전기공사기사 제어계의 종류 — 개루프·폐루프와 정치·추종 제어

제어계는 세 가지 축으로 나눈다. 첫째, 구조가 개루프인가 폐루프인가다. 개루프는 출력을 입력측에 되먹이지 않으므로 비교 소자가 필요 없고, 구조가 간단하고 저렴하지만 외란과 시스템 특성 변화에 그대로 흔들린다. 폐루프는 출력을 피드백해 오차를 보정하므로 외란과 파라미터 변동이 큰 정밀 추종에 필수다. 다만 보상 설계가 부적절하면 폐루프도 발산할 수 있고, 분류 기준은 신호의 형태가 아니라 피드백의 유무다.

둘째, 목표값이 시간에 따라 변하는가다. 목표값이 일정하고 외란에서 제자리로 되돌리는 것이 정치제어(Regulator)이고, 발전기의 자동전압조정기와 원심조속기, 항온조가 대표 예다. 목표값이 변하고 출력이 그 변화를 따라가는 것이 추종제어(Servo)다. 정치제어도 오차 보정을 위해 출력을 측정하는 폐루프가 필요하다.

셋째, 수학적 성질이다. 두 입력을 따로 넣은 결과의 합이 한꺼번에 넣은 결과와 같으면 중첩의 원리가 성립하는 선형 제어계이고, 입출력이 비례 관계를 가진다. 파라미터가 시간에 따라 변하면 시변, 변하지 않으면 시불변이다. 신호를 샘플링해 처리하면 이산 시간, 연속적으로 다루면 연속 시간 제어계다. 컴퓨터가 들어가면 이산, 파라미터가 변하면 시변, 중첩이 되면 선형이라는 세 단서로 분류한다.

신호는 목표값에서 편차를 거쳐 제어장치, 조작량, 제어대상, 제어량 순서로 흐른다. 조작량은 제어장치의 출력이자 제어대상의 입력이고, 제어량은 제어대상의 출력으로 피드백 요소를 거쳐 목표값과 비교된다. 편차는 기준입력에서 피드백 신호를 뺀 값이다. 기준입력이 6.0V이고 피드백 이득이 1일 때 제어량이 4.5V라면 피드백 신호도 4.5V이므로 편차는 6.0−4.5인 1.5V다. 이 차이가 제어계의 동작을 일으키는 원인이 되는 동작신호다.