열풍온도제어 파이널 레포트

문서 내 토픽

1. On-Off Control

On-Off Control 제어의 특성은 이득 kc를 매우 크게 하면 공정이 설정점으로부터 조금만 벗어나더라도 밸브는 한쪽 끝에서 반대편 끝으로 이동하는 민감한 작용이 있다. 이처럼 개폐식 작용으로 인해 불감영역이 제어기로 삽입되어 오차가 0 근처에서 변동하면 제어기가 켜짐과 꺼짐을 반복한다. On-Off Control은 동작이 간단하고 Offset이 발생하지 않는 장점이 있지만 오버슈트 및 헌팅이 발생하는 단점이 존재한다. Fan input이 10V일 때 최고 온도와 최소 온도가 2V일 때보다 낮은데, 이는 fan speed가 빠르면 공정의 온도 상승이 느려지고 식을 때 더 빨리 식게되기 때문이다. T1과 T2의 온도제어에서 T2의 경우 격막으로 둘러싸인 thermo couple이고, 1차계이기 때문에 제어 정밀도에 영향을 미쳐 sensor로부터 control까지 전달되는 전기 신호에 영향을 미친다.
2. On-Off Control with Hysteresis

Hysteresis는 어떤 물리량이 당시의 물리조건만으로는 결정되지 않고, 이전에 물질이 경과해온 상태의 변화과정에 의존하는 현상이다. 이때 비선형성, 이력현상, 드리프트, 동특성이 영향을 미치는 요인이 된다. 따라서 Overlap(amplifier hysteresis input 값의 절반)이 있어야 공정에 안정한 결과를 얻을 수 있다. Overlap이 요구되어지는 대표적인 예시로 온도감지 시스템을 통해 에어컨과 히터를 조절하는 시스템이 있다. Hysteresis를 이용할 경우 진폭이 커지게 되며, 이는 압력 변화의 영향으로 인해 출력값이 변해 온도의 변화폭을 더 크게 만들었기 때문이다.
3. Proportional Control

On-Off제어의 경우 Set Point 부근에서 끊임없이 진동하지만, P제어는 진동하지 않지만 값이 작을수록 On-Off 제어보다 Set Point에서 많이 떨어져 있으며 그 값에 도달하지 못하는 것을 확인할 수 있다. 이는 비례제어기가 단지 하나의 조절 매개변수인 제어기 이득을 가지기 때문이다. Kp값이 커질수록 Steady State Error은 감소한다. 외란이 작용할 경우 Kp값이 작을수록 외란에 의해 영향을 많이 받는다. 따라서 외란의 영향이 있을 경우 공정 제어가 더 어려움을 알 수 있다.
4. Proportional Plus Integral Control

적분 제어를 비례 제어에 추가한 제어기를 PI Controller라고 한다. 적분동작제어의 추가는 응답시간을 더 빨리 도달하게 하고, 정상상태에 도달하는데 더 오랜 시간이 걸리게 된다. Kp값이 증가하면 응답시간이 더 빨라지고, KI가 높을수록 정상상태에 도달하는데 더 오랜 시간이 걸리게 된다. 적분동작제어의 추가는 응답차수를 증가시켜 그래프를 더 완만하게 만들고 Offset을 제거시켜준다.
5. Feedfoward Control

Feedfoward Control은 미리 외란을 측정하여 이로 인해 발생할 수 있는 오차를 방지하는 제어이다. Kf값의 변화에 따라 제어기의 이득 Kc값을 변화시켜 공정을 제어한다. Kf값이 커질수록 Overshoot을 감쇠시키고 작은 외란도 크게 감지하여 Set Point보다 더 낮은 쪽에서 Overshoot값을 얻는다. Feedfoward 제어가 되지 않는 경우 외란에 대해 새로운 설정점에 이르기까지 큰 Overshoot을 가지게 된다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. On-Off Control

On-Off control is a simple and widely used control strategy in various industrial applications. It is characterized by a binary output that switches between two discrete states, typically 'on' and 'off', based on the comparison of the process variable to a set point. The main advantage of On-Off control is its simplicity, as it does not require complex calculations or tuning parameters. It is particularly suitable for systems with large time constants or where tight control is not critical, such as in temperature regulation for home appliances or basic level control in storage tanks. However, On-Off control can also lead to oscillations around the set point, which can be undesirable in some applications. To address this, more advanced control strategies, such as Proportional-Integral-Derivative (PID) control, are often employed to provide smoother and more precise control.
2. On-Off Control with Hysteresis

On-Off control with hysteresis is a variation of the basic On-Off control strategy that introduces a deadband or hysteresis around the set point. This means that the control output will not switch immediately when the process variable crosses the set point, but rather only when it reaches a certain threshold above or below the set point. The introduction of hysteresis helps to reduce the frequency of switching between the 'on' and 'off' states, which can be beneficial in several ways. First, it can help to prevent rapid cycling of the control output, which can lead to wear and tear on the actuators or other components. Second, it can help to stabilize the process and reduce the amplitude of oscillations around the set point, particularly in systems with significant time delays or lags. On-Off control with hysteresis is commonly used in applications where tight control is not critical, but where excessive switching should be avoided, such as in temperature regulation for HVAC systems or level control in storage tanks.
3. Proportional Control

Proportional control is a more advanced control strategy that provides a continuous control output proportional to the error between the process variable and the set point. Unlike On-Off control, which has a binary output, Proportional control generates an output signal that varies linearly with the error. This allows for more precise and stable control of the process, as the control output can be adjusted gradually to maintain the process variable close to the set point. The main advantage of Proportional control is its ability to reduce steady-state error, which is the difference between the process variable and the set point when the system is in a steady state. However, Proportional control alone may not be sufficient to eliminate steady-state error, particularly in the presence of disturbances or load changes. To address this, more advanced control strategies, such as Proportional-Integral-Derivative (PID) control, are often employed.
4. Proportional Plus Integral Control

Proportional-Integral (PI) control is an extension of Proportional control that adds an Integral term to the control algorithm. The Integral term accumulates the error over time and adjusts the control output accordingly, effectively eliminating steady-state error. The Integral term allows the control system to 'wind up' or 'wind down' the control output to compensate for disturbances or load changes, ensuring that the process variable is maintained at the desired set point. PI control is widely used in industrial applications where tight control and elimination of steady-state error are important, such as in process control, motor speed control, and temperature regulation. The addition of the Integral term, however, can also introduce potential issues, such as integral windup, which can lead to instability or overshoot. Proper tuning of the Proportional and Integral gains is crucial to achieve optimal performance and stability in a PI control system.
5. Feedfoward Control

Feedforward control is a control strategy that complements feedback control by using information about the system's inputs or disturbances to anticipate and compensate for their effects on the process variable. Unlike feedback control, which reacts to errors after they occur, feedforward control proactively adjusts the control output based on the anticipated changes in the system. This can lead to faster and more effective control, as the system can respond to disturbances or load changes before they have a significant impact on the process variable. Feedforward control is particularly useful in applications where the relationship between the inputs and the process variable is well-understood, such as in chemical processes or manufacturing operations. By incorporating feedforward control, the control system can better maintain the desired set point and reduce the burden on the feedback control loop, leading to improved overall system performance. However, the effectiveness of feedforward control is dependent on the accuracy of the model used to predict the system's behavior, and it may require additional sensors or measurements to provide the necessary input information.