[제어공학실험] 적분제어요소

소개글

"[제어공학실험] 적분제어요소"에 대한 내용입니다.

목차

1. 【실험목적】 …(2p)
2. 【관련이론】 …(2~3p)
3. 【실험회로】 …(3p)
4. 【사용기기 및 재료】 …(4p)
5. 【실험순서 및 결과】 …(5~10p)

본문내용

1. 【실험목적】

적분(I-제어요소)제어요소의 회로해석과 시간 및 주파수 응답특성을 관측한다.
특징: 입력전압 와 시간의 곱에 비례한 전압을 출력한다.
용도: 대수변환, 신호범위 압축, 아날로그 연산
주의: OP 앰프의 입력바이어스 전류 및 콘덴서의 누설전류가 커다란 오차를 발생시키는 원인이 되므로 사용 시 주의를 필요로 한다.

2. 【관련이론】

적분회로(그림 4.1)은 입력을 시간으로 적분한 결과를 출력한다. 동작이 시간의 차원을 가지기 때문에 타이머나 발진기 등의 시간폭을 생성하는 회로에 이용된다. 또한 정현파에 대해서는 주파수에 따라 이득이 변화하는 증폭기로서 동작하기 때문에 필터로도 사용된다. I제어요소는 P제어요소의 궤환저항 대신에 커패시터로 대치하면 적분제어요소가 된다.

그림 4.1 적분제어요소의 등가회로

그림 4.2 전류 적분회로

적분의 원리는 커패시터의 충, 방전에 있다. 커패시터 C를 전류 I로서 충전을 하면, I의 적분량은 전하로 되며, 커패시터의 전압 는 전하 Q에 비례한다. 다시 말하자면

… (4.1)

이 성립한다. 콘덴서를 OP 앰프의 궤환회로에 삽입하면, 충전전류는 이므로,

… (4.2)

가 얻어진다. 특히 입력 전압 가 일정한 경우에는

으로 되어 출력은 직선적으로 변화한다. 여기서 계수 을 시정수라고 부른다.
적분회로의 입력저항을 제거하면 전류적분회로가 되어 미소전류 측정 등에 이용된다.(그림 4.2 참조)

입력의 적분값을 얻는 용도로서는 초기값을 0에서부터 적분하여야 하므로 초기에 스위치로서 콘덴서를 방전시키는 기능이 필요하다.
적분제어요소의 입출력 파형을 나타내면 그림 4.3으로 된다. 그림 4.3에서 구간은 이므로 가 되어 충전전류는 흐르지 않는다. 증폭기의 증폭도 이므로 콘덴서 C의 전하는 방전하지 않는다. 따라서 전하가 축적된 상태로 유지된다. 그러나 실제적으로는 K의 값 및 증폭기의 입력 임피던스가 유한한 값을 가지고 있으므로 시간이 지남에 따라 어느 정도 방전을 한다.
적분제어요소의 출력전압은 입력전압의 크기에 비례하며 적분동작의 감도를 나타내는 것은 적분시간이다.

참고 자료

없음