자동제어의 종류와 계통도

Control Types and Block Diagrams

자동제어는 목표값을 두고 편차를 줄이도록 폐루프를 돌리는 일이에요. 개루프와 폐루프, 피드백 구조를 계통도로 읽어요. 제어 종류 문제의 블록선도 기초예요. 편차와 폐루프 전달 흐름을 따라가 봐요.

사람 대신 기계가 스스로 맞춘다

보일러 압력을 정해진 값에 붙들어 두려면 누군가 계속 지켜보며 연료를 조절해야 합니다. 자동제어는 이 일을 기계에 맡깁니다. 목표값을 정해 두면 검출기가 실제값을 재고, 그 차이(편차)를 줄이는 방향으로 조작기를 움직입니다. 이 되먹임 구조가 피드백 제어입니다.

👀 폐루프와 개루프의 갈림길

①피드백 제어(폐루프): 결과(제어량)를 되재어 목표값과 비교 → 편차를 줄임

②시퀀스 제어(개루프): 정해진 순서·시간대로 동작, 결과를 되돌려 확인하지 않음

③보일러 압력·수위·온도 유지 = 피드백, 점화 순서(환기→점화→연소) = 시퀀스

④계통도(블록선도)는 신호가 어느 기기를 어떤 순서로 지나는지 보여준다

계통도 위에서 신호를 따라가 보자

🔁 신호가 도는 한 바퀴

①목표값과 검출값을 비교기에서 빼서 편차 e 를 만든다

②조절기가 편차를 보고 조작량(연료·공기·급수 지령)을 계산한다

③조작기가 밸브·댐퍼를 실제로 움직여 제어대상에 작용한다

④검출기가 결과를 다시 재어 비교기로 되돌린다 → 폐루프 완성

제어의 종류를 나눠 보면

🗂️ 목적·기준·신호에 따른 분류

①목표값 성질: 정치제어(일정값 유지)·추종제어(변하는 목표 추적)·프로그램제어(시간표대로)

②제어량 종류: 프로세스제어(온도·압력·유량·액위)·서보기구·자동조정

③되먹임 유무: 피드백(폐루프)·피드포워드(외란을 미리 보정)·시퀀스(개루프)

④보일러 운전은 정치제어 + 프로세스제어 + 피드백이 기본 골격

💡 피드포워드를 곁들이는 이유

①피드백은 편차가 생긴 뒤에야 반응한다(사후 보정)

②부하가 급변하면 편차가 커진 뒤 따라가므로 느릴 수 있다

③외란(부하·연료 발열량 변화)을 미리 읽어 보정하는 것이 피드포워드

④실제 보일러는 피드백에 피드포워드를 더해 응답을 빠르게 한다

핵심 관계

편차

e = SP - PV

목표값 SP 에서 검출값 PV 를 뺀 값

폐루프 전달

C = G1 + GH·R

G=순방향(조절기·대상), H=되먹임(검출기), R=목표값

개루프 전달

C = G·R

되먹임 H 가 없어 결과를 보정하지 못함

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①피드백 제어(폐루프) = 결과를 되먹여 편차를 줄임, 순서 = 목표값→비교기→조절기→조작기→제어대상→검출기

②시퀀스 제어(개루프) = 정해진 순서·조건대로 동작(점화 시퀀스 등), 되먹임 없음

③편차 e = 목표값(SP) - 검출값(PV)

④분류: 정치·추종·프로그램 / 프로세스·서보·자동조정 / 피드백·피드포워드·시퀀스

⑤폐루프 전달함수 = G/(1+GH), 되먹임 H 가 안정도·정확도를 좌우

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 결과를 목표값과 비교해 편차를 줄이는 제어는? (답: 피드백 제어=폐루프)

②[기출유형] 편차의 정의는? (답: e = 목표값 - 제어량(검출값))

③[기출유형] 보일러 점화 순서처럼 정해진 차례대로 진행하는 제어는? (답: 시퀀스 제어=개루프)