1.1 간단한 피드백 시스템(2)

이 피드백 시스템의 핵심 구성 요소는 출력을 제어할 프로세스입니다. 예를 들어, 프로세스는 출력이 실내 온도인 주택이며, 프로세스에 방해가 되는 것은 벽과 지붕을 통해 전도되어 주택에서 외부 온도가 낮은 곳으로 열이 흐르는 것입니다. (열의 외부 흐름은 바람, 열린 문 등과 같은 다른 요인에도 영향을 받습니다.) 프로세스 설계는 제어의 효율성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 단열이 잘 된 주택의 온도는 단열창이 있는 주택보다 제어하기가 훨씬 쉽습니다. 마찬가지로, 제어를 염두에 둔 항공기 설계는 최종 성능에 큰 차이를 만듭니다. 어떤 경우든 제어 문제를 프로세스 설계에 일찍 도입할수록 좋습니다. 액추에이터는 프로세스의 제어 변수에 영향을 줄 수 있는 장치이며, 이 경우 액추에이터는 가스로입니다. 실제로 가스로는 일반적으로 파일럿 라이트 또는 스트라이킹 메커니즘, 가스 밸브, 그리고 가스로 내부 공기 온도에 따라 켜지거나 꺼지는 송풍기를 갖추고 있습니다. 이러한 세부 사항은 많은 피드백 시스템에 그 자체로 다른 피드백 시스템을 구성하는 구성 요소가 포함되어 있다는 사실을 보여줍니다.

2 액추에이터의 핵심 문제는 적절한 속도와 범위로 공정 출력을 조절할 수 있는 능력입니다. 용광로는 최악의 날에도 계사에서 손실되는 열보다 더 많은 열을 생성해야 하며, 계사 온도를 좁은 범위로 유지하려면 열을 신속하게 분배해야 합니다. 전력, 속도, 신뢰성은 일반적으로 정확도보다 더 중요합니다.

일반적으로 공정과 액추에이터는 밀접하게 연결되어 있으며, 제어 설계는 액추에이터로 전송할 적절한 입력 또는 제어 신호를 찾는 데 중점을 둡니다. 공정과 액추에이터의 조합을 플랜트라고 하며, 원하는 제어 신호를 실제로 계산하는 구성 요소를 컨트롤러라고 합니다. 전기 신호 처리의 유연성으로 인해 컨트롤러는 일반적으로 전기 신호를 사용하지만, 압축 공기 기반 공압 컨트롤러는 공정 제어에서 오랫동안 중요한 위치를 차지해 왔습니다. 디지털 기술의 발전으로 비용 효율성과 유연성이 향상되면서 점점 더 많은 경우 디지털 신호 프로세서를 컨트롤러로 사용하게 되었습니다. 앞의 1.1 간단한 피드백 시스템(1)에서의

그림 1.1에서 온도 조절기로 표시된 부품은 실내 온도를 측정하며, 그림 1.2에서는 센서라고 합니다. 센서의 출력에는 필연적으로 센서 노이즈가 포함됩니다. 센서 선택 및 배치는 제어 설계에서 매우 중요합니다. 실제로 제어되는 변수와 감지되는 변수가 동일할 수 없는 경우가 있기 때문입니다. 예를 들어, 집 전체의 온도를 제어하고 싶을 때, 온도 조절기는 특정 방에 설치되어 집의 나머지 부분과 온도가 같을 수도 있고 다를 수도 있습니다. 예를 들어, 온도 조절기를 20°C로 설정했지만 벽난로가 있는 거실에 배치하면, 서재에서 일하는 사람은 여전히 불쾌할 정도로 춥다고 느낄 수 있습니다.

Figure 1.2

Component block diagram of an elementary feedback control

3,4 앞으로 살펴보겠지만, 배치 외에도 센서의 중요한 특성은 측정 정확도, 낮은 노이즈, 신뢰성 및 선형성입니다. 센서는 일반적으로 물리적 변수를 제어기에서 사용할 수 있는 전기 신호로 변환합니다. 본 시스템의 일반 시스템에는 기준 신호를 전기 신호로 변환하여 컨트롤러가 나중에 조작할 수 있도록 하는 입력 필터가 포함되어 있습니다. 경우에 따라 입력 필터는 기준 명령 입력을 수정하여 시스템 응답을 향상시킬 수 있습니다. 마지막으로, 기준 신호와 센서 출력의 차이를 계산하여 컨트롤러에 시스템 오차를 측정하는 비교기가 있습니다.

이 글에서는 피드백 제어 시스템과 그 구성 요소를 분석하는 방법을 제시하고, 엔지니어가 제어 문제를 해결하기 위해 피드백을 적용할 때 자신 있게 사용할 수 있는 가장 중요한 설계 기법을 설명합니다. 또한 피드백이 요구하는 추가적인 복잡성을 상쇄하는 피드백의 구체적인 장점들에 대해서도 연구할 것입니다.
그러나 온도 제어 시스템은 이해하기 쉽지만, 용광로가 켜지거나 꺼진다는 사실에서 알 수 있듯이 비선형적이며, 선형 제어를 도입하기 위해서는 또 다른 예가 필요합니다.