국내 함정 추진체계는 기계식 추진체계에서 복합식 추진체계로 넘어가는 단계에 위치하고 있으며, 추진체계가 복잡해지면서 함정 추진체계의 제어 감시 기능을 하는 ECS의 기능이 중요해질 것으로 예상된다. 최근 국내에서 ECS(Engineering Control System) 개발의 국산화가 진행되면서 ECS 개발 과정에서 신뢰성 및 안정성에 대한 검증이 요구되고 있다. 제안하는 시뮬레이터는 HILS로 구성되었으며, 모의 목적에 따라 동력전달을 모의하는 축물리모델과, 장비제어를 모의하는 제어기모델, ECS와 통신하는 통신모델로 나누어진다. 본 논문에서는 복합식 추진체계인 CODLOG 체계에 대하여 ECS 검증용 시뮬레이터를 개발하고 시나리오를 설정하여 시뮬레이션을 수행하였다
국내 함정 추진체계는 기계식 추진체계에서 복합식 추진체계로 넘어가는 단계에 위치하고 있으며, 추진체계가 복잡해지면서 함정 추진체계의 제어 감시 기능을 하는 ECS의 기능이 중요해질 것으로 예상된다. 최근 국내에서 ECS(Engineering Control System) 개발의 국산화가 진행되면서 ECS 개발 과정에서 신뢰성 및 안정성에 대한 검증이 요구되고 있다. 제안하는 시뮬레이터는 HILS로 구성되었으며, 모의 목적에 따라 동력전달을 모의하는 축물리모델과, 장비제어를 모의하는 제어기모델, ECS와 통신하는 통신모델로 나누어진다. 본 논문에서는 복합식 추진체계인 CODLOG 체계에 대하여 ECS 검증용 시뮬레이터를 개발하고 시나리오를 설정하여 시뮬레이션을 수행하였다
The domestic warship propulsion system is at the stage of a hybrid propulsion system changing from a mechanical propulsion system and the propulsion system becomes complicated so it is expected that the function of ECS(Engineering Control System) that controls and monitors the warship propulsion sys...
The domestic warship propulsion system is at the stage of a hybrid propulsion system changing from a mechanical propulsion system and the propulsion system becomes complicated so it is expected that the function of ECS(Engineering Control System) that controls and monitors the warship propulsion system becomes important. Recently the development of ECS has progressed domestically, so that verification of reliability and stability is required in the process of ECS development. The simulator to be proposed is composed of HILS, it can be divided into a shaft-line dynamics model of the simulating power transmission, a controller model of the simulating the control of the equipment, and a communication model communicating with the ECS. In this paper, we developed simulator for ECS verification for CODLOG hybrid propulsion system, set scenario, and conducted simulation.
The domestic warship propulsion system is at the stage of a hybrid propulsion system changing from a mechanical propulsion system and the propulsion system becomes complicated so it is expected that the function of ECS(Engineering Control System) that controls and monitors the warship propulsion system becomes important. Recently the development of ECS has progressed domestically, so that verification of reliability and stability is required in the process of ECS development. The simulator to be proposed is composed of HILS, it can be divided into a shaft-line dynamics model of the simulating power transmission, a controller model of the simulating the control of the equipment, and a communication model communicating with the ECS. In this paper, we developed simulator for ECS verification for CODLOG hybrid propulsion system, set scenario, and conducted simulation.
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문제 정의
MILS는 요구사항 또는 요구 시스템이 모델로 구현되어 각 모델의 기능이 검증되는 단계로 요구사항의 오류를 초기에 파악하여 개발 중간 이후에 발생 가능한 문제점을 미리 해결하고자 하는 목적으로 수행된다. SILS는로직검증, Bench testing 등을 의미한다.
기존의 국외 연구[3,4]에서는 ECS의 제어에 따른 추진시스템의 제어 결과를 동역학 모델을 통해 도출하였다. 본 연구에서는 ECS 시뮬레이터의 국산화 과정에서 ECS의 물리값 제어 능력과 제어 시퀀스 검증, I/O 검증을 목표로 하였으며, 따라서 검증 기능에 따라 모델을 나누어 설계하였다. CODLOG 시뮬레이터 소프트웨어는 크게 ‘축물리모델’, ‘제어기모델’, ‘통신모델’ 로 구성된다.
특히 함정 추진체계 제어 시스템인 ECS의 국산화 과정에서 개발지원 및 성능검증을 위한 가상함정 기반의 통합시험환경을 구축하였으며, 본 연구에서는 CODLOG 기반 함정추진 시뮬레이터 소프트웨어 설계에 관한 내용을 다룬다.
제안 방법
제어기 모델의 장비별 모델 중 하나인 가스터빈 모델은 ECS로부터 정상 시동, 비상 시동, 정상 정지, 비상정지 신호를 받아 정상 시동 절차, 비상 시동 절차, 정상정지 절차, 비상 정지 절차를 모의하며, 가스터빈의 Cooling pan 제어에 대한 피드백을 보낸다. 또한 시동 또는 정지 시에는 단계에 따라 해당되는 Starting Condition 또는 Stopping Condition을 ECS로 피드백 한다. 다음 그림 10은 가스터빈 모델의 다이어그램을 나타낸다.
본 논문에서 제시하는 함정 추진체계용 ECS의 설계 절차 단계는 그림 2에서 Simulation result를 도출하는 단계로, 기존의 연구가 단일 장비에 대하여 제어 결과를 도출하였다면 본 연구에서는 추진체계 통합 제어 시퀀스 검증이 가능하도록 시스템을 구성하였다.
본 연구에서 CODLOG 기반 함정 추진 시뮬레이터는 ‘CODLOG 체계 시뮬레이터’와 ‘시뮬레이터 제어 감시 PC’, 그리고 ‘장비별 모니터링 PC’로 구성하였다.
대상 데이터
CODLOG(COmbined Diesel-eLectric Or Gas turbine) 체계는 원동기로 가스터빈과 추진전동기를 사용하는 복합식 추진시스템이다. 본 논문에서 가상 함정은 3기 2축의 CODLOG 체계로서 1대의 가스터빈과 2대의 추진전동기, 2개의 가변 피치 프로펠러로 추진한다. 가스터빈은 감속기어를 통해 축으로 동력을 전달하고, 감속기어에서 SSS(SyncroSelf-Shifting) Clutch를 통해 최종 출력이 축 추진기로 전달된다.
통신모델은 ECS와 각 추진장비간의 통신을 모의한다. 실제 사용하는 통신 사양을 맞춰 구성하였으며, DI, DO, AI, AO, 네 개의 Hardwired 신호를 포함한다. 다음 표 4는 각 장비별 통신사양을 나타낸다.
축물리모델은 가스터빈 모델, 추진전동기 모델, 감속기어 모델, 가변 추진기 모델로 구성된다.
이론/모형
이 중 CODLOG 체계 시뮬레이터는 HILS로 구성이 가능한 RT를 지원하는 하드웨어를 사용한다. 본 연구에서는 National Instrument사의 PXI를 사용하여 구성하였다. 다음 표 1에 개발 사양이 정리 되었다.
성능/효과
FMV는 가스터빈의 출력과 관계된다. 레버값의 절대값이 커지면 출력 명령인 TIC도 함께 증가하므로 FMV가 TIC의 추세를 따르는 것을 확인할 수 있다.
시험결과 ECS의 PCL에 따른 TIC, 출력명령, Pitch 명령을 받아 각 모드별 속도, 출력 등의 입출력 트랜드를 확인할 수 있었다.
후속연구
ECS의 국산화 과정에서 본 연구는 시뮬레이션 결과를 통해 추진체계 통합 제어 시퀀스의 검증, 장비와 ECS간의 신호 검증 등에 활용되었으며 이후 본 시뮬레이터의 연구를 통해 ECS 개발 단계에서 ECS의 제어기능 튜닝, 보다 효율이 좋은 전환 시퀀스 연구 등으로 활용이 가능할 것으로 예상된다.
또한 국내 함정 추진체계가 점차 기계식 추진체계에서 복합식 추진체계로 넘어가는 단계로 ECS의 기능은 더욱 확대될 것으로 보인다. CODLOG(COmbined Diesel-eLectric Or Gas turbine) 체계는 원동기로 가스터빈과 추진전동기를 사용하는 복합식 추진시스템이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ECS란 무엇인가?
최근 전장의 기술 고도화 추세에 따라 함정의 생존성 및 업무 수행능력의 향상이 요구되고 있으며 추진체계의 발전에 따라 함정의 ECS(Engineering Control System)에 대한 업무 역량이 높아지고 있다. ECS는 함정의 추진체계 전반을 감시 및 제어하는 시스템으로 제어범위는 가스터빈이나 디젤엔진, 추진전동기와 같은 원동기의 시동/정지 및 운용부터 장비 전환절차, 원동기 및 클러치 제어, 축계 및 CPP(Controllable Pitch Propeller) 피치 제어, 그 외 추진체계에 포함되는 윤활유, 청수 등 보기계통 운용을 포함한다. ECS는 추진체계 제어의 전반적인 제어를 담당하고 있기 때문에 ECS의 개발은 추진체계 운용 효율의 증대, 함정 운용비 절감과 직결된다[1].
SILS는 어떤 기법인가?
SILS는로직검증, Bench testing 등을 의미한다. 제어 시스템이 적용되는 장치(자동차, 항공기, 선박 등)을 가상의 모델로 구현하고, 개발된 제어시스템을 테스트 플랫폼에 연동시켜 시뮬레이션을 통한 제어 시스템의 유효성, 안정성 및 성능을 평가하는 기법이다[5]. 시스템 개발과 동시에 진행이 가능하며 HILS로 확장성을 갖는다.
제어기를 검증하는 방법에는 무엇이 있는가?
제어기 개발과정에서 제어기를 검증하는 방법으로는 MILS(Model-In-the-Loop Simulation) SILS(Software In-the-Loop Simulation), HILS(Hardware In-the-Loop Simulation) 등이 있다.
참고문헌 (11)
H. M. Lee, "Combined Propulsion System Analysis for Naval Combatant vessels using Diesel and Gas Turbine Engine," Journal of the Korean Society for Power System Engineering, vol. 15, no. 5, pp. 16-21, Oct. 2011.
H. M. Lee and B. J. Cho, "Analysis of Development Trend for the Integrated Power System of Naval Vessels to Perform the High-Power and Energy Mission Load Platform," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 35, no. 6, pp. 796-801, Aug. 2011.
M. Altosole, M. Figari and M. Viviani, "Simulation of the Dynamic Behaviour of a CODLAG Propulsion Plant," Wharship 2010 Advanced Technologies in Naval Design and Construction, vol. 10, no.10, pp.109-115, June 2010.
M. Martelli and M. Figari, "Real-Time model-based design for CODLAG propulsion control strategies," Ocean Engineering, vol.141, pp.265-276, June 2017.
J. T. Hwang, S. Y. Hong, H. W. Kwon, K. K. Lee and J. H. Song, 2017, "Dual Fuel Generator Modeling and Simulation for Development of PMS HILS," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 21, no. 3, pp. 613-619, Mar. 2017.
T. K. Nam, C. H. Kim and H. H. Kim, "Research and Development trend of HILS," KOSME Webzine, vol. 39, no.6, pp.5-9. Dec. 2015.
K. K. Yum, "Simulation of a Hybrid Marine Propulsion System in Waves," CIMAC CONGRESS, vol. 202, pp.3-16, June 2016.
M. Altosole and M. Figari, "Effective Simple Methods for Numerical Modelling of Marine Engines in Ship Propulsion Control Systems Design," Journal of Naval Architecture and Marine Engineering, vol.228, no.4, pp.373-397, Dec. 2011.
K. Marouani, H. Guendouz, B Tabbache, F. Khoucha, and A. Kheloui, (2013, June). Experimental Investigation of an Emulator 'Hardware In the Loop' for Electric Naval Propulsion System. Control & Automation (MED), 2013 21st Mediterranean Conference on. IEEE [Online], 10(1), pp. 125-130. Available : http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6608709/.
K. Marouani, H. Guendouz, B Tabbache, E.Pedersen and S. Steen, "Simulation of a Two-Stroke Diesel Engine for Propulsion in Waves," International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering 2016, vol.9, no.4, pp.351-372, Jul. 2017.
J. Desong, (2008, December). The Study on Dynamic Parameters of CODOG in the Mode Switching Process, Mechatronic and Embedded Systems and Applications, 2008. MESA 2008. IEEE/ASME International Conference on. IEEE, 9(5), pp. 500-504, Available : http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/4735647/.
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