본 논문에서는 사출성형기의 배럴의 정밀 온도제어에 대해 논의하였다 현재 사출성형기의 온도제어는 온도 편차가 2도 내외이며, 예열후 안정화되는데 걸리는 시간이 길다는 단점이 있다. 향후 마이크로-나노 시스템 제작 공정에 있어서 대량생산 방법으로 사출성형이 주목받을 것으로 기대된다. 특히 온도 제어의 경우는 사출시 인가해야 할 온도가 녹는점 및 glassy 온도에서 유지가 되면서 충분히 유동을 가지는 온도를 지속적으로 유지를 해야하므로 사출 후 정밀성에 중요한 요소가 된다. 마이크로-나노 사출공정은 극 미세 사출이며 온도, 압력에 따른 재료 특성 변화가 발생할 수 있으므로 이를 최적의 조건으로 제어할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 실제 사출성형기와 PC based PLC를 이용한 온도제어기를 구현하고 실험하였다. 이를 통해 기존의 온도제어의 단점을 줄이고, 제어성능을 극대화하여 향후 마이크로-나노 시스템에 적용 가능한 정밀 온도제어기를 제안한다.
온실의 환기제어시 외기의 온도와 풍속변화에 보다 유연하게 대처하면서 온도제어성능을 향상시키기 위하여 퍼지제어 알고리즘을 수립하고 제어실험을 실시하였다. 환기창을 열어 환기 시 온실의 실내온도 변화는 실내외온도차 및 외기 풍속의 세기와 방향에 영향을 받으므로 실내온도 기울기를 퍼지변수의 하나로 취급하여 퍼지변수의 수를 줄였다. 설정온도가 일정할 때 제어오차의 증분은 실내온도 증분과 같으므로, 전건부 퍼지변수는 제어오차(실내온도-설정온도)와 그 증분으로 결정하고, 후건부 퍼지변수는 환기창열음량 증분으로 결정하여 실내온도 하나만의 계측으로 제어출력이 가능한 퍼지제어 알고리즘을 구성하였다. 퍼지변수의 범위는 기초환기실험을 통하여 결정한 후 제어주기 3분을 갖는 실제실험 시 최적 값으로 보정하였다. 전건부 퍼지변수인 제어오차와 제어오차 증분의 최적범위는 각각 목표 제어오차의 3배와 1.5배, 후건부 퍼지변수인 환기창열음량 증분의 최적범위는 최대 열림량의 30%로 나타났다. 최적화한 19개의 퍼지규칙을 적용한 퍼지제어 알고리즘을 개발하고 상대적 성능평가를 위하여 최적 게인을 부여한 PID제어와 비교하였다. 퍼지제어와 PID제어의 실내온도 제어오차는 각각 1.3$^{\circ}C$, 2.2$^{\circ}C$ 미만으로 나타났다. 퍼지제어와 비교하였다. 퍼지제어와 PID제어의 실내온도 제어오차는 각각 1.3$^{\circ}C$, 2.2$^{\circ}C$ 미만으로 나타났다. 퍼지제어는 PID제어에 비해 환기창 적산열음량, 조작회수 및 반전조작회수가 0.4배, 05배 및 0.3배로 적게 나타나 외기풍속과 실내외온도차의 변동에 유연하게 대처하며 환기창의 점진적 여닫음 조작이 가능하고, 조작에너지도 1/2로 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
일반적인 임펄스 씰러의 시간제어 방식은 누적열(시작점의 온도가 상승)로 인해 포장품질의 저하를 초래하기 때문에 본 연구에서는 온도제어 방식을 이용한 임펄스 씰러의 누적열 상승 특성 및 포장품질을 조사하였다. 순간(Impulse) 방식의 특성상 아주 짧은 시간에 높은 온도를 올려주기 때문에 정확한 제어는 힘들지만, 가장 중요한 최고점의 온도를 일반 시간제어 대비 특정 편차 범위 내에서 유지하여 주기 때문에 우수한 포장품질을 확보하는 것이 가능하였다. 온도제어의 결과로 최고점의 온도는 128.9℃이며 최고와 최저의 오차율은 -4%에서 7.4%, 시간제어 최고점의 온도가 190.3℃로 설정온도인 120℃ 대비 70.3℃ 상승을 하였으며, 약 59%의 온도 상승률을 보였다. 온도제어와 시간 제어의 최고점의 온도차는 61.4℃로 뚜렷한 온도차를 보이며, 시간제어에서는 접착품질의 저하를 확인할 수 있었다. 즉, 온도제어 방식은 시간제어 방식 대비 우수한 접착품질을 나타내었다. 본 연구개발을 통하여 임펄스 씰러의 온도제어 방식은 연속작업에서의 온도상승을 조절하고 최소화할 수 있는 효과적인 대안이 될 수 있음을 확인하였다. 한편, 시간제어 방식 임펄스 씰러의 온도제어 방식으로의 전환을 위해서는 오차율이 일정치 않은 문제, 온도제어를 위해 필요한 온도센서(박판센서)의 품질 확보 및 수급 문제, 온도센서 자체의 내구성 향상문제, 그리고 신규방식의 높은 가격 문제 등을 추가적으로 고려하여야 한다.
본 논문에서는 열간압연 ROT 공정에서 고강도 내후성강을 대상으로 압연 강판의 길이방향의 온도와 재질을 제어하기 위하여 독립냉각제어(ICC) 라는 새로운 제어개념을 제안하였다. ROT 공정을 전단냉각 및 후단냉각으로 분리하였으며, 각각의 독립공정에 대하여 온도제어 모델을 개발하였다. ICC 제어는 열간압연 공장의 온라인 데이터, 제어상의 문제점 및 내후성강의 TTT 선도로부터 도출하였다. 제안된 ICC 제어의 알고리즘은 변태발열에 의한 온도 외란을 이용하여 타당성을 검증하였다. 또한 열연공장에서 온라인으로 테스트 결과 강판의 온도제어 정도가 향상되었음을 입증하였다.
LPG 및 석유류는 온도에 따라서 유량의 변화가 LPG의 경우는 ±0.23%/℃, 무연은 ±0.11%/℃, 등유는 ±0.10%/℃, 경유의 경우는 ±0.09%/℃로 특히 LPG의 경우가 그 변화가 심하므로 정확한 충전량을 계량하는 것이 중요하다. 이는 공정거래 확립의 차원에서 공급자와 소비자 입장에서 반드시 요구되는 사항이다. 이를 위해 본 논문에서는 LPG 충전기의 충전제어 및 자동 온도 보정의 알고리즘을 개발하고 이를 프로그래밍한 후 온도센서와 16-bit 마이크로프로세서(intel 80C196)로 자동 온도 보정이 가능한 LPG 충전기의 충전제어 시스템을 설계 및 제작하였다. 설계 제작된 시스템은 프로세서부, I/O 입ㆍ출력부, VFD(vacuum fluorescent display) 디스플레이 구동부로 구성된다. 충전제어 동작은 LPG 유량계의 encoder로부터의 유량(유속)신호와 기차 보정값 및 15℃를 기준으로 한 온도 센서부의 온도 보정값을 입력받아 솔레노이드 밸브를 제어하여 충전을 제어하게 된다. 온도 보정은 80C196 프로세서의 내부 10-bit A/D 변환기를 사용하여 0.5℃ 분해능으로 온도제어를 할 수 있다. VFD 디스플레이는 유량, 금액, 단가가 표시되며 그 값을 누적시켜 일계, 월계를 알 수 있게 하였다. 그 외에 시스템 진단기능 및 컴퓨터통신, POS 통신이 가능하도록 하였다. 제작된 시스템을 LPG 충전기에 실장하여 시험한 결과 목표한 정확도로 유량이 제어됨을 알 수 있었다.
본 연구에서는 하나의 제어보드로 여러 대의 제어 시스템을 동시에 제어 가능하도록 하는 다중채널 제어기능을 갖는 오토튜닝 온도제어기를 설계하고 구현한다. 제어기 보드는 다중채널 입력 및 출력 기능을 가지고 있으며, 여러 개의 제어 알고리듬이 서로 독립적이지만 동시에 동작하는 멀티채널 제어기이다. 먼저 다중채널 제어기능을 갖는 온도제어기 설계방법을 나타내고. 이를 구현하는 센서입력부 회로, 제어신호 출력부 회로, 파워제어부 회로 등의 하드웨어 회로를 설계한다. 또한 다중채널 온도 제어기의 성능을 모니터링 하기 위하여 온도 제어 출력신호의 직렬 통신 데이터 프로토콜을 설계하고, 구현된 다채널 온도제어기의 실제 시험을 통한 성능을 평가한다.
본 논문에서는 에너지 절약을 위한 방법으로 여름철 냉방의 적정 온도 및 풍향을 제어하기 위한 가상의 시뮬레이션을 목적으로 열 영상과 퍼지 추론 규칙을 적용한 온도 및 풍향 제어 기법을 제안한다. 온도 제어를 위한 가상 시뮬레이션에서 열 영상을 분석하기 위해서 영상을 $300{\times}400$의 크기를 가지는 색상 분포 영상으로 변환한다. 색상 분포 영상은 Red, Magenta, Yellow, Green, Sky, Blue의 온도 값을 가지는 R, G, B 값이며 각 색상은 $ 24.0^{\circ}C$에서 $27.0^{\circ}C$의 분포의 온도 값을 가진다. 색상 분포 영상은 아래 계층부터 레벨1에서 레벨10의 높이 계층으로 분류한다. 분류한 각 계층은 고유의 색상 분포도를 가지며 색상이 가지는 온도 수치에 따라서 계층별로 온도를 구성한다. 풍향 제어를 위한 각 계층의 높이는 레벨1에서 레벨3까지는 하위층이며, 레벨 4부터 레벨 7은 중간층, 레벨 8부터 레벨 10은 상위층으로 분류한다. 각 계층의 온도와 높이 레벨 값은 온도 조절과 풍향의 우선 순위, 강도 조절, 지속 시간을 구하기 위한 파라미터이다. 실내 공간의 전체적인 온도의 균형과 풍향을 제어하는 과정으로 풍향의 방향, 지속시간을 적용하고 풍향의 강도를 구하기 위해서 색상 분포영상의 각 구간의 온도 및 높이의 특징을 적용하여 퍼지 소속 함수를 설계한 후, 소속 함수의 소속도를 구하고 퍼지 추론 규칙을 적용하여 풍향의 강도를 구한다.
온수난방시스템 온실의 디지털 온도제어 수식모형을 수립하고, 이 수식모형을 이용하여 제어시뮬레이션을 실시하여 최적의 온도제어 방법을 구명하였다. 이용된 제어기법은 종래의 온수온도 일정 공급ON-OFF 제어, 비례제어, PI 제어, PID 제어기법이었으며, 시뮬레이션을 이용해 제어기법별 제어성능을 비교 분석하였다. 대상유리온실의 실내온도( T$_{i}$ )에 관한 디지털 제어수식모형은 공급온수온도( T$_{w}$ )와 외기온도( T$_{o}$ )가 관련된 T$_{i}$($textsc{k}$+1)= 0.851.T$_{i}$($textsc{k}$)+0.055.T$_{w}$($textsc{k}$)+0.094.T$_{o}$ ($textsc{k}$)로 나타났다. 온실의 실내온도제어 시뮬레이션을 실시한 결과 종래의 온수온도 일정공급 ON-OFF 제어, P 제어, PI 제어,PID 제어의 정정시간, 오버슛트, 정상오차는 각각 무한, 3.5$0^{\circ}C$, 3.5$0^{\circ}C$ / 30분, 2.37$^{\circ}C$, 0.51$^{\circ}C$ / 21분, 0.0$0^{\circ}C$, 0.23$^{\circ}C$ / 18분, 0.0$0^{\circ}C$, 0.23$^{\circ}C$로 나타났으며, 온수난방시스템 온실의 온도제어에 가장 적합한 제어기법은 PI와 PID제어인 것으로 나타났다 또한 미분이득은 온실의 난방계에 거의 영향을 미치지 않지만 적분이득은 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 나타났다.
본 논문에서는 온열치료기의 온도제어 알고리즘 및 시스템을 구현하였다. PWM(Pulse Width Modulation) 파형의 온 타임 펄스폭을 제어함으로서 온열치료기의 마사지 기능에 적합한 온열요법이 내장된 안정된 온도제어를 구현 할 수 있었으며 의료기기의 온열마사지, 온열지압, 온열 뜸 기능에 적용 하였다. 온도설정 범위는 $40^{\circ}C$에서 $70^{\circ}C$까지이며 $5^{\circ}C$ 단위로 설정하였고 제어량은 실시간으로 $1^{\circ}C$ 단위로 제어하였으며 $1^{\circ}C$ 간격으로 온도를 표시하였다. 제어범위는 설정온도와 현재온도의 차가 $4^{\circ}C$이하부터 4단계로 PWM 펄스폭을 가변하여 램프의 출력을 제어하였다. 현재온도가 설정온도와 같을 경우 PWM 신호를 최소로 하였고 현재온도가 설정온도 보다 클 경우는 PWM 출력 신호를 정지시켜 오버헌팅을 방지했으며 연산차가 $4^{\circ}C$이상인 경우 PWM 제어량을 최대폭으로 하여 시스템을 빠른 상승시간 안에 목표치에 도달할 수 있도록 제어하는 방식으로 구현하였다.
1) HTST공정에 적합한 공정감시 및 제어알고리즘을 개발하였고, 일련의 모든 프로그램은 G언어의 일종인 Labview 5.1을 사용하였다. 프로그램상에는 온도, 압력, 유량을 표시하는 아날로그 및 디지털 창을 마련하여 장치내부의 상태를 쉽게 파악학 수 있도록 하였다. 2) 살균온도를 9$0^{\circ}C$로 설정하였을 때 온도제어 오차는 0.05$^{\circ}C$였으며 이것은 Negiz와 Cinar(1995)의 온도제어 오차 0.22$^{\circ}C$보다 정밀한 제어가 이루어짐을 알 수 있었다. 3), 운전중 원료의 과살균을 방지하지 하기 위해 각 각의 경우에 스팀온도를 제어하였고 목표온도까지 가열하기 위한 각 유량과 초기온도별 스팀온도를 구하였다. 4) 본 연구의 이 후 과제로는 유량의 변화에 따른 홀딩튜브의 길이와 살균시간의 상관관계를 규명하여 실제 HTST공정에 적용될 수 있는 수학적 모델링을 구현해야 할 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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