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건축설비기사 전기소방설비 · 자동제어의 기초 (피드백 제어)

Feedback Control Basics

건축설비의 자동제어는 실온 · 수위 · 압력 같은 목표값을 기계가 스스로 지키는 일로, 한 번 맞춰 두고 끝내는 개루프는 외란에 약하고, 센서 값을 되돌려 오차를 줄이는 폐루프(피드백)는 외란을 따라잡는다. 피드백 제어는 검출부 · 조절부 · 조작부 세 요소가 한 고리를 이루며, 비례(P) 제어만 쓰면 목표와의 차이가 조금 남는 잔류편차가 생긴다. 그림은 목표온도를 한 번에 올린 뒤 중간에 외란이 들어올 때 개루프(파랑)와 폐루프 비례제어(금색)의 실온 응답을 견줘요. 설정온도 슬라이더를 옮기면 두 곡선과 최종 온도, 잔류편차가 다시 계산돼요.

목표값을 지키는 일

💡 건축설비 자동제어의 원리
①공조기 설정온도(목표)와 실내 센서 값(측정)의 차이가 오차다
②조절기(DDC · 컨트롤러)가 오차를 보고 밸브 · 댐퍼 · 팬에 명령한다
③조작부가 움직인 결과가 다시 실온으로 돌아와 폐루프가 돼요
④수동제어는 사람이 밸브를 돌리고, 자동제어는 기계가 되풀이해 보정한다

개루프와 폐루프의 응답

24 ℃
⚡ 관찰
①목표 24℃로 두면 둘 다 처음에는 따라가지만, 외란 뒤로 갈라진다
②개루프는 조작량을 고치지 않아 외란만큼 실온이 밀려요
③폐루프 P제어는 외란 영향을 줄이지만 목표 24℃에 못 미쳐 ≈ 19.2℃에 머문다(잔류편차 4.8℃)
④시험에 나오는 P 제어의 잔류편차가 바로 이 오프셋이며, I 동작을 더하면 없앨 수 있다

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)로 가고, 갈라져 H를 거쳐 되돌아와 빼진다
②루프이득 GH가 클수록 목표를 잘 따라가지만 진동하거나 불안정해질 위험이 커요
③건축설비 DDC는 대개 센서(H) + PID(조절) + 밸브 · VFD(조작)로 이루어진다
④개루프로 맞춰 둔 값 ≈ 24℃도 외란 앞에서는 소용이 없다

시험 포인트

🎯 시험 포인트
①개루프는 피드백이 없고, 폐루프는 피드백이 있다
②제어 3요소는 검출부(센서) · 조절부(제어기) · 조작부(액추에이터)다
③폐루프 T = G/(1 + GH)이고, 단위피드백이면 T = G/(1 + G)
④실온 · 덕트 정압 · 냉수 온도 · 수위 제어는 대부분 폐루프예요
⑤P만 쓰면 잔류편차(오프셋)가 남을 수 있어 I로 없앤다(다음 장에서 이어짐)
📝 대표 기출 유형
①개루프와 폐루프의 장단점과 블록선도
②폐루프 전달함수 식 유도
③검출 · 조절 · 조작 짝짓기(공조 · 열원 예)

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