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KR20120118996A – 풍속 피드포워드 제어를 이용한 풍력 터빈 제어 방법 및 ê·¸ 장치
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  – Google Patents 본 발명의 실시예들은 풍속 피드포워드 제어를 이용한 풍력 터빈 제어 방법 및 그 장치에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 풍속을 추정할 수 있는 풍속 추정기를 설계 …
  본 발명의 실시예들은 풍속 피드포워드 제어를 이용한 풍력 터빈 제어 방법 및 그 장치에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 풍속을 추정할 수 있는 풍속 추정기를 설계하고 이를 활용하여 피치 피드포워드 제어를 수행한다. 본 발명에 의하면, 풍속을 예측하고, 그 예측된 풍속을 이용하여 피치 피드포워드 제어를 수행함으로써 피치 제어의 효율성을 개선할 수 있다.

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[논문]비선형 보상기와 피드포워드 제어에 의한 로봇의 위치/힘 제어

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비선형 보상기와 피드포워드 제어에 의한 로봇의 위치힘 제어

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PositionForce Control of a Robot by a Nonlinear Compensator and Feedforward Control

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[NC] 2.1 _ Feed-forward 제어 시스템과 Feed-back 제어 시스템

위치 결정 / 이송 제어 에서는, 목표의 성능을 만족하기 위해서 Feed-forward 제어와 Feed-back 제어의 두가지 제어방식으로 정교하게 사용하고 있다. 전자는 open loop control, 후자는 closed loop control 으로도 불린다.

두 방식의 특징에 대하여 Fig. 2.1 을 사용하여 설명한다. 먼저, 제어시스템의 입출력과 구성요소를 다음과 같이 설명한다.

> 제어대상 : 축 서보 시스템에서 모터와 같은 액츄에이터를 포함하는 구동기구를 나타낸다. 제어대상은 여러가지 물리량으로 나타내는 것이 가능하다. 제어의 목적을 대표하게 되는 수치를 제어량 (controlled variable) 이라 한다. 축 서보 시스템에서는 피구동체의 속도 및 위치가 제어량이 된다.

> 지령치 (command) 혹은 목표치 (reference) : 제어량이 이러했으면 좋겠다라는 값이 된다. 제어이론의 교과서에서는 목표치로 적히지만, 실제 현장에서는 지령치라고 하는 경우가 많기에, 여기에서도 지령치라고 부르겠다. 제어의 목적에 의하여 위치, 속도, 토크 (전류) 등이 지령치가 된다.

> 조작량 (manipulated variable) : 제어량을 효율 좋게 변화시키는 것이 가능한 입력이 있다. 조작량은 액츄에이터의 종류 및 제어시스템의 구성법에 따라 여러가지로 정의 된다. 여기에서는 모터를 액츄에이터로 사용하는 제어시스템을 취급하기에 모터전류 및 토크, 추력을 조작량으로 하겠다.

> 외란 (disturbance) : 제어량에 영향을 주게 되는 외적인자이다. 외적이라 하면 제어시스템에서 봤을때 바깥이라는 의미로, 기구에 내재하는 마찰같은 것들도 외란이라 할 수 있다.

> 피드백 신호 : 검출부에서 변환된 제어량의 신호이다. 해석에 있어서는 검출부는 이상적으로 1 로 취급되어, 피드백 신호도 제어량으로 취급되는 경우가 많다.

> 편차 (error) : 지령치에서 피드백신호를 뺀 값이다.

Fig. 2.1 (a) 의 Feed-forward 제어에서는, 제어기와 제어량을 참조하지 않고, 제어대상의 응답을 예측하여 지령치에서 조작량을 결정하게 된다. Feed-forward 제어는, 제어량을 검출하는 센서가 필요하지 않고, 응답이 빠르고, 제어장치도 간단하여 저렴하다. 이에 반하여, Feed-back 제어는 센서가 필요하고, 응답에 delay가 발생하며, 제어장치가 복잡해지지만, 외란과 제어대상의 변화에 대응이 가능하다.

자동제어 기초

앞에서 살펴본 제어를 하기 위하여 여러 가지 방식이 있는데 여기서는 이러한 제어의 종류에 대하여 알아 보도록 한다.

피드백 제어 (Feed Back Control)

센서에서 측정한 측정치(Process Value: PV)가 컨트롤러에 가해지면 컨트롤러 내부의 제어하고자 하는 설정치(Set Point: SP)와 비교하여 그 차이에 따른 양 만큼을 조작단으로 보내게 되며 이 수정한 결과는 다시 검출단 센서에서 측정되어 비교되게 된다. 이렇듯 제어결과가 한바퀴 돌아서 다시 처음으로 돌아오는 제어계를 피드백 제어계 (Feed Back Loop)라고 한다. 여기서 본 것처럼 피드백 제어계는 폐루프(Closed Loop)로 되어 있음을 알 수 있으며, 상대적으로 피드백이 없는 경우를 개루프(Open Loop)라고 한다.

피드포워드 제어(Feed Forward Control)

근래 들어 프로세스 제어의 급속한 발달에 힘입어 외란 및 부하변동에 따른 프로세스 제어계에 대한 영향 및 동 특성(動特性)을 분석 플랜트의 최적, 경제운전에 대한 요구가 높아져 제어계의 설계, 해석에 새로운 개념이 속속 도입되고 있다. 이중의 하나가 피드 포워드 제어이며 이로 인해 피드백 제어방식의 제어성능이 개선되었다. 예로서 보일러의 계장에서 연소 공기량, 증기온도, 내부압력등을 보일러에서 요구되는 부하변동이 발생하였을 때 조작단이나, 응답지연을 개선하기 위하여 조절기의 출력이 제어동작에 의해 변화되기 전에 부하변동에 비례하는 수정신호를 조작단에 보내서 조작단, 조절기의 응답속도지연에 의한 영향을 감소시켜 제어 효과를 좋게 하기 위한 제어 방법이다. 정리하면, 피드백 제어는 일어난 결과를 가지고 조절하는데 반하여 일어나려고 하는 원인을 검출하여 미연에 방지하도록 움직여주는 제어를 피드 포워드 제어라고 하며 일종의 예측제어이다.따라서 이를 위하여는 프로세스의 동 특성 해석이 필수다. 여기서 피드 포워드 제어를 한다고 하여도 결국 피드백 제어에 의해 제어계를 닫아주는 계장 즉 Closed Loop 계장이 일반적이다.

배치제어( Batch Control)

배치제어는 일반적으로 불연속적인 프로세스 제어를 일컫는다. 열 교환장치의 제어과정을 보면, 냉수가 장치에 들어가 가감되는 수증기 양에 의하여 온수가 얻어지는 것으로 이 프로세스는 연속적으로 행해진다. 이와 같은 연속 프로세스에 반하여 어떤 원료를 일정량만 탱크 속에 넣은 후 일정 시간 동안 원료는 그대로 둔 채 외부로부터 여러가지 조작을 순서대로 가하는 프로세스는 불연속한 프로세스이며 이 제어를 배치 제어라고 한다. 프로세스 중에서 UP STREAM에 해당하는 정제 프로세스는 연속제어가 주를 이루며, 상대적으로 이러한 정제물질에 여러 가지 화학반응을 첨가하거나 조작하여서 새로운 물질로 변화시키는 DOWN STREAM에서는 배치제어가 주를 이룬다.

PYO’s Chemical Engineering

공정제어

PART 21. 피드포워드

피드포워드 제어는

피제어 변수를 피드백 시키지 않는다.

대신 외란을 측정하여

피제어 변수에 미칠 영향을 계산 한 후

이를 상쇄 시키기 위한

조작변수 값을 구하여

공정에 적용한다.

아래와 같이

스팀유량을 통해 온도를 제어하는 공정이 있다고 하자.

이때, 온수유량의 변화를 외란이라고 가정한다.

이때, 에너지 수지식은 다음과 같다.

즉, 요구되는 유량이 변하면

스팀의 유량 값을 조절하여

Tsp를 조절할 수 있다.

위에서 알 수 있는 것과 같이

피드포워드 제어는

외란이 측정 가능하고

관련 입출력 변수 사이의

수식모델이 주어질 때에만

설계가 가능하다.

실제로는 수지식이 완벽하지 않고 측정되지 않는 다른 외란들이 공정에 영향을 주기 때문에 피드포워드 보상이 완전할 수 없으며 제어오차는 항상 발생한다. 따라서 아래와 같이 피드백 제어와 함께 사용되어야 한다.

위의 제어계를 블록선도로 표현하면 다음과 같다.

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