실시간 포유동 제어를 이용한 드럼세탁기의 고효율 에너지 제어 기법 연구 = A Study on High-Efficiency Energy Control of Drum Washing Machines Using Real-Time Wash Load Flow Control

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 저온 세탁 환경에서도 세탁 성능 저하 없이 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 인공지능 기반 드럼세탁기 모션 제어 기법을 제안한다. 본 연구에서는 세탁 중 모터의 q축 전류와 회전 속도를 기반으로 MotorWork를 정의하고, 해당 지표의 실시간 변화를 이용한 Decision Tree 기반 포유동 제어 알고리즘을 개발하였다. 제안된 알고리즘은 MotorWork의 증감 패턴을 학습하여 세탁 조건에 따라 모터 회전 속도를 동적으로 조정함으로써, 세탁 효율이 최대화되는 포유동 상태를 유지하도록 설계되었다. 실험 결과, 제안된 제어 기법은 기존 고정 속도 제어 방식 대비 Quarter, Half, Full 부하 조건에서 각각 8 Wh, 6 Wh, 2.5 Wh의 에너지 절감 효과를 나타내었으며, 모든 부하 조건에서 세탁 성능은 에너지 라벨 판정 기준을 충족하였다. 또한 MotorWork와 세탁 성능 간의 상관계수는 0.91로 나타나, MotorWork가 세탁 효율을 정량적으로 평가할 수 있는 유효한 지표임을 확인하였다. 본 연구의 결과는 실시간 포유동 제어를 통해 드럼세탁기의 에너지 효율과 세탁 성능 간의 상충 관계를 효과적으로 완화할 수 있음을 실증적으로 제시하며, 향후 고효율 세탁기 제어 기술 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study proposes an artificial intelligence–based motion control strategy for drumwashing machines that enhances energy efficiency while maintaining washing performanceunder low-temperature washing conditions. MotorWork is defined as the mechanical workperformed by the motor and is calculated using the motor q-axis current and rotationalspeed. By continuously monitoring the temporal variation of MotorWork during operation,a Decision Tree–based control algorithm dynamically adjusts the motor speed and rotationdirection to maintain an optimal wash load flow condition.
Experimental evaluations were conducted under Quarter, Half, and Full load conditionsusing a 9 kg drum washing machine. The proposed control strategy reduced energyconsumption by 8 Wh, 6 Wh, and 2.5 Wh, respectively, compared with a conventional fixedspeed control method, while satisfying all washing performance requirements specified bythe EU energy labeling standards. In addition, a strong positive correlation (R = 0.91) wasobserved between MotorWork and washing performance, with peak performance occurringat approximately 48 rpm, confirming that MotorWork is an effective indicator for evaluatingwashing efficiency. The results demonstrate that real-time wash load flow control based on MotorWork can effectively mitigate the trade-off between energy efficiency and washingperformance in drum washing machines. The proposed approach provides a practicalfoundation for the development of high-efficiency washing machines compliant with currentand future EU energy regulations.

목차 (Table of Contents)

• 목차 ⅰ
• 표 목차 ⅲ
• 그림 목차 ⅳ
• 1. 서론 6
• 1.1 연구의 배경 및 필요성 6
• 1.2 유럽 세탁기 에너지 EPREL 표기항목 9
• 1.3 선행 연구 분석 및 한계 11
• 1.4 MotorWork 용어 정의 12
• 1.5 연구 목적 및 범위 14
• 1.5.1 연구 목적 14
• 1.5.2 연구 범위 14
• 1.5.3 연구의 기대 효과 14
• 2. 이론적 배경 15
• 2.1 드럼세탁기의 세탁 메커니즘과 포유동 특성 15
• 2.2 MotorWork와 세탁 성능과의 관계 17
• 2.3 Decision Tree 기반 인공지능 제어 알고리즘 21
• 2.3.1 Decision Tree 제어 구조 22
• 2.3.2 기존 제어 방식과의 비교 23
• 2.4 포유동 제어 효과 검증 24
• 2.4.1 포유동 제어 알고리즘 적용 시 부하 조건 별 에너지 절감 효과 24
• 2.4.2 포유동 제어 알고리즘 적용 시 세탁 성능 평가 27
• 2.5 요약 28
• 3. 시험 목적 및 방법 29
• 3.1 시험 목적 29
• 3.2 시험 환경 및 조건 29
• 3.2.1 시험 환경 29
• 3.2.1 시험 조건 30
• 3.3 시험 방법 30
• 3.4 성능 평가 방법 31
• 4. 결과 및 고찰 33
• 4.1 실험 목표 설정 33
• 4.2 실험 구성 및 제어 변수 설정 35
• 4.3 실험 결과 및 고찰 39
• 5. 결론 41
• 6. 참고문헌 42