22. 다단 제어

공정제어

PART 22. 다단 제어

다단제어계 Cascade 란,

종속 제어루프가

주 제어루프 내에 포함되며,

주 제어기의

제어출력이 첫번째 종속 제어기의 설정값으로,

또 첫번째 종속 제어기의 제어출력이

두번째 종속 제어기의 설정값이 되는 구성을 말한다.

실제 공정에선 Utility plant에서 공정에 필요한 물을 공급받는다.

이때, 공정이 여러개 존재한다면,

공급될 때 압력이 변화하게 되어

Steam의 Flow rate가 변화하게 된다.

이러한 Steam 양의 변화는

온도에 영향을 주게 된다.

이때, 다단제어를 통해

st를 일정하게 유지하면,

(유량제어는 매우 빠르므로)

유량변화에 의한

온도변화가 생기기 전에 방지가 된다.

제어계는 다음과 같이 도입된다.

위의 제어계를

블록선도로 표현하면

다음과 같다.

이때, Reset 피드백이 함께 구성되어야 한다.

이것은 주제어기 제어출력의

output tracking을 위한 것으로

매우 중요한 구실을 한다.

이러한 다단제어는

여러 이점을 가지고 있다.

1) 외란(압력)이 피제어변수(온도)에 영향을 주기 전에

미리 억제시킨다.

2) 피드백 루프의 선형화 작용에 의해

다단제어시 주제어기는 선형화된 공정을 제어하는 효과를 얻는다.

이때, Kc가 커지면 r로 수렴하게 된다.

3) 주제어기는 동특성이 개선된 공정을 제어하는 효과를 얻는다.

4) 물리적 공정변수의 의미를 갖게하여,

공정의 상태를 이해하는데 더 유리하다.

한편, 다단제어를 구성하기 위해서는

몇 가지 조건이 만족되어야 한다.

1) 외란의 영향을 받는,

제어가 가능한 중간변수가 존재하여야 한다.(스팀 유량)

2) 종속공정의 동특성은

주공의 동특성 보다

빨라야한다.

경험적으로,

종속공정의 시정수가

주공정 시정수의

1/3 이하일 때에만

다단제어가 효과를 갖는다.