공조냉동기계산업기사 제어의 정의 및 필요성 — 목표값·제어량·조작량

프로세스제어는 온도, 압력, 유량처럼 연속적으로 흐르는 공정의 상태량을 일정한 조건으로 유지하는 제어다. 전력 배전의 계통 운영이나 목표값 도달 속도를 다루는 동특성 제어와는 영역이 다르다.

피드백 제어는 출력값을 입력 측으로 되돌려 목표값과 비교하는 폐루프 방식이다. 신호가 출력에서 입력으로 돌아가는 것이 핵심이므로, 입력에서 출력으로 되돌린다는 설명은 방향이 반대다.

제어계의 신호는 자리가 정해져 있다. 목표값은 외부에서 주어지는 원하는 값, 곧 설정값이다. 제어량은 제어 대상의 상태를 나타내는 출력 물리량이고, 조작량은 제어량을 목표값으로 이끌기 위해 제어장치가 내보내는 입력 신호다.

전동기의 회전수를 1750rpm으로 맞추려고 3상 교류의 전압과 주파수를 바꾸는 경우를 보자. 전압과 주파수의 변화는 조작량, 회전수는 제어량, 1750rpm은 목표값, 전동기는 제어 대상이다. 목표값은 설정치, 제어량은 실제 출력, 조작량은 제어를 위해 가하는 입력이라는 구분이 그대로 드러난다.

동작신호는 기준입력과 궤환신호의 차인 편차다. 이 편차가 제어기의 입력이 되어 출력을 움직인다.

목표값이 시간에 따라 임의로 변할 때 이를 정확히 따라가면 추치제어다. 반대로 회전수나 전압 같은 제어량의 목표치를 외부 방해에도 장기간 일정하게 유지하면 자동조정, 곧 정치제어다. 목표값이 변하는지 고정되어 있는지가 두 방식을 가르는 기준이다.

서보기구는 물체의 위치, 방향, 자세 같은 기계적 변위를 제어량으로 삼고 목표값의 변화에 실시간으로 추종하는 폐루프 제어다. 정밀한 위치 제어가 가능하고, 목표치가 넓게 변해도 대응한다는 점이 서보시스템의 특징이다.