력오차를 최대로 제거하기 위한 피드백 제어방식 레귤레이터를 소개한다.
  • 본장에서는 레귤레이터의 오차 저감 방법을 고찰하기 위해 비례식 제어계(proportional control system)와 적산식 제어계(integral control system) 이론을 소개한다[8]. 본 제어계 이론은 기존에 정립된 이론으로 레귤레이터의 오차저감 설계와의 관련성을 고찰한다.
  • 본장에서는 레귤레이터의 오차 저감 방법을 고찰하기 위해 비례식 제어계(proportional control system)와 적산식 제어계(integral control system) 이론을 소개한다[8]. 본 제어계 이론은 기존에 정립된 이론으로 레귤레이터의 오차저감 설계와의 관련성을 고찰한다.
  • 이제까지 주어진 압력강하량(ΔP2)에 대한 밸브 개방량(ΔX)으로 정의되는 민감도(S) 차원에 국한하여 고찰하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
발사체 관련 가스 공급 시 가스의 공급압력 감소와 밀접하게 관련있는 것은? 발사체 관련 가스공급은 타 분야 가스공급과는 달리 대유량의 가스공급이 요구되며, 가스공급시 공급압력이 감소하여, 유량을 공급하는 동안 요구되는 압력을 만족시키지 못하는 현상이 흔히 발생한다. 공급압력 감소는 레귤레이터의 특성과 밀접하게 연관되어 있다. 본 논문에서는 공압 레귤레이터를 2차측 압력을 일정하게 유지시키는 일종의 제어계로 간주하여 공압 레귤레이터의 공급압력 강하 제어방법을 고찰하였다.
특수한 경우를 제외한 공압 수요처 (gas consumer)의 요구조건은 어떻게 제시되는가? 수요처의 요구조건은 발사체 개발과정에서 도출되며, 이는 지상 공압시스템이 만족시켜야 할 공급규격에 해당한다. 특수한 경우를 제외하고 대부분의 공압시스템의 공급요건은 얼마의 압력(힘)으로서 얼마나 빠르게(유량) 가스를 수요처에 공급할 수 있는가 하는 능력으로 제시된다. 일반적으로 지상 공압설비는 공압 레귤레이터를 이용하여 요구압력으로 감압하여 공급한다[1].
타분야에서와 달리 발사체 관련 가스공급 시 흔히 발생하는 현상은? 발사체 관련 가스공급은 타 분야 가스공급과는 달리 대유량의 가스공급이 요구되며, 가스공급시 공급압력이 감소하여, 유량을 공급하는 동안 요구되는 압력을 만족시키지 못하는 현상이 흔히 발생한다. 공급압력 감소는 레귤레이터의 특성과 밀접하게 연관되어 있다.
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참고문헌 (8)

  1. 조남경, 정용갑, 신동순, 조인현, "공압시스템 의 공급능력 예측기법," 한국추진공학회지, 제13권, 제5호, 2009, pp.29-40 

    원문보기 상세보기

  2. Floyd D. Jury, "Fundamentals of Gas Pressure Regulation," Technical monograph 27, Fisher Control, 1972 

  3. "Introduction to Self-operated Regulators," Technical Information L202 EN; SAMSON AG, 2000 

  4. "LIQUID LOCKET ENGINE PRESSURE REGULATORS, RELIEF VALVES, CHECK VALVES, BURST DISKS, AND EXPLOSIVE VALVES," NASA SP 8080, 1973 

  5. Felipe B. C. Cruz, et. al., "Mathematical Modeling of an Electro-Pneumatic Pressure Regulator Servo-Valve," ABTM symposium serises in Mechatronics vol. 1, pp.725-734 

  6. El Golli Ramia, et. al., "Modelling of a pressure regulator," International Journal of Pressure Vessels and Piping 84, 2007, pp.234-243 

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  7. Iain Johnston, "Pressure Regulator Explained," Tescom Technical Training, Emerson Process Management 

  8. "Controllers and Controlled Systems," Technical Information L102 EN; SAMSON AG 

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