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고이득 관측기를 이용한 터보제트 엔진의 PID 퍼지 추론 가속도 제어기 설계
Design of PID Type Fuzzy Logic Acceleration Controller for Turbojet Engine Using High-gain Observer 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.17 no.1 = no.58, 2013년, pp.107 - 114  

지민석 (한서대학교 항공전자공학과) ,  김대기 (한서대학교 항공전자공학과) ,  홍교영 (한서대학교 항공전자공학과) ,  안동만 (한서대학교 항공전자공학과) ,  홍승범 (한서대학교 항공전자공학과)

초록
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본 논문에서는 무인항공기 터보제트 엔진의 가속도를 제어하는 제어기를 제안한다. 압축기 회전 속도를 추정하기 위해 고이득 관측기를 사용하고 퍼지 추론 기법과 PID 제어 알고리즘을 적용하는 터보제트 엔진 제어기를 설계한다. 터보제트 엔진의 가 감속 시 서지현상과 flame-out 현상을 방지하기 위해 연료 유량 제어 입력을 퍼지 PID 제어기로 생성한다. 기준 가속도를 설정하고 연료유량 제어를 퍼지추론에 의해 정하도록 한다. 제안된 제어기의 성능을 확인하기 위해 MATLAB을 사용한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose controller to control the acceleration of unmanned aircraft turbojet engine. The high-gain observer to estimate the rotational speed of compressor is used, and the turbojet engine controller applying fuzzy heuristic techniques and PID control algorithm are designed. fuzzy P...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 관측기를 이용하여 퍼지 PID 제어기법이 적용된 소형 무인항공기용 터보제트 엔진 가속도 제어기를 설계하였다. 엔진의 가 · 감속 가속도를 기준입력으로 하고 고전적인 PID 제어기 및 퍼지 PI 제어기와의 비교 시뮬레이션을 통해 제안된 제어기의 성능을 입증하였다.
  • 본 연구에서는 연료유량을 입력으로 하는 단일 입출력 시스템 터보제트엔진에 대해 로터 회전속도를 고이득 관측기를 사용하여 추정하고 PID 퍼지추론 제어 기법을 사용하여 터보제트 엔진의 가속도를 제어하고 가 · 감속 시 발생할 수 있는 서지현상 및 flame-out현상은 설계한 제어기를 통해 연료유량을 제어함으로써 방지하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무인항공기용 터보제트 엔진에 기본적으로 요구되어야 할 사항은 무엇인가? 무인항공기용 터보제트 엔진은 시스템들이 디지털 전자식으로 구현되어야 하며, 연료유량 및 배기노즐 면적을 가변시켜 원하는 추력을 얻는 경우에는 다변수 제어 기법의 적용이 요구된다[1].
기존 로터의 회전속도를 얻기 위한 방법의 한계는 무엇인가? 기존 로터의 회전속도를 얻기 위한 방법으로는 속도센서를 사용하여 연속적인 속도를 검출하였으나 회전속도에 따라 정밀한 속도 정보 측정에는 한계를 가진다. 고이득 관측기는 Lyapunov 방정식을 이용하여 결정된 이득을 가지는 관측기[3]와 입·출력 피드백 선형화 가능한 시스템에 대하여 출력의 미분기로서 볼 수 있는 관측기[4]가 있다.
퍼지 PID 제어기법이 적용된 터보제트 엔진 가속도 제어기는 시뮬레이션을 통해 성능 향상을 확인할수 있었는가? 본 논문에서는 관측기를 이용하여 퍼지 PID 제어기법이 적용된 소형 무인항공기용 터보제트 엔진 가속도 제어기를 설계하였다. 엔진의 가 · 감속 가속도를 기준입력으로 하고 고전적인 PID 제어기 및 퍼지 PI 제어기와의 비교 시뮬레이션을 통해 제안된 제어기의 성능을 입증하였다. 가속도를 기준 입력으로 하기 때문에 과도응답 특성 및 응답시간이 효율적임을 확인할 수 있다.
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참고문헌 (12)

  1. B. Lehtinen, "Application of advanced control techniques to aircraft propulsion systems," First Annual NASA Aircraft Controls Workshop, Hampton, Virginia, Oct. 1983 

  2. R. A. Harrison and M. S. Yates, "Gas Turbine fuel control systems for unmanned applications," J. of Engineering for gas turbines and power. 

  3. J.P. Gauthier, H. Hammouri, and S. Othman, "A simple observer for nonlinear systems: Application to Bioreactors", IEEE Trans. on Automat. Contr., vol.37, no. 6, pp.875-880, 1992. 

  4. H.K. Khalil and F. Esfandiari, "Semiglobal stabilization of a class of nonlinear systems using output feed back", IEEE Trans. Automat. Contr., vol. 38, no. 9, pp.1412-1415, 1993. 

  5. Sellers, J.F. and daniele, C. J., "DYGEN A program for calculating steady-state and transient performance of turbojet and turbofan engines", NASA TN D-7901, April 1975. 

  6. Geyser, L.C., "DYABCD A program for calculating linear A,B,C,D matrices from a nonlinear dynamic engine simulation", NASA TP-1295, 1978. 

  7. Montazeri-Gh, M., Nasiri M., "Actuator-based hardware-in-the-loop testing of a jet engine fuel control unit in flight conditions", Simulation Modelling Practice and Theory, Vol. 21. Issue 1, pp. 65-77, 2012. 

  8. M.Montazeri-Gh, H. Yousefpour, and S. Jafari, "Fuzzy logic computing for design of gas turbine engine fuel control system", 2nd International Conference. Computer and Automation Engineering, vol. 5, pp 723-727, 2010. 

  9. Ma jing, "Adaptive control of the aircraft turbojet engine based on the neural network", International Conference. Computational Intelligence and Security, vol. 1, pp 937-940, 2006. 

  10. Wu Chi-Hua, Fan Ding, Yu Jin-Ven, "Stand test research of fuzzy control theory for speed digital control system in a turbojet engine", International Conference. Power Electronics and Motion Control, vol. 3, pp 1207-1211, 1992. 

  11. Seok Che , Young-Seok Oh, "Fuzzy theory and control", Cheongmungak, pp.269-271, 1995. 

  12. Byeong-In Jung, "Fuzzy Inference Controller Design of a Turbojet Engine Using High-gain Observer", Hanseo University, pp.22-23, 2012.2. 

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