개념 한 쪽
자동제어의 기본개념은 제어 시스템을 분류하는 기준과 각 분류의 동작 원리를 이해하는 것이다. 신호를 처리하는 방식, 제어의 구조, 시퀀스 진행 방식, 그리고 신호의 표현 단위와 해상도를 정확히 구분해야 오답을 피할 수 있다.
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출제기준 단원 「자동제어의 기본개념」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 신호 처리 분류 판정 | 1 | 신호 처리 방식에 속하지 않는 선택지를 가려내기 |
| 제어 방식 정의 판별 | 1 | 제어 방식 설명의 옳고 그름을 판단하기 |
| 아날로그 전압 해상도 계산 | 1 | 비트 수에 따른 전압 단계 간격을 계산하기 |
제어 시스템은 분류 기준에 따라 여러 방식으로 나뉘는데, 대표적인 분류 기준은 신호 처리 방식과 제어 구조이다. 신호 처리 방식으로는 동기 제어계와 비동기 제어계, 논리 제어계가 속한다. 동기 제어계는 모든 부품이 동일한 타이밍 신호(클록 등)에 맞춰 동작하고, 비동기 제어계는 신호가 도착하는 순서대로 동작한다. 논리 제어계는 AND, OR, NOT 같은 논리 연산을 바탕으로 입력 신호를 판단하는 방식이다.
피드백 제어계는 신호 처리 방식의 분류에 속하지 않고 제어 구조에 따른 분류에 해당한다. 피드백은 출력을 다시 입력으로 되먹여 오차를 줄이는 구조적 특성이므로, 신호를 어떻게 처리하는가(타이밍이나 논리)와는 다른 관점이다. 따라서 피드백 제어를 신호 처리 방식으로 분류하면 혼동이 생긴다.
시퀀스 제어는 순차적 제어 방식으로, 이전 단계가 완료되었는지를 확인하는 입력 신호(예: 위치 스위치 신호)에 따라 다음 단계가 실행된다. 위치 종속 시퀀스 제어는 이전 공정의 물리적 위치 신호를 확인하고 다음 공정을 수행하는 방식이다. 시간 종속 시퀀스는 정해진 시간이 지나면 다음 단계로 넘어가며, 시퀀스의 조건 종류를 구분하는 것이 중요하다.
디지털 신호 표현과 해상도 문제는 비트 수와 단계 수의 관계를 정확히 적용해야 풀 수 있다. N비트는 2^N 단계로 표현할 수 있으며, 전체 전압 범위를 단계 수로 나누어 한 단계의 전압 간격(해상도)을 구한다. 문제 문맥에서 '2진 신호 4개'의 표기를 비트 수로 해석하는 오류가 자주 발생하므로 비트와 신호 개수의 관계를 명확히 이해해야 한다.
전자 소자 관점에서는 트랜지스터, 연산증폭기, 앰프 계열 소자들이 공통적으로 신호를 증폭하는 역할을 수행한다. PLC는 릴레이 제어에 비해 소프트웨어 기반이므로 배선 변경 없이 프로그램 수정으로 제어를 변경할 수 있고, 기계적 접점이 없어 신뢰성이 높으며 모니터링을 통한 고장 원인 파악이 용이한 특징을 가진다.
대표 계산 예: 0V에서 5V까지 범위를 4비트(4bit)로 나눈다면 단계 수는 2^4 = 16단계가 된다. 이 경우 한 단계의 전압 간격은 5V ÷ 16 = 0.3125V가 된다. 문제에 '4개의 2진 신호'라고 표기되어 혼선이 있을 때는 출제 의도가 4비트(16단계)인지, 2개의 비트가 4단계를 의미하는지 문맥을 확인해야 한다.
분류 판단 예: '피드백 제어계'를 신호 처리 방식에 포함시키는 선지는 오답이다. 피드백은 출력의 일부를 입력으로 되돌려 오차를 줄이는 제어 구조의 특성이므로 신호 처리 방식(동기/비동기/논리)과 구분하여 판단해야 한다.
제어시스템 중 신호처리 방식에 의해 구분한 것이 아닌것은?
정답 ④ · 제어 시스템을 신호 처리 방식에 따라 분류할 때, 데이터의 전송 타이밍에 기준을 두어 동기식과 비동기식으로 나누며, 연산 방식에 따라 논리 제어계로 구분합니다. 반면 피드백 제어계는 제어 결과를 다시 입력 비교값으로 활용하여 오차를 줄이는 구조적 특성에 따른 분류이므로 신호 처리 방식에 의한 구분이라고 볼 수 없습니다.
신호 처리 방식은 동기/비동기/논리 제어로 분류하며, 피드백 제어는 제어 구조(피드백 루프)에 따른 분류이다.
제어시스템에서 제어를 행하는 과정에 따른 분류 중 설명이 틀린 것은 ?
정답 ④ · 조합 논리 제어는 현재의 입력 상태에 따라 출력이 결정되는 방식으로, 입력 조건이 만족되면 관련된 출력이 나오지 않을 이유가 없습니다. 반면, 시퀀스 제어는 단계별로 순서에 따라 진행되며, 파일럿 제어는 메모리 기능이 없어 신호 유지가 어렵고, 메모리 제어는 이전 출력 상태를 유지하는 기능을 합니다.
조합 제어는 현재 입력 상태에 따라 출력이 결정되므로, 입력 조건과 무관하게 모든 신호가 출력된다는 설명은 조합 제어의 정의와 반대된다.
어떤 제어시스템에서 0에서 5V를 4개의 2진 신호만을 사용하여 간격을 나눌 때 표시되는 최소값은?
정답 ① · 문항은 0~5V 구간을 4개의 이진 신호로 나누었을 때 표시되는 최소 단위를 묻는 문제인데 비트 수 해석에 유의해야 한다. '4개의 2진 신호'를 4비트(즉 16단계)로 해석하면 분해능은 5V/16 = 0.3125V이며 주어진 보기에서는 0.313V가 이에 해당한다.
4개 2진 신호는 2비트이므로 0~5V를 4등분하면 최소 간격은 1.25V이나, 문제 의도는 최소값이므로 0V 근처의 해상도 단위를 묻는 것으로 해석 시 0.313V가 정답으로 제공됨.
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