seegongsik

에너지관리기사 열설비 · 자동제어의 종류와 계통도

Control Types and Block Diagrams

자동 제어는 목표값을 정해 두고, 검출한 실제 값과의 차이(편차)를 줄이도록 기계가 스스로 조작하는 일이다. 피드백(폐루프)과 시퀀스(개루프) 제어의 차이, 블록 선도 위 신호의 흐름, 목표값 · 제어량 · 되먹임 유무에 따른 제어 분류와 피드포워드를 다룬다. 그림은 목표값 → 비교기 → 조절기 → 조작기 → 제어 대상 → 검출기로 이어지는 블록 선도예요. 피드백 · 시퀀스 버튼으로 폐루프와 개루프를 바꾸고, 신호 한 단계 진행 버튼을 누르면 신호가 지나는 블록이 차례로 밝아지며, 목표값 스텝 변경 버튼으로 목표값을 25 와 80 사이에서 바꿀 수 있어요.

사람 대신 기계가 스스로 맞춘다

보일러 압력을 정해진 값에 붙들어 두려면 누군가 계속 지켜보며 연료를 조절해야 한다. 자동 제어는 이 일을 기계에 맡긴다. 목표값을 정해 두면 검출기가 실제 값을 재고, 그 차이(편차)를 줄이는 방향으로 조작기를 움직인다. 이 되먹임 구조가 피드백 제어다.

👀 폐루프와 개루프의 갈림길
①피드백 제어(폐루프)는 결과(제어량)를 다시 재어 목표값과 비교하고 편차를 줄인다
②시퀀스 제어(개루프)는 정해진 순서 · 시간대로 동작하고, 결과를 되돌려 확인하지 않는다
③보일러 압력 · 수위 · 온도 유지는 피드백, 점화 순서(환기 → 점화 → 연소)는 시퀀스다
④블록 선도는 신호가 어느 기기를 어떤 순서로 지나는지 그린 것이에요

블록 선도 위에서 신호 따라가기

🔁 신호가 도는 한 바퀴
①비교기에서 목표값에서 검출값을 빼 편차 e 를 만든다
②조절기가 편차를 보고 조작량(연료 · 공기 · 급수 지령)을 계산한다
③조작기가 밸브 · 댐퍼를 실제로 움직여 제어 대상에 작용한다
④검출기가 결과를 다시 재어 비교기로 되돌리면 폐루프가 완성돼요

제어의 종류를 나눠 보면

🗂️ 목적 · 기준 · 신호에 따른 분류
①목표값 성질로는 정치 제어(일정한 값 유지) · 추종 제어(변하는 목표를 따라감) · 프로그램 제어(시간표대로)
②제어량 종류로는 프로세스 제어(온도 · 압력 · 유량 · 액위) · 서보 기구 · 자동 조정
③되먹임 유무로는 피드백(폐루프) · 피드포워드(외란을 미리 보정) · 시퀀스(개루프)
④보일러 운전은 정치 제어 + 프로세스 제어 + 피드백이 기본 뼈대예요
💡 피드포워드를 곁들이는 이유
①피드백은 편차가 생긴 뒤에야 반응한다(사후 보정)
②부하가 급히 바뀌면 편차가 커진 뒤에 따라가므로 느릴 수 있다
③외란(부하 · 연료 발열량 변화)을 미리 읽어 보정하는 것이 피드포워드다
④실제 보일러는 피드백에 피드포워드를 더해 응답을 빠르게 해요

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

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①피드백 제어(폐루프)는 결과를 되먹여 편차를 줄이고, 순서는 목표값 → 비교기 → 조절기 → 조작기 → 제어 대상 → 검출기다
②시퀀스 제어(개루프)는 정해진 순서 · 조건대로 동작하고(점화 시퀀스 등) 되먹임이 없다
③편차 e = 목표값(SP) - 검출값(PV)
④분류는 정치 · 추종 · 프로그램 / 프로세스 · 서보 · 자동 조정 / 피드백 · 피드포워드 · 시퀀스예요
⑤폐루프 전달 함수는 G/(1 + GH) 이고, 되먹임 H 가 안정도 · 정확도를 좌우해요
📝 대표 기출유형
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)
← 이전
보온 두께와 방산열량
다음 →
제어동작의 특성 (P·I·D)

마지막 수정