부산대학교 도서관

Gas turbine engines of naval ships operate in various marine environments, and it is important to control their stable speed. To do this, precise mathematical modeling considering the engine characteristics and controller design are essential. In this study, nominal plants were represented as a 3rd order linear model for three operating points for LM-2500 engines, which are widely applied in naval ships. This was done by using sea trial data. For the controller design, the nominal plant was approximated by a first-order plus time delay (FOPTD) model, and an IMC-LPID controller is proposed for speed control by combining internal model control (IMC) and a linear PID controller. It is convenient to tune the parameters of the PID controller because we only adjust the filter time constant. The proposed controller was applied to a nominal plant and an uncertainty plant, and simulations were performed to quantitatively evaluate the tracking, disturbance suppression performance, and robustness. As a result of the simulations, the proposed controller showed excellent performance in both tracking and disturbance suppression. In particular, it shows excellent control results for an uncertain plant when considering the actual operating environment of a gas turbine engine.
다양한 해상환경에서 운용되는 해군 함정의 가스터빈 엔진은 안정적인 속도 제어가 중요하다. 이를 위해서는 엔진 특성을 반영한 정밀한 수학적 모델링과 제어기 설계가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 해군 함정에서 많이 사용하는 LM-2500 엔진에 대해 실제 함정의 시운전 자료를 활용하여 3개의 동작점에 대해 3차 선형모델인 공칭 플랜트를 유도한다. 그리고 제어기 설계를 위해 공칭 플랜트는 1차 시간지연 모델로 근사화하고, IMC 기법과 선형 PID 제어기를 결합하여 속도 제어를 위한 IMC-LPID 제어기를 제안한다. 이 제어기는 필터 시정수 조정만으로 PID 제어기의 파라미터를 결정할 수 있어 동조가 편리하다. 제안한 제어기는 공칭 플랜트와 파라미터가 변동한 불확실성 플랜트에 적용하고, 시뮬레이션을 시행하여 추종 및 외란 억제성능, 강인성을 정량적으로 평가한다. 시뮬레이션 결과 제안한 제어기는 추종 및 외란 억제성능 모두에서 우수한 성능을 나타내었다. 특히, 실제 가스터빈 엔진의 운용 환경인 파라미터 변동을 고려한 불확실성 플랜트에 대해서도 우수한 성능을 보여 실제 제어기 설계에서도 하나의 방법론으로 기여할 것으로 기대된다.