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 비례 적분 미분 동작 기구 — PID·시간 정수·연속 제어
이 세트는 비례·적분·미분 동작을 하나로 묶은 PID 제어를 다룬다. 각 동작의 역할, PID 전달함수에서 적분 시간과 미분 시간을 읽는 법, PD 제어에 남는 정상편차, 온-오프와 PID의 연속·불연속 구분이 중심이다.
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뜻
PID 제어는 세 동작을 함께 쓴다. 비례동작은 편차에 비례해 기본 조작량을 정하고, 적분동작은 편차를 시간에 따라 쌓아 잔류편차를 없앤다. 미분동작은 편차의 변화율을 보고 오차가 커지기 전에 조작량을 가감해 응답을 빠르게 한다.
비례적분 동작만 쓰면 정상 상태 오차는 줄지만 제어가 지연되는 경향이 있다. 여기에 미분동작을 더한 것이 PID 동작이며, 정상편차 제거와 빠른 응답을 함께 노린다. 반대로 비례미분 동작은 적분 항이 없어 응답은 빠르지만 정상편차가 남는다.
PID의 전달함수에서는 시간 정수를 읽는다. M(s)/E(s)=3+1.5s+1.5/s이면 상수항이 비례게인 Kp=3이다. 적분 시간은 Kp를 1/s 항 계수로 나누어 3÷1.5=2이고, 미분 시간은 s 항 계수를 Kp로 나누어 1.5÷3=0.5다.
온-오프 제어는 설정값을 기준으로 출력을 켜고 끄므로 불연속 제어다. 비례·적분·미분을 쓰는 PID는 출력이 연속적으로 변하므로 연속 제어다. 온-오프는 구조가 단순하지만 사이클링이 생긴다.
예제
선지 판단은 PI 제어가 적분 작용으로 정상 상태 오차를 없애 정상 특성을 개선한다고 보는지, 미분요소가 입력 변화율에 비례해 계단 입력에서 임펄스 출력을 낸다고 보는지, PD 제어가 응답 속도를 높인다고 보는지, 온-오프 제어를 불연속 제어로, 비례·적분·미분 제어를 연속 제어로 나누는지, 시정수를 동적특성으로 빼는지, 회전 각도를 디지털량으로 내는 검출기를 엔코더로 읽는지, 변위를 공기압으로 바꾸는 요소를 노즐플래퍼로 읽는지, 계측의 1차 요소를 변환검출기로 읽는지에서 갈린다. 비례동작은 잔류편차를 남기고, 적분동작은 이를 없애며, 미분동작은 오차의 변화율로 예측 제어를 한다. 서보전동기는 서보기구에서 조작부로서 구동을 맡는다.
대표 기출 3문항
온 오프(on-off)동작의 설명 중 옳은 것은?
- 간단한 단속적 제어동작이고 사이클링이 생긴다.
- 사이클링은 제거할 수 있으나 오프셋이 생긴다.
- 오프셋은 없앨 수 있으나 응답시간이 늦어질 수 있다.
- 응답속도는 빠르나 오프셋이 생긴다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 온오프 동작의 특징에 대한 옳은 설명을 고르는 문제이다. 온오프 제어는 조작량을 최대 또는 0의 두 상태로만 전환하는 단순한 단속적 제어 동작이다.
온오프 제어는 설정값을 기준으로 장치의 전원 공급을 완전 차단 또는 공급하는 단순 방식이며, 이로 인해 설정값 주변에서 출력이 진동하는 사이클링 현상이 필연적으로 발생한다.
제어계에서 제어기의 전달함수가 G(s) = Kp(1+TdS)로 주어질 때 이에 대한 설명으로 틀린 것은?
- 이 제어기는 비례-미분 제어기이다.
- 이 제어기는 진상보상요소이다.
- 이 제어기는 정상편차는 없다.
- Kp는 비례감도, Td 는 미분시간을 나타낸다.
정답과 해설 보기
정답 ③ · 전달함수가 G(s) = Kp(1 + TdS)인 제어기에 대한 설명 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 이 전달함수는 비례항 Kp와 미분항 Td·S로 구성된 비례-미분(PD) 제어기로, 위상을 앞당기는 진상보상요소에 해당한다.
비례-미분(PD) 제어기는 정상상태 오차를 제거하지 못하므로 정상편차가 존재한다는 설명인 ③이 틀린 것이다.
자주 묻는 물음
- PI 제어와 PD 제어의 역할은 무엇인가요?
- 비례동작은 편차에 비례해 조작량을 정하므로 잔류편차가 남는다. 적분동작은 편차를 쌓아 잔류편차를 없애고, 미분동작은 오차의 변화율을 이용해 예측 제어를 한다. PI 제어는 적분 작용으로 정상 상태 오차를 없애 정상 특성을 개선하고, PD 제어는 비례와 미분의 결합으로 응답 속도를 높인다.
- 연속 제어와 불연속 제어는 어떻게 구분하나요?
- 비례·적분·미분 제어는 오차 신호에 따라 연속적인 제어량을 만드는 연속 제어다. 온-오프 제어는 설정값을 기준으로 출력을 켜고 끄는 두 상태만 쓰므로 불연속 제어다.
- 미분요소와 계측 요소는 어떻게 이해하나요?
- 미분요소는 입력 신호의 변화율에 비례하므로 계단 입력의 불연속점에서 임펄스 출력이 생긴다. 시정수는 시간 응답을 정하는 동적특성이다. 회전하는 각도를 디지털량으로 출력하는 검출기는 엔코더이고, 변위를 공기압 신호로 바꾸는 요소는 노즐플래퍼이며, 공업용 계측에서 물리량을 전기 신호로 바꾸는 1차 요소는 변환검출기다.
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