기계공학 대학원 전공면접 제어공학 개념 정리본

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본문내용

*설계란, 주어진 목적을 달성하기 위해 시스템의 모양, 부품, 세부사항을 파악하고 고안해내는 것입니다.
*규격이란, 장치나 제품의 목적과 기능을 명확히 기술하는 것입니다.

*CAD, CAE, CAM의 차이
 CAD : 도면설계 프로그램입니다. (ex. 솔리드웍스 3D 도면 생성)
 CAE : CAD로 작성한 모델의 성능을 컴퓨터로 검토할 수 있는 프로그램입니다. 시뮬레이션을 통해 모델의 성능을 제조하지 않고도 실험할 수 있습니다. (ex. 솔리드웍스 시뮬레이션)
 CAM : 공장자동화 시스템으로 제조와 가공을 하는데 컴퓨터를 이용하는 시스템입니다. (ex. 3D 프린팅)

*제어(제어기 설계의 목적)란, 어떤 시스템의 출력이 원하는 값(reference)을 따라가도록 입력신호(control signal)를 조절하는 것입니다.
 tracking (=servo) : 시스템의 출력이 원하는 값을 따라가도록 입력신호를 제어합니다. ex. 토크, 압력, 온도, 속도
 regulation : 시스템의 출력이 초기 상태나 외란에 상관없이 고정된 값에 머물도록 제어합니다. ex. 차량 진동 상쇄

*제어의 3요소
(1) Controller(제어기) : 제어 대상의 출력값이 제어 목표값을 따라가도록 하기 위한 제어 입력을
계산합니다. (ex. PID 제어기)
(2) Actuator : 제어 입력에 의해 실제 actuation을 수행합니다. (ex. 모터, 액추에이터)
(3) Sensor : 피드백 제어를 위한 출력 신호를 측정해 정보를 제공합니다. (ex. 엔코더, 온도 센서 등등)

*용어 정의
 Plant : 제어하고자 하는 시스템, Actuator + process
 Process : 제어하고자 하는 수학적인 모델
 Output : 제어 대상값 = process 출력값
 Reference : 제어 목표값
 Disturbance : 필연적이고 제어불가능한 입력값
 Sensor noise : 센서의 성능을 결정짓고 필연적인 에러인 입력값
 Input filter : reference 신호를 [1]전기적인 형태로 바꿔주는 역할 혹은 reference 신호를 [2]필터링하여 제어 성능을 향상시키는 역할

*제어종류
(1) Closed-loop 제어 = feedback 제어 : 센서로 현재 출력값을 측정하여 목표값과 비교해 제어 입력을 계산합니다.
 제어 성능에 영향을 주는 모델의 정확도에 덜 민감하고 외란의 영향력을 감소할 수 있어 Open-loop 제어보다 제어 성능이 훨씬 좋습니다.
 시스템이 불안정하다면, 제어기의 설계로 안정화할 수 있는 방법이 있습니다.
 목표값과 실제 출력값의 오차를 최소화하도록 제어기를 설계합니다.
 이득이 감소합니다.  외란의 영향력을 감소시키는 것에 따른 대가

(2) Open-loop 제어 : 피드백없이 목표값으로부터 제어 입력을 계산합니다. (ex. 세탁기, 자판기)
 구동기가 플랜트를 직접 제어합니다.
 센서를 사용하지 않아 센서 노이즈의 영향이 없습니다.
 외란에 매우 취약합니다.
 시스템이 불안정하다면, 제어기의 설계로 안정화할 수 있는 방법이 없습니다.