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유압기계식 거버너의 실습용 시뮬레이션 모듈과 안정도의 조정 특성
A simulation module to practice hydraulic mechanical governors and its adjustment characteristics for stability 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.37 no.5, 2013년, pp.533 - 540  

최순만 (Division of Education and Reserarch, Korea Institute of Maritime and Fisheries Technology)

초록
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거버너의 특성은 기관 운전에 큰 영향을 미치므로 이에 대한 운전자의 조정관리가 필요하나 PID 연산을 기초로 하는 디지털 거버너와 달리 유압식 거버너는 안정도의 조정 방식에서 큰 차이가 있다. 이러한 관계의 이해에는 실물장치의 유압식 거버너로 직접 실습하는 것이 효과적이나 엔진을 구동해야 하는 등 현실적인 어려움이 있으므로 본 연구에서는 시뮬레이션 모듈의 방법으로 안정도 등의 조정 실습이 가능하도록 주요 특성을 구현하였다. 거버너 모듈에는 스피드 설정, 스피드드룹 및 니들밸브와 보상포인터 등의 조정 파라미터가 포함되었으며 2차 함수의 엔진 전달함수를 결합하였다. 이로부터 안정도에 관련되는 조정 파라미터를 가변시킬 때 얻어지는 시스템에서의 속도 및 연료량의 응답 결과를 분석한 결과 제시된 모듈이 유압기계식 거버너의 제작자가 정하고 있는 니들밸브 및 보상지침의 일반적인 조정절차를 따라 조정 실습이 가능한 특성을 나타낸다는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Prime movers in engine rooms inherently are much affected by the adjustment of their governors for the steady state and transient properties, consequently requiring that marine engineers shall be well familiar with the way to manage governor dials for normal operation. The hydro-mechanical governors...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 디지털 거버너와 달리 유압기계식 거버너의 안정도는 보상지침과 니들밸브에 의해 조정관리가 된다. 본 연구에서는 이와 같은 유압기계식 거버너의 조정 실습이 가능한 시뮬레이션 모듈을 구성하기 위해 니들밸브와 보상지침을 포함하는 거버너 모델링을 제시하였으며 또한, 거버너와 결합되는 엔진 모델에 대해서는 시간지연이 있는 1차지연의 연소계통과 회전계통으로 구성하였다.
  • 또한, 보상조정은 니들밸브(Needle valve)와 보상포인터(Compensation pointer)로 구분함으로써 유압식 거버너의 실제 조정점과 동일한 개념으로 접근하기 위한 MMI (Man Machine Interface)를 나타내었다. 실물 유압식 거버너에서 조정하는 경우 니들밸브의 개도와 보상포인터는 조정치가 작을수록 부족감쇠로 되고 이들 조정치가 클수록 과감쇠의 안정도를 나타내는 것에 대해 제시된 시뮬레이션 모듈에서 실 시스템의 경우와 동일한 형태의 응답특성을 보이는지를 확인함으로써 구성된 모듈이 실습목적에 적합한지를 살펴보고자 한다.

가설 설정

  • 만일, 엔진에 부하가 걸려 있지 않고 정격속도 Nᵣ 로 운전 중일 때 정지를 위하여 연료를 차단한다면 이후 회전속도는 회전계통의 관성모멘트 J 의 크기에 비례하고 회전계통의 마찰계수 f 에 반비례하여 감소하므로 이 경우 속도는 1차지연 계통과 동일한 형태로 감소하게 된다. 따라서 연료차단 직후 정지하기까지 소요되는 시간을 Tₛ 라 하면 Tᵣ = (1 - e-1)Tₛ 로 나타낼 수 있으며 모델엔진의 경우 Tₛ 가 약 10[s]가 되므로 여기서 는 Tᵣ ≒ 6[s] 로 가정하기로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유압기계식 거버너의 보상조정은 무엇인가? 유압기계식 거버너의 보상조정(compensation adjustment)은 과도상태에서의 속도변동률 특성에 해당하는 것으로 적정한 안정도를 유지하기 위한 조정관리가 필요하다. 거버너의 종류는 디지털 거버너와 유압기계식으로 크게 나눌 수 있으며 이 중디지털 거버너는 PID 연산에 의한 제어방식이 대부분이므로 거버너의 안정도는 포워드 비례게인과 적분계수로 조정되는 반면에 유압식 거버너는 비례 게인의 조정이 없으며 보상동작을 위한 부궤환 (feedback) 신호를 과도적으로 증감시키는 방식으로 안정도 조정의 역할을 한다[1][2].
거버너는 어떤 종류가 있는가? 유압기계식 거버너의 보상조정(compensation adjustment)은 과도상태에서의 속도변동률 특성에 해당하는 것으로 적정한 안정도를 유지하기 위한 조정관리가 필요하다. 거버너의 종류는 디지털 거버너와 유압기계식으로 크게 나눌 수 있으며 이 중디지털 거버너는 PID 연산에 의한 제어방식이 대부분이므로 거버너의 안정도는 포워드 비례게인과 적분계수로 조정되는 반면에 유압식 거버너는 비례 게인의 조정이 없으며 보상동작을 위한 부궤환 (feedback) 신호를 과도적으로 증감시키는 방식으로 안정도 조정의 역할을 한다[1][2].
유압식 거버너의 보상(compensation)장치의 작동은 어떤 구조를 가지는가? 즉, 보상장치는 원심 추와 속도설정 스프링으로 이루어지는 입력 측에 거버너 출력신호를 부궤환 시키는 크기가 부하 변화의 초기에 크게 작용하다가 시간이 지나면서 없어지는 구조이다. 따라서 이것의 동작은 Figure 3과 같이 1차 지연 미분요소에 의해 부궤환되는 관계로 나타낼 수 있으며 계수 K₂ 와 시간 T₂ 에 의해 그 정도가 조정된다.
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참고문헌 (6)

  1. Electric digital governor, "http://www.scandiesel.de/downloadsht/gac010-E DG5510_DS.pdf", Accessed February 5, 2013. 

  2. UG-8 Governors, http://www.woodward.com/UG8-governors.aspx, Accessed March 10, 2013. 

  3. Naeim Farouk and Liu Sheng, "Speed control systems on marine diesel engine with genetic algorithm", International Journal of Engineering Science and Technology, vol. 3, no. 7, pp. 5609-5613, 2011. 

  4. Le Luo, Lan Gao, and Hehe Fu, "The control and modeling of diesel generator set in electric propulsion ship", Published Online March 2011 in MECS (http://www.mecs-press.org), Accessed January 12, 2013. 

  5. Jianyuan Zhu, "Modeling and simulating of container ship's main diesel engine", Proceedings of the International Multi-conference of Engineers and Computer Scientists, vol. 2, pp. 1980-1983, 2008. 

  6. Wan-Chung Lan, Takeshi Katagi, and Takeshi Hashimoto, "Quasi steady state simulation of diesel engine transient performance and design of mechatronic governor", Journal of Marine Engineering Society in Japan, vol. 30, no.1, 1995. [Online]. Available: www.mesj.or.jp 

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