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화력발전소 보일러-터빈 제어시스템의 고장검출시스템 설계
A Fault Detection System Design for Boiler-Turbine Control System of Thermal Power Pant 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.25 no.6, 2015년, pp.615 - 620  

류석환 (대구대학교 전자전기공학부)

초록
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본 논문에서는 화력발전소 보일러-터빈 제어시스템의 고장검출 시스템을 설계한다. 이를 위하여 보일러-터빈의 비선형 동특성을 측정 가능한 시변 파라메터를 갖는 T-S 퍼지시스템으로 나타내고 관측기 기반의 고장검출 필터를 사용하여 오차발생기를 설계한다. 고장발생 측정기를 식별하기 위하여 고장검출 필터 출구에 근사적인 역시스템을 연결하였다. 제시한 방법의 효용성을 컴퓨터 모의실험을 통하여 입증한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper deals with a fault detection system design for a boiler-turbine control system of thermal power plant. We described the nonlinear properties of the boiler-turbine dynamics as a T-S fuzzy system with time varying measurable parameters. We design a residual generator using an observer based...

주제어

#T-S 퍼지시스템   #보일러-터빈 제어시스템   #고장검출필터   #선형행렬 부등식  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 제어입력은 출력변수 y1, y2, y3를 이용하여 제어기에서 계산되는데 만약 측정기 y1, y2, y3중 어느 한 개에 고장이 발생하여 정확한 측정이 이루어 지지 않으면 소기의 제어목표를 달성하기가 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 측정기에서 고장이 발생할 경우 고장발생을 빠른 시간 내에 탐지할 수 있도록 고장검출 필터를 설계한다.
  • 본 연구에서는 화력발전소 보일러-터빈 제어시스템에서의 고장검출 시스템을 설계하였다. 보일러-터빈의 다입력 다출력 비선형 동특성을 T-S 퍼지시스템으로 표현하였으며 모든 규칙에서는 선형 파라메터 변화 시스템으로 나타내었다.
  • 본 연구에서는 화력발전소의 보일러-터빈 제어시스템에서 사용 가능한 고장검출 필터를 설계한다. 화력발전소 보일러-터빈 제어시스템은 수학적으로는 다입력 다출력 비선형시스템으로 모델링되는 고신뢰성이 요구되는 아주 중요한 제어시스템이기 때문에 제어기 설계에 관한 많은 연구가 수행되어 왔다[10,11].

가설 설정

  • 앞 절에서 설계한 고장검출 시스템의 성능을 matlab simulink를 사용한 모의실험을 통하여 검증한다. 이를 위하여 먼저 다음의 고장 시나리오를 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제어시스템의 구성에 필수요소인 측정기의 고장이 발생할 경우 필요한 것은 무엇인가? 이러한 공정제어 시스템에서 구성요소 중 한 개의 고장으로 인한 시스템 정지나 파손은 인적, 물적인 막대한 피해를 초래할 수가 있다. 따라서 이러한 제어시스템의 구성에 필수요소인 측정기의 고장이 발생할 경우 이를 조속히 검출하여 고장으로 인한 피해가 확산되는 것을 방지할 필요가 있다. 현대제어이론의 급속한 발전을 바탕으로 안전운전이 필수적인 자동제어시스템에서의 고장검출 시스템 설계에 관한 연구가 과거 십수년 동안 활발하게 진행되었다.
고장검출 시스템 설계는 주로 어떤 방법으로 연구가 진행되었는가? 고장검출 시스템 설계는 주로 오차신호(residual signal)를 발생하여 오차신호의 크기로 부터 고장의 발생 유무를 판정하는 방법으로 연구가 진행되었다. 오차신호를 발생하기 위하여 적절한 필터를 사용하는데 J.
본 논문에서 화력발전소 보일러-터빈 제어시스템에서의 고장검출 시스템을 어떻게 설계하였는가? 본 연구에서는 화력발전소 보일러-터빈 제어시스템에서의 고장검출 시스템을 설계하였다. 보일러-터빈의 다입력 다출력 비선형 동특성을 T-S 퍼지시스템으로 표현하였으며 모든 규칙에서는 선형 파라메터 변화 시스템으로 나타내었다. 관측기 기반의 고장검출 필터의 이득은 선형행렬 부등식의 해를 사용하여 구하였다. 고장검출 필터의 출구에 근사적인 역시스템을 연결하여 고장이 발생한 측정기를 식별하였다. 컴퓨터 모의실험 결과 본 연구에서 제시한 고장검출 시스템은 측정기의 고장발생을 조속하게 판정 가능하게 하였다.
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참고문헌 (12)

  1. J. Gertler, "Analytical redundancy methods in fault detection and isolation", In Proc. IFAC/IMACS Symp. SAFEPROCESS'91, Baden-Baden 1991. 

  2. R. Patton and J. Chen, "Robust fault detection using eigenstructure assignment : A tutorial consideration and some new results", In Proc. of the 30th CDC, England, pp.2242-2247, 1991. 

  3. J. Chen, R. Patton and H. Zhang, "Design of unknown input observers and robust fault detection filters", Int. J. Control, vol.63, pp.85-105, 1996. 

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  4. P. Frank and X. Ding, "Frequency domain approach to optimally robust residual generation and evaluation for model based fault diagnosis", Automatica, vol.30, no.5, pp.789-804, 1994. 

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  5. E. Collins and T. Song, "Multiplier based robust $H_{\infty}$ estimation with application to robust fault detection", In Proc. of the American Control Conference, pp.4408-4412, San Diego, California, June 1999. 

  6. M.J. Khosrowjerdi, R. Nikoukhah and N. Safari-Shad, "A Mixed $H_2/H_{\infty}$ Approach to Simultaneous Fault Detection and Control", Automatica, vol.40, pp.261-267, 2004. 

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  7. M.J. Khosrowjerdi, R. Nikoukhah and N. Safari-Shad, "Fault Detection in a Mixed $H_2/H_{\infty}$ Setting", IEEE Trans. on Automatic Control, vol.50, no.7, pp.1063-1068, July 2005. 

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  8. B. Jiang, M. Staroswiecki and V. Cocquempot, "Robust Observer Based Fault Diagnosis for a Class of Nonlinear Systems with Uncertainty", Proceedings of the 40th IEEE Conference on Decision and Control, pp.161-166, Orlando, Florida, Dec. 2001. 

  9. S. K. Nguang, P. Shi and S. Ding, "Fault Detection for Uncertain Fuzzy Systems : An LMI Approach", IEEE Transactions on Fuzzy Systems, vol.15, no.6, pp.1251-1262, Dec. 2007. 

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  10. F. Khani and A. Yazdizadeh, "Boiler-Turbine Unit Controller Design Based on the Extended State Observer", IEEE International Conference on Control and Automation, pp. 2066-2071, Christchurch, New Zealand, Dec. 9-11, 2009. 

  11. X. Liu, P. Guan and C.W. Chan, "Nonlinear Multivariable Power Plant Coordinate Control by Constrained Predictive Scheme", IEEE Transactions on Control System Technology, vol.18, no.5, pp.1116-1125, Sep. 2010. 

    상세보기 crossref

  12. S. Boyd, L. Ghaoui, E. Feron and V. Balakrishnan, "Linear Matrix Inequalities in System and Control Theory", SIAM Studies in Applied Mechanics, 1994. 

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