01. Basic Concept of Feedback Control

공정제어

PART 01. Basic Concept of Feedback Control

공정제어란?

주어진 조건에 공정의 상태를 유지시키는 것이다.

위 그림은 스팀으로 물을 데우는 가열탱크이다.

온수가 배출된 만큼 물이 자동으로 보충되고

수위는 항상 유지된다고 가정하자.

위는 수동제어, 아래는 자동제어로

시행착오를 통해 설정값(SP)에 도달한다.

이때 갑자기 온수 사용량이 늘어나

가열탱크의 부하가 늘었다고 가정하자.

스팀 공급량은 일정한데

load가 걸렸으므로

탱크 내부의 온수 온도는 내려가고

온도를 목표값에 맞추기 위해 제어를 한다.

이러한 공정변수에 영향을 주는

외적인 변화를 외란(Disturbance)라고 한다.

이때, 제어를 위해 스팀양을 늘려주거나,

스팀의 온도를 높여준다.

[Open loop]

시스템 : 각 공정마다 그들만의 고유한 동특성*을 가짐

피제어변수(CV) : 제어하고자 하는 출력변수(온수온도)

조작변수(MV) : 제어를 위해 조작하고자 하는 입력변수(스팀유량)

외란(DV) : MV 이외 공정에 영향을 주는 모든 외적인 변수(온수 요구량)

이때, 동특성이란,

공정에 어떤 입력을 가했을 때 시간이 지나 응답이 나오는 것을 말한다.

이것은 선형적일 수도 있고,

비선형적일 수도 있다.

[Closed loop]

Open loop에 제어기가 결합되면서

closed loop를 구성한다.

이때, Feedback 제어기를 사용

원하는 출력과 실제 출력 사이의 오차를 줄이는 방향으로

입력을 제어한다.

공정변수들은 센서로 측정이 되고

이러한 측정값들이 제어기까지

전송되려면 전송기가 필요하다.

이때, 4-20mA(0-100%)의 전류신호를 사용한다.

공기압은 3-15psig가 표준으로

안전을 위해 전기를 사용 못할때

공기압을 사용한다.

위에서 언급한 것처럼

센서/전송기는 측정범위를 가지고

들어온 온도에 따라 센서의 아웃풋이 달라진다.

이때, Km을 이득(gain)이라고 한다.

위에서 예시로 든 온수탱크를

블록선도로 표현하면 위 그림과 같다.

피제어변수의 신호가 루프 내로 되돌아오기 때문에

피드백제어라고 부른다.

이때, 공정변수의 신호가 음으로 바뀌기 때문에 음성피드백이다.