제어 시스템: 무엇인가? (오픈 루프 및 클로즈드 루프 제어 시스템 예시)
제어 시스템이란?
제어 시스템은 다른 장치나 시스템의 동작을 관리, 명령, 지시 또는 조절하여 원하는 결과를 달성하는 장치의 시스템으로 정의됩니다. 제어 시스템은 제어 루프를 통해 이를 달성하며, 이는 프로세스 변수를 원하는 설정 값에 유지하도록 설계된 프로세스입니다.
다른 말로 하면, 제어 시스템의 정의는 다른 시스템을 제어하는 시스템으로 간소화할 수 있습니다. 인류 문명이 점점 현대화되면서 자동화에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 자동화는 상호 작용하는 장치들의 시스템에 대한 제어를 필요로 합니다.
최근 몇 년간 제어 시스템은 현대 기술과 문명의 발전에서 핵심적인 역할을 해왔습니다. 우리의 일상 생활의 거의 모든 측면이 어떤 형태의 제어 시스템에 의해 영향을 받고 있습니다.
일상 생활에서의 제어 시스템의 예로는 에어컨, 냉장고, 화장실 탱크, 자동 다리미, 그리고 차량 내의 여러 프로세스(예: 크루즈 컨트롤) 등이 있습니다.
산업 환경에서는 제품 품질 관리, 무기 시스템, 교통 시스템, 전력 시스템, 우주 기술, 로봇공학 등 다양한 분야에서 제어 시스템을 찾을 수 있습니다.
제어 이론의 원칙은 공학 및 비공학 분야 모두에 적용 가능합니다. 제어 시스템 MCQs를 통해 제어 시스템에 대해 더 배울 수 있습니다.
제어 시스템의 특징
제어 시스템의 주요 특징은 시스템의 입력과 출력 사이에 명확한 수학적 관계가 있어야 한다는 것입니다.
시스템의 입력과 출력 사이의 관계가 선형 비례로 표현될 수 있을 때, 그 시스템은 선형 제어 시스템이라고 합니다.
다시 말해, 입력과 출력 사이의 관계가 단일 선형 비례로 표현될 수 없고, 대신 입력과 출력이 비선형 관계로 연결되어 있을 때, 그 시스템은 비선형 제어 시스템이라고 합니다.
우수한 제어 시스템의 요구 사항
정확도: 정확도는 계측 도구의 측정 허용 오차를 나타내며, 일반 작동 조건에서 도구를 사용할 때 발생하는 오차의 한계를 정의합니다.
피드백 요소를 사용하면 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 어떠한 제어 시스템의 정확도를 높이려면 오류 감지기가 제어 시스템에 있어야 합니다.
민감도: 제어 시스템의 매개변수는 주변 조건, 내부 교란 또는 기타 매개변수의 변화에 따라 항상 변합니다.
이러한 변화는 민감도로 표현할 수 있습니다. 어떠한 제어 시스템도 이러한 매개변수에는 민감하지 않아야 하지만 입력 신호에는 민감해야 합니다.
잡음: 불필요한 입력 신호는 잡음이라고 합니다. 좋은 제어 시스템은 성능을 개선하기 위해 잡음 효과를 줄여야 합니다.
안정성: 이것은 제어 시스템의 중요한 특성입니다. 유계 입력 신호에 대해 출력이 유계이고, 입력이 0이면 출력이 0이라면, 그런 제어 시스템은 안정된 시스템이라고 합니다.
대역폭: 제어 시스템의 대역폭은 운영 주파수 범위에 의해 결정됩니다. 좋은 제어 시스템의 주파수 응답을 위해서는 대역폭이 가능한 한 넓어야 합니다.
속도: 제어 시스템이 안정적인 출력을 달성하는 데 걸리는 시간입니다. 좋은 제어 시스템은 높은 속도를 가지고 있습니다. 이러한 시스템의 과도 상태는 매우 짧습니다.
진동: 출력의 작은 진동이나 일정한 진동은 시스템이 안정적임을 나타냅니다.
제어 시스템의 종류
다양한 제어 시스템의 종류가 있지만, 모두 출력을 제어하기 위해 만들어졌습니다. 위치, 속도, 가속도, 온도, 압력, 전압, 전류 등을 제어하는 시스템은 제어 시스템의 예입니다.
방의 간단한 온도 제어기를 예로 들어 개념을 명확히 하겠습니다. 전원 공급이 켜져 있는 한 열 발생 요소가 가열되는 경우를 생각해보세요.
히터 전원 공급 스위치가 켜져 있는 한 방의 온도가 상승하고, 방의 원하는 온도를 달성하면 전원 공급이 꺼집니다.
다시 주변 온도로 인해 방의 온도가 떨어지면 수동으로 히터 요소를 켜서 원하는 방 온도를 다시 달성할 수 있습니다. 이렇게 하면 수동으로 원하는 수준의 방 온도를 제어할 수 있습니다. 이것이 수동 제어 시스템의 예입니다.
이 시스템은 전원 공급의 타이머 스위칭 배열을 사용하여 히팅 요소에 대한 전원 공급이 미리 결정된 간격으로 켜지고 끄어 방의 원하는 온도 수준을 달성할 수 있도록 추가로 개선할 수 있습니다.
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