HVAC 시스템에 대한 Multi Fuzzy 제어기 설계 논문자료

HVAC 시스템에 대한 Multi Fuzzy 제어기 설계
Design of Multi Fuzzy Controller for HVAC System

본 논문은 HVAC(heating, ventilating, and air conditioning) 시스템에 대하여 Multi Fuzzy 제어기 설계를 제안한다. HVAC 시스템은 Compressor(압축기), Condenser(응축기), Evaporator(증발기), Expansion Valve 로 구성되며, 각각의 기기에 대한 제어가 독립적으로 이루여져 있다. 기존의 제어가 한 제어기를 사용한 단일방식으로 이루어지다보니 HVAC 시스템의 특성인 냉매의 상태가 달라지면 시스템 전반적으로 그 영향이 파급되는 부분까지 고려를 해 주지 못하고, 제어기의 성능이 효율적이지 못했다. 본 논문에서는 비선형성이 강하고 불확실하며 복잡한 시스템을 쉽게 제어할 수 있는 Fuzzy 제어기를 구성하여 Expansion Valve 와 Compressor 에서 동시에 제어하는 Multi 제어기를 설계한다. 제안된 Multi Fuzzy 제어기는 HVAC 시스템의 효율성과 안정성에 기초하여, 과열도와 저압을 제어한다.

---

연구 주제

 

1. 문제 정의

이에 본 논문에서는 HVAC 시스템에 대해 비선형성이 강하고 불확실하며 복잡한 시스템을 쉽게 제어할 수 있는 Fuzzy PI 제어기〔6-기]를 설계한다.

 

연구 방법

 

1. 제안 방법

e 와 Compressor 에서 동시에 제어를 하는 Multi ControUer 를 설계한다.

본 논문에서 제어 목표는 주위 온도보다는 과열도, 과냉각, 저압의 제어에 중점을 두었다.

e 에서 제어하는 부분으로 오차(e)와 오차의 변화분(△e은 [-6, 6], 개도 변화율(△!!) 은 [-15, 15] 를 7개의 멤버쉽으로 구성하였고 퍼지 제어 규칙은 표 1을 사용하였다.

저압은 Compressor 에서 제어하는 부분으로 오차(e)와 오차의 변화분(ee)은 [-90, 90], 인버터의 주파수 변화율(△U)은 [-24, 24] 를 7개의멤버쉽으로 구성하였고 퍼지 제어 규칙은 표 1을 사용하였다.

시뮬레이션 시간은 3600sec, 초기 목표치를 과열도는 5℃, 목표저압은 64lKPa로설정하고 1200sec 마다 목표 과열도를 10℃, 15℃ 로 변경하며 원하는 값으로 수렴되는지 확인하였다.

본 논문에서는 기계적인 성능 개선 보다는, Fuzzy PI 제어기를 통한 시스템의 성능 개선을 시도하였고 Expansion Valve 와 Compressor 에서 동시에 제어를 하는 Multi ControUer 를 설계하여, HVAC 시스템의 안정성과 효율성에 영향을 주는 과열도와 저압을 제어하였다.

2. 이론/모형

그리고 설정치와 공정 출력의 오차 및 오차의 변화분을 제어기의 입력으로 사용하고, Fuzzy 추론방법 중 Mandani 방법을 사용하여 제어기의 출력을 추론한다.

본 논문에서는 과열도와 목표저압을 Mandani 추론법을 이용한 Lookup_table을 구성하여 제어하였다.

 

연구 결과

 

1. 성능/효과

설계된 퍼지 PI 제어기는 과열 도의 목표치를 변경하여도 안정적으로 제어됨을 확인하였다.

하지만 본 논문에서와 같이 제어기 부분의 연구를 통해서도 안정적이고 효율적인 HVAC 시스템' 개발의 발전 가능성을 확인하였다.

2. 후속 연구

그리고 Fuzzy 제어기를 이산형이 아닌 연속형으로 구성하고 환산계수들을 GAs(유전자 알고리즘)나 Complex 알고리즘 등의 최적화 알고리즘을 이용하여 듀닝한다면 더욱 성능이 좋은 제어기를 설계할 수 있을 것이라 기대한다.

---

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=NPAP08089989

[논문]HVAC 시스템에 대한 Multi Fuzzy 제어기 설계