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[공학]2단수조의 액위 제어 실험

2단수조의 액위 제어 실험(Liquid Level Control With 2-tanks in Series)1. 실험목적본 실험은 화학공정제어의 이론적인 바탕을 배경으로 실제 공정에 대한 제어실험을 통하여 화학공정제어 특히 PID Controller에 대한 기본적인 내용과 각각의 변수들을 실험에 의하여 구하고 이들이 의미하는 바를 자세히 알 수 있다는 것에 그 의미를 부여할 수 있다. 일반적으로 오늘날 현장에서 가장 많이 사용되고 있으며 가장 간단한 형식으로서 그 구조가 간단하면서도 광범위한 조업상태에서 강건한 성능을 보이는 제어기의 형태가 PID(Proportional Integral Derivative) Controller이다. 또한 이 PID 제어기는 공정 조업자들이 쉽게 조작 할 수 있으며 조율(Tuning)하기가 용이하다. 그러나 적절한 조율변수를 구하기 위해서는 우선 공정의 모델(일반적으로 Transfer Function)을 구하여야 하며 이를 위한 많은 공정인식방법들이 제안되어져 왔다. 이들중 가장 기본적인 PRC방법을 이용하기로 한다. 일단 공정모델을 구한 후에는 세 가지의 조율변수의 최적값은 공정모델로부터 계산될 수 있다. PID controller에서의 세 가지 조율변수는 Proportional Gain, Integral Time Constant, Derivative Time Constant 이다. 이 교재는 기본적으로 Theoretical Background, Control Structure Instrumentation, System Identification, Controller Tuning Method, Real Time Application으로 이루어져 있으며 이 과정을 따라 실험을 하며 시간은 약 6-8시간으로 이루어 질 것이다.2. 실험이론2-1 PID제어기소위 PID되먹임제어기의 기본동작모드는 비례(proportional, P), 적분(integral, I), 그리고 미분(derivative, D)의 세 가지이다. 그림 1-1에 보2는 되먹임제어기에 대한 블록선도이다. 설정값은 이것이 보통 제어기에 부착된 다이얼 값 혹은 레버 위치로 지정되기 때문에 점선으로 나타낸다. 많은 제어기는 이 국부적인 설정값 외에, 다른 제어기 혹은 디지털컴퓨터와 같은 외부장치로부터 설정값 신호를 받을 수 있는 원격(remote) 설정값 사양을 갖고 있다. 제어기의 입력과 출력신호는 공압 혹은 전기의 연속신호이다.그림 1-22-2 비례제어되먹임제어에서 목적은 다음의 오차신호를 0으로 감소시키는 것이다.여기서,위식은 설정값이 시간에 따라 바뀔 수 있음을 나타내지만, 대부분의 공정제어문제에서 오랜 시간 동안 일정하게 유지되는 경우가 많다.비례제어에서 제어기출력은 오차신호에 비례한다.여기서 각 기호는 다음과 같다.비례제어동작의 근본개념은 다음과 같다. (1) 설정값과 피제어변수 사이의 차이에 대하여 제어기 출력이 원하는 감도로 변하도록 제어기이득은 조절될 수 있다. (2)의 부호는 제어오차가 증가함에 따라 제어기 출력이 증가(혹은 감소)하도록 선정될 수 있다. 따라서는 양수로 선정되어야 한다.비례제어기에서 바이어스는 조절될 수 있다. 제어기출력은 오차가 0일 때와 같기 때문에,는 제어기 출력이(결과적으로 조작변수) 그들의 정상적인 정상 상태 값과 같도록 조절되어진다. 예를 들어, 만약 최종제어요소가 제어밸브이며,는일 때 제어밸브를 통하는 유량이 정상 상태 값과 같도록 조절된다. 제어기이득도 조절 가능하며 보통 제어기가 설치된 후에 조율된다. 일반 용도의 제어기에서는 무차원이다. 제어기이득이 무차원이 아니면, 이것은 전송기나 제어밸브와 같은 제어루프의 다른 요소에 대한 정상상태이득을 포함한다.몇몇 제어기, 특히, 구 모델의 제어기들은 제어기이득 대신에 비례폭(proportional band;PB)을 설정하도록 되어 있다. 비례폭 PB는 %로 나타내며으로 정의된다. 이 정의는가 무차원인 경우에만 적용되며, 작은(좁은) 비례폭은 큰 이득에 대응되는 반면에, 큰(넓은) PB값은 작은값을 의미한다.비례제어기의 전달함수를 유set) 혹은 유동(floating)제어라고도 한다. 제어기출력은 제어오차의 시간에 대한 적분에 비례하는데,여기서는 적분시간 혹은 재설정시간이라 하며, 시간의 단위를 갖는다. 상용제어기에서 제어기변수는 조정이 가능하다.적분제어동작은 오프셋을 제거한다는 중요한 실제적인 장점을 제공하기 때문에 널리 사용된다. 오프셋이 왜 제거되는지 이해하기 위하여, 식 (8-7)을 생각하여 보자. 만약 공정이 정상상태에 있으면, 오차신호와와 제어기출력는 일정한 값을 갖는다. 그러나 일단 제어오차가 발생되면는이 될 때까지 바뀔 것이다. 이리하여, 적분동작이 사용되어지면,는 설정값변화 혹은 지속되는 부하변화가 일어난 후 정상상태오차가 없어질 때까지 변하며, 결국 오차가 없어지는 새로운 값에 도달할 것이다. 이러한 동작은 제어기출력 혹은 최종제어요소가 포화되어(한계 값에 도달하여) 피제어변수를 원하는 설정값으로 보낼 수 없는 상황이 발생하지 않는 한 지속된다.오프셋의 제거가 중요한 제어의 목적이기는 하지만, 위식의 적분제어기는 오차신호가 상당 기간 동안 지속되지 않는 한 제어동작이 충분히 커지지 않기 때문에 독자적으로 사용되는 일은 드물다. 반면에 비례제어동작은 오차가 검출되자마자 즉각적인 수정동작을 취한다. 따라서, 적분제어동작은 보통 비례 제어와 결합되어 비례적분(PI)제어기로 사용된다.위식의 PI제어기에 대한 대응되는 전달함수는로 주어진다.의 단위계단변화에 대한 PI제어기의 응답을 그림 1-3에 보였다. 초기시간에서, 제어기출력은 비례동작에 의해 순간적으로 변화한다. 적분동작은에서의 경사형의 증가를 야기한다.일 때, 적분항은 제어기출력에 비례항과 같은 크기의 제어신호를 가하며에서는 비례항의 2배에 해당되는 제어신호를 더해주게 된다. 즉, 제어오차가 일정한 값을 유지하는 경우, 적분항은 매(분)마다 비례동작의 제어신호크기만큼 반복하며 누적하는 동작을 일부 상용제어기는(분) 대신에(회/분)의 항을 사용하기도 한다. 예를 들어,(분)은 5(회/분)의 값을 갖는에 대응된다.적분동작도 단 pre-act 혹은 anticipatory제어라고도 한다. 이 기능은 오차신호의 미래 거동을 출력의 변화율을 고려하여 예측하는 것이다. 비례제어기는 제어오차가 어떻게 변해가고 있는지에 대한 정보는 이용하지 않고, 단지 주어진 시점에서의 온도제어오차에 비례하여 동작한다. 적분기능의 첨가도 이런 상황의 대처에는 역시 효과적이지 못할 것이다. 사실 적분방식은 외란이 지속되는 시간의 길이에 비례하여 수정동작을 축적하며, 느린 외란에 대해서만 큰 수정동작을 생성할 수 있다.이제 능숙한 조업자가 제어오차의 변화추세에 대응하는 제어전략을 자동제어기의 한 기능으로 통합하는 것은 바람직한 일일 것이다. 이 기능을 구현하는 한 가지 방법은 피제어변수의 변화율에 비례하는 제어동작을 이용하는 것이다. 이렇게 구성된 이상형(ideal)인 미분동작은으로 표현되며, 여기서는 미분시간이라 하고, 시간의 단위를 갖는다. 제어기출력은 오차가 일정한 동안은(즉,인 동안은) 바이어스값와 같다. 이러한 이유로 미분동작은 단독으로는 절대 사용되지 않으며, 항상 비례 혹은 비례-적분 제어와 연결하여 사용된다.예를 들어, 비례제어와 결합한 PD제어기는의 이상형의 전달함수를 갖는다. 미분동작은 예측제어기능을 제공함으로써 제어계를 안정화시키려는 경향을 갖는다. 이것은 적분동작의 안정화 저해 경향을 보상하도록 하는 데 사용된다.미분제어는 또한 공정의 정착시간을 줄여서 피제어변수의 동적응답을 개선하는 경향이 있다. 그러나 만약 공정 측정에 잡음이 많이 포함될 때에는 즉, 높은 주파수의 램덤신호가 포함되면, 측정된 (피제어)변수의 미분값은 심하게 변하게 되고, 결국 미분동작은 잡음을 증폭시키는 효과를 보인다. 따라서 유량제어루프와 같이 측정에 많은 잡음이 동반되는 제어루프에서는 미분동작이 거의 사용되지 않는다.미분동작은 비례 및 적분제어동작과 결합되어 이상형인 PID제어기를 형성한다. 이상형 PID제어기 식은 세 제어방식을 합하여 다음과 같이 되고,①이것은의 전달함수를 갖는다. 그러나, 위와 같은 이상형 미분서에도 같은 유형의 변화가 있을 때), 미분항이 매우 커지고, 따라서 최종제어요소에 derivative kick이라 하는 갑작스런 변화를 준다. 이 갑작스런 변화는 바람직하지 않으므로 미분동작을 오차신호대신에 측정신호에 근거하여 수행함으로써 피할 수 있다. 따라서, ①의를로 치환하면의 식이 얻어진다. Derivative kick을 제거하는 이 방법은 대부분 상용제어기의 기본기능이 되어 있다.2-5 되먹임제어계의 전형적인 응답그림 1-4에 보인 응답은 부하변수에 계단변화가 일어난 후 나타나는 피제어공정의 전형적인 거동을 예시한다. 피제어변수는 초기정상상태값과의 편차로 표현되어 있다. 되먹임제어가 사용되지 않으면, 공정은 새로운 정상상태로 천천히 접근하게 된다. 비례제어는 공정응답을 빠르게 하고 오프셋을 줄인다. 적분제어동작의 첨가는 오프셋을 제거하나 응답이 더 진동하도록 만든다. 미분동작의 첨가는 진동의 정도와 응답시간을 모두 줄여 준다.P, PI, PID제어기의 사용이 항상 진동하는 응답을 주는 것은 아니다. 이것은 제어기조율값(및)의 선택과 공정동특성에 따라 달라지는 것이다. 그러나 그림 8.9의 응답은 잘 조율된 제어계에서 실제 일어나는 응답의 전형적인 형태이다.각 제어기 조율값의 따른 정성적 효과는 그림 1-5 ~ 그림 1-7와 같다. 일반적으로 제어기이득의 증가는 공정응답을 빠르게 만드는 경향이 있으나, 만약 너무 큰값이 사용되면, 응답이 심한 진동을 보이거나 불안정해지기까지 한 그림 1-4 다. 즉, 중간 정도의 적절한값이 가장 좋은 제어 결과를 주는 것이 보통이다. 이 지침은 그림 1-5에 보인 비례제어기뿐만 아니라 PI 및 PID제어에서도 사용된다.보통 그림 1-6에 보인 바와 같이 PI 및 PID제어에서 적분시간의 증가는 응답을 더 느리게 만든다. 이론적으로, 오프셋은 0과 ∞ 사이의 어떤값을 사용하더라도 제거될 수 있다. 그러나, 극단적으로 큰값에서는 피제어변수가 부하변동 혹은 설정값변화가 일어난 후 매우 천천히 설정값으로 되돌아간다. 미분시간

공학/기술| 2006.11.30| 9페이지| 1,000원| 조회(509)

정상상태, PID제어, 비례적분미분, 2단수조의액위제어, 액위제어

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[문학] 장미의 이름

장미의 이름지금 이렇게 글을 쓰기까지 꼬박 열흘정도가 걸린 것 같다. 정말이지 큰 벽 하나를 겨우 뛰어넘은 느낌이다. 책이라면 나름대로 많이 읽는다고 자부해왔었고, 또 어떤 책이든(특히 고전소설) 거부감 없이 잘 읽어 내왔던 나 자신의 이런 모습은 처음이라 솔직히 많이 힘들었었다. 처음에 ‘움베르트 에코’라는 작가에 대한 선입견으로 책이 쉽지는 않겠다는 각오 아닌 각오는 했었지만, 이렇게까지 힘들게 읽힐 줄은 예상치 못했었다. ?장미의 이름?이라는 연애소설적인 제목과는 책은 추리소설이라는 틀로 종교라는 무겁고도 진지한 문제를 깊게 다루고 있었다. 중세소설이면서 가톨릭이라는 소재를 다루고 있어서 너무나 낯선 이야기들의 연속이었고, 때문에 한 장 한 장 넘기기까지 꽤나 시간이 걸렸다. 한참을 읽어 내려가다가도 도무지 무슨 이야기인지 알 수 없어 다시 되돌아 읽기를 몇 번이나 반복했는지 모른다. 하지만 다행히도 도입부를 넘어서면서부터 추리소설 특유의 호기심 자극이 이루어져 꽤 흥미를 느낄 수 있었고 덕분에 뿌듯하게 마무리를 지을 수 있었던 것 같다.우선 이 책은 액자소설과 일부분 유사한 형식을 띄고 있는 듯 하다. 서문에서 ‘아드소’의 수기에 대한 이야기가 나오고, 다시금 소설의 마지막 부분에 ‘아드소’가 폐허가 된 수도원에서 양피지를 손에 넣고 거기에 자신이 겪은 이야기를 담는다는 설정 때문인지 이 소설은 마치 소설이 아닌 사실의 기술로 여겨지고 그런 이유로 인해서 읽는 내내 만들어진 이야기가 아닌 역사의 뒷이야기를 듣고 있다는 생각마저 들었다. 가톨릭을 접해보지 않았기에 신학이나 성서에 대한 사전지식이 부족했던 나이긴 했지만 책을 읽으면서 이상하게도 예전에 봤던 ?세븐?이라는 영화가 계속 떠올랐다. ?장미의 이름?과 ?세븐?에서 연관성을 찾는 게 좀 억지스러울 수도 있겠지만, 정말 순수한 내 느낌은 그랬다.먼저 ?장미의 이름?을 살펴보면, 한 위용 있는 수도원에서 벌어지는 살인사건의 해결을 위해 ‘윌리엄’이라는 진보적이고 끊임없이 진리를 탐구하고자 하는 수도사가 그 수도원으로 초대되어 그의 탁월한 능력으로 ‘호르헤’라는 보수적이고 독단적인 신부가 자신의 믿음에 위배되는 내용을 담고 있는 아리스토텔레스의 ‘시학’에 독을 묻혀 그 책을 읽고자했던 이들을 살해한 모든 사건의 전말을 파해 친다는 줄거리를 담고 있다. 다음으로 ?세븐?은 원인 모를 연쇄 사건을 추적하던 형사가 피해자들에게서 종교적 윤리에 어긋나는 공통적인 면모를 발견하고 결국 사건의 범인을 찾는다는 줄거리로 가지고 있다. ?세븐?에서 범인이 스스로가 신의 대행인인양 자신의 독단적인 판단에 의해 종교적 윤리에 어긋나는 이들을 살해하며, 동시에 자신 역시 죄를 짓는 모순적인 모습을 보인 것과 같이 ?장미의 이름?에서도 호르헤 신부는 단지 자신의 오래된 믿음에 위배되는 행위를 한다는 이유로 자기 역시 죄를 짓는 모순을 범하며 다른 수도사들을 살해한다. 이 유사한 모티브가 나로 하여금 두 가지 각기 다른 시대에 만들어진 이야기를 자꾸만 연관짓게 만든 게 아닐까하는 생각이 드는데, 어쨌든 이런 면들이 점점 이 책을 지루한 교양서적이 아닌 사람을 끌어당기는 재미있는 추리소설로 느껴지게끔 만들었었다. 또 책을 읽는 동안 나 역시 윌리엄 신부의 탐구적 측면을 모방한 듯, 도대체 이 소설이 이야기하고자 하는 것이 무엇인지 생각했었다. 물론 읽고 감상문을 써야한다는 일종의 부담감이 자극된 것일 수도 있지만, 이 책은 누가 읽더라도 단순히 흥미를 유발하기 위한 추리소설이 아니라는 점을 알 수 있을 것이다.이렇게 여러 가지 생각을 하며 책을 다 읽었다 싶은 순간, 의미심장한 마지막 구절이 작가의 메시지처럼 남겨져 있었다. 이 대목에서 아마 나뿐만 아니라 많은 사람들이 도대체 장미가 상징하는 것이 무엇인지에 대해 머리를 감싸 쥐었으리라 생각된다. 단 며칠의 얘기를 두 권 분량의 책으로 엮어낸 수고는 어쩌면 이 마지막 구절을 위한 것일 수도 있지 않았을까? 어쨌든 지극히 내 개인적인 생각으로 ‘장미’는 곧 수도원이라는 생각이 들었다. 지난날의 장미는 아마도 지난날의 화려하고 웅장하고 근엄했던 수도원을 뜻하는 것이고, 덧없는 이름이란 다 타버리고 폐허가 되어 이름만 남은 수도원을 지칭하는 것이라는 생각이 가장 우선적으로 든 생각이었다. 하지만 동시에 단지 중세의 한 수도원에 대한 이야기를 하기 위해서 작가가 글을 쓴 건 아닐 것 이라는 생각역시 쉽게 할 수 있었다. 서문, 노트, 프롤로그로 이어지는 도입부만 읽어봐도 ‘움베르트 에코’가 그런 협의적인 뜻으로 ‘장미의 이름’이란 타이틀을 정하지는 않았음을 알 수 있기 때문이다. 그렇다면 장미란 결국 ‘호르헤’ 신부가 추구했던 믿음이 아닐까라는 생각이 든다. 어쩌면 ‘호르헤’ 신부는 덧없는 이름뿐인 장미를 인정하지 못하고 지난날의 화려했던 장미를 쫓았기 때문에 스스로까지 파멸에 이른 건지도 모르겠다. 그리고 ‘장미’와는 무관할지 모르지만, ‘윌리엄’ 신부 역시 단순히 사건의 해결자가 아닌 그 이상의 의미를 가진 등장인물이라는 느낌이 든다. 여러 가지 문학관련 수업을 많이 듣고 있어서 그런지, 작가들은 대부분 자신의 작품 속에 다소 이상적인 인물을 한 사람씩 등장시키고 그들을 통해서 자신의 하고자하는 말을 풀어나가고 있음을 다양한 작품을 통해 알 수 있었고 ?장미의 이름?역시 예외는 아니라는 생각이다.

독후감/창작| 2005.07.03| 2페이지| 1,000원| 조회(338)

독후감, 독서감상문, 장미, 장미의 이름, 이름

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