2단수조의 액위 제어 실험예비

소개글

2단수조의 액위 제어 실험예비
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목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 장치
4. 실험 방법
5. 실험 추론
6. 참고 자료

본문내용

1) 되먹임 제어계(Feedback Control)
되먹임 제어는 피드백에 의해 제어량을 출력값과 비교하여 일치시키도록 정정 동작을 하는 제어이다. 여기서 말하는 출력값은 Set Point라고 하고 대게의 경우 압력, 온도, 농도 등을 나타낸다. 출력값에서 나온 값을 근거로 제어의 출력(전력, 열량, 회전속도, 밸브의 여는 정도)을 계산하여 이것을 공정의 입력(Controlled Output(Variable), or Manipulated Variable)으로 넣어주는 제어기법을 말한다. 여기서 나온 결과값은 진동을 야기할 수 있다. 진동의 진폭이 작고 빠르게 감소되어 없어지면 제어계의 성능은 만족스럽다고 일반적으로 간주한다. 다시 말해서 되먹임제어는 만족스러운 제어를 위한 선행조건으로는 안정해야 한다는 것을 들 수 있다. 따라서 제어계가 어떤 조건에서 불안정해지는가를 결정하는 것은 실제적으로 상당히 중요하다.
일반적으로 Feedback Control에 있어서 가장 많이 사용하는 제어기는 PID 제어기이다. Feedback Control은 위에서 언급한 바와 마찬가지로 공정(Process)의 출력(대체로 압력, 온도, 농도 등임)을 측정하여 그것을 바탕으로 제어의 출력(전력, 열량, 회전속도, 밸브의 여는 정도)을 계산하여 이것을 공정의 입력(Controller Output, or Manipulated Variable)으로 넣어주는 제어기법을 말한다.

이 공정에서는 두 가지 변수가 존재하는데 출력값이 항상 일정한 경우 제어변수(Set Point와 같은 의미)가 존재하고 이 제어변수를 조작해서 일정한 값이 나오도록 조절하는 것이 조작변수이다. 만약 유량을 100Kg/h로 맞추고 싶다면 Input의 양을 조절해야하는데 이 조절하는 장치(벨브)가 조작변수가 되고 유량 100Kg/h가 제어변수가 된다.

2) 앞먹임 제어계(Feedforward Control)
앞먹임 제어는 공정(Process)의 외란(Disturbance)을 측정하여 그것이 앞으로 공정에 어떤 영향을 가져올 것인가의 예측을 통해 제어의 출력을 계산하는 제어기법을 말한다. 반면 앞에서 언급한 되먹임 제어는 외란이 공정에 들어가 영향을 미쳐 오차가 발생한 후에 교정동작을 주게 된다.
Feedforward and Feedback Control System for Average Level Control

그림에서 보는 바와 같이 제어의 목적이 수조의 높이를 일정하게 유지하는 것이라면 공정의 출력은 수면의 높이이고 공정의 입력은 Control Valve의 여는 정도라고 할 수 있다. 그리고 물의 유랑 F는 외란 이라 규정할 수 있다. 만약 공정 출력 즉 수면의 높이가 기준치보다 높을 때는 밸브를 보다 많이 열어야 한다. 이렇게 공저의 출력을 측정하여 제어의 출력을 계산하는 기법을 Feedback Control이라 한다. 반면 F가 증가할 경우 밸브를 보다 많이 열어야 하고 F가 감소하는 경우 밸브를 보다 작게 열어야 한다.
앞먹임의 단점으로는 세 가지 정도를 들 수 있다.
첫째, 부하외란이 온라인으로 측정되어야 한다. 많은 경우에 있어서 이것은 불가능하다.
둘째, 앞먹임 제어를 효과적으로 사용하기 위해서는 최소한 대략적인 공정모델이라도 있어야 한다. 특히 조작변수나 부하변화에 따른 피제어변수의 응답을 최소한 알아야 하며, 따라서 앞먹임 제어의 효과는 공정모델이 얼마나 정확한가에 달려 있다.
셋째, 이론적으로 완전한 제어를 가능하게 하는 이상적인 앞먹임 제어기가 물리적으로 실현 불가능한 형태를 갖는 경우가 있다. 그러나 다행히도 이러한 이상적인 제어기들을 구현할 수 있도록 근사한 것들도 종종 매우 효과적인 제어성능을 준다.
앞먹임제어가 등장함으로써 되먹임제어 자체만으로는 만족스럽지 못한 상황에서 제어효과를 상당히 크게 개선할 수 있게 되었다.

참고 자료

공정 동특성 및 제어, 희중당, 박선원 양대륙 이광순 이재태 공역
Matlab 공정제어. 아진출판사. ‘여영구 외’ 2005.