3.자동제어의 시간적 성질에 따른 분류

1.2 자동제어의 분류

나. 목푯값의 시간적 성질에 따른 분류

가)정치제어 (Constant-Value Control)

목푯값(설정값)이 시간에 대하여 변화하지 않는 제어

예)프로세스제어, 자동조정 등

나)추치제어

출력의 목표치가 시간에 대하여 변화하는 제어

(가) 추종제어 (Follow-up Control)

(나) 프로그램 제어 (Program Control)

예) 열처리 로(爐)의 온도제어, 무인운전 열차 등

(다) 비율제어 (Proportion Control)

목푯값이 다른 양과 일정한 비율 관계를 맺고 변화하는 경우의 제어

예) 보일러의 자동연소제어, 암모니아의 합성 프로세스 제어 등

(라) 종속제어 (Cascade Control)

프로세스 제어에서 널리 사용함. 1개의 조절기 4차 조절기 또는 주조절기의 충 따라 다른 조절기(2차 조절기 또는 부조절기)의 목표치를 변경시켜 행하는 제어로서 비율유량제어와 같이 2개의 제어량 사이에 어떤 관계를 맺는 경우나 제어 대상에 지원시간이 있는 등에 유효한 제어방식이다.

예) 아래 그림 1-8에서 보듯이 온도를 검출하여 온도조절계의 출력으로 연료밸브를 조작하는 대신에 연료의 유량제어를 통하여 이 유량 조절기의 목표치를 온도조절기의 출력이 주고 있다. 즉, 2개의 제어량 사이에서 희망하는 관계를 가릴 수 가 있으며 더욱이 종속 제어량의 변화가 주제어량에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다.

다. 제어동작에 의한 분류

제어동작이라 함은 어떤 동작신호에 따라 조작량을 제어대상에 주어 제어편차를 감소시키는 동작을 말한다.

 

* 연속 데이터 제어

-OnVOIE 제어 -비례제어 - 적분제어 -미분제어

- 비례적분제어 - 비례미분제어 - 비례적분 미분제어

 

* 불연속 데이터 제어

* 샘플값 제어

 

가) 연속 데이터 제어 (Continuous data Control)

제어량이 목푯값과 일치하는가를 항상 비교하여 편차가 있을 때는 수시로 수정하여 늘 제어량이 목푯값과 일치하도록 하는 것

나) 불연속 데이터 제어 (Non-Continuous data Control)

제어량과 목푯값은 항상 비교는 하나 그 편차가 어느 값 이상일 때만 조작 동작을 하는 경우 또는 제어량과 목푯값과의 비교를 일정한 시간 간격을 두고 하여 편차가 있을 때는 즉시 조작 동작 하는 경우로서 릴레이 형(개폐형, on/off type) 제어계가 이에 속하며 열 조정, 온도조정, 수위면 조정 등에 사용한다.

다) 샘플값 제어 (Sampled data Control)

제어신호가 계속해서 측정한 샘플값일 때 샘플값 제어라 한다.

예) 레이더 추적 : 매 회전마다 한 번씩 검사

 

라. 제어장치의 에너지에 의한 분류

가) 자력 제어

조작부를 움직이는데 별도로 보조 동력이 필요하지 않고 조절기로부터의 제어신호 자체를 이용하는 제어이며 구조가 간단하고, 동작이 확실하며 가격이 저렴하다.

예) Float에 의한 수위 제어, 바이메탈에 의한 온도제어 등

나) 타력 제어

조작부를 움직이는 데 별도의 보조 동력을 이용하고 있는 제어로서 구조가 복잡하고 가격이 비싸다. 또한 정보처리, 조작력, 조작 속도 면에서 우수하다. 공기, 유압, 전기 등의 보조 동력을 사용한다.

 

1.3 제어 동작

가. 2위치 제어 동작 (ON-OFF Control action)

2위치, 비례 그리고 혼합제어 방식은 온도, 습도 및 압력 등을 제어하기 위한 피드 백제어 방식의 일종이며, 이러한 제어 방식들은 피드백 제어계를 구성하는 조절부에서 결정된다.

다시 말해서 조절부에서는 그림 1-9와 같이 피드백되어 돌아오는 검출량(현재 제어 대상의 상태)과 목표치를 비교하여 목표치로부터 벗어나는 양(제어편차)을 판단하고, 그 제어편차를 제거하기 위한 제어신호를 발생하게 되는데, 어떠한 방식의 조절기를 사용했는가에 따라서 2위치, 비례 또는 혼합 제어 동작 중 하나의 방식이 결정된다.

2위치 동작이란 「조작량 또는 조작량을 지배하는 신호가 입력의 크기에 의해 2개의 정해진 값 중 어느 쪽인가를 취하는 동작』을 말하며, ON-OFF 동작이라고도 한다.

이 동작은 그림 1-10(a)과 같이 목표치를 중심으로 해서 ON과 OFF의 동작을 하는 데 실제로는 릴레이, 전기접점 등이 접점이 붙고 떨어질 때 지연이 되므로, ON 될 때의 편차 위치와 OFF 될 때의 편차 위치가 일치하지 않고, 그림 1-10(b)과 같이 동작 신호가 목표치로부터 +A만큼 벗어난 곳에서 ON에서 OFF로 바뀐다. 한번 OFF가 되면 동작 신호가 -A가 될 때까지 ON 되지 않는다. 이 +A와 -A와의 사이, 즉 ON과 OFF의 간격을 동작 간격이라 한다.

동작 간격이란 2위치식 조절기의 감도를 말하는 것으로서 고정의 것과 가변의 것이 있다. 정밀한 제어를 하기 위해서는 이 동작간격을 작게 하면 되지만 대단히 동작 간격을 좁게 하면, 즉 조절기의 감도를 어떤 한도 이상으로 높이게 되면, ON/OFF의 주 기가 극히 짧아져서 전자밸브 등 가동부분의 진동이 심하여 손상을 가져올 수 있고 소음도 발생하여 바람직하지 못하다

나. 다위치 제어 동작 (Multi step Control action)

2위치 동작에는 편차가 조금만 동작간격을 벗어나도 조작량이 0(%) 또는 100(%)의 변화가 일어나므로 제어량이 주기적으로 크게 변화한다. 이것을 완화하기 위하여 동작 신호의 크기에 따라 조작량을 3단 또는 그 이상의 단계를 두어 제어하는 것을 다위 치 동작이라 하며 이 단계가 많아지면 실질적으로 비례동작에 가까워진다. 이러한 다위치 동작은 대용량의 전기히터 등의 제어에 많이 사용된다.

 

 

다. 단속도 제어 동작 (Floating Control action)

2위치 동작이나 다위치 동작에서 조작량의 변화는 정해진 값만 취할 수밖에 없지만, 단속도 동작(플로팅 동작이라고도 함)은 그림 1-12와 같이 2위치 동작 간격에 해당하는 중립 대를 가지고 있다. 목표치로부터 벗어나는 편차가 중립 대 내로 들어오면 그림 1-13과 같이 밸브는 그대로의 위치를 고수한다.

 

그리고 편차가 중립 대를 벗어나면 그만큼의 편차 신호에 따라 밸브 개도는 일정한 속도로 변화한다. 단속도 동작은 2위치 동작처럼 사이클링을 만드는 경향이 있지만 조 작부의 속도를 정확하게 선택함으로써 최소로 억제할 수 있다.

그 움직이는 속도가 너무 빠르면 2위치 동작이 되어 버려서 큰 사이클을 일으키며, 너무 길면 주기가 길어져서 급격한 부하 변화에 따라가지 못하기 때문에 큰 편차가 발생하게 된다. 일반적으로 조작부의 움직이는 속도는 가장 빠른 부하 변동에 충분히 응할 수 있을 정도로 선택된다.

단속도 제어방식은 압력이나 액면 제어 등과 같이 응답이 빠른 프로세스에는 유효하지만 온도 등과 같이 지연이 큰 프로세스에는 불안정해진다.