개념 한 쪽
제어 계통에서 다루는 제어량의 종류와 제어 방식의 특성을 구분하는 것이 핵심이다. 프로세스제어는 온도·압력·유량·수위 등 연속적 물리량을 다루고, 서보기구는 위치나 각도 같은 공간적 상태를 정밀하게 추종하는 장치이다. 추종제어와 프로세스제어의 대상이 다름을 바탕으로 문제의 보기들을 판별해야 한다.
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출제기준 단원 「궤환용변환기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 프로세스 제어 대상 판별 | 1 | 공정에서 제어해야 할 연속적 물리량을 식별 |
| 추종제어 정의 연결 | 1 | 목표값 변화를 따라가는 제어를 가리키는 용어 파악 |
| 서보기구의 제어량 구분 | 1 | 서보 시스템이 주로 제어하는 양을 고르기 |
프로세스제어(Process Control)는 화학공장, 발전소, 제철소 등에서 원료나 제품을 만들 때 필요한 연속적인 물리적 상태를 일정하게 유지하거나 조절하는 제어이다. 대표적인 제어량으로 온도, 압력, 유량, 액면(수위) 등이 있으며 이들은 센서를 통해 측정되어 제어기에 의해 조절된다. 따라서 배관이나 탱크 안에서 흐르거나 쌓이는 물리량은 프로세스제어의 전형적인 대상이다.
서보기구(Servomechanism)는 목표값의 임의 변화에 시스템이 그 변화를 따라가도록 구성된 장치이다. 서보기구는 주로 위치, 각도, 속도 등 기계적 변위를 정밀하게 제어하는 용도로 쓰이며 최종 제어량은 위치나 방향 같은 공간적 상태이다. 서보 시스템은 폐루프 구조로 목표 위치를 추종하는 것이 핵심이며 로봇 팔, 추적 장치 등의 응용에서 쓰인다.
추종제어는 목표값 자체가 시간에 따라 변할 때 그 목표를 따라가는 제어 방식을 의미한다. 추종제어의 대상은 위치, 방위, 자세 등 공간적 상태이며 유량이나 온도 같은 공정 변수는 추종제어의 범주에 속하지 않는다. 문제를 풀 때는 '연속적 물리량=프로세스'와 '공간적 상태=추종'으로 분류하는 규칙을 활용한다.
서보기구의 신호 특성 측면에서는 정밀 제어를 위해 아날로그 신호를 많이 사용한다는 설명이 제시되어 있다. 디지털 신호는 노이즈에 강하지만 서보의 정밀한 피드백 제어에는 아날로그 신호가 널리 쓰이는 경우가 많다는 점을 기억한다. 또한 원뿔주사와 같이 안테나 빔을 회전시켜 이동 표적을 추적하는 방식은 레이더 추적 응용과 연결된다는 점도 서보·추적 장치 관련 문제에서 유의할 사항이다.
문제에서 온도·압력·유량·액면이 보기에 함께 있으면 이를 프로세스제어의 대표 변수로 판단해야 한다. 반대로 위치나 방위가 보기에 섞여 있으면 이는 서보 또는 추종제어의 영역으로 분류해야 한다. 서보기구가 주로 사용하는 제어량을 묻는 문항에서는 '위치(방향/각도)'를 정답으로 고르고 전압이나 전류는 구동 입력으로 구별해야 한다.
추종제어와 프로세스제어를 혼동하여 유량을 추종제어 대상으로 판단하거나 위치를 프로세스제어 대상으로 판단하면 오답이 된다. 서보기구의 신호 유형을 묻는 문제에서는 '아날로그 신호의 사용이 많다'는 지점을 오답으로 만들 수 있는 함정으로 주의해야 한다. 원뿔주사와 관련된 응용을 묻는 문제에서는 레이더의 표적 추적을 떠올려 연결해야 한다.
프로세스제어(process control)에 속하지 않는 것은?
정답 ③ · 문항은 프로세스 제어에 속하지 않는 항목을 찾는 문제이다. 프로세스 제어는 온도·압력·액면·유량 등 공정 변수의 제어를 의미하고 위치 제어는 주로 기계적 위치나 서보 제어와 관련되므로 프로세스 제어 범주에 속하지 않는다.
프로세스 제어는 온도, 압력, 유량, 액면 등 공정의 물리량을 제어하는 것이며, 위치 제어는 기계의 운동 제어로 분류됩니다.
목표값이 임의의 변화에 추종하도록 구성되어 있는 것을 무엇이라 하는가?
정답 ③ · 목표값이 시간에 따라 임의로 변화할 때, 제어량이 그 변화에 추종하도록 구성된 제어 방식을 추종 제어(Servo)라고 합니다. 이를 구현하는 시스템을 서보기구(Servomechanism)라고 하며, 엘리베이터의 위치 제어나 로봇의 자세 제어 등에서 목표 위치를 추종하도록 설계됩니다.
목표값의 임의 변화에 추종하는 제어 방식은 추종 제어이며, 이를 구현하는 장치를 서보기구라고 합니다.
제어량에 따른 분류 중 프로세스 제어에 속하지 않는 것은?
정답 ④ · 질문은 제어량 분류에서 프로세스 제어에 속하지 않는 항목을 찾는 문제이다. 프로세스 제어는 공정 변수인 압력, 유량, 온도, 수위 등 유체·열 관련 물리량을 제어하는 분야로서 압력·유량·온도는 여기에 해당한다.
프로세스 제어는 유체/열 관련 물리량을 제어하며, 속도는 기계 제어 영역에 속한다.
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