개념 한 쪽
온오프제어는 설정값과 실제값의 차이에 따라 장치를 켜거나 끄는 두 가지 상태만을 취하는 제어 방식이다. 연속적으로 조절하지 않고 전류의 유무처럼 이산적 신호로 동작하므로 연속동작과 구분한다. 전자밸브 등 실제 장치의 개폐를 자동화하는 기본 제어 방식으로 널리 적용된다.
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출제기준 단원 「온오프제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 연속성 판단 | 1 | 제어 방식이 연속 동작인지 이산 동작인지 가리기 |
| PI 동작의 역할 | 1 | 잔류편차 제거와 사이클링 억제에 적합한 동작 고르기 |
| PID 특징 판별 | 1 | PID 동작의 특징 중 옳지 않은 설명을 가려내기 |
온오프제어는 조절량을 부드럽게 변화시키지 않고, 설정값과 실제값의 비교 결과에 따라 출력이 '켜짐' 또는 '꺼짐'의 두 상태 중 하나로만 결정되는 이산 제어 방식이다. 스위치를 사람이 누르거나 떼는 동작과 유사한 원리로 이해하면 쉽게 구분할 수 있다.
연속 제어인 비례(P), 적분(I), 미분(D) 제어는 오차에 따라 출력값을 연속적으로 조정하므로 온오프제어와 본질적으로 다르다. 연속 동작 여부를 물을 때는 '연속적으로 변화시키는가' vs '이산적으로 전환하는가'를 먼저 판단한다.
온오프제어는 간단한 구조와 명확한 상태 전환으로 구현이 쉬우며 전자밸브처럼 유체 흐름을 두 가지 상태로 전환하는 2위치 동작 장치에 적합하다. 반면에 잔류편차 제거나 사이클링 억제와 같이 연속적 오차 조정이 필요한 경우에는 적분(I) 성분을 포함한 제어기 조합이 더 적합하다.
시퀀스제어나 정성적 제어와의 관계에서는 용어 정의에 주의해야 한다. 전류의 통단만을 자동으로 수행하는 '제어 명령의 자동화'를 묘사할 때는 시퀀스제어로 분류되는 사례가 있으나, 시험 문맥에서는 '온도·열량과 무관한 상태 전환'을 정성적 제어로 설명하는 경우도 있으므로 선지의 용어 의미를 정확히 확인해야 한다.
문제 유형 예시는 다음과 같다. '어떤 제어요소가 연속적으로 동작하지 않는 것을 고르시오'라는 문제에서는 온오프제어는 출력이 단계적으로 전환되므로 정답으로 본다. '전자밸브는 무슨 동작을 하는가?'라는 문항에서는 전자밸브가 유체 흐름을 열거나 닫는 2위치 동작을 수행한다고 골라야 한다. 또한 '잔류편차와 사이클링을 억제하여 널리 쓰이는 동작은 무엇인가?'라는 문항에서는 잔류편차 제거에는 적분(I) 성분이 필요하고 비례(P)가 안정성을 보완하는 PI 동작을 정답으로 본다.
제어동작 중 PＩD(비례적분미분)동작을 이용했을 때의 특징에 해당되지 않은 것은?
정답 ④ · 문제는 PID 제어를 사용했을 때 나타나는 특성 중 해당되지 않는 것을 찾는 것이다. PID 제어는 비례로 현재 오차를 줄이고 적분으로 잔류편차를 제거하며 미분으로 오버슈트를 억제하여 정정시간과 오버슈트, 잔류편차를 동시에 개선하고 응답의 안정성을 높이는 목적을 가진다.
PID 제어는 비례·적분·미분 동작을 조합해 응답 속도와 안정성을 모두 최적화하는 제어 방식입니다.
잔류편차와 사이클링이 없어 널리 사용되는 동작은?
정답 ④ · 문제는 잔류편차와 사이클링 없이 널리 쓰이는 제어 동작이 무엇인지 묻고 있다. 적분 작용은 영구적인 편차(잔류오차)를 제거하는 역할을 하고 비례 작용은 제어의 안정성과 빠른 응답을 돕기 때문에 이 둘을 결합한 PI 동작이 잔류편차 제거와 사이클링 억제에 적절하다.
잔류편차 제거와 사이클링 방지를 위해 적분과 비례를 결합한 PI 동작이 널리 사용되며, 적분 작용이 잔류 오차를 없앤다.
제어요소의 동작 특성 중 연속동작이 아닌 것은?
정답 ④ · 문항은 제어 요소의 동작 특성 중 연속동작이 아닌 것을 고르는 문제이다. 연속 제어는 출력이 연속적으로 변화하는 방식으로 비례·비례적분·비례미분 제어는 모두 연속 신호를 생성하지만 온오프 제어는 출력이 켜기/끄기 두 상태만 가지는 이산적 동작이므로 연속동작이 아니다.
연속 제어는 조절량을 연속적으로 변화시키지만, 온오프 제어는 전류의 유무만 판단하므로 연속 동작이 아니다.
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