자동제어계의 응답 중입력과 출력사이의 최대 편차량은?
- 오차
- 오버슈트
- 외란
- 감쇄비
정답과 해설 보기
정답 ② · 문제는 자동제어계에서 입력과 출력 사이의 최대 편차량이 어떤 용어인지 묻고 있다. 입력에 도달하려는 출력이 목표값을 초과하여 나타나는 최대 순간 편차를 오버슈트라고 한다.
입력과 출력 사이의 최대 편차량은 오버슈트이다. 오차는 정상 상태 오차, 외란은 외부 요인, 감쇄비는 진동 감쇠 정도를 나타낸다.
개념 한 쪽
승강기기사 정치제어 — 제어 동작의 종류와 특징
제어 동작은 오차의 처리 방식과 출력 신호의 연속성에 따라 구분한다 비례·적분·미분은 연속 제어로 각각 오차 크기, 누적, 변화율에 반응하고, 온오프나 2위치동작은 불연속 제어로 출력을 켜거나 끄는 이진 동작을 수행한다 PID 계열 조합은 각 요소의 장점을 결합하여 성능을 개선한다
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「정치제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 시스템 응답 특성 판단 | 1 | 입력과 출력 사이의 최대 편차를 가려 응답 특성 용어를 묻는다 |
| 제어기 설명 오류 찾기 | 1 | 제어기(P, I, D, PD) 특성 설명 중 잘못된 것을 골라내는 문제 |
| 적분 동작 계산 | 1 | 적분시간 정의를 이용해 단위계단 입력 시 소요 시간을 계산한다 |
뜻
제어 방식은 오차를 어떻게 처리하느냐에 따라 비례(P), 적분(I), 미분(D)으로 나뉜다한다 비례동작은 오차 크기에 비례하여 제어 출력을 내므로 응답을 빠르게 하지만 잔류 오차가 남을 수 있다 적분동작은 오차가 존재하는 동안 제어 출력을 누적하여 잔류 오차를 제거한다 미분동작은 오차의 변화율에 반응하여 미래의 변화를 예측하고 급격한 변화에 대해 안정화 역할을 수행한다
P, I, D 요소를 조합한 제어는 각 요소의 단점을 보완한다 PI동작은 비례의 빠른 응답과 적분의 잔류 오차 제거를 결합하여 잔류편차를 없앤다한다 PD동작은 비례의 특성과 미분의 예측 기능을 결합하여 응답 속도를 향상시키고 오버슈트를 감소시키는 효과를 보인다 PID 제어는 정정시간 단축, 잔류편차 제거, 오버슈트 감소 등의 이점을 제공하지만 미분 이득을 과도하게 높이면 불안정성이 생길 수 있음을 유의해야 한다
출력 신호의 연속성에 따라 연속 제어와 불연속 제어로 나뉜다한다 연속 제어는 P/I/D처럼 연속적으로 출력을 조절하는 방식이고, 불연속 제어는 ON/OFF 또는 2위치동작처럼 출력이 이산적인 상태로 전환되는 방식이다 불연속 제어는 구조가 단순하나 사이클링과 옵셋 같은 문제를 일으켜 제어 정밀도가 떨어질 수 있다
적분 동작의 동적 거동은 적분시간 T로 설명한다 단위 계단 입력에 대해 적분동작은 조작량이 시간에 따라 선형적으로 증가하며, 적분시간 T는 조작량이 1단위 증가하는 데 걸리는 시간으로 정의된다
예제
적분 동작의 계산 예를 보인다 단위계단 입력을 가하고 적분시간 T가 1분일 때 조작량이 1단위 증가하는 데 1분이 걸린다한다 조작량 목표값 X0가 10일 경우 소요 시간은 X0 × T 이므로 10 × 1분 = 10분이 걸린다한다
성격별 오답 예를 든다한다 오차의 변화율을 묻는 문제에서는 미분 제어를 선택해야 하고, 스위치의 단순 개폐 동작을 묻는 문제에서는 2위치동작(온오프)을 선택해야 한다 PID의 일반적 특성으로 응답속도의 지연을 정답으로 제시하면 오답이다
대표 기출 3문항
제어기의 설명 중에서 잘못된 것은?
- P제어기 : 잔류편차 발생
- I제어기 : 잔류편차 소멸
- D : 오차예측제어
- PD제어기 : 응답속도 지연
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문제는 여러 제어기 특성 중 잘못된 설명을 고르는 것이다. P 제어기는 비례 동작으로 인해 정상상태에서 잔류편차(steady-state error)가 남기 쉽고, I 제어기는 적분 동작을 통해 잔류편차를 소멸시키며, D(미분)는 오차의 변화율을 이용해 미래의 오차를 예측하여 빠르게 대응하는 특성이 있다.
PD제어기는 비례와 미분 동작으로 응답 속도를 빠르게 하므로 지연이 아니라 향상시킨다.
단위계단의 동작신호를 가할 때 적분시간 T = 1분의 적분 동작을 시키는 경우 조작량 X0가 10 이 되기까지는 몇 분이걸리겠는가?
- 1
- 4
- 10
- 20
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 단위 계단 입력에 대해 적분 동작으로 조작량이 목표값에 도달하는 데 걸리는 시간을 묻고 있다. 적분 동작에서 조작량 변화율은 입력(오차) 크기 나누기 적분시간 T로 주어지며 단위 계단 입력이면 오차가 1이므로 증가율은 1/T이다.
적분 동작에서 조작량 변화율은 단위계단 입력 시 1/T이므로, X0=10, T=1분일 때 10분이 걸린다.
자주 묻는 물음
- 오차의 변화 속도에 반응하는 제어는 무엇인가한다
- 오차의 시간에 따른 변화율, 즉 미분값에 비례하여 조작량을 가하는 방식은 미분 제어이다
- 비례동작만으로 발생하는 문제를 어떻게 해결하나한다
- 비례동작은 잔류 오차가 남으므로 적분동작을 결합한 PI동작을 사용하여 잔류편차를 제거한다
- 온오프 동작이 유발하는 대표적 현상은 무엇인가한다
- 온오프 동작은 출력이 완전 켜기나 끄기만 반복되므로 설정값 근처에서 사이클링과 평균값과 설정값의 차이인 옵셋이 발생한다
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