개념 한 쪽
자동제어계는 측정-판단-실행의 흐름으로 동작한다.
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출제기준 단원 「제어목적에 의한 분류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 조작순서 판별 | 1 | 검출·조절·조작의 올바른 신호 흐름을 가리킨다 |
| 제어요소 명칭 확인 | 1 | 조절부와 조작부의 결합체 명칭을 묻는다 |
| 지연 원인 확인 | 1 | 시스템 지연의 주된 원인을 전파 지연으로 구분한다 |
자동제어 계통은 기본적으로 검출부, 조절부, 조작부 등으로 나뉜다. 검출부는 눈이나 귀에 해당하는 역할로 외부 상태를 측정하여 정보를 수집한다. 수집된 신호는 조절부로 전달되어 설정값과 비교하고 오차를 계산하여 어떤 동작을 할지 판단한다. 마지막으로 조절부의 명령은 조작부로 전달되어 실제 기기나 액추에이터를 구동한다. 이 신호 흐름은 '검출→조절→조작'의 순서로 이해한다.
제어요소는 조절부와 조작부를 합친 개념으로, 조절부에서 만든 명령신호를 물리적 조작량으로 변환하여 제어대상에 작용하는 부분을 지칭한다. 폐회로(폐루프) 제어계에서 오차를 받아 실제로 시스템을 구동하여 출력을 결정하는 핵심 집합이 제어요소이다. 설정부는 목표치를 기준입력신호로 변환하는 역할을 수행하며, 비교부는 기준신호와 검출부 출력을 비교하여 오차를 만든다.
전달함수는 시스템의 입력과 출력의 관계를 나타내는 것으로, 정의할 때는 모든 초기조건을 0으로 두고 출력의 라플라스 변환을 입력의 라플라스 변환으로 나눈 값으로 표현한다. 따라서 전달함수의 정의에는 '초기조건 0'이라는 전제가 반드시 포함된다.
시스템 지연의 주요 원인은 신호의 물리적 이동에 소요되는 시간인 전파 지연이다. 정밀도, 전달함수, 오버슈트 등의 개념은 각각 다른 의미를 가지므로 지연의 원인으로 보아서는 안 된다.
문제 유형 예시는 다음과 같다. 블록 다이어그램에서 신호 흐름을 묻는 문제가 나오면 '검출→조절→조작' 순서를 떠올려 정답을 고른다. 조절부와 조작부를 합친 명칭을 묻는 문제에서는 '제어요소'를 선택한다. 전달함수의 정의를 물을 때는 '초기조건 0에서의 입출력 라플라스 변환의 비'임을 기준으로 판단한다. 지연의 원인을 묻는 문제에서는 이동 시간과 관련된 용어인 '전파 지연'을 선택한다.
폐회로 제어계에서 동작신호를 조작량으로 변환하며, 조절부와 조작부로 되어 있는 부분을 무엇이라 하는가?
정답 ② · 자동 제어 시스템은 여러 요소들로 구성됩니다. 폐회로(Closed-loop) 제어계에서 조절부(Controller)와 조작부(Operator 또는 Actuator)가 결합되어, 시스템 내부에서 기준 입력과 비교하여 산출된 '동작 신호(오차 신호)'를 받아 실제 플랜트(제어 대상)에 가해질 물리적인 '조작량'으로 변환하는 역할을 수행합니다.
동작 신호를 조작량으로 변환하여 제어 대상을 직접 조절하는 조절부와 조작부의 결합체를 제어요소라 한다.
자동제어 계통의 조작순서로 옳은 것은?
정답 ④ · 문항은 자동제어 계통에서 신호가 흐르는 올바른 순서를 묻고 있다. 제어 시스템은 먼저 검출부가 대상의 상태를 측정하고, 그 신호를 조절부에서 비교·판단하여 오차를 계산한 뒤 조작부에서 실제 장치를 구동하는 흐름으로 동작한다.
자동제어 계통은 검출부에서 정보를 받아 조절부에서 판단하고 조작부에서 실행하는 순서로 동작한다.
대부분의 시간 지연은 시스템의 무엇 때문에 발생하는가?
정답 ① · 문항은 대부분의 시간 지연이 시스템의 어떤 요인 때문에 발생하는지를 묻고 있다. 신호가 매체를 통해 물리적으로 이동하는 데 소요되는 시간이 전파 지연이며 이것이 시간 지연의 주요 원인이다.
신호의 물리적 이동에 걸리는 시간은 전파 지연이라 하며, 시스템 지연의 주요 원인이다.
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