제어시스템 공학은 다양한 훈련과 훈련 기능을 포함하기 때문에 공학적 재능을 발휘할
수 있는 흥미있는 분야이다. 전체 시스템에 요구되는 조건을 결정하고 시스템을 구현할
때, 개념단계에서부터 참여하는 제어 공학자는 큰 프로젝트의 책임자 위치에 있게 된다.
시스템 요구 조건에는 인터페이스 요구조건, 하드웨어와 소프트웨어 설계 및 시험계획과
절차뿐만 아니라 전체 시스템의 성능 규정, 개별 시스템의 기능과 이들 기능의 상호연결
등이 포함된다.
하의 상달식 설계(bottom-up design) - 소자로부터 시작하여 회로를 설계한 후 제품을
조립.
상의 하달식 설계(top-down design) - 설계요구조건에 부합되는 개략적인 운곽을 짠후
시스템을 구현하는데 필요한 하드웨어나 기능들을
결정.
이 교과과정을 거치면 해석과 설계 절차를 명확하게 이해하게 되고 다른 교과과정에서
얻은 지식이 시스템 설계에 어떻게 이용되는가를 알게 된다.
모든 공학 분야에서 그 분야의 목표와 응용에는 공통점이 있음을 제어시스템을 공부함
으로써 이해하게 된다.
1.4 응답 특성과 시스템 구조
-입력과 출력
<승강기의 입력과 출력 응답>
개루프 시스템의 출력은 입력에만 좌우되기 때문에 시스템 변동을 보상하지 못함.
<피드 포워드 제어 시스템의 구성(개루프 시스템)>
-폐루프(피드백) 시스템(closed-loop system or feedback control system)
출력을 측정하고 그 결과에 따라 보상하는 시스템.
<피드백 제어 시스템의 구성(폐루프 시스템)>
-컴퓨터 제어 시스템
ex) 우주 왕복선의 주엔진(SSME: Space shuttle main engine)
1.5 해석과 설계 목표
-과도 응답
과도응답은 시스템 구조에 크게 영향을 미치는데, 과도응답이 너무 빠르면
물리적 손상이 복구되지 못 할 수도 있다.
ex) 승강기, 컴퓨터 하드디스크
-정상 상태 응답
입력 명령에 근접하는 응답으로 일반적으로 과도응답 이후의 응답이다.
정상상태 응답에서는 정확성이 매우 중요.
-안정도
과도응답과 정상상태 오차에 대한 해석과 설계는 시스템이 안정하지 않는
경우에는 큰 의미가 없다.
선형시스템(linear system)의 전체 응답.
전체 응답 = 자연응답(natural response) + 강제응답(forced response)
제어 시스템의 제기능을 하기 위해서는 (1)정상상태에서는 자연응답이 0으로
감소되어 강제응답만이 남거나 (2)최소한 자연응답이 발산되지 않고 진동하는
정도이어야 한다.
그러나 어떤 시스템에서는 자연응답이 0으로 감소되거나 진동하지 않고
무한대로 발산하는 경우가 있다. 이와 같이 자연 응답이 강제 응답보다 크게
되면 시스템은 제어할 수 없는 상태가 되는데 이런 경우 시스템은 불안정
(instability)하다고 한다. 시스템이 안정하면, 과도응답과 정상상태 오차가
원하는 값으로 갖도록 설계될 수 있다.
-그 밖의 고려 사항
비용(경쟁력 있는 가격 결정)
:과도응답, 정상상태 오차 및 시스템이 안정하도록 설계하는 과정에서 상수로
취급한 시스템 파라미터들은 실제 시스템에서는 시간에 따라 변동하게 된다.
그 결과 시스템 성능도 시간에 따라 변동하므로 설계된 것과 일치하지 않게
된다. 따라서 엔지니어는 시스템이 파라미터 변동에 민감하지 않는 강인 설계를
하여야 한다
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Control System Engineering Norman S. Nise 박정일 이홍규 이강웅 김도현 공역 |
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*자동화의 정의 1. 자동조작이란 인간의 노동력에 대신하여 자동적으로 조작하는 것. 2. 자동제어란 인간의 판단력 대신 기계가 판단하여 제어할 능력을 가지는 것. 이들 쌍방의 유기적인 연관을 자동화라고 하며 이것을 요약하면 자동화란 자동제어, 자동조작 중 어느 것 또는 쌍방을 결합하여 자동화한 것을 의미한다. -자동화의 장점 (1) 생산능률을 향상시킬 수 있다. (2) 품질의 향상과 균일화를 이룬다. (3) 인간이 하기 싫어하거나 불가능한 작업 또는 위험한 작업이 가능하게 된다. ------------초보자를 위한 자동제어 입문(성안당). Page4 |