on-off-제어, p-제어 , pi-제어, pd-제어, pid-제어

소개

그림1.1 - 솔레노이드 사용공정
그림1.2 - 중립영역(on-off 제어)
그림1.3 - ON-OFF 액위 제어 시스템

그림2.1 - 비례 제어의 개념
그림2.2 - 비례제어 사용 공정
그림2.3 - 공정변수와 밸브위치에 따른 게인값 (비례제어)
그림2.4 - 공정특성
그림2.5 - 비례제어 공정응답

그림3.1 - 오차의 계단 변화에 대한 PI 제어기의 응답
그림3.2 - 비례제어공정응답
그림3.3 - 비례적분(재설정) 제어 공정응답

그림4.1 - 오차의 선형 변화에 대한 PD 제어기의 응답
그림4.2 - 설정치 경사변화에 의한 미분동작(제어루프개방)

그림5.1 - PID 제어기 동작

목차

1. ON-OFF - motion, On-OFF controll ; 온오프 제어

2. P - motion , proportional control ; 비례제어

3. PI - motion, proportional-plus-reset(integral) control ; 비례적분제어

4. PD - motion, proportional-plus-rate(derivative)control; 비례미분제어

5. PID - motion, proportional-integral-derivative control; 비례적분 미분제어

7. 이상의 제어기의 종류별 특징의 정리

6. 제어기 설계시 고려할 점

본문내용

1. ON-OFF - motion, On-OFF controll ; 온오프 제어
조작자의 작업을 더욱 용이하게 하기 위하여 그림에서와 같이 수동밸브 대신에 전기구동형 솔레노이드밸브를 설치한다고 가정하자. 솔레노이드밸브를 같은 장소에서 조작하기 위하여 2개의 조작스위치 HS1, HS2를 설치한다. 밸브의 운전상태는 완전 개방위치(on)와 완전 닫힘위치(off)의 2가지 상태가 있을 수 있는데 이러한 제어형식을 on-off 제어라고 부른다.
그림1.1 - 솔레노이드 사용공정

레벨이 일정한 정상상태를 유지하고 있는 경우 주제어관점은 탱크 유체의 온도를 일정온도로 유지하는 것이다. 조작자가 만일 탱크내 유체의 온도를 40℃로 유지하려고 한다면 운전자는 온도지시기의 눈금을 읽어 목표치와 비교하여 제어전략을 구상하게 되는데 이를 제어방식(control mode)이라고 부를 수 있다. 이 경우 명백한 운전방식은 만일 탱크내 유체의 온도가 40℃이상 이라면 탱크로 들어오는 뜨거운물이 들어오는 입구측 밸브를 닫아야 하고 유체온도가 40℃이하인 경우에는 뜨거운 물이 들어오는 입구측 밸브를 열어야 할 것이다. 이러한 제어방법에서의 문제점은 운전자는 거의 계속해서 밸브를 열었다 닫았다 하여야 할 것이고 유체의 온도는 맥동하게 될 것이다.
또한 에너지가 탱크 내로 들어가거나 나올 때 시간이 걸리기 때문에 유체의 온도는 40℃ 위 또는 아래의 어느 일정한 범위에서 동요하게 된다.
그림1.2 - 중립영역(on-off 제어)

이러한 맥동현상의 크기는 일차적으로 공정지연과 조작자에 의한 공정변수, 탱크레벨과 유체 온도의 실제치(PV)와 설정치(SP)와의 오차판단상의 주의력에 의존한다.
결국 조작자는 밸브의 너무 빈번한 개폐에 의하여 밸브의 마모를 염려하여 조작자의 개인적 특성에 따라 공정변수를 설정치 주위의 어느 일정한 중립영역(neutral zone)내에서 유지하려고 노력하게 된다.

참고자료

· 1) 최중근, 화학공업 공정의 계측제어와 계장, 형설출판사, p.233~248 (1997)
· 2) 권욱현/최기원, 프로세스제어의 기초, 세화, p.242~246 (2000)
· 3) 연세대학교 신에너지/환경시스템 연구소, 화공 계측 제어, 교육인적자원부, p.142~163 (2003)
· 4) James B.Riggs, 화학공정제어, 아진출판사(2000)