제어 시스템은 입력 신호를 조정하여 설정값 또는 원하는 출력을 유지하는 데 사용됩니다. 제어 시스템은 개방 루프 또는 폐쇄 루프일 수 있습니다. 개방 루프 제어 시스템에는 피드백 루프가 없고 폐쇄 루프 제어 시스템에는 있습니다.
이 기사에서는 제어 시스템이 무엇인지, 작동 방식 및 일상 생활에서 어떻게 사용되는지 설명합니다. 또한 여러분이 모를 수도 있는 제어 시스템에 대한 몇 가지 재미있는 사실을 공유하겠습니다!
이 게시물에서 다룰 내용은 다음과 같습니다.
제어 시스템 - 설계 및 구현 기술
제어 시스템에는 입력 신호를 조정하여 특정 출력을 설정하고 유지하는 프로세스가 포함됩니다. 목표는 입력의 초기 변경에도 불구하고 정확하고 일관된 출력을 생성하는 것입니다. 이 프로세스에는 다음을 포함한 여러 단계가 포함됩니다.
- 입력 단계: 입력 신호를 받는 곳
- 처리 단계: 신호가 처리되고 분석되는 곳
- 출력 단계: 출력 신호가 생성되는 곳
생산에서 제어 시스템의 역할
제어 시스템은 많은 산업 분야의 생산 및 유통에서 중요한 역할을 합니다. 자동화 기술은 종종 이러한 시스템을 구현하는 데 사용되며, 이는 매우 복잡하고 구축 비용이 많이 들 수 있습니다. 우수한 제어 시스템을 생성하려면 다음 요소가 필요합니다.
- 제어되는 시스템에 대한 충분한 이해
- 올바른 유형의 제어 시스템을 설계하고 구현하는 능력
- 특정 상황에 적용할 수 있는 표준 설계 및 기술 패키지
제어 시스템 생성에 관련된 단계
제어 시스템을 생성하는 프로세스에는 다음 단계가 포함됩니다.
- 시스템 구조 설계: 여기에는 필요한 제어 시스템 유형과 포함될 구성 요소를 결정하는 작업이 포함됩니다.
- 시스템 구현: 여기에는 시스템을 신중하게 구성하고 올바르게 작동하는지 확인하기 위한 테스트 실행이 포함됩니다.
- 시스템 유지 관리: 여기에는 시간이 지남에 따라 시스템 성능을 모니터링하고 시스템이 계속해서 올바르게 작동하는지 확인하기 위해 필요한 변경을 수행하는 작업이 포함됩니다.
개방 루프 및 폐쇄 루프 제어: 자가 교정과 고정 출력의 차이
개방 루프 제어 시스템은 비피드백 제어라고도 합니다. 이러한 시스템에는 입력이나 피드백에 따라 조정되지 않는 고정 출력이 있습니다. 개방 루프 제어 시스템의 구조는 일반적이며 입력, 설정점 및 출력을 포함합니다. 입력은 원하는 출력을 생성하는 데 사용되는 신호입니다. 설정점은 출력의 목표 값입니다. 출력은 실행 중인 프로세스의 결과입니다.
개방 루프 제어 시스템의 예는 다음과 같습니다.
- 토스터: 레버가 "켜짐" 단계에 있고 코일이 고정된 온도로 가열됩니다. 토스터는 지정된 시간까지 가열되어 토스트가 튀어나옵니다.
- 차량의 크루즈 컨트롤: 컨트롤은 고정된 속도를 유지하도록 설정됩니다. 이 시스템은 언덕이나 바람과 같은 변화하는 조건에 따라 조정되지 않습니다.
폐쇄 루프 제어: 일관된 출력을 위한 자가 수정
피드백 제어 시스템이라고도 하는 폐쇄 루프 제어 시스템은 일관된 출력을 유지하기 위해 자가 수정하는 기능이 있습니다. 개루프 시스템과 폐루프 시스템의 차이점은 폐루프 시스템은 자체 수정 기능이 있지만 개루프 시스템은 그렇지 않다는 것입니다. 폐루프 제어 시스템의 구조는 개루프 시스템과 유사하지만 피드백 루프를 포함합니다. 피드백 루프는 출력에서 입력으로 이어지므로 시스템이 변화하는 조건에 따라 지속적으로 모니터링하고 조정할 수 있습니다.
폐쇄 루프 제어 시스템의 예는 다음과 같습니다.
- 실내 온도 조절: 실내 온도에 따라 난방 또는 냉방을 조절하여 일정한 온도를 유지합니다.
- 사운드 시스템의 증폭 제어: 시스템은 일관된 사운드 레벨을 유지하기 위해 출력에 따라 증폭을 조정합니다.
피드백 제어 시스템: 제어 수준을 한 단계 끌어올리다
피드백 제어 시스템은 프로세스의 출력을 사용하여 입력을 제어하는 일종의 제어 시스템입니다. 즉, 시스템은 제어 중인 프로세스에서 신호를 수신하고 해당 신호를 사용하여 원하는 출력을 달성하도록 입력을 조정합니다.
피드백 제어 시스템과 관련된 다이어그램 및 이름
다음을 포함하여 피드백 제어 시스템과 관련된 여러 다이어그램과 이름이 있습니다.
- 블록 다이어그램: 피드백 제어 시스템의 구성 요소와 연결 방법을 보여줍니다.
- 전달 함수: 시스템의 입력과 출력 간의 관계를 설명합니다.
- 폐쇄 루프 시스템: 원하는 출력을 유지하기 위해 출력이 입력으로 피드백되는 피드백 제어 시스템입니다.
- 개방 루프 시스템: 출력이 입력으로 피드백되지 않는 피드백 제어 시스템입니다.
논리 제어: 단순화되고 효과적인 제어 시스템
논리 제어는 부울 논리 또는 기타 논리 연산을 사용하여 결정을 내리고 프로세스를 제어하는 일종의 제어 시스템입니다. 생산, 제조 및 전기 공학을 포함한 다양한 산업에서 널리 사용되는 단순화되고 효과적인 제어 시스템입니다.
논리 제어는 어떻게 작동합니까?
논리 제어 시스템은 다양한 입력을 처리하고 원하는 출력을 생성하도록 설계되었습니다. 기본 작동 방법은 다음과 같습니다.
- 시스템은 일반적으로 전류 형태의 입력 신호를 수신합니다.
- 그런 다음 입력 신호는 시스템에 저장된 설정 값 또는 포인트와 비교됩니다.
- 입력 신호가 정확하면 시스템이 특정 작업을 수행하거나 특정 설정으로 전환합니다.
- 입력 신호가 잘못된 경우 시스템은 올바른 값에 도달할 때까지 입력을 계속 수신합니다.
논리 제어 시스템의 예
논리 제어 시스템은 다음을 포함하여 광범위한 응용 분야에서 사용됩니다.
- 신호등: 신호등은 논리 제어를 사용하여 교통 흐름에 따라 빨간색, 노란색 및 녹색 표시등을 전환합니다.
- 산업용 로봇: 산업용 로봇은 로직 제어를 사용하여 용접, 페인팅 및 조립과 같은 복잡한 작업을 수행합니다.
- 자동 세탁기: 자동 세탁기는 논리 제어를 사용하여 사용자 입력에 따라 다양한 세탁 주기와 온도 사이를 전환합니다.
온-오프 제어: 온도 제어를 위한 가장 간단한 방법
On-Off 제어는 래더 시퀀스로 구성된 상호 연결된 릴레이, 캠 타이머 및 스위치를 사용하여 전통적으로 구현되었습니다. 그러나 기술의 발전으로 마이크로컨트롤러, 전문 프로그래머블 로직 컨트롤러 및 기타 전자 장치를 사용하여 온-오프 제어를 수행할 수 있게 되었습니다.
온-오프 제어의 예
온오프 제어를 사용하는 제품의 몇 가지 예는 다음과 같습니다.
- 실내 온도가 원하는 설정 아래로 떨어지면 히터를 켜고 위로 올라가면 끄는 가정용 온도 조절기.
- 냉장고 내부의 온도가 원하는 온도 이상으로 올라가면 압축기를 켜고 그 이하로 내려가면 압축기를 끄는 냉장고.
- 켜짐-꺼짐 제어를 사용하여 서로 다른 상호 연결된 순차적 작업을 트리거하는 세탁기.
- 특정 압력 수준을 유지하기 위해 온-오프 제어를 사용하는 공압 액추에이터.
온-오프 제어의 장단점
온-오프 제어의 장점은 다음과 같습니다.
- 구현이 간단하고 저렴합니다.
- 이해하고 수행하기 쉽습니다.
- 다양한 유형의 기계 및 작업에 사용할 수 있습니다.
온-오프 제어의 단점은 다음과 같습니다.
- 시스템에 급격한 변화를 일으켜 제어 중인 제품이나 공정에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
- 특히 열 질량이 큰 시스템에서는 원하는 설정값을 정확하게 유지하지 못할 수 있습니다.
- 전기 스위치와 릴레이가 마모되어 자주 교체해야 할 수 있습니다.
선형 제어: 원하는 출력을 유지하는 기술
선형 제어 이론은 선형 제어 시스템이 작동하는 방식을 제어하는 몇 가지 원칙을 기반으로 합니다. 이러한 원칙에는 다음이 포함됩니다.
- 바람직하지 않은 영향 무시의 원칙: 이 원칙은 시스템의 모든 바람직하지 않은 영향을 무시할 수 있다고 가정합니다.
- 가산성의 원리: 이 원리는 선형 시스템의 출력이 단독으로 작용하는 각 입력에 의해 생성된 출력의 합이라는 개념을 고수합니다.
- 중첩의 원리: 이 원리는 선형 시스템의 출력이 단독으로 작용하는 각 입력에 의해 생성된 출력의 합이라고 가정합니다.
비선형 사례
시스템이 가산성과 동질성의 원칙을 준수하지 않으면 비선형으로 간주됩니다. 이 경우 정의 방정식은 일반적으로 항의 제곱입니다. 비선형 시스템은 선형 시스템과 동일한 방식으로 작동하지 않으며 다른 제어 방법이 필요합니다.
퍼지 논리: 동적 제어 시스템
퍼지 논리는 퍼지 집합을 활용하여 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 일종의 제어 시스템입니다. 0과 1 사이의 연속 값을 갖는 논리 변수로 아날로그 입력 값을 분석하는 수학적 구조입니다. 퍼지 논리는 입력 신호의 변화를 처리하고 그에 따라 출력 신호를 조정할 수 있는 동적 제어 시스템입니다.
작동 중인 퍼지 논리의 예
퍼지 논리는 다양한 제어 작업을 수행하기 위해 많은 분야에서 사용됩니다. 여기 몇 가지 예가 있어요.
- 물 처리: 퍼지 논리는 처리장을 통과하는 물의 흐름을 제어하는 데 사용됩니다. 이 시스템은 물의 현재 상태와 원하는 출력 품질에 따라 유량을 조정합니다.
- HVAC 시스템: 퍼지 논리는 건물의 온도와 습도를 제어하는 데 사용됩니다. 이 시스템은 건물의 현재 상태와 원하는 쾌적도에 따라 온도와 습도를 조절합니다.
- 트래픽 제어: 퍼지 로직은 교차로를 통과하는 트래픽 흐름을 제어하는 데 사용됩니다. 시스템은 현재 교통 상황에 따라 신호등의 타이밍을 조정합니다.
결론
따라서 제어 시스템은 많은 산업에서 프로세스를 제어하는 데 사용되며 입력의 변화에도 불구하고 일관된 출력을 유지하는 시스템을 설계, 구현 및 유지 관리하는 것과 관련됩니다.
제어 시스템은 잘못될 수 없으므로 다음 프로젝트에서 사용하는 것을 두려워하지 마십시오! 그러니 계속해서 세상을 통제하십시오!
저는 Tools Doctor의 설립자이자 콘텐츠 마케터이자 아빠인 Joost Nusselder입니다. 저는 새로운 장비를 시험해 보는 것을 좋아하며 2016년부터 저희 팀과 함께 도구 및 제작 팁을 통해 충성도 높은 독자를 돕기 위해 심층적인 블로그 기사를 작성해 왔습니다.
