개념 한 쪽
제어계의 전달함수 개념은 자동제어의 동작 원리와 장치 분류를 이해하는 기반을 제공한다는 점에서 중요하다. 전달함수 자체에 대한 수식적 정의는 재료에 포함되지 않았으므로, 본 개념은 자동제어의 폐회로와 개회로 구분, 피드백의 역할, PLC 및 제어계 분류와 메모리 제어 등 재료에 제시된 핵심 정의와 특징을 중심으로 정리한다.
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출제기준 단원 「제어계의 전달함수」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| PLC와 계전기 비교 | 1 | PLC의 특징과 전통적 계전기 제어와의 차이를 판별하는 능력을 묻는다 |
| 자동제어의 핵심 요소 판단 | 1 | 폐회로의 피드백, 출력 측정, 외란 보정 여부를 통해 자동제어 설명의 옳고 그름을 가리는 능력을 묻는다 |
| 자동제어 정의와 관련성 판단 | 1 | 자동제어의 정의와 개회로 설명의 거리 여부를 판별하는 능력을 묻는다 |
자동제어는 출력값을 측정하여 목표값과 비교한 뒤 오차를 줄이는 피드백을 핵심으로 하는 폐회로 제어를 의미한다. 폐회로는 출력을 계속 측정하고 피드백 신호를 사용하여 외란에 대한 보정을 수행하므로 자동제어의 일반적 특징으로 이해한다. 반대 개념인 개회로는 피드백을 사용하지 않고 입력만으로 동작하므로 외란 보정 능력이 없다는 점을 구분한다.
제어시스템은 신호 처리 방식에 따라 분류할 수 있다. 2진 제어계는 ON/OFF와 같이 두 가지 이산 상태만을 다루는 방식이고, 아날로그 제어계는 연속 값을 다루는 방식이며, 디지털 제어계는 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 처리하는 방식을 의미한다. 신호 처리 방식에 따른 분류와 제어의 개입 방식(예컨대 파일럿 제어)은 구별하여 이해해야 한다.
순차제어는 동작의 진행 조건에 따라 이벤트 종속과 시간 종속으로 나뉜다. 이벤트 종속은 센서나 스위치 등의 신호 발생을 계기로 다음 단계로 진행하는 방식이고, 시간 종속은 프로그램 캠이나 프로그램 벨트처럼 정해진 시간 간격에 따라 자동으로 다음 단계로 진행하는 방식이다. 이 구분은 제어 사례를 판단할 때 유용하다.
메모리 제어(래치)는 한 번 작동하면 입력 신호가 없어도 이전 출력 상태를 기억하고 유지하는 기능을 뜻한다. 이 특성은 상태 유지나 저장, 기억과 관련된 문제에서 핵심 키워드로 작용한다. PLC는 소프트웨어 기반으로 제어를 변경할 수 있어 배선 변경 없이 프로그램만으로 동작을 바꿀 수 있다는 점에서 기존 계전기 제어보다 구성 시간이 짧다는 장점을 가진다.
PLC 내부에는 여러 종류의 메모리가 존재하며, 시스템 메모리는 제조사가 ROM에 미리 기록해 두는 프로그램으로서 PLC의 기본 명령과 동작을 결정하는 중요한 부분이다. 사용자 프로그램 메모리와 데이터 메모리는 사용자가 작성하거나 데이터를 저장하는 용도로 구분하여 이해한다.
자동제어 관련 문제는 폐회로의 피드백, 출력 측정, 외란 보정이라는 세 요소가 함께 제시되면 올바른 설명으로 판단한다는 점을 기억한다. 예를 들어 "출력을 측정하고 오차를 보정한다"는 설명은 폐회로 피드백의 전형적 묘사이므로 정답으로 연결한다.
PLC 관련 문제는 소프트웨어 기반으로 프로그램 변경이 용이하고 배선 변경이 필요 없으므로 구성 시간이 짧다는 점을 이용해 정답을 찾는다. 또한 PLC의 시스템 메모리는 제작사가 ROM에 넣어 PLC의 성능을 결정한다는 설명이 나오면 해당 메모리를 선택한다.
다음 중 계전기에 의한 제어 시스템과 비교하여 PLC의 특징으로 볼 수 없는 것은?
정답 ④ · 문항은 계전기 제어와 비교했을 때 PLC의 특징으로 볼 수 없는 항목을 찾는 문제다. PLC는 소프트웨어(프로그램) 변경만으로 제어 동작을 바꿀 수 있고, 래더 다이어그램을 사용하는 등 프로그래밍 기반이며 모듈식으로 입출력의 착탈이 용이하다.
PLC는 소프트웨어 기반으로 제어를 변경하므로 배선 변경이 필요 없고 구성 시간이 짧아, 장치 구성에 시간이 많이 소요된다는 설명은 틀렸다.
자동 제어에 대한 설명으로 맞지 않는 것은?
정답 ③ · 문제는 자동 제어의 설명들 중 맞지 않는 것을 묻고 있다. 자동 제어의 핵심은 출력값을 계속 측정하고 피드백 신호를 이용해 외란에 대응하는 폐회로 제어 방식이며, 외란에 따른 출력 변동을 입력 변수로 활용하는 것도 폐회로의 특징이다.
피드백 신호를 필요로 하는 폐회로 제어는 외란 영향을 줄이고 출력을 측정하여 정밀하게 제어한다.
자동제어를 설명한 것과 거리가 먼 것은?
정답 ② · 문제는 자동제어의 특징과 거리가 먼 것을 찾는 문제이다. 자동제어는 피드백을 통해 목표치와의 오차를 검출하고 이를 보정함으로써 목표를 유지하는 폐회로 원리에 기반하므로 피드백 신호와 오차 수정, 서보 시스템은 자동제어의 전형적인 예이다.
자동제어는 피드백을 통한 오차 수정이 핵심이므로 개회로 시스템은 거리가 멀다.
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