자동제어의 기초 (피드백 제어)

Feedback Control Basics

건축설비에서 자동제어는 실온·수위·압력 같은 목표값을 기계가 스스로 붙드는 일이에요. 개루프는 한 번 맞춰 두고 끝이라 외란에 약하고, 폐루프(피드백)는 센서 값을 되돌려 오차를 줄여요. 피드백 제어는 검출·조절·조작 세 요소가 한 고리를 이뤄요. 목표온도 슬라이더로 개루프·폐루프 응답 차이를 비교해 봐요.

목표값을 붙드는 일

💡 건축설비 자동제어의 직관

①공조기 설정온도(목표)와 실내센서(측정)의 차이가 오차

②조절기(DDC·컨트롤러)가 오차로 밸브·댐퍼·팬을 명령

③조작부 동작 결과가 다시 실온으로 돌아와 폐루프가 됨

④수동제어는 사람이 밸브를 돌리고, 자동제어는 기계가 반복 보정

개루프 vs 폐루프 응답

설정온도(목표값)24 ℃

⚡ 관찰

①목표 24℃로 두면 둘 다 처음엔 따라가지만, 외란 이후 갈라진다

②개루프는 조작량을 고치 않아 외란만큼 실온이 밀린다

③폐루프는 오차가 생기면 조작량을 키워 목표 근처로 되돌린다

④참고 정상치(무외란 비례): 폐루프 ≈ 19.2℃ 근처(오프셋 가능)

피드백 구조와 공식

오차

e = r - y

r: 목표값(설정), y: 제어량(실측)

단위피드백 폐루프

T = G1 + G

G: 전방 전달함수(제어기×플랜트), H=1

일반 폐루프

T = G1 + GH

H: 피드백(센서) 전달함수

🔑 블록으로 읽기

①R → 비교기 → E → G → C(y), 분기 후 H로 되돌려 감산

②루프이득 GH가 클수록 목표 추종은 좋아지지만 진동·불안정 위험

③건축설비 DDC는 대개 센서(H) + PID(조절) + 밸브/VFD(조작)

④개루프 목표 맞춤값 근사 24℃도 외란 앞에서는 무력

시험 포인트

🎯 시험 포인트

①개루프=피드백 없음, 폐루프=피드백 있음

②제어 3요소: 검출부(센서)·조절부(제어기)·조작부(액추에이터)

③폐루프 T=G/(1+GH), 단위피드백이면 T=G/(1+G)

④건축 예: 실온·덕트정압·냉수온도·수위 제어는 대부분 폐루프

⑤P만 쓰면 잔류편차(오프셋)가 남을 수 있음 → I로 제거(다음 장 연계)

📝 대표 기출 유형

①개루프·폐루프 장단점과 블록선도

②폐루프 전달함수 식 유도

③검출·조절·조작 대응(공조·열원 예시)