개념 한 쪽
비례미분제어는 비례 동작과 미분 동작을 결합한 제어 방식으로, 오차의 크기와 오차의 변화율을 함께 반영하여 조작량을 결정한다는 점이 핵심이다.
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출제기준 단원 「비례미분제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 연속 동작 여부 판단 | 1 | 제어 방식이 연속 제어인지 이산 제어인지 구분하도록 묻는 유형 |
| 기호 표기 확인 | 1 | 제어기 명칭에서 약자를 조합해 PD인지 확인하도록 묻는 유형 |
| 제어 특성 연결 | 1 | ON-OFF로 인한 사이클링과 옵셋 발생을 비교해 연관 특성을 고르게 하는 유형 |
비례미분제어는 비례(P) 작용과 미분(D) 작용을 조합한 제어기 동작이다. 비례 성분은 현재의 오차 크기에 비례하여 조작량을 결정하고, 미분 성분은 오차의 시간에 대한 변화율에 비례하여 조작량을 보정한다는 원리로 동작한다.
미분 동작은 오차가 어떻게 변하는지를 이용해 선행하여 반응함으로써 과도 응답의 오버슈트를 줄이고 시스템의 안정성을 개선하는 역할을 한다. 문제에서 '변화속도=미분'이라는 키워드로 쉽게 구분할 수 있다.
PD 제어의 기호 표기는 PD로 나타내며, 이는 비례를 뜻하는 P와 미분을 뜻하는 D를 결합한 약자라는 점을 기억한다. PID나 PI와 구별하여 미분 성분의 포함 여부로 판단하면 된다.
PD 제어는 출력의 연속적 조절을 전제로 하는 연속 제어 방식의 하나로 분류할 수 있다. 온오프와 같은 이산적 제어와 달리 출력값을 연속적으로 변화시키는 동작을 수행한다.
비례미분제어 관련 문제 유형은 다음과 같은 문장으로 출제되는 경향이 있다. - 제어오차의 변화율에 반응하여 조작량을 결정하는 동작을 고르라는 문항에서는 '변화속도'라는 표현을 찾아 미분 동작을 선택한다. - 제어기의 기호를 묻는 문항에서는 '비례미분'을 P와 D로 치환하여 PD를 정답으로 고른다. 또한 연속 동작을 묻는 문항에서 비례, 적분, 미분 계열은 연속 제어로 분류되고 온오프는 이산 제어로 분류된다는 점을 혼동하지 않도록 주의한다.
잔류편차와 사이클링이 없어 널리 사용되는 동작은?
정답 ④ · 문제는 잔류편차와 사이클링 없이 널리 쓰이는 제어 동작이 무엇인지 묻고 있다. 적분 작용은 영구적인 편차(잔류오차)를 제거하는 역할을 하고 비례 작용은 제어의 안정성과 빠른 응답을 돕기 때문에 이 둘을 결합한 PI 동작이 잔류편차 제거와 사이클링 억제에 적절하다.
잔류편차 제거와 사이클링 방지를 위해 적분과 비례를 결합한 PI 동작이 널리 사용되며, 적분 작용이 잔류 오차를 없앤다.
제어요소의 동작 특성 중 연속동작이 아닌 것은?
정답 ④ · 문항은 제어 요소의 동작 특성 중 연속동작이 아닌 것을 고르는 문제이다. 연속 제어는 출력이 연속적으로 변화하는 방식으로 비례·비례적분·비례미분 제어는 모두 연속 신호를 생성하지만 온오프 제어는 출력이 켜기/끄기 두 상태만 가지는 이산적 동작이므로 연속동작이 아니다.
연속 제어는 조절량을 연속적으로 변화시키지만, 온오프 제어는 전류의 유무만 판단하므로 연속 동작이 아니다.
전열기에서와 같이 온도가 높고 낮음이나, 열량이 많고 적음에 관계없이 전류를 통하게 하거나 끊거나 하는 제어 명령만을 자동적으로 행하는 제어를 어떤 제어라 하는가?
정답 ② · 문항은 물리량의 크기와 무관하게 단순히 전류의 통단만을 자동적으로 수행하는 제어의 명칭을 묻고 있다. 해당 개념은 정성적 제어로, 양적 수치 조절이 아닌 상태(켜기/끄기 등) 전환을 자동화하는 방식에 해당한다.
온도나 열량과 무관하게 전류의 통단만을 자동 제어하는 것은 시퀀스제어이다.
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