LS-SVR 알고리즘 기반의 예측 제어기법 설계와 그 적용 = Design and application of predictive control technique based on LS-SVR algorithm
저자
발행사항
서울 : 高麗大學校 大學院, 2013
학위논문사항
學位論文(博士)-- 高麗大學校 大學院 : 制御計測工學科 메카트로닉스專攻 2013. 2
발행연도
2013
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
xii, 132장 : 천연색삽화, 도표 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 許勳
참고문헌(장 122-129)과 부록수록
DOI식별코드
소장기관
최근 다양한 산업분야에서 사용하는 시스템의 내부구성이 복잡화되고, 외부로부터 작용하는 외란 및 노이즈 등의 형태로 발생하는 시스템의 비선형성을 보상하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔다. 또한, 큰 규모의 시스템 혹은 여러 하위시스템(Subsystem)을 포함하는 시스템을 효과적 으로 제어하기 위하여 시간지연 특성이라는 문제점을 개선해야 한다.
이를 위하여 본 논문에서는 최소자승법을 이용한 Support Vector Machine for Regression(LS-SVR) 알고리즘 기반의 예측 제어기법을 제안하였다. 이 SVR 이론에서 사용되는 비선형 변환함수를 통해 비선형 모델링을 수행함으로써 시스템의 비선형성을 보상하였다. 또한, 비선형 모델을 기반으로 선행 제어동작이 출력되는 예측기를 설계하였으며, 이 예측기와 PID 제어기를 복합적으로 구성함으로써 시스템이 가지는 시간 지연 특성을 보상하였다. 추가적으로 최소 자승법의 적용을 통해 SVR 알고리즘의 복잡한 계산과정을 개선하였다.
본 논문에서 제안한 예측제어 기법의 성능을 검증하기 위하여 비선형성과 시간지연 특성을 포함하는 다음 2개의 시스템을 고려하였다.
화력발전 플랜트 공정에서 증기온도 변화는 보일러의 복잡한 구조와 열역학 특성 등에 의해 비선형성을 갖는다. 특히, 플랜트의 부하가 변동 하는 상태에서 급수량과 연료량의 변화, 그리고 보일러의 큰 규모로 인해 증기온도의 제어응답에 극심한 시간지연 특성이 발생한다. 이러한 비선형성과 시간지연 특성 문제는 보일러 증기온도의 제어성능을 저하 시키며, 화력발전 플랜트의 전력생산 효율을 저감시킨다.
그리고 2개의 AC 서보모터를 이용한 Dual 서보모터 구동형 프레스 시스템은 AC 서보모터와 슬라이드 모션에 대한 전기적 혹은 기구학 적인 특성으로 인해 비선형성을 갖는다. 또한, 각 서보시스템에서 독립적 으로 발생하는 기계적 외란에 의한 편심오차와 전기적 제어신호의 전달 을 위한 통신 메카니즘에서 발생하는 시간지연 특성은 Dual 서보 시스템 의 동기화 제어성능을 저하시키고, 하사점에서의 불안정성을 야기할 수 있다.
앞에서 언급한 문제점을 개선하기 위하여 각 시스템에 LS-SVR 알고리즘 기반의 예측제어 기법을 적용하고, 수치 모의실험을 통해 그 개선된 제어성능을 확인하였다.
또한, 실제 Dual 서보모터 구동형 서보프레스 시스템의 동작 구현을 모사할 수 있는 하드웨어 구조물을 설계하고, 제안한 예측제어 기법을 적용하여 실효성과 개선된 성능을 확인하였다.
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