KR100786010B1

KR100786010B1 - Dynamometer control system with P.I.DProportional Integral Derivative control algorithm

Info

Publication number: KR100786010B1
Application number: KR1020030064685A
Authority: KR
Inventors: 최상구; 류상훈; 박인완
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2007-12-14
Also published as: KR20050028438A

Abstract

본 발명은 PID 제어방식을 체택한 동력계(Water brake type) 부하 자동 추적 제어 시스템에 관한 것이며; 그 목적은 밸브 조정값을 PID 연산 알고리즘에 의해 구현하여 동력계 시운전시 운전계획에 따른 일정시간 동안 토오크의 값을 정확히 유지할 수 있도록 하며 일정량 밸브 증감에 따른 토오크 값의 편차를 줄여 정밀한 동력계 부하량 제어가 가능하고 시운전시의 비효율적 요소를 감소시킨 동력계 부하 자동 추적 제어 시스템을 제공함에 있다.The present invention relates to a water brake type automatic load tracking control system adopting a PID control method; The purpose is to implement the valve adjustment value by PID algorithm, so that the torque value can be maintained for a certain time according to the operation plan when the dynamometer is commissioned, and the torque value can be precisely controlled by reducing the deviation of the torque value due to the increase or decrease of the valve by a certain amount. In addition, the present invention provides an automatic dynamometer load tracking control system that reduces inefficiency during commissioning.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 동력계의 토오크를 측정하는 로드 셀(Load cell)과, 속도를 측정하기 위한 픽업 센서(Pick-up sensor)와, 동력계에 유입되는 물의 양을 제어하는 서보 밸브 시스템으로 구성된 동력계에, 제어 알고리즘을 구현하기 위하여 PLC 기반 제어 시스템으로 PID 제어 알고리즘을 적용하여 동력계의 부하량 제어를 구현함으로서 목표값에서의 변화량이 최소화 되도록 한 동력계 부하 자동 추적 제어 시스템에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.
The present invention for achieving the above object is a load cell for measuring the torque of the dynamometer, a pick-up sensor for measuring the speed, and a servo valve system for controlling the amount of water flowing into the dynamometer The technical gist of the system is to automatically control the dynamometer load tracking control system to minimize the amount of change in the target value by applying the PID control algorithm as a PLC-based control system to implement the control algorithm. do.

동력계, 로드 셀, 픽업 센서, PID 제어기, Dynamometer, load cell, pickup sensor, PID controller,

Description

Dynamometer control system with P.I.D (Proportional Integral Derivative) control algorithm

도 1 은 동력계 전체 시스템 개념도,1 is a conceptual diagram of a dynamometer overall system;

도 2 는 동력계 시운전 스케쥴 개념도,2 is a conceptual diagram of a dynamometer commissioning schedule;

도 3 은 기존 동력계 제어 개념도,3 is a conceptual diagram of a conventional dynamometer control;

도 4 는 본 발명의 작동을 위한 PID 제어기의 블록선도.
4 is a block diagram of a PID controller for operation of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

(1): 선박용 엔진 (2): 동력계(1): marine engine (2): dynamometer

(3): 입력측 밸브 #1 (4): 입력측 밸브 #2(3): input valve # 1 (4): input valve # 2

(5): 출력측 밸브 (6): 로드 셀 센서(Load cell sensor)(5): Output valve (6): Load cell sensor

(7): 픽업 센서(Pick-up sensor)

(7): Pick-up sensor

본 발명은 PID 제어방식을 채택한 동력계(Water Brake Type) 부하 자동 추적 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a water brake type automatic tracking control system adopting a PID control method.

일반적으로 동력계는 선박용 엔진의 성능을 시험하기 위하여 사용되어지고 도 1 에 도시된 것과 같이 선박용 엔진(1)의 샤프트 부분이 동력계(2)와 연결되어 있으며 엔진의 성능을 테스트하기 위하여 동력계의 부하를 조종하게 된다. 엔진의 성능(출력)을 테스트하기 위해서는 동력계의 토오크를 일정 시간 간격으로 변화시키며 규정시간 동안 엔진을 운전하게 되는데, 부하량 변화는 동력계(2)에 설치된 입력측 밸브(3,4)와 출력측 밸브(5)로 조절하게 되며, 동시에 로드 셀(Load cell)(6)에 의해 측정된 값과 픽업 센서(Pick-up sensor)(7)에 의한 속도 검출을 이용하여 엔진 토오크를 계산한다. 여기서 측정된 토오크 값과 처음 설정된 토오크 값을 비교하여 입력측 밸브(3,4)와 출력측 밸브(5)의 open/close 제어를 한다.In general, the dynamometer is used to test the performance of the marine engine, and as shown in FIG. 1, the shaft portion of the marine engine 1 is connected to the dynamometer 2, and the load of the dynamometer is used to test the engine performance. To control. In order to test the performance (output) of the engine, the torque of the dynamometer is changed at regular intervals and the engine is operated for a predetermined time. The load change is performed by the input valves 3 and 4 and the output valves 5 installed on the dynamometer 2. The engine torque is calculated using the value measured by the load cell 6 and the speed detection by the pick-up sensor 7. Here, the measured torque value and the initially set torque value are compared to perform open / close control of the input valves 3 and 4 and the output valve 5.

이와 같은 방식으로 동력계의 부하량을 변화 시킬 경우 밸브의 open/close 조작만으로 제어하므로 조작량의 변화가 너무 크고 지나치게 반복을 하게 되며 변화하는 각 단계마다 부하량이 정확하게 유지되지 못하여 목표 값과의 일정한 편차가 발생할 수 있다.In this way, if the load of the dynamometer is changed, it is controlled only by the open / close operation of the valve, so the change of the manipulated value is too large and repeated repeatedly, and the load cannot be maintained accurately at each step, which causes a certain deviation from the target value. Can be.

따라서 도 2 에 도시된 바와 같이 동력계 운전시 정해진 시간 동안 일정한 부하를 유지하고 단계별로 부하조건이 변경될 경우 원하는 부하량과 편차가 없고 원하는 부하량을 유지할 수 있도록 하는 제어방법이 필요하다.
Therefore, as shown in FIG. 2, a control method is required to maintain a constant load for a predetermined time during operation of the dynamometer and to maintain a desired load without deviation from a desired load amount when the load condition is changed step by step.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, The present invention has been made to solve the above problems,

프로그램 연산부에 PID 제어 알고리즘을 이용하여 기존 도 3 과 같이 밸브 조정을 단순히 증가 및 감소하여 기준값과 비교하는 방식에서 나타나는 잔류편차(Offset)를 감소시켰으며 기준값 변화에 따른 제어 추종성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있는 제어방식을 제공하는 것을 목적으로 한다.
Using the PID control algorithm in the program calculation section, the valve adjustment is simply increased and decreased as shown in FIG. 3 to reduce the residual offset that occurs in the comparison with the reference value, and the effect of improving the control followability according to the reference value change is obtained. It is an object of the present invention to provide a control method that can be used.

본 발명의 구성은 동력계의 토오크를 측정하는 로드 셀(Load cell)과 속도를 측정하기 위한 픽업 센서(Pick-up sensor), 동력계에 유입되는 물의양을 제어하는 서보 밸브 시스템으로 구성되어 있으며, 제어 알고리즘을 구현하기 위한 PLC 기반 제어 시스템이다. The configuration of the present invention is composed of a load cell for measuring the torque of the dynamometer, a pick-up sensor for measuring the speed, and a servovalve system for controlling the amount of water flowing into the dynamometer. PLC based control system to implement the algorithm.

본 제어 시스템에서는 동력계의 시운전 스케줄 데이터에 의한 기준 토오크값을 입력하고 그 값이 일정하게 유지되도록 하며 부하량을 변화시킬 때 스케줄 데이터의 부하량과의 편차를 줄이기 위하여 PID 제어방식을 사용한다.In this control system, the PID control method is used to input the reference torque value based on the commissioning schedule data of the dynamometer, to keep the value constant, and to reduce the deviation of the schedule data from the load amount when changing the load amount.

상기 PID 제어방식은 연속 제어 방식으로, 비례동작과 적분동작과 미분동작을 모두 포함하는 제어방식이다. PID 제어방식은 기준 토오크 설정치와 실제 측정된 토오크 값을 비교하여 그 편차의 크기에 비례하는 전원을 공급하는 비례동작과, 측정된 토오크 값과 설정된 토오크 값의 편차를 샘플링 시간에 따라 적분하여 제어 전원량을 결정 공급하여 동력계의 설정치와 실제치의 오차 편차의 적분량으로 정상상태 제어 오차를 줄이는 적분 동작과, 검출된 토오크 값과 설정된 토오크 값의 편차 비율에 비례하는 제어 전원량을 공급하여 설정치에 최대한 빠른 응답성을 갖도록 하는 미분 동작을 모두 수행하므로 최적의 제어를 할 수 있다.The PID control method is a continuous control method and includes a proportional operation, an integral operation, and a differential operation. The PID control method compares the reference torque setting value with the actual measured torque value and supplies power proportional to the magnitude of the deviation, and integrates the deviation between the measured torque value and the set torque value according to the sampling time according to the sampling time. Integral operation to reduce the steady state control error by integration of error deviation between the set value and actual value of the dynamometer and supply the control power amount proportional to the deviation ratio between the detected torque value and the set torque value. Optimal control is possible because all the differential operations are performed to have fast response.

다음 연산식은 본 발명에 적용한 PID 제어 연산식이다.The following equation is a PID control equation applied to the present invention.

여기서,here,

M_N = 제어 출력값(서보 모터 위치제어 입력값)M _N = control output value (servo motor position control input value)

E_N = 동력계의 부하량 오차값(기준량 - 측정량)E _N = Dynamometer load error (reference value-measured value)

P_B = 비례계수P _B = proportional factor

T_i = 적분계수T _i = integral coefficient

T_d = 미분계수T _d = derivative

= Sampling time

도 3 은 기존의 동력계의 제어 개념도로서, 처음 시운전 스케줄에 의해 입력되는 기준 토오크 값과 동력계 로드의 측정과 RPM의 측정값으로 엔진 토오크를 계산한 값을 비교하여 부하량의 조절을 밸브의 open/close로 제어하기 때문에 조작량의 변화가 너무 크고 지나치게 반복을 하게 되며 또한, 토오크 값의 차이가 일정한 상·하한값을 가지면 설정 토오크 값에 정확히 일치할 수 없게 되므로 부하량을 일정하게 유지할 수 없는 단점이 있다.3 is a conceptual diagram of a control of an existing dynamometer, and compares a reference torque value input by a first test run schedule with a measured value of the dynamometer load and an engine torque calculated from a measured value of RPM to adjust the amount of load to open / close the valve. The control amount is controlled so that the change of the operation amount is too large and excessively repeated. Also, if the difference in the torque value has a constant upper and lower limit value, the set torque value cannot be exactly matched, and thus the load amount cannot be kept constant.

도 4 는 PID 제어기의 블록선도를 나타낸 것으로서, 운전 스케쥴 데이터에 의한 기준 토오크를 입력하면 이 기준 토오크 값을 만들기 위해 동력계의 입력측 밸브와 출력측 밸브를 조절하여 부하량을 조정하는 동시에 로드 셀에 의해 측정된 값과 픽업 센서에 의한 속도 검출을 이용하여 엔진 토오크를 계산한다. 4 is a block diagram of a PID controller, and when a reference torque based on the operation schedule data is input, the load is adjusted by adjusting an input valve and an output valve of a dynamometer to make this reference torque value, and measured by a load cell. Calculate the engine torque using the value and speed detection by the pickup sensor.

이때 검출된 토오크 값과 처음 설정된 토오크 값을 PID 제어기에 입력시키면 PID 제어기에서 두 값의 편차를 줄여 처음 설정된 토오크 값을 유지 할 수 있도록 해주며 토오크 값을 변화시킬 때도 신속하게 처리가 가능하다.At this time, if the detected torque value and the initially set torque value are input to the PID controller, the PID controller can reduce the deviation of the two values to maintain the initially set torque value and can be processed quickly when the torque value is changed.

이로 인하여 로드 셀(Load cell)에 의해 측정된 값과 픽업 센서(Pick-up sensor)에 의한 속도검출을 이용하여 엔진의 토오크를 계산할 때의 편차를 줄여 엔진의 성능을 정확히 테스트 할 수 있는 것이다.As a result, it is possible to accurately test the performance of the engine by reducing the deviation in calculating the torque of the engine by using the value measured by the load cell and the speed detection by the pick-up sensor.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.

본 발명은 엔진 성능 테스트를 위한 동력계의 자동 운전시 요구된 부하량 제어에 PID 제어 방식을 적용함으로서, 동력계 시운전시 운전계획에 따른 일정시간 동안 토오크의 값을 정확히 유지할 수 있도록 밸브 조정값을 PID 연산 알고리즘에 의해 구현되었다. 그러므로 종래의 일정량 밸브 증감에 따른 토오크 값의 편차를 줄여 정밀한 동력계 부하량 제어가 가능하게 되었으며 시운전시의 비효율적인 요소 를 감소 시켰다.

The present invention applies the PID control method to the load control required during the automatic operation of the dynamometer for engine performance test, so that the valve adjustment value is PID calculation algorithm to maintain the torque value for a certain time according to the operation plan during the dynamometer commissioning. Implemented by Therefore, it is possible to precisely control the dynamometer load by reducing the deviation of the torque value according to the increase or decrease of the conventional constant amount valve, and reduce the inefficient factor during the trial run.

Claims

In the system for testing engine performance using a dynamometer, in order to adjust the input and output valves by inputting a reference torque to adjust the change of load due to the commissioning schedule data,

Compares the reference torque setting value with the actual measured torque value to supply power proportional to the magnitude of the deviation, the integral operation to eliminate the control error and to increase the degree of control, and the derivative to increase the response speed of the device. Dynamometer load automatic tracking PID control method that can maintain the load amount according to the initial commissioning schedule data and reduce the deviation caused by the change of the load of the commissioning schedule data by using the PID controller that performs all the operations.