개념 한 쪽
자동제어의 기본 용어를 정확히 이해하는 것이 중요하다. 목표값은 시스템이 달성하려는 희망 상태를 의미한다. 제어량은 실제로 측정되어 조절되는 출력 물리량을 뜻한다. 조작량은 제어기를 통해 조절되는 입력 신호나 조절 변수이다. 외란은 시스템 경계 밖에서 들어와 제어 대상의 출력을 방해하는 불가항력적인 요인이다.
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출제기준 단원 「제어장치의 에너지에 의한자동제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 조작량·제어량 구별 | 1 | 계자저항과 계자전류 중 조작량을 묻는 관계를 판단 |
| 출력신호 정의 문제 | 1 | 자동제어계의 출력신호가 무엇인지 선택하는 문제 |
| 영위법 측정 원리 | 1 | 평형으로 편차를 0으로 만드는 측정 방식 명칭을 묻는 문제 |
자동제어 시스템에서는 기준이 되는 목표값을 설정하고 이를 달성하도록 시스템을 운용한다. 목표값은 사용자가 지정한 설정값으로서 시스템의 동작 기준이 된다. 제어량은 제어 대상의 실제 출력값으로서 되먹임으로 측정되어 제어 동작의 기준이 된다. 조작량은 제어기가 내보내는 출력으로서 조작자가 직접 또는 제어기가 조절하여 제어량을 변화시키는 변수이다. 편차는 기준 입력신호(목표값)에서 제어량을 뺀 값으로서 제어기의 동작 결정의 기초가 된다. 외란은 시스템 내부에서 조절할 수 없는 외부 입력으로서 제어 대상의 출력을 왜곡하는 요인이다.
제어 방식은 목표값의 성격에 따라 구분한다. 목표값이 일정하게 고정된 경우는 정치 제어라 하고, 목표값이 미리 정해진 시간 함수에 따라 변하는 경우는 프로그램 제어라 한다. 목표값이 임의로 변할 때 이에 추종하도록 하는 제어는 추종 제어에 해당한다.
측정 방법과 관련된 용어도 기본적으로 알아야 한다. 미지량을 표준량과 평형시켜 편차가 0이 되도록 조절한 후 표준량의 값을 읽어 측정값을 구하는 방식은 영위법이라 한다. 영위법은 평형 상태(영)를 찾아내는 고정밀 측정 방식으로 구분된다.
발전기의 출력 전압을 200V 수준으로 유지하기 위해 계자저항을 조정하여 계자전류를 변경하는 상황을 생각한다. 이 경우 목표값은 200V이고 제어대상은 발전기이며 조작량은 계자전류이다. 계자저항은 조작 수단으로서 직접 조작되는 물리량인 조작량과 혼동하면 안 된다.
자동제어계의 출력신호는 제어량으로 보아야 한다. 예를 들어 설정 온도는 목표값이고 실제 실내 온도는 제어량이며 출력신호와 제어량을 혼동하면 오답이 된다.
측정 방식 문제에서는 '평형'과 '편차'라는 키워드를 확인한다. 평형을 이루어 영(0)이 되는 지점을 찾는 설명이 나오면 영위법을 선택한다.
발전기의 단자전압을 200V로 일정하게 유지하기 위하여 전압계를 보면서 계자저항을 조정하여 계자전류를 조정한다. 다음 중 잘못 짝지어진 것은?
정답 ③ · 문제는 발전기 단자전압을 일정하게 유지하기 위한 제어계 요소의 대응 관계 중 잘못 짝지어진 것을 찾는 것이다. 목표값은 설정하고자 하는 단자전압(여기서는 200V), 조작량은 조작을 통해 변화시키는 입력(계자전류를 조절하기 위해 조정하는 계자저항에 의해 변하는 계자전류), 제어대상은 발전기 그 자체이다.
계자저항은 조작자가 직접 조정하는 입력값인 조작량이며, 제어량은 발전기 단자전압이므로 ③이 잘못 짚어진 것이다.
자동제어계의 출력신호를 무엇이라 하는가?
정답 ③ · 자동제어 시스템에서 외부에서 주어지는 원하는 입력값을 목표값이라고 하며, 제어 대상인 시스템에서 측정되어 피드백되는 실제 출력 신호를 제어량(Controlled variable)이라고 합니다. 제어기는 목표값과 제어량의 편차를 줄이기 위해 조작량을 변경하여 시스템을 제어합니다.
자동제어계에서 제어 대상의 실제 출력값을 피드백받아 측정하는 신호를 제어량이라고 한다.
측정하고자 하는 양을 표준량과 서로 평형을 이루도록 조절하여 표준량의 값에서 측정량을 구하는 측정방식은?
정답 ④ · 영위법(Null method)은 측정하고자 하는 미지의 양을 이미 알고 있는 표준량과 평형을 이루어 그 차이가 0이 되도록 조절한 후, 표준량의 값을 읽어 미지의 측정값을 구하는 방식입니다. 브리지 회로 등을 이용하여 고정밀 측정에 주로 사용됩니다.
측정값과 표준량을 평형시켜 차이를 0으로 만드는 고정밀 측정방식은 영위법이다.
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