잔류편차가 있는 제어계로 P제어라고 하는 것은?
- 비례제어
- 미분제어
- 적분제어
- 비례적분미분제어
정답과 해설 보기
정답 ① · 잔류편차가 남는 P제어의 의미를 묻는 문제이다. P제어는 Proportional Control, 즉 비례제어의 약자로 제어량이 오차에 비례하여 결정된다.
P제어(Proportional Control)는 오차에 비례하여 제어량을 결정하는 비례제어로, 정상 상태 오차(잔류편차)가 발생하는 특징이 있다.
개념 한 쪽
공조냉동기계기사 다이어프렘 — 압력-변위 변환요소·P제어·D/A 변환
이 세트는 압력을 기계적 변위로 바꾸는 다이어프렘과 그 주변의 제어 요소를 다룬다. 다이어프렘·벨로우즈·스프링의 변환 역할, 잔류편차가 남는 비례제어, 자동조정제어의 제어량, 디지털-아날로그 변환 계산이 중심이다.
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뜻
다이어프렘은 압력을 받으면 휘어져 변위를 만든다. 그래서 압력을 변위로 변환하는 요소로 쓴다. 이 세트의 출제기준에서는 벨로우즈와 스프링도 압력을 변위로 바꾸는 요소로 함께 다룬다. 반대로 노즈플래퍼는 변위를 입력받아 공기압이나 유량을 내는 요소이므로 변환 방향이 반대다. 제어기기에서는 입력과 출력이 무엇인지 방향을 먼저 확인해야 한다.
비례제어는 편차에 비례해 조작량을 정한다. 응답은 빠르지만 정상 상태에서 잔류편차가 남는다. 적분제어는 편차를 쌓아 잔류편차를 없애고, 미분제어는 편차의 변화율을 쓴다.
자동조정제어는 설정값이 일정한 제어량을 유지하는 방식이다. 전기 분야에서는 전압이 대표적인 제어량이다. 온도는 온도제어, 위치는 위치제어, 압력은 압력제어처럼 제어 대상에 따라 분류가 달라진다.
디지털 제어에서는 아날로그 출력을 만들기 위해 D/A 변환기를 쓴다. 입력과 출력이 비례할 때 먼저 입력값 1단위당 전압을 구한다. 3비트 입력 011이 3V이면 011은 십진수 3이므로 최하위 비트 1단위당 1V다. 101은 십진수 5이므로 출력은 5V다.
유량, 압력, 액위, 농도, 밀도처럼 공정의 상태량을 제어량으로 하고 외란을 억제하는 것은 프로세스 제어다.
예제
선지 판단은 동작신호에 따라 조작량으로 변환하는 장치를 제어요소로 읽는지, 미리 정한 순서로 각 단계를 진행하는 제어를 시퀀스 제어로 보는지, 기계적 변위를 목표값에 추종시키는 제어장치를 서보기구로 읽는지, 디지털 제어에서 분해능 저하를 정밀 속도 제어의 결함으로 보는지, 과도응답 해석의 표준 입력을 단위계단함수로 고르는지에서 갈린다. 제어요소는 설정값과 피드백값의 오차를 받아 조작량을 만든다. 디지털 제어는 샘플링 레이트의 영향을 받고 부품 수를 줄이며 경년변화의 영향을 줄이지만, 분해능이 낮으면 양자화 오차가 커져 정밀 제어가 어렵다. 과도응답 해석에는 단위계단함수 u(t)를 표준 입력으로 쓴다.
대표 기출 3문항
다음의 제어기기에서 압력을 변위로 변환하는 변환요소가 아닌 것은?
- 벨로우즈
- 다이어프램
- 스프링
- 노즈플래퍼
정답과 해설 보기
정답 ④ · 제어기기에서 압력을 변위로 변환하는 변환요소가 아닌 것을 찾는 문제이다. 벨로우즈, 다이어프램, 스프링은 압력을 받으면 기계적 변위를 출력하는 소자로 대표적인 압력-변위 변환요소이다.
압력을 변위로 변환하는 요소는 벨로우즈, 다이어프램, 스프링 등이며, 노즈플래퍼는 변위를 압력(또는 유량) 신호로 변환하는 변환 요소입니다.
입력이 011(2)일 때, 출력은 3V인 컴퓨터 제어의 D/A 변환기에서 입력을 101(2)로 하였을 때 출력은 몇 V 인가?(단, 3 bit 디지탈 입력이 011(2)은 off, on, on을 뜻하고 입력과 출력은 비례한다.)
- 3
- 4
- 5
- 6
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제에서 입력과 출력이 비례한다고 하였으므로, 입력값의 변화 비율만큼 출력값도 변화합니다. 첫 번째 입력 011(2)은 십진수로 3이고 출력이 3V이므로, 디지털 값 1당 출력 전압은 1V입니다(3V / 3 = 1V).
D/A 변환기는 디지털 입력값(10진수)과 아날로그 출력이 비례하므로, 단위당 출력 전압을 구해 나머지 입력값에 곱하면 된다.
자주 묻는 물음
- 제어요소와 시퀀스 제어는 무엇인가요?
- 제어요소는 설정값과 피드백값의 오차를 입력받아 제어 대상에 줄 조작량으로 변환하는 장치다. 시퀀스 제어는 미리 정해 놓은 논리 순서에 따라 제어의 각 단계를 순차적으로 진행하는 방식이다.
- 서보기구와 디지털 제어의 특징은 무엇인가요?
- 서보기구는 물체의 위치·방위·자세 같은 기계적 변위를 제어량으로 하여 목표값의 변화를 항상 추종하도록 구성한 제어장치다. 디지털 제어는 샘플링 레이트의 영향을 받고 부품 수와 경년변화 영향을 줄이지만, 분해능이 낮으면 양자화 오차가 커져 정밀 속도 제어에 적합하지 않다.
- 과도응답 해석에 쓰는 표준 입력은 무엇인가요?
- 단위계단함수 u(t)다. 제어계의 과도응답 특성을 해석할 때 가장 널리 쓰는 표준 입력 신호다. 임펄스나 정현파는 과도응답 해석의 기본 기준 입력으로 쓰지 않는다.
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