제어계의 입력과 출력이 서로 독립적인 제어계에 해당되는 것은?
- 피드백 제어계
- 자동제어 제어계
- 개루프 제어계
- 페루프 제어계
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 입력과 출력이 서로 독립적인 제어계 유형을 묻고 있다. 출력 정보를 입력으로 되돌려 보정하지 않는 개루프(오픈루프) 제어계는 출력이 입력에 영향을 주지 않아 두 신호가 독립적으로 동작한다.
출력이 입력에 영향을 주지 않는 독립적인 제어계는 피드백이 없는 개루프 제어계이다.
개념 한 쪽
승강기기사 폐루프제어 — 피드백과 검출부
폐루프제어는 출력 신호를 검출하여 다시 입력과 비교함으로써 오차를 줄이는 방식의 제어계이며, 이 구조는 검출부(센서)를 필수적으로 포함한다는 점이 핵심한다
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「폐루프제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 제어계 구조 구별 | 1 | 입력과 출력의 독립성 여부로 개루프/폐루프 판정하기 |
| 동적 응답 결정 인자 | 1 | 2차계 응답 형태를 결정하는 매개변수 가리기 |
| 안정성 판정을 위한 계수 범위 | 1 | 특성방정식 계수로 안정 조건의 K 범위 구하기 |
뜻
폐루프제어(피드백 제어)는 출력 결과를 검출하여 그 값을 목표값과 비교하고, 그 오차를 이용해 제어 동작을 조정하는 방식한다. 출력의 일부를 되먹임하여 제어를 수행하므로 개루프와 대비되는 구조적 특징을 가진다.
검출부 또는 센서는 폐루프제어에서 필수 구성요소로 존재한다. 검출부는 실제 출력을 계측하여 피드백 경로를 구성하며, 이 검출 결과를 바탕으로 제어기가 조작량을 변경하여 목표값에 도달하도록 한다.
개루프 제어계는 출력이 입력에 영향을 주지 않는 구조로, 피드백이 없어 입력과 출력이 서로 독립적으로 동작한다. 따라서 외란에 대한 보정 능력이 부족하며, 폐루프 제어와의 차이를 '피드백 유무'로 구분할 수 있다.
폐루프 제어는 외란 보상이나 목표값 변화에 대한 추종 성능을 향상시키는 데 유리하나, 계의 동적 응답이나 안정성 조건을 고려하여 설계해야 한다. 안정성 판정이나 응답형태 분석은 별도의 해석 도구를 통해 확인해야 한다.
예제
문제 유형에서 '출력을 측정하여 다시 입력에 반영한다'는 서술이 있으면 폐루프제어를 정답으로 고를 수 있다. 반대로 '입력에 따라 미리 정해진 동작만 수행한다'는 표현이면 개루프제어를 고르면 된다. 또한 폐루프를 묻는 문항에서는 검출부의 존재 여부를 확인하는 것이 빠른 판단 기준이 된다.
대표 기출 3문항
2차계 시스템의 응답형태를 결정하는 것은?
- 히스테리시스
- 정밀도
- 분해도
- 제동계수
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문제는 2차계 시스템의 응답 형태를 결정하는 주요 매개변수를 묻고 있다. 2차계의 과도응답(진동 여부, 감쇠 특성 등)은 감쇠비 즉 제동계수(감쇠계수)에 의해 결정된다.
2차계 시스템의 응답 형태는 감쇠비(제동계수)에 의해 결정되며, 이는 시스템의 진동 특성을 나타낸다.
특정 방정식의 s3+2s2+Ks+5=0으로 주어지는 제어계가 안정하기 위한 K 값은?
- K>0
- K<0
- K>5/2
- K<5/2
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문항은 주어진 3차 특성방정식의 안정성 조건으로 K의 범위를 구하라고 요구하고 있다. 루스-후르비츠 3차 조건에 따르면 모든 계수 a,b,c,d가 양수이고 또 bc>ad 여야 한다.
루스-후르비츠 안정 판정법을 적용하여 계수 조건을 만족하는 K의 범위를 구하면 K>5/2이다.
자주 묻는 물음
- 폐루프제어의 핵심 차이점은 무엇인가?
- 출력을 검출하여 피드백하는 검출부가 존재하고, 그 오차를 이용해 제어 동작을 조정한다는 점이 핵심한다
- 개루프 제어와 폐루프 제어는 어떻게 구분하나?
- 개루프는 출력이 입력에 영향을 주지 않아 피드백이 없으며 독립적으로 동작한다. 폐루프는 출력 측정을 통해 되먹임을 수행하여 오차 보정이 이루어진다
- 폐루프제어에 검출부가 반드시 필요한 이유는?
- 검출부는 실제 출력을 계측하여 목표값과 비교할 수 있게 하며, 이 비교 결과(오차)를 기반으로 제어기가 조작량을 수정하므로 폐루프 구조에 필수하다고 본다
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