개념 한 쪽
자동제어계는 여러 구성요소가 역할을 분담하여 목표값과 실제값의 차이를 줄이는 구조를 이룬다한다 각 요소의 이름과 기능을 명확히 구분하면 블록도 기반 문제를 빠르게 해결할 수 있다
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출제기준 단원 「제어량의 성질에 의한 분류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 제어요소 정체 판별 | 1 | 조절부와 조작부의 결합인 제어요소를 식별하는 문제 |
| 조작량·제어량 구분 | 1 | 제어장치 출력(조작량)과 대상의 출력(제어량)을 구분하는 문제 |
| 안정도 판별 | 1 | 위상여유와 이득여유의 부호로 안정성을 판정하는 문제 |
제어요소는 조절부에서 나온 신호를 받아 실제로 기계를 움직일 수 있는 물리적 조작량으로 변환하여 제어대상에 작용하는 부품을 의미한다 조절부와 조작부가 결합된 개념으로, 모터나 밸브 같은 최종 실행부가 여기에 해당한다
조작량은 제어장치의 출력이며 제어대상에 가해져 실제 물리적 변화를 일으키는 신호이다라는 표현 대신 제어장치의 출력=조작량이라는 등식을 기억하면 문제 해결에 유리하다한다
조절부는 기준 입력과 검출부에서 들어오는 신호를 비교·연산하여 조작부로 보낼 동작신호를 생성하는 부분이다라는 내용을 조절부는 입력과 피드백을 비교·연산하여 조작부로 동작신호를 보낸다라고 정리하면 이해하기 쉽다한다 비교 기능은 조절부의 핵심 역할로, 입력과 피드백의 오차를 처리하여 조작 신호를 만든다한다
설정부는 목표치를 기준입력신호로 변환하여 시스템에 입력하는 역할을 담당한다 검출부는 출력값을 측정하여 피드백 경로로 되돌리는 장치이므로 폐루프 제어계에서 반드시 존재한다
개루프 제어계는 피드백(검출부)이 없고 입력에 따라 출력이 결정되는 구조이며, 폐루프 제어계는 검출부를 통해 출력이 다시 입력과 비교되는 구조이다라는 설명을 개루프는 피드백이 없고 입력에 의해 출력이 결정되며, 폐루프는 검출부로 출력이 측정되어 입력과 비교되는 구조라라고 단순화하여 판단 기준으로 삼는다한다 이 구조적 차이를 통해 어떤 요소가 있는지를 판별한다
또한 안정성 판단에서 위상여유와 이득여유는 중요한 지표이다 위상여유와 이득여유가 모두 양(+)이면 계는 안정한 상태라고 판단한다
제어요소와 검출부를 혼동하면 오답이 된다 문제에서 '실제로 움직이는 부분'을 묻는다면 제어요소를 선택해야 하고, '출력을 측정하는 장치'를 묻는다면 검출부를 선택해야 한다는 점을 확인한다
또한 조작량과 제어량을 혼용하면 혼동이 발생한다 제어요소가 내보내는 신호는 조작량이고, 제어대상에서 발생하는 출력 물리량은 제어량이라는 구분을 적용한다
자동제어계의 위상여유와 이득여유는 계의 안정도를 고찰할 때 중요한 요소가 되는 것으로서 위상여유, 이득여유가 모두 정(+)이라면 이 계는?
정답 ② · 문제는 위상여유와 이득여유가 모두 양수일 때 시스템의 안정성을 묻고 있다. 주파수 응답 해석에서 두 여유가 모두 양수이면 폐루프 시스템이 안정한 여유를 가지고 있다는 의미로 안정한 상태이다.
위상여유와 이득여유가 모두 양수이면 시스템은 안정하며, 음수이면 불안정하다.
폐회로 제어계에서 동작신호를 조작량으로 변환하며, 조절부와 조작부로 되어 있는 부분을 무엇이라 하는가?
정답 ② · 자동 제어 시스템은 여러 요소들로 구성됩니다. 폐회로(Closed-loop) 제어계에서 조절부(Controller)와 조작부(Operator 또는 Actuator)가 결합되어, 시스템 내부에서 기준 입력과 비교하여 산출된 '동작 신호(오차 신호)'를 받아 실제 플랜트(제어 대상)에 가해질 물리적인 '조작량'으로 변환하는 역할을 수행합니다.
동작 신호를 조작량으로 변환하여 제어 대상을 직접 조절하는 조절부와 조작부의 결합체를 제어요소라 한다.
기준 입력과 검출부 출력을 합하여 제어계가 정해진 작용을 하는데 필요한 신호를 만들어 조작부에 보내는 부분을 무엇이라 하는가?
정답 ② · 자동제어계에서 기준 입력(목표값)과 검출부(센서)로부터의 출력인 주궤환 신호를 비교하고, 그 차이에 해당하는 동작 신호를 생성하여 조작부(액추에이터)로 보내는 역할을 하는 부분을 조절부(Comparator)라고 합니다. 이는 제어 시스템의 두뇌 역할을 수행합니다.
목표값과 실제값의 차이를 연산하여 조작 신호를 생성하는 부서는 조절부이다.
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