[논문]온도 안정화 전달함수 도출 및 이의 시뮬레이션에 의한 PID 계수 결정에 관한 연구

엄진섭

doi:10.5369/jsst.2015.24.6.412

[국내논문] 온도 안정화 전달함수 도출 및 이의 시뮬레이션에 의한 PID 계수 결정에 관한 연구
A Study on Determination of PID Coefficients by Deriving Temperature Stabilization Transfer Function and it's Simulation 원문보기

Journal of sensor science and technology = 센서학회지, v.24 no.6, 2015년, pp.412 - 418

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a new method for obtaining PID coefficients which are essential to a temperature stabilization process has been proposed. This method starts from measuring the open loop transfer function of the module, then the closed loop transfer function embodying PID control can be produced based on this. Finally, the simulations using a few PID coefficients and the performance analysis for those results provide the best PID coefficients which are effective in a fast setting to a target temperature, a less current needed, and less deviation from steady state. The measurement using the derived PID coefficients, $K_p=1.6$,$K_i=0.8$,$K_d=0.3$ showed $T_s=7.4[sec]$, %OS = 16, and stabilization within ${\pm}0.02[^{\circ}C]$ for several hours. In addition to light sources like SOA, the proposed method can be utilized for any device needs temperature stabilization.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 시스템 ON과 동시에 자동으로 작동하는 임베디드형 SOA 드라이버를 새로이 개발하고자 하였으나 TEC(Thermal Electric Cooler) 제어를 위하여 온도 안정화 모듈의 PID(Proportional Integral Derivative) 계수를 결정하는 것이 필요하였다. 따라서 이에 대하여 연구하고 그 결과로 본 논문에서는 온도 안정화 모듈내의 TEC를 제어하기 위한 PID 계수 도출 방법을 새로이 제안하였다. 그리고 도출된 PID 계수를 사용한 온도 안정화 모듈이 ±0.

제안 방법

첫째, 온도 안정화 모듈을 PID 기능이 없는 개루프 상태에서 세팅 온도를 현재 온도(예를 들면 28[℃])보다 3[℃] (이는 임의로 정할 수 있음) 정도 낮도록 설정(25[℃])하고 이에 해당하는 입력을 인가하면서 서미스터 전압을 측정하여 온도 안정화 과정을 관찰한다.
셋째, PID 기능을 포함한 폐루프 상태에서 현재의 온도(예를 들면 29[℃])와 세팅 온도(예를 들면 25[℃])를 고정하고 온도 안정화 과정을 측정한다. 이를 통하여 발진이 없는 최대 $K_p$값 ( $=K_{p,max}$)를 얻는다.
본 논문에서는 임의의 온도 안정화 모듈에 가장 적합한 PID 계수를 도출하는 방법을 제안하였다. 온도 안정화 모듈의 개루프 전달함수를 측정하였고 이를 사용하여 PID 기능을 포함하는 폐루프 전달함수의 출력 특성을 유도하였으며 이의 시뮬레이션을 통하여 최적화된 PID 계수를 도출할 수 있었다. 본 실험에 사용된 온도 안정화 모듈에 대한 시뮬레이션을 통하여 빠른 세팅 시간과 작은 전류변화, 그리고 정상 상태 온도의 안정도 등을 고려할 때 \(K_p=1.

대상 데이터

본 논문에서 구현된 온도 안정화 모듈은 컴퓨터상의 LabVIEW 프로그램, 컴퓨터와 연결되는 데이터 입출력장치(USB-6009 DAQ device), MAX1968 칩[6], TEC, 서미스터(Thermistor), 그리고 증폭기 겸 저역통과필터 회로로 구성된다. TEC와 서미스터는 상용화된 SOA 모듈(Covega BOA-5777)에 내장된 부품을 사용하였다. Fig.

성능/효과

온도 안정화 모듈의 개루프 전달함수를 측정하였고 이를 사용하여 PID 기능을 포함하는 폐루프 전달함수의 출력 특성을 유도하였으며 이의 시뮬레이션을 통하여 최적화된 PID 계수를 도출할 수 있었다. 본 실험에 사용된 온도 안정화 모듈에 대한 시뮬레이션을 통하여 빠른 세팅 시간과 작은 전류변화, 그리고 정상 상태 온도의 안정도 등을 고려할 때 $K_p=1.6, K_i = 0.8, K_d=0.3 $이 가장 좋은 특성을 나타내는 것으로 확인되었다. 이 값을 사용하여 실제로 온도 안정화를 수행하였을 때 T_s=7.
3 \)이 가장 좋은 특성을 나타내는 것으로 확인되었다. 이 값을 사용하여 실제로 온도 안정화를 수행하였을 때 T_s=7.4[sec], %OS=16으로서 세팅온도 25[℃]에 빨리 도달하면서도 overshoot에서 55[mA]의 적은 전류를 요구하였고, 온도는 세팅값의 ±0.02[℃]범위 내에서 수 시간동안 안정되게 유지됨을 확인하였다. 정상상태에서의 전류 흐름은 48[mA]이었다.

후속연구

제안된 PID 계수 도출 방법은 SOA, 레이저 다이오드 그리고 LED 등과 같은 광원 소자뿐만 아니라 온도 안정화를 필요로 하는 다양한 부분에 손쉽게 적용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	광 간섭 단층촬영이란?	광 간섭 단층촬영(Optical Coherence Tomography, OCT)은 광원과 간섭계를 이용하여 생체 내부 영상을 구현하는 차세대 영상기술이다. OCT는 마이크로미터 단위의 해상도를 가지며 생체 내부 영상을 비 절개, 비 침습적으로 획득할 수 있다[1].
	광 간섭 단층촬영 시스템을 시스템의 원리와 구조에 따라 분류하시오.	OCT는시스템의원리와구조에따라서시간영역(Time Domain, TD)과 주파수영역(Frequency Domain, FD)으로 분류할 수 있다. TD-OCT는 간섭계의 기준단(Reference Arm)길이를 가변함으로써 깊이정보를 획득하여 영상을 구현한다.
	TD-OCT는 어떻게 영상을 구현하는가?	OCT는시스템의원리와구조에따라서시간영역(Time Domain, TD)과 주파수영역(Frequency Domain, FD)으로 분류할 수 있다. TD-OCT는 간섭계의 기준단(Reference Arm)길이를 가변함으로써 깊이정보를 획득하여 영상을 구현한다. FD-OCT는 기준단의 물리적인 동작 없이 저간섭성 빛을 각각의 파장대별로 분리시켜 간섭신호를 검출한 후, 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통하여 깊이 정보를 획득하는 방법(Spectral Domain-OCT, SD-OCT), 또는 파장 스위핑 레이저(Wavelength Swept Laser)를 광원으로 사용하여 샘플(Sample)깊이에 따른 간섭신호를 획득, 이를 푸리에변환 함으로써깊이 정보를 획득하는 방법(Swept Source-OCT, SS-OCT)으로 나뉘어 진다.

참고문헌 (9)

David Huang and James G. Fujimoto, "Optical coherence tomography", Science, Vol. 254, pp. 1178-1181, 1991.

상세보기
M. A. Choma, M. V. Sarunic, C. Yang, and J. Izatt, "Sensitivity advantage of swept source and Fourier domain optical coherence tomography", Opt. Express, Vol. 11, pp. 2183-2189, 2003.

상세보기
R. Huber, M. Wojtkowski, and J. G. Fujimoto, "Fourier Domain Mode Locking (FDML): A new laser operating regime and applications for optical coherence tomography", Opt. Express, Vol. 14, pp. 3225-3237, 2006.

상세보기
Jinseob Eom, "Realization of Swept Source-Optical Coherence Tomography using FDML Laser", Journal of Sensor Science and Technology, Vol. 20, No. 1, pp. 4652, 2011.
J, C, Lee and J, S, Eom, "A study on SOA dimming driver with current pattern design capability" Journal of Korean Institude of llluminating and Elestrical Installation Engineers, Vol. 27, No. 2, pp. 2228, 2013.
Maxim Integrated Products Data sheets "Power Drivers for Peltier TEC Modules", MAX1968/MAX1969, pp. 113, Rev 2, 2007.
Li, Y. and Ang, K.H. and Chong, G.C.Y. (2006) PID control system analysis and design - Problems, remedies, and future directions. IEEE Control Systems Magazine, Vol. 26, No. 1. pp. 32-41. ISSN 0272-1708.
King, Myke (2010). Process Control: A Practical Approach. Chichester, UK: John Wiley & Sons Ltd. ISBN 978-0-470-97587-9.
Jinghua Zhong (Spring 2006). "PID Controller Tuning: A Short Tutorial", (PDF). Retrieved 2011-04-04.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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