인천대 기계공학실험 제어 실험 레포트

소개

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목차

1. 실험 이론
2. 실험 결과 및 분석
3. 고찰

본문내용

1. 실험 이론
이 실험의 목적은 제어시스템에서 개루프 제어와 폐루프 제어의 차이 및 폐루프 제어의 일종인 PID 제어를 이해하고, 적절한 gain 값을 실험을 통해 찾아 봄으로써 제어 방법이 제어 성능에 미치는 영향 확인하는 것이다.
제어란 시스템이 원하는 방향으로 동작하도록 입력을 조절하여 원하는 출력을 만드는 행위 및 조작을 말한다. 시스템의 입력이 출력을 반영하는지 여부에 따라 폐루프(close loop) 제어와 개루프(open loop) 제어로 구분할 수 있다. 개루프 제어는 구조가 간단하고 유지보수 비용이 저렴하다는 장점이 있지만, 외란에 취약하다는 단점이 존재한다.
PID 제어는 폐루프 제어의 일종으로 측정된 출력으로부터 오차를 계산하고, 오차에 대 한 비례, 적분, 미분 동작의 조합을 통해 제어를 수행하는 기법이다. 비례항(P)에서는 오차 에 비례하는 입력을 인가하여 목표값에 빠르게 도달하도록 만들 수 있다. 적분항(I)에서는 오차의 적분값을 입력에 추가하여 정상상태 오차를 개선할 수 있으며, 미분항(D)에서는 미 오차의 미분값을 추가하여 과도응답에서 오버슈팅과 진동현상 등을 개선할 수 있다.
제어 시스템의 입출력 사이 관계는 라플라스 변환을 통해 전달함수로 표현이 가능하다. 본 실험에서 사용된 2DOF 무인기 실험장치의 pitch축 개루프 전달함수는 이득 K에 대해 다음과 같이 표현할 수 있다.

<중 략>

3. 고찰

- open/closed-loop responses 결과를 비교하고, 제어 성능 측면에서 어느 것이 더 낫다고 생각하는 지 정당하게 서술하세요.

외란이 없는 이상적인 경우 open loop제어와 close loop 제어 모두 gain을 적절히 조절 하여 pitch각을 원하는 각도가 되도록 제어할 수 있었다. 하지만 외란이 발생할 경우 open loop 제어는 오차에 대처하지 못하는 반면, close loop는 외란이 발생해도 피드백을 통해 이를 보정할 수 있어 시간이 지나 다시 원하는 각도로 수렴함을 확인하였다.

참고자료

· Katsuhiko Ogata, 현대제어공학 5판, PEARSON, 2016, pp. 4~30, 245~259