1. 자동제어계의 요소와 구성
1. 자동제어 장치의 분류
∙제어량의 성질에 따른 분류
프로세서제어 |
∙온도, 유량, 압력, 액위, 농도, 밀도 ∙생산공정중의 상태량, 외란의 억제를 주목적으로 함. |
서어보 기구 |
∙위치, 방위, 자세 ∙기계적 변위를 제어량으로 추종 |
자동조정 |
∙전압, 전류, 주파수, 회전속도, 힘 |
∙조절부 동작에 의한 분류
비례제어 |
∙P제어 ∙잔류편차(off-set)가 생기는 결점 |
비례미분제어 |
∙PD제어 ∙속응성 ∙과도특성 개선 |
비례적분제어 |
∙PI제어 |
비례적분미분제어 |
∙PID제어 ∙잔류편차제어 |
온-오프제어 |
∙불연속제어 |
∙제어목적에 따른 분류
정치제어 |
∙어떤 일정한 목표값을 유지하는 것 |
프로그램 제어 |
∙정해진 프로그램에 따라 제어량을 변화 시키는 것 |
추종제어 |
∙임의 시간적 변화를 하는 목표값에 제어량을 추종하는 것 |
비율제어 |
∙목표값이 다른것과 일정 비율 관계를 가지고 변화하는 것 |
2. 피이드백 제어계의 특징
∙정확성 증가
∙계의 특성 변화에 대한 입력 대 출력비의 감도 감소
∙비선형성과 왜형에 대한의과의 감소
∙감대폭 증가
∙발진을 일으키고 불안정한 상태로 되어가는 경향성
∙반드시 입력과 출력을 비교하는 장치가 있어야 한다.
2.라플라스 변환
3. 라플라스 변환
정의 :
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임펄스함수 |
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1 |
단위계단함수 |
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단위램프함수 |
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n차 램프함수 |
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정현파 함수 |
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| |
지수감쇠함수 |
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지수감쇠램프함수 복소추이 |
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정현파 램프함수 |
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지수감쇠정현파함수 |
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쌍곡선함수 |
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4. 라플라스의 성질
선형정리 |
∙ |
시간추이정리 |
∙ |
복소추이정리 |
∙ |
복소미분정리 |
∙ |
초기값정리 |
∙ |
최종값정리 |
∙ |
3.전달함수
5. 정의 : 모든 초기값을 0 으로 했을 경우 입력에 대한 출력의 비
6. 제어요소
비례요소 |
|
∙스프링 |
∙저항 R |
∙ ∙ |
∙ ∙ | ||
적분요소 |
|
∙유량 |
∙콘덴서 C |
∙ ∙ |
∙ ∙ | ||
미분요소 |
|
∙ ∙ | |
1차지연요소 |
|
∙ | |
2차지연요소 |
|
∙ |
7. 물리계와 대응관계
직선계 |
회전계 |
전기계 |
m 질량 B 마찰 k 스프링 χ 변위 F 힘 |
J 관성 B 마찰 k 스프링 θ 각변위 ω 가곡도 T 토크 |
L 인덕턴스 R 저항 C 콘덴서 θ 온도차 I 전류 E 전압 |
4. 블록선도와 신호흐름선도
8. 블록선도
∙공식
∙경로 : 입력에서 출력으로 가는 도중에 있는 각소자의 곱
∙폐로 : 입력으로 되돌아 오는 도중에 있는 각소자의 곱
9. 신호흐름선도
∙정의 : 제어계의 특성을 블록선도 대신 신호의 흠름의 방향을 전달과정으로 표시
∙공식
5. 자동제어계의 과도 응답
10. 시간응답 특성
① 오버슈트 : 과도상태중 계단입력을 초과하여 나타나는 출력의 최대 편차량
② 지연시간(시간늦음) : 정상값의 50% 에 도달하는 시간
③ 상승시간 : 정상값의 10~90%에 도달하는 시간
④ 정정시간 : 응답의 최종값의 허용 범위가 5~10% 내에 안정되기 까지 요하는 시간
⑤ 감쇠비
⑥ 과도현상은 시정수가 클수록 오래 지속된다.
11. 특성 방정식 : 폐루프 전달함수의 분모를 0 으로 놓은 식, 이때 의 근을 특성근이라 한다.
12. 임펄스 응답
입력과 출력을 알면 임펄스 응답을 알 수 있다.
13. 인디셜 응답
단위 계산 입력 신호에 대한 과도 응답
14. 1차 제어계의 과도 응답
15. 2차 제어계의 전달함수
특성 방정식 :
근 :
①
②
③
④
6. 편차와 감도
16. 정상편차
∙정상위치편차 : 입력이 단위 계산 함수 일 때 편차
∙정상속도편차 : 입력이 단위 램프 함수
∙정상 가속도 편차
17. 감도
계의 전달함수의 한 파라미터가 지정값에서 벗어났을 때의 전달함수가 지정값에서 벗어난 양의 크기
7.주파수 응답
18. 주파수 응답에 필요한 입력
∙정현파 입력
19. 벡터궤적
비례요소 |
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미분요소 |
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적분요소 |
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비례적분요소 |
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1차지연요소 |
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2차지연요소 |
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부동작시간요소 |
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20. 보드 선도
∙이득선도 : 횡축에 주파수와 종축에 이득값(데시벨)으로 그린 그림
∙위상선도 : 횡축에 주파수와 종축에 위상값(。)로 그린 그림
∙
21.
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8.제어계의 안정도
22. 루소 안정도 판별법
∙제어계의 안정조건 : 특성방정식의 근이 모두 s 평면의 좌반부에 있어야 한다.
∙조건 :① 모든 계수의 부호가 동일 할 것.
② 계수중 어느하나라도 0 아닐 것.
③ 루스 열수의 제1열의 부하가 같을 것.
23. 홀비쯔 판별법 : 특성방정식의 계수로서 만들어진 행렬식에 의해 판별하는 방법
24. 나이퀴스트 판별법 :
∙계의 주파수 응답에 관한 정보를 준다
∙계의 안정을 개선하는 방법에 대한 정보를 준다.
∙안정성을 판별하는 동시에 안정도를 지시해 준다.
∙안정조건
반시계 방향에서는 안쪽에 (-1,
시계 방향에서는 안쪽에 (-1,
25. 이득여유
∙이득여유는 위상선도가 -180。축과 교차하는 점에 대응되는 이득의 크기
∙이득여유
26. 나이퀴스트 선도에서 안정계에 요구되는 여유
∙이득여유
∙위상여유
27. 보드선도에서 안정계의 조건
∙위상여유
∙이득여유
∙위상 교점 주파수
28. 루소-훌비쯔 표를 작성할 때 제1열 요소의 부호 변환을 무엇을 의미는 s 평명의 우반면에 존재하는 근의 수를 의미한다.
29. 특성방정식의 근이 좌반부 즉, 음의 반평면에 있으면 안정한다.
30. 보상법
∙위치제어계의 종속 보상법중 진상요소의 주된 사용 목적은 속응성을 개선하는 것이다.
∙진상 보상기는 과도응답의 속도를 보상한다.
∙위상여유가 증가하고, 공진첨두값이 감소한다.
9. 근궤적법
31. 정의 : 개루프 전달함수의 이득정수 K를
32. 작도법
∙극점에서 출발하여 원점에서 끝남.
∙근궤적은
∙근궤적의 수 : 근 궤적의 수 (
∙근궤적의 대칭성 : 특성 방정식의 근이 실근 또는 공액복소근을 가지므로 근궤적은 실수축에 대하여 대칭이다.
∙근궤적의 점근선 : 큰
∙점근선의 교차점 : 점근선은 실수 축상에만 교차하고 그 수는
33. 근궤적상의 임의의 점의 K의 계산
34. 폐루프의 전달함수
35. 점근선의 교차점
36. 이득여유
10. 상태 방정식
37. 전이행렬
∙
①
②
③
④
38.
39.
∙라플라스 변환 함수의
∙
∙
∙
| ||
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11.제어기기
40. 변환요소
변환량 |
변환요소 |
압력 → 변위 변위 → 압력 변위 → 임피던스 변위 → 전압 전압 → 변위 광 → 임피던스 광 → 전압 방사선 → 임피던스 온도 → 임피던스 온도 → 전압 |
벨로우즈, 다이어프램, 스프링 노즐플래퍼, 유압 분사관, 스프링 가변저항기, 용량형 변환기 포텐셔미터, 차동변압기, 전위차계 전자석, 전자코일 광전관, 광전도 셀, 광전 트랜지스터 광전지, 광전 다이오드 GM 관 , 전리함 측온 저항(열선, 서미스터, 백금, 니켈) 열전대 |
41. 서보모터
∙원칙적으로 정역이 가능하여야 한다.
∙저속이며 거침없는 운전이 가능하여야 한다.
∙기계적 응답이 우수하여 속응성이 좋아야 한다.
∙급감속, 급가속이 용이한 것이어야 한다.
∙시정수가 작아야 하며, 기동토크가 커야한다.
42. 서미스터 : 감열저항체 소자로서 온도 상승에 따라 저항이 감소하는 특성을 가지며, 구성은 니켈, 망간, 코발트 등의 산화물을 혼합한 것이다. 주로 온도 보상용으로 사용된다.
43. 제너 다이오드 : 제너 다이오드는 정전압 소자로 만든 PN 접합 다이오드로서 정전압 다이오드라고 하며 전압의 범위는 약 3[V]~150[V]정도 까지 다양한 종류가 있다. 전압의 안전을 위해 사용한다.
44. 터널다이오드 : 증폭작용, 발진작용, 개폐작용
45. 실리콘 정류 제어소자
∙PNPN 구조
∙게이트 전류에 의하여 방전 개시 전압을 제어할 수 있다.
∙특성 곡선에 부저항 부분이 있다.
46. 제어계에 가장 많이 이용되는 전자 요소는 증폭기 이다.
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