Development of an Adaptive Control System for Hydraulically Actuated Plug Valves

본 연구는 극한의 산업 환경에서 사용되는 100MPa급 초고압 플러그 밸브의 정밀 유량 제어를 실현하기 위해, 전기-유압(EH) 구동 시스템과 적응 제어 알고리즘을 제안한다. 먼저, 설계 단계에서는 전산구조해석(CAE)을 수행하여 초고압 환경에서의 구조적 안정성을 선제적으로 검증하였으며, 전산유체역학(CFD) 해석을 통해 유체 저항을 고려한 밸브 구동 최대 토크인 14,000 Nm를 도출하였다. 이를 바탕으로 해당 요구 조건을 충족하는 EH 액추에이터를 설계 및 제작하였다. 제어기 설계 측면에서는 유압 시스템 특유의 복잡한 비선형 동특성과 압력 변화를 충실히 반영하기 위해 4차 상태 공간 모델을 유도하였다. 특히 유압유의 점성 변화 등 파라미터의 불확실성과 예기치 않은 외부 부하 변동에 강인하게 대응하고자 모델 참조 적응 제어(MRAC) 기법을 적용하였다. 특히, 본 연구에서는 추종 오차의 크기에 따라 적응 이득(Adaptive gain)을 실시간으로 가변시키는 '가변 감마(Variable Gamma)' 기법을 도입하였다. 이를 통해 기존 MRAC의 한계였던 파라미터 수렴 속도 문제를 해결하고, 제어 시스템의 응답성과 안정성을 동시에 획기적으로 개선하였다. 결과적으로 본 연구는 설계부터 제어기 구현까지 통합적인 솔루션을 제시하여 초고압 밸브 시스템의 신뢰성을 입증하였다.