5편 - 제어계에 요구되는 특성

주: 제가 보기에도 본회의 내용은 조금 난해 합니다. 시간이 되는대로 조금 알기 쉬운 내용으로 다시 꾸며 볼 생각입니다. 그때까지 조금만 참아 주세요] 앞에서도 이야기 되었지만, 제어계의 기본 구성 요소로는 제어계에 입력되는 입력신호를 만들어 내는 센서(Sensor), 센서로부터의 신호를 전달 받아 적절한 연산 및 처리 과정을 거쳐, 출력 신호를 내보내는 제어유니트(Control Unit), 그리고 제어유니트로부터 출력 신호를 받아 작동하게 되는 액츄에이터들을 들 수 있다. 이렇게 구성되어 있는 제어계가 요구되는 기능을 신뢰성 있게 수행하기 위해서는 다음과 같은 최소 기본 요건을 만족할 수 있어야 한다. (1) 정확하게 기능을 수행할 것. (Accurate Function) 일정하게 유지되고 있는 입력신호에 대하여, 제어계의 출력이 요구되는 값에 얼마나 가깝게 도달하는가를 말한다. 즉, 입력신호가 일정하면 그것에 따라 정해져 있는 출력을 정확하게 내보내야 한다는 것을 말한다. (2) 적절한 반응성을 가질 것. (Quick Response) 반응성은, 입력이 일정하지 않고 변하고 있을 때, 변하는 입력에 대응하여 출력이 충분히 빨리 반응해야 한다는 것을 말한다. (3) 안정적일 것.(Stability) 입력신호가 변화할 때, 그것도 급격한 변화를 보일 때에도 출력신호는 일정한 제어 범위 내에 있는 것을 말한다. 급격한 입력신호의 변화에 의해 출력신호가 제어 범위를 넘거나, 최소와 최대범위 사이를 진동하는 경우는 불안정(Unstable)한 경우이다. (4) 잡음 및 신호교란에 대해 신뢰성이 있을 것. (Noise Immunity) 입력신호에 혼입될 수도 있는 노이즈(Noise)나 교란(Disturbance) 에 의해 출력신호가 영향을 받아서는 안된다는 것을 말한다. 즉, 입력신호에 약간의 잡음이 들어가더라도 그 잡음에 의해 출력신호가 달라져서는 안된다.

제어계의 기본 목적은, 센서에 의한 입력신호에 대해, 액츄에이터의 작동 특성에 맞게 제어되도록 출력신호를 제어가능한 범위 내에서 결정하는 데에 있다. 이와 같은 목적을 달성하기 위한 구체적인 방법으로는 아래와 같은 방법들이 있다.

Open-Loop Control 제어유니트에서 액츄에이터로 전달된 출력신호가 제어 대상물에 영향을 미치게 되나, 그 출력신호의 결과를 제어유니트에서는 알지 못하는 구조로 되어 있다. 그러므로, 제어유니트나 제어 대상물에서 발생할 수 있는 변화를 보정하는 데에 불안정하다는 단점이 있다. 그러나 제어계가 단순하므로 입력신호가 부정확하여 정확한 제어를 기대할 수 없을 때에 사용된다. 예로는, 엔진이 Warm-up되기 전의 연료량 제어나, 액셀레이터를 많이 밟아 엔진에서 많은 파워를 내도록 할 때의 연료량 제어 등을 들 수 있다.

Closed-Loop Control  제어 유니트에서 액츄에이터로 출력신호가 전달되고, 전달된 출력신호가 제어 대상물에 작용했을 때,그 출력 신호의 결과를 제어유니트가 알 수 있도록 한 구조를 가진 베어 방법으로, 필요한 센서나 신호처리 절차를 거치게 하므로 구조가 복잡하나, 원하는 결과를 보다 안정적으로 얻을 수 있다. 이렇게 출력신호의 결과를 입력신호의 일부로 사용하는 것을 피이드백(Feed-Back)이라고 한다. 예로는, 난기된 엔진의 연료량 제어나 공회전시의 엔진회전수 제어 등을 들 수 있다.