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[네트워크]CAN(controller area network)

{ReportController Area Network{과 목:담 당 교 수:소 속:분 반:제 출 자:제 출 일 자:2006. 6. 1. (木){C/O/N/T/E/N/T/SⅠ. 개 요(1) 차량에서의 네트워크(2) CAN(Controller Area Network)통신이란?(3) 역 사(4) 필 요 성(5) CAN Version의 변천(6) CAN 이용 반도체 제조사들Ⅱ. CAN의 장단점 및 특징(1) 장 점Ⅲ. 기본적인 시스템 구성, 규격, 동작원리(1) 기본적인 시스템 구성(2) 규 격(3) 동작 원리(4) 메시지의 구조 (Message Format)(5) 확장 CAN 메시지 구조 (2.0B)(6) CAN 2.0A와 2.0B의 호환성Ⅳ. TTCANⅤ. ReferencesⅠ. 개 요(1) 차량에서의 네트워크아래의 그림은 다양한 전자 시스템이 결합된, 전형적인 현대 고급차의 내장을 보여준다. 이러한 정도의 분리된 시스템들의 경우, 이것들을 함께 연결하기 위해 보통 사용되는 배선 장치는 믿어 지지 않을 정도의 엄청난 케이블들을 필요로 하며, 이것은 전체적인 차량의 무게와 제조 비용에 서 상당한 부분을 차지하게 된다. 이 문제의 확실한 해결책은 이러한 모든 시스템들을 차량 둘 레에서 실행되는 한 개 혹은 두 개의 전선들로 구성된, 사무실의 데스크탑 PC들을 함께 연결한 것 같은 방식인, 하나의 공통 네트워크 버스에 연결하는 것이다. 이것은 차량에서의 배선 양을 즉각 획기적으로 감소시키며, 네트워크 인터페이스 칩들이 아주 저렴한 이상, 차량의 총 제조 비용도 감소된다. 이것이 바로 계측 제어기 통신망(CAN)의 숨은 개념이다. 그러나 그토록 많은 시스템들과, 우선 순위들 변경으로, 서로 다른 응답 시간들과 우선 순위들을 처리하기 위해서 는, 별도의 독립적인 네트워크들을 사용하는 것이 마땅하다는 것을 금방 알게 된다. 예를 들어 사용자는 썬루프 컨트롤러가 우선 순위를 갖는 것을 원하지 않거나 블록 정보, 에어백 개발 시 스템을 원하지 않을 수도 있다. 네트워크의 서로nsors의 공용화 필요3 Noise가 많은 차량 환경 (주 원인은 Spark) 에 강인한 통신 필요4 독립적인 성향의 ECU들의 Network의 요구(5) CAN Version 변천ver1.0 : 1985ver1.1 : 1987ver1.2 : 1990ver2.0 A&B : 1991ver1.0, 1.1, 1.2는 안정화 및 보편적인 전자 부품의 사용을 가능케 하기 위해 변한 것이며, ver2.0부터는 A와 B로 구분되어져 A는 기존과 동일하지만, B는 확장 ID를 추가함으로 보다 많은 종류 (최대2036->500만개) 의 데이터를 사용할 수 있게 하였다.(6) CAN 칩 제조사들Cygnal : 8051 계열의 ControllerFujitsu : MicrocontrollerHynix : ARM720T Core의 ProcessorInfineon : Stand-alone controller, Microcontrollers, TransceiverIntel : Stand-alone controller, MicrocontrollersPhilips : Stand-alone controller, Microcontrollers, Transceiver기타 취급하는 반도체 회사는 Atmel, Bosch, CiA, Dallas, Hitachi, Inicore, Microchips, Mishibishi, Motorola, NEC, NI, STM, TI 등이 있다.{VendorProductTypeCommentsFujitsuF2MC-16L2.0B, Integrated16 bitHitachiHCAN-1 H8/300HSuperHStand-aloneIntegratedintegra ted- --Intel82527 87C196CA/CB2.0B, FullCAN, Stand-aloneIntegrated- 16 bit versionIntermetallCCU 3010EIntegrated-MitsubishiM37630 E4/M42.0B, Integrated8 bitMotorolaMC68HC05XX MC6여 전기 적인 노이즈에 매우 강하다표준 프로토콜이므로 시장성이 뛰어나다.이로 인해 많은 업체들이 경쟁적으로 CAN칩을 제작하고 있으며, 비용 또한 비교적 저렴하다. CAN 프 로토콜은 호스트 CPU에 인터케이스된 CAN 컨트롤러 칩이나, 호스트 CPU에 장착된 CAN 주변장치에서 실행된다.통신속도가 빠르다.최대 1 Mbps까지 사용할 수 있다.먼거리를 통신할 수 있다.최대 1000 m 까지도 40 kbps로 통신할 수 있다.하드웨어적인 오류보정이 있다.데이터 프레임에는 15비트 CRC가 HW적으로 생성되서 붙기 때문에 오류검출이 가능하고 만약 오류가 발생하더라도 HW적으로 알아서 재전송하기 때문에 사용자는 이에 대해 고려할 필요가 없다.하드웨어적으로 설정된 ID만을 골라 수신받을수 있다.CAN에는 수신필터가 있어 필터를 어떻게 설정하느냐에 따라 정해진 ID, 특정 그룹 또는 전체 수신을 할 수 있다.예) ID 10번만 받을수도 있고, 0x40~0x4F까지의 ID에 대해서도 수신가능하게 할수 있다.실시간 메시지 통신을 할 수 있다.한번에 8개의 데이터를 전송하는 HW패킷을 제공한다. 보통 RS232/RS485통신에서는 패킷통신을 위해 사용자가 일일이 패킷형식을 만들어 주고 수신 받을 때도 그런 해석이필요하지만 CAN은 8바이트 데이 터를 담는 HW패킷통신을 기본으로 한다. 따라서 사용자는 데이터 버퍼에 데이터를 쓰고 전송만 하면 그 외 모든 처리는 HW가 알아서 한다. 분산제어 분야 적용이 용이하다.우선순위가 있다.컨트롤러의 ID를 어떻게 설정하느냐에 따라 ID가 낮을수록 버스를 사용할 수 있는 우선순위가 높아진다.즉 버스를 ID 1, ID2 가 동시에 쓰려고 시도할 때 id1이 먼저 데이터를 쓰고 id2가 다음으로 쓸수 있 다. 우선순위로 인해 데이터 전송이 안되거나 오랫동안 지연되지 않고 하드웨어적으로 중재처리 되기 때문에 데이터의 손실이나 지연에 대해 고려할 필요가 없다. S/W는 단순 전송만 하면 된다.사용되는 전선의 양을 획기적으로 줄일수 있다.데이지 위가 높은 메시지가 CAN 버스의 사용 권한을 보장 받으며 이때 낮은 순위의 메시지는 자동적으로 다음 버스 사이클에 재전송을 수행한다. 이때 까지도 높은 우선순위를 가진 메시 지가 완료되지 않은 상태이면 전송을 완료할 때까지 대기하고 있는다.각 CAN 메시지는 11 비트의 식별자 (CAN 2.0A), 또는 29 비트의 식별자 (CAN 2.0B)를 가 지면 CAN 메시지의 맨 처음 시작부분에 위치한다.더불어 식별자는 메시지의 형태를 식별시켜 주는 역할과 메시지의 우선 순위를 부여하는 역 할을 한다.{(4) 메시지의 구조 (Message Format)개요CAN 시스템 (통신)에서 데이터는 메시지 프레임을 사용하여 송수신이 이루어진다. 메시지 프레임은 하 나 또는 그 이상의 송신 노드로부터 데이터를 수신노드로 운반한다. CAN Protocol (통신 규약)은 다음 과 같은 두가지 형태의 메시지 프레임을 지원한다.1 표준 CAN (버전 2.0A)2 확장 CAN (버전 2.0B)대부분의 2.0A CAN Controller는 표준 CAN 방식을 사용하나 2.0B CAN Controller는 표준 또는 확 장 방식 모두를 사용하여 데이터의 송수신을 행할 수 있다.{{CAN 2.0A 메시지 구조프레임의 시작 (SOF : Start Of Frame) 필드메시지 프레임의 시작을 표시하며 메시지 프레임의 최우선에 위치하며 디폴트 "0" 값을 가진다.중재 필드 (Arbitration Field)11 비트의 식별자와 원격 전송 요구 (RTR) 비트를 가지며 디폴트 "0"을 가지는 RTR 비트는 비트값이 "0" 일 때 CAN 메시지가 데이터 프레임이라는 것을 가리킨다. 역으로 RTR 비트 값이 "1"이면 CAN 메시지가 원격전송요청 (RTR : Remote Transmission Request)을 의미한다. 다시 말해 CAN 메시지가 데이터 프레 임이 아닌 원격프레임 (Remote Frame) 상태임을 나타낸다. 원격 프레임은 데이터 버스상의 어떤 한 노드 로부터 다른 노드로 데이터를트웍상에서 함께 사용할 수 있게 된다.사용자가 사용할 수 있는 CAN ID는 2.0A는 2,032 개이고 2.0B는 5억개를 초과 사용할 수 있다.(7) OSI 7 layerCAN 통신 프로토콜은 CAN 버스에서 디바이스들 통신 사이로 데이터가 전달되는 방법을 명시한다. 이것 은 ISO의 개방형 시스템 상호연결 모델(Open System Interconnection model)을 따르며, 이 모델은 통 신 네트워크 표준인 일곱 계층으로 되어 있다. 이 OSI 모델은 두 개 네트워크 노드들 간의 층화된 통신 시스템을 기술하며, 이론상 각 계층은 로컬 모드에서는 오직 자신의 직접적인 위, 아래의 계층들과 통신 할 수 있으며, 원격 모드에서는 동등한 계층과 통신할 수 있다. OSI 모델의 계층들은 아래의 표에 나와 있다. 사실 CAN 프로토콜은 OSI 모델의 가장 낮은 두 개 층들로 설명될 수 있다. (데이터 링크 계층과 물리적 계층) 애플리케이션 계층 프로토콜들은 개별적인 CAN 사용자들에 의해 개발된 독점 구조, 또는 특정 산업 내에서 사용되는 신생 표준들 중의 하나가 될 수 있다. 프로세스-제어/제조 분야에서 사용되 는 공통적인 애플리케이션 표준 층은 DeviceNet으로, 이것은 PLC의 네트워킹과 지능 센서들 그리고 액 츄에이터에 특히 적합하다. 자동차 산업에서 많은 제조업체들은 그들 자신의 독점적인 표준을 사용하고 있다.{7Application Layer최상위층. 이것은 사용자가 네트워크와 상호 작용하는데 사용되는 소프트웨어를 설명하는 계층이다. 예를 들면 DeviceNet이 해당된다.6Presentation Layer변환될 데이터의 구문을 서술한다. - 예를 들어 서로 다른 수학 포맷을 사용하 는 두 개 시스템들 간의 부동 소수점 수 변환5Session Layer하위 계층들에 의해 처리된 패킷들보다 큰 데이터 순차들 처리에 관하여 서술한 다.4Transport Layer두 개 통신 노드들 간의 데이터 전송 품질과 속성을 설명한다. 재전송과 오류 복구같은cess

공학/기술| 2006.07.01| 14페이지| 1,000원| 조회(1,671)

can, 캔, ttcan

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[센서]레이져센서(laser sensor) 평가A+최고예요

{Report{LASERSensor↓Light Amplification by Simulated Emission of Radiation{과 목:센 서 및 시 스 템 (2)담 당 교 수:소 속:분 반:제 출 자:제 출 일 자:2006. 6. 9. (月)1. 서 론(1) 레이저란{네온사인이나 나트륨 등과 같은 조명기구가 붉은 색이 나 노란 색만을 내는 이유는, 특정 기체만을 채운 관에 전기를 흘려 이들 기체 원자계가 들떴다가 바닥상태로 내려오면서 그 기체가 갖고 있는 고유한 에너지에 해당 하는 빛을 내기 때문이다.그런데 특정 원자계가 방출할 수 있는 빛과 같은 크기 의 파장을 갖은 빛이, 전기 등 외부 에너지에 의해 들 뜬 상태로 유지되는 원자계에 입사하면 이 빛과 꼭같은 에너지, 방향, 위상을 가지는 빛의 방출이 쇄도하게 되 며 이를 유도방출이라 한다.레이저(Laser: Light Amplified by Stimulated Emission of Radiation)는 이러한 빛의 유도방출에 의 한 광 증폭 현상이다.레이저광선은 보통 빛에 비하여 매우 순수하며 퍼지지 않고 곧바로 진행하는 빛이 다. 물체를 태울 때 나는 빛이나 형광등에서 나오는 빛은 고온으로 가열된 원자나 분자 하나하나에서 자유로이 발생하는 빛이며, 이러한 빛은 같은 종류의 원자나 분 자에서 나오는 빛이라도 무수히 다른 파장의 빛을 포함하고 있다. 그리고 개개의 원자나 분자에서 나오는 빛은 서로 관련성이 없는 여러 가지 빛의 모임이다.그러나 레이저광선은 한 종류의 파장만을 가진 빛이며 위상(位相)이 고른 연속된 빛 이다. 이 빛의 을 분광프리즘으로 조사해 보면 아주 가는 1개의 선스펙트럼이 된다. 즉, 레이저광선은 위상이 고른 단색광(單色光)이며 이런 빛을 코히어런트광 또는 코 히어런트가 좋은 빛이라고 한다. 레이저광선을 렌즈로 집속하면 매우 작은 넓이(빛 의 파장을 단위로 하여 측정할 수 있을 정도)로 집광할 수 있다.{(2) 특징- 단색성이 뛰어나다.- 위상이 고르고 간섭현상이 일어나기 쉽다.- 고전압부분·고온부분·인 체 등에 적합하다.·환경관측레이저를 대기 중에 발사해서 여러 가지 부유분자로부터의 산란광을 해석하여 그 것들의 종류, 농도분포를 조사할 수 있고, 자동차엔진의 연소온도와 함유된 분장 의 종류, 분포도 알 수 있다.·가공고출력 레이저를 집광하면 고에너지밀도로 되어 초고온이 얻어지므로 가공·절 단·용접 등에 쓰인다.·의료의료용으로는 외과 수술용인 레이저메스가 있다. 또 레이저 내시경과 혈류검사에 의 응용 등이 있다.·통신파동으로서의 응용에는 광통신이 있다. 광은 주파수가 높아 전송주파수대역이 마 이크로파에 비해 훨씬 넓게 취해지고, 대량의 정보를 보낼 수 있다.·기타그 밖의 응용으로 오디오콤팩트디스크, 비디오디스크가 있고, 레이저프린터, 팩시 밀리, 인쇄기와 바코드리더 등 수없이 많다.2. 레이저를 이용한 비접촉 측정{[그림 1] 레이저 측정시스템 구조레이저를 이용한 비접촉 측정(contactless measurement)은 측정 대상에 레이저를 조사 하고 측정 대상의 표면에서 반사되어 되돌아 오는 레이저광을 광센서(light-detecting sensor)를 이용하여 감지, 분석하는 방법이다. 이를 위하여 일반적인 레이저 측정 시스 템은 [그림 1]과 같이 송신부(tansmitter), 수신부(receiver), 처리부(processor)로 구성 된다(1) 거리계측 : 레이저 레이더법과 강도 변조법 등이 있다.1 레이저 레이더법 : 진공중의 광속을 기준으로 함.{[그림 1]에서처럼 레이저에서 펄스레이저광을 물 체에 조사하여 반사광이나 산란광을 수광기로 검출하면 수광펄스의 시간차에 의해 물체까지의 거리를 측정할 수 있으며 측정거리 {L은 다음과 같이 나타난다.{L={c tau}over{2n}(여기서 {c: 진공중의 광속, {n: 광로의 굴절률 평균치, {tau: 시간차)·측정거리 : 광 출력과 물체의 반사율 등에 의해 제한·분 해 능 : 광 펄스폭 또는 상승시간 등에 의해 결정(측정거리에 대해 106 정도)·광 원 : 단색광 펄스의 레이저(향을 최소화하기 위해 복수의 파장으로 측정하여 거리보정 을 한다. 거리보정에는 2파장이나 3파장이 사용된다. 2파장을 사 용하는 경우는 온도와 기압변화에 대한 보정을 동시에 한다. 3파 장을 사용하는 경우는 습도의 보정도 가능하므로 측정거리에 대 해 10-7 이상의 정도를 얻을 수 있다.·이 방법은 거리계측 외에 광원 레이저의 파장의 공기 산란에 의한 반사광량 변화를 이용한 대기농도 분포나 반사광의 도플러 시프트에 의한 주파수 변화 를 이용하여 풍속이나 풍향 등을 측정할 수 있다.2 강도 변조법기본적인 원리는 레이저 레이더법과 같으나 물체에 펄스가 아닌 정현파를 조사 한다는 점이 다르다. 정현파상으로 강도변조시킨 레이저광을 물체에 조사하여 반사 또는 산란광을 광검출기로 수광하여 레이저 변조신호에 대한 수광신호의 위상차로부터 거리를 계측하며, 측정거리 {L은 다음과 같다.{{L=PMATRIX{c over 2pif_0}PMATRIX{phi over 2pi}({phi: 레이저 변조신호와 수광신호의 위상차,{c: 진공중의 광속, {n: 광로의 굴절률,{f_0: 레이저 변조주파수 ){위 그림은 강도변조원리를 이용한 센서의 구성 예를 나타낸 것이다. 광원은 반 도체레이저이고 전류로 광도변조를 행한다. 레이저광은 코리메트렌즈에 의해 평 행광으로 변조되어 물체에 조사되며 수광렌즈에 의해 산란광이 집광된 후, 포토 다이오드에서 광전변환되어 수신신호로 측정된다. 위상차는 수신신호의 헤테로 다인 검파를 거쳐 비트 신호로 검출된다.·측정 정밀도 : 레이저 레이더법과 거의 동일·측정 거리 : 레이저광의 출력과 수광소자의 감도에 의존(수[m]~수십[km])(2) 변위, 진동계측1 Triangulation Method : 광위치 검출소자를 이용, 반사광의 각도 검출Triangulation Method(3각 측량법)는 [그림 2]같이 반도체 레이저로부터의 출사 광을 투광렌즈로 접속하여 측정물에 조사하고 측정 대상에 반사되어 수신기에 도달하는 산란광을 수광렌즈로 접속하여 linear CCD측정에 적합하다.{[그림 2] Triangulation Method계산 방법은 다음과 같다.{거리를 탐색하기 위한 3 각 측량법. 수신기는 단지 거리로 변환되어계산될 방사기에서 방사하는 빛의 각도를 알고 물체의 한 점을 인식한다.그림 (a)에서 명확하게 볼 수 있듯이, 물체, 광원, 그리고 수신기 사이의 배열은 단지 일순간 발생한다. 그 점에서, 거리 d 는 다음 식에 의해 계산된다.{방정식을 치환, 대입하면 다음의 식을 얻을 수 있다.{{L과 {beta는 이미 알고 있으므로 {alpha가 측정되면 {d를 계산할 수 있다. 그림 (b)로부 터 알 수 있듯이, 위의 순간을 빼고는 수신기가 반사된 빛을 볼 수는 없다. 따 라서 방사기의 회전이 필요하게 되고 반사된 빛이 검출되자마자 방사기의 각을 검출하고 거리의 계산에 이용한다. 실제 방사기의 빛 (예를 들면 레이저) 은 회 전하는 거울에 의해 지속적으로 회전하고 수신기는 이 신호를 검출한다. 빛이 검출되자마자 거울의 각이 검출된다.{비슷한 다른 방법으로 주행시간이나 경과시간을 이용하여 계산하는 방법이 있는 데 주행시간(time of flight) 또는 경과시간 (lapsed time) 은 송신기로부터 송 신된 신호가 물체에 반사되어 되돌아와 수신기에서 수신하는 것으로 거리를 나 타낸다. 물체와 센서 사이의 거리는 신호가 주행한 거리의 반이며, 이 거리는 주 행속도를 알고 신호의 주행시간을 측정함으로써 계산이 가능하다. 이 시간 측정 은 정확하고 매우 빨라야 한다. 짧은 거리 측정에 대해서는 신호의 파장 (wavelength) 이 매우 작아야만 한다.[그림 2]의 센서의 구성 도는 다음 그림과 같다.PSD로부터의 출력신호 ({S_A, {S_B)는 ({S_A -S_B)로 표현되는 위치신호와 광량신호 ({S_A +S_B)로 계산되며, 그리고 다시 {{S_A -S_B}over{S_A +S_B}로 연산되어 반사광량에 의존하기 않는 위치신호를 얻는다. 더욱이 측정물의 반사율이 큰 변도엥 대해서도 반도체 레이저에 ({S_A Factory Automation)용이나 검사용으로서 고속으로 라 인을 흐르는 물체나 연한 물체 또는 고온물체 등의 비접촉 측정에 널리 사용된 다. FA에 있어서의 사용 예는 다음과 같다.{2대의 센서를 사용하여 각 센서의 변위계측으로부터 컨베어 라인을 흐르는 기판 의 상태를 검출하여 양부를 판정한다.2 광헤테로다인 간섭법 : 도플러효과를 이용, 측정의 고정도화{레이저광은 빔 스프릿터에 의해 2분할되어 한 편은 주파수 변위장치를 거쳐 {DELTAf만큼 편이된 기준광으로 사용하고 다른 편은 대상물체를 반사시켜서 신호광으로 사용한다. 신호광은 대상물체가 이동하고 있으면 도플러 효과에 의해 주파수 편 이 {+-f_D를 받는다. 이 2광을 중첩시켜 광헤테로다인 검출하면 {DELTAf+-f_D의 신호가 얻어지며 변위량 {f_D는 다음과 같다.{f_D = 2v over lambda({v: 대상물체의 속도, {lambda: 레이저의 파장)(3) 형상계측1 3각측량법을 이용하여 변위센서로 계측하는 방법- 구조가 간단하고 저가격화가 가능- 측정물 또는 센서를 2차원적으로 이동시켜 레이저빔의 방향의 변위량을 계측 하여 검출- 분해능 : 변위의 측정방향에 대해서는 센서의 성능에 따라 다름(수~수십[㎛])측정면내에 대해서는 레이저빔의 스폿 지름의 수백[㎛]정도{예) 변위센서 2대를 상하에 배치하여 센서에 대해 수직방향으로 이동시켜 시트 재의 두께를 연속적으로 계측한다. 기준두께에 대한 편차계측을 하면 제품 의 양부판정도 가능하다.2 스프릿 빔을 이용한 광절단법- 계측점이 많은 반면 고신뢰성의 계측이 가능{예) 미세한 스프릿 빔의 레이저광을 측정물에 주사하여 물체의 형상에 따라서 변형된 스프릿 빔 상을 TV 카메라로 검출한다. 스프릿 빔 상의 측정물까지 의 거리에 의해 화상의 위치가 달라지므로 각 점에 대응한 거리를 구할 수 있다. 따라서 스프릿 빔의 한 라인에서 2차원 형상을 계측할 수 있다.예) 또한 측정물이나 센서를 이동시켜 3차원 형상계측을 행한다. 이 측정 방법 에는 스프릿 측정

공학/기술| 2006.07.01| 10페이지| 1,000원| 조회(2,124)

레이저, 거리, 센서, 계측, 레이져

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[제어공학실험]비례적분미분(PID)제어기를 갖는 폐루프제어

실험결과보고서-------------------------실험17. 비례적분미분제어기를 갖는폐루프 제어{과 목:제 어 공 학 실 험(2)담 당 교 수:소 속:분 반:제 출 자(학번순):제 출 일 자:2005. 12. 2. (金)I. 관련이론(1) 비례적분미분제어기를 이용한 폐루프 제어 시스템{{{{{{PID 제어기의 전달함수는{G_C (s)={R_i +R_d}over{R_7}PMATRIX{1+{1}over{C_i `(R_i +R_d )}{1}over{s}+{R_i `R_d}over{R_i +R_d}C_d `s}=K_P PMATRIX{1+{1}over{T_i `s}+T_d `s}Zienger-Nichols의 계단응답법에서{K_P =PMATRIX{1.2overK}{PMATRIX{thetaover tau}}^-1, {t_r =T_i =2{PMATRIX{thetaover tau}}tau,{T_d =t_d =0.5PMATRIX{{theta}over{tau}}tau{K_P: 비례제어기의 이득, {theta: 무응답 시간, {tau: 상승시간, {T_i =t_r: 적분시간※ 계단응답에서의 제어기 선택 및 파라미터 설정{{{theta}over{tau}제어방식제어방식파라미터 설정{{theta}over{tau}< 0.2P 제어P{K_P =0.5K_PC0.2 < {{theta}over{tau}< 0.5PI 제어 또는 PID 제어PI{K_P =0.45K_PC, {T_i =0.83P_C0.5 < {{theta}over{tau}< 1.0PI 제어 또는 제어 곤란PID{K_P =0.6K_PC, {T_i =0.5P_C, {T_d =0.125P_C1.0 < {{theta}over{tau}PID 제어로는 제어 안됨※ PID 각 요소의 역할비례이득 : 플랜트 응답의 상승시간(rise time)을 줄이는 효과가 있으나 정상상태 오차 (Steady state error)를 없애지는 못한다.적분이득 : 정상상태 오차를 제거하는 효과를 가지고 있지만, 과도응답 특성을 좋지 않게 만들 수 있다.미분이득화감소Ki감소증가증가제거Kd약간변화감소감소약간변화II. 실 험1. 그림 17-3의 실험회로에서 {R_2의 저항을 {100㏀에 고정하고 {R_d의 저항을 {0으로 조정한다. 이 경우 출력파형을 관측하시오. 단, {C_i =0.1㎌, {C_d =0.01㎌로 하고 입력신호는 {1V_PP, {100Hz로 하며 비례대는 {1로 한다.{실험결과OrCad simulationMATLAB simulation{{{{f=100;final_time=4*(f^-1);t_axis=0:0.0005/f:final_time;ave_time_length=length(0:0.001/f:1/f-0.001/f);vi=0.5*sin(2*pi*t_axis*f);L=length(t_axis);for i=1:Lif vi(i)>0vin(i)=1;elsevin(i)=0;endendTi=100*0.1*10^-3;T1=10*0.01*10^-3;T2=10*0.1*10^-3;num=[10*Ti 10];den=[T1*T2*Ti (T1+T2)*Ti Ti 0];den_close=[T1*T2*Ti (T1+T2)*Ti 11*Ti 10];[y,x]=lsim(num,den_close,vin,t_axis);plot(t_axis,vin,t_axis,y);%axis([3*(f^-1) t_axis(end) -0.2 1.2]);axis([0.029 0.036 -0.2 1.2]);xlabel('Time[s]'),ylabel('volts[V]');title('Ch 17.1');grid;2. {R_d가변저항을 증가시키면서 출력파형을 관측하시오. 이 경우 최대 첨두 오버슈트가 적게 나타날 때 가변저항 {R_d의 값을 계산하고 백분율 최대오버슈트 값을 계산하시오.3. 가변저항 {R_d를 {0에서 {10㏀까지 증가시켰을 경우 응답은 어떤 형태로 변화를 하는지 고찰하시오.{{R_d실험결과OrCad simulationMATLAB simulation{0㏀{{{{7.6㏀{{{{10㏀{{{{clear all;Rd=input('Rd=?');f=100;fin0.5*sin(2*pi*t_axis*f);L=length(t_axis);for i=1:Lif vi(i)>0vin(i)=1;elsevin(i)=0;endendK=(Rd+10^5)/10^4;Ti=(Rd+10^5)*10^-7;Td=(Rd*10^-3)/(Rd+10^5);T1=10^-4;T2=10^-3;num=[K*Ti*Td K*Ti K];den=[T1*T2*Ti (T1+T2)*Ti Ti 0];den_close=[T1*T2*Ti (T1+T2+(K*Td))*Ti (K+1)*Ti K];[y,x]=lsim(num,den_close,vin,t_axis);plot(t_axis,vin,t_axis,y);%axis([3*(f^-1) t_axis(end) -0.2 1.2]);axis([0.029 0.036 -0.2 1.2]);xlabel('Time[s]'),ylabel('volts[V]');title('Ch 17.2');grid;4. 콘덴서 {C_d를 {0.01㎌에서 {0.1㎌까지 증가시키면서 출력파형을 관측하시오. 이 경우 최대 첨두 오버슈트가 적게 나타날 때 콘덴서 값을 구하시오. 이 때 저항 {R_d의 값은 위의 2항의 결과를 사용한다.{{C_d[㎌]실험결과OrCad simulationMATLAB simulation{0.001{{{{0.0047{{{{0.01{{{{0.022{{{5. 만약 가변저항 {R_d및 콘덴서 {C_d의 값에 따라 출력파형이 변할 경우 그 이유를 적으시오.미분시간{T_d ={R_i R_d}over{R_i +R_d}C_d가 변하기 때문이다.6. 그림 17-3의 그림회로에서 개루프 전달함수 {G_O (s)와 폐루프 전달함수를 구하시오.PID 제어기의 전달함수는{G_C (s)=-{R_i +R_d}over{R_7}PMATRIX{1+{1}over{C_i `(R_i +R_d )}{1}over{s}+{R_i `R_d}over{R_i +R_d}C_d `s}=-K_P PMATRIX{1+{1}over{T_i `s}+T_d `s}(※{K_P: 비례이득)PLANT의 전달함수는 ={R_3}over{R_7}(직류이득){T_1 =R_2 C_1{T_2 =R_3 C_2(시정수)개루프 전달함수는{G_O (s)=G_C (s)G_1 (s)G_2 (s)=-K_P PMATRIX{{T_i T_d``s^2 +T_i`s+1}over{T_i``s}}PMATRIX{{1}over{T_1 T_2`s^2 +(T_1 +T_2 )s+1}}{=-{K_P PMATRIX{T_i T_d``s^2 +T_i`s+1}}over{T_i T_1 T_2`s^3 +(T_1 +T_2 )T_i``s^2 +T_i`s}(∵{alpha=beta=1){H(s)=-1이므로폐루프 전달함수는{M(s)={G_O (s)}over{1+G_O (s)H(s)}=-{K_P PMATRIX{T_i T_d``s^2 +T_i`s+1}}over{T_i T_1 T_2 s^3 +(T_1 +T_2 +K_P T_d )T_i``s^2 +(K_P +1)T_i`s+K_P}7. PID 제어기의 {t_r, {t_d, {G_C값을 계산하시오.(최대 첨두 오버슈트가 최저가 되었을 경우){R_d =7.6㏀을 대입하면{t_r =T_i =(R_i +R_d )C_i =107.6TIMES10^3 TIMES0.1TIMES10^-6 =10.76㎳{t_d =T_d ={R_i``R_d}over{R_i +R_d}C_d ={760TIMES10^6}over{107.6TIMES10^3}TIMES0.01TIMES10^-6``Image0.071㎳{K_P ={R_i +R_d}over{R_7}={107.6㏀}over{10㏀}=10.76{G_C (s)=-K_P PMATRIX{{T_i T_d``s^2 +T_i`s+1}over{T_i``s}}={0.76TIMES10^-3``s^2 +10.76s+10^3}over{s}8. 그림 17-3의 실험회로에서 외란 {D_i에 {1V_PP, {100Hz의 구형파 신호를 인가할 경우 1항 에서 4항까지의 실험을 반복하시오. 이 경우 입력에는 {0V를 가한다.1 D 요소 제거 실험 (기타 1항의 조건과 동일){실험결과OrCad simulati{{{7㏀{{{{10㏀{{{3 {C_d가변 실험 (기타 4항의 조건과 동일){{C_d[㎌]실험결과OrCad simulationMATLAB simulation{0.001{{{{0.0047{{{{0.01{{{{0.022{{{{clear all;Cd=input('Cd=?');f=100;final_time=4*(f^-1);t_axis=0:0.0005/f:final_time;ave_time_length=length(0:0.001/f:1/f-0.001/f);vi=0.5*sin(2*pi*t_axis*f);L=length(t_axis);for i=1:Lif vi(i)>0vin(i)=1;elsevin(i)=0;endendRd=7000;K=(Rd+10^5)/10^4;Ti=(Rd+10^5)*10^-7;Td=(Rd*Cd*10^5)/(Rd+10^5);T1=10^-4;T2=10^-3;num=[Ti 0];den=[T1*T2*Ti (T1+T2+(K*Td))*Ti (K+1)*Ti K];[y,x]=lsim(num,den,vin,t_axis);plot(t_axis,vin,t_axis,y);%axis([3*(f^-1) t_axis(end) -0.2 1.2]);axis([0.029 0.036 -0.2 1.2]);xlabel('Time[s]'),ylabel('volts[V]');title('Ch 17.8');grid;III. 고 찰·MATLAB command에 저항 {R_1은 고려하지 않았음에도 불구하고 실제 출력 파형이나 OrCad simulation 결과와 별 차이가 없다.·{R_d값 또는 {C_d값을 변경하여 오버슈트를 조절할 수 있다.·{R_d값을 변경하는 것이 {C_d값을 변경할 때 보다 상승시간의 단축효과가 크다.IV. 참고문헌·(MATLAB과 함께한) 제어시스템 해석 및 설계- 신춘식, 안영주, 변기식 공저, 동일출판사, 1999.V. 보고서 작성시 사용한 소프트웨어MATLAB 7.0OrCad 9.2�澎� 97그림판모든 그림은 직접 제작한 것이며, OrCad의 회로 표현 방식에 맞춰 +다.

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[제어공학실험]비례적분(PI)제어기를 갖는 폐루프제어 평가A+최고예요

실험결과보고서-------------------------실험16. 비례적분제어기를 갖는폐루프 제어{과 목:제 어 공 학 실 험(2)담 당 교 수:소 속:분 반:제 출 자(학번순):제 출 일 자:2005. 11. 11. (金)I. 관련이론(1) 비례적분제어기를 이용한 폐루프 제어시스템{{{그림 16-2{{Zienger-Nichols의 계단응답법에서{K_P =PMATRIX{0.9overK}{PMATRIX{thetaover tau}}^-1, {t_r =T_i =0.33{PMATRIX{thetaover tau}}tau, {G_C (s)={R_1}over{R_4}PMATRIX{1+{1}over{sC_3 R_1}}=K_P PMATRIX{1+{1}over{sT_i}}{K_P: 비례제어기의 이득, {K: 제어대상(PLANT)의 이득, {theta: 무응답 시간, {tau: 상승시간{T_i =t_r: 적분시간(2) step 입력에 대한 정상편차블록선도에서{G_O (s)=G_C (s)G_P (s)이고 {K=1이라면 Laplace Transform 최종치 정리에 의해{e_ss =limfrom{t->inf}e(t)=limfrom{s->0}sE(s)=limfrom{s->0}{sR(s)}over{1+G_O (s)H(s)}{H(s)=1이며개루프 전달함수는{G_O (s)={K_P PMATRIX{s+{1}over{T_i}}}over{s(1+sT_1 )(1+sT_2 )}따라서 스텝입력에 대한 정상편차는{e_ss =0※ 계단입력에서 {R(s) ={R}over{s}※ {P제어의 단점인 정상편차를 제거할 수 있다.II. 실 험1. 그림 16-2의 실험회로에서 개루프 전달함수를 구하시오.{G_C (s)=-{R_1}over{R_4}PMATRIX{1+{1}over{sC_3 R_1}}{R_8 +R_14}over{R_8B +R_14}=-K_PPMATRIX{1+{1}over{sT_i}}{G_1 (s)=-{alpha}over{T_1 s+1}{G_2 (s)=-{beta}over{T_2 s+1}{K_P: 비례이득{alpha={R_2}over{R_6}, {beta={R_3}over{R_7}(직류이득){T_1 =R_2 C_1, {T_2 =R_3 C_2(시정수){T_i: 적분시간{G_O (s)=G_C (s)G_1 (s)G_2 (s)=-{R_1}over{R_4}PMATRIX{1+{1}over{sC_3 R_1}}{R_8 +R_14}over{R_8B +R_14}{alphabeta}over{(1+sT_1 )(1+sT_2 )}{=-{K_P PMATRIX{s+{1}over{T_i}}}over{T_1 T_2 s^3 +(T_1 +T_2 )s^2 +s}{alpha=beta=12. 위 실험회로에 대하여 폐루프 전달함수를 구하시오.{H(s)=-1이므로,{M(s)={G_O (s)}over{1+G_O (s)H(s)}=-{K_P PMATRIX{s+{1}over{T_i}}}over{T_1 T_2 s^3 +(T_1 +T_2 )s^2 +K_P s+1+{1}over{T_i}}3. 1항의 개루프 전달함수에서 극점과 영점을 구하시오.극점 : 극점은 분모항의 {s의 근이므로 {s(T_1 T_2 s^2 +(T_1 +T_2 )s+1)의 근을 풀면 된다.{s=0을 하나 구하고 나서 나머지 부분을 2차방정식 근의 공식에 의해 풀면{s=+-{|T_1 -T_2 |-(T_1 +T_2 )}over{2T_1 T_2}1 {T_1 >T_2일 때 : {s=-+{1}over{T_1}→ {s=0, {s={1}over{T_1}, {s=-{1}over{T_1}2 {T_1

공학/기술| 2006.07.01| 10페이지| 1,000원| 조회(1,969)

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[제어공학실험]비례(P)제어기를 갖는 폐루프제어

실험결과보고서-------------------------실험15. 비례제어기를 갖는 폐루프 제어{과 목:제 어 공 학 실 험(2)담 당 교 수:소 속:분 반:제 출 자(학번순):제 출 일 자:2005. 11. 11. (金)I. 관련이론(1) 비례제어기를 이용한 폐루프 제어시스템{{Zienger-Nichols의 계단응답법에서{K_P =PMATRIX{1overK}{PMATRIX{thetaover tau}}^-1{K_P: 비례제어기의 이득, {K: 제어대상(PLANT)의 이득, {theta: 무응답 시간, {tau: 상승시간{K_P =0.5K_PC{K_PC: 안정한계일 때의 시간응답에 의하여 구한 임계이득(2) step 입력에 대한 정상편차 (편차 : 시간 경과 후 없어지지 않고 남아있는 값)Laplace Transform 최종치 정리에 의해서{e_ss =limfrom{t->inf}e(t)=limfrom{s->0}sE(s)=limfrom{s->0}{sR(s)}over{1+G(s)H(s)}위 블록선도에서 {H(s)=1이며개루프 전달함수는{G_O (s)={K_P}over{(1+sT_1 )(1+sT_2 )}따라서 스텝입력에 대한 정상편차는{e_ss ={R}over{1+K_P}※ 계단입력에서 {R(s) ={R}over{s}(3) 외란에 대한 응답특성외란에 대한 전달함수는{{C(s)}over{D(s)}={G(s)}over{1+K_P (s)}={1}over{{1}over{G(s)}+K_P}이므로외란 변화에 대한 출력의 변화는{limfrom{s->0}{C(s)}over{D(s)}={1}over{{1}over{K}+K_P}: {K_P가 어느정도 커지면 안정해지겠지만 편차를 0으로 만들 수 없다.※ {K가 작을수록, {K_P는 클수록 외란에 대한 제어량의 오차가 작아짐을 알 수 있다.※ 그러나, {K_P가 지나치게 커지면 발진한다.{{II. 실 험{1.{비례제어기를 갖는 폐루프 제어의 실험회로를 구성하고 개루프 전달함수를 구하시오.{{{{14장의 회로와 동일하므로{G_K (s)=-{R_1}over{R_4}{R_8 +R_14}over{R_8B +R_14}=-K_P, {G_1 (s)=-{alpha}over{T_1 s+1}, {G_2 (s)=-{beta}over{T_2 s+1}{K_P: 비례이득, {alpha={R_2}over{R_6}, {beta={R_3}over{R_7}(직류이득), {T_1 =R_2 C_1, {T_2 =R_3 C_2(시정수){G_O (s)=G_K (s)G_1 (s)G_2 (s)=-{R_1}over{R_4}{R_8 +R_14}over{R_8B +R_14}{alphabeta}over{(1+sT_1 )(1+sT_2 )}=-{K_P}over{T_1 T_2 s^2 +(T_1 +T_2 )s +1}2. 위 실험회로에 대하여 폐루프 전달함수를 구하시오.{M(s)={G_O (s)}over{1+G_O (s)H(s)}={-K_P}over{T_1 T_2 s^2 +(T_1 +T_2 )s +1+K_P}3. P 제어기의 이득을 1, 10, 50, 100 으로 했을 경우 ({100㏀최대저항) 입력 파형과 출력 파형을 오실로스코프로 관측하시오. 이 때, 함수발생기의 출력전압은 구형파, {1V_PP, {100Hz로 조정한다.{실험치{C_1 =0.01㎌, {C_2 =0.1㎌{C_1 =0.022㎌, {C_2 =0.047㎌{C_1 =0.22㎌, {C_2 =0.47㎌{R_1 =10㏀{{OV=(측정불가){{OV=(측정불가){{OV=(측정불가){R_1 =100㏀{{OV=30㎷{{OV=220㎷{{OV=200㎷{R_1 =500㏀{{OV=280㎷{{OV=400㎷{{OV=320㎷{R_1 =1㏁{{OV=350㎷{{OV=500㎷{{OV=320㎷{{실험-확대{C_1 =0.01㎌, {C_2 =0.1㎌{C_1 =0.022㎌, {C_2 =0.047㎌{C_1 =0.22㎌, {C_2 =0.47㎌{R_1 =10㏀{{t_r =1025㎲, {t_s =1370㎲{{t_r =530㎲, {t_s =720㎲{{t_r =5.2㎳, {t_s =6.8㎳{R_1 =100㏀{{t_r =185㎲, {t_s =255㎲{{t_r =147㎲, {t_s =212㎲{{t_r =1450㎲, {t_s =2080㎲{R_1 =500㏀{{t_r =108㎲, {t_s =162㎲{{t_r =100㎲, {t_s =158㎲{{t_r =1050㎲, {t_s =1500㎲{R_1 =1㏁{{t_r =92㎲, {t_s =202㎲{{t_r =90㎲, {t_s =166㎲{{t_r =1000㎲, {t_s =1450㎲{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{OrCad(확대){C_1 =0.01㎌, {C_2 =0.1㎌{C_1 =0.022㎌, {C_2 =0.047㎌{C_1 =0.22㎌, {C_2 =0.47㎌{R_1 =10㏀{{{{R_1 =100㏀{{{{R_1 =500㏀{{{{R_1 =1㏁{{{※ 파형을 자세히 관찰하기 위해 확대를 했으나 확대 배율이 각각 다르므로 주의!MATLAB에서 다음과 같은 명령어로 위 제어계를 구현하려 했으나 원하는 파형이 나오지 않아 simulink로 구현{close all;clear all;R1=input('R1=?');C1=0.01*10^-6;C2=0.1*10^-6;C3=0.022*10^-6;C4=0.047*10^-6;C5=0.22*10^-6;C6=0.47*10^-6;R8a=0;f=10;vpp=1;final_time=4*(f^-1);t_axis=0:0.001/f:final_time;ave_time_length=length(0:0.001/f:1/f-0.001/f);vi=0.5*vpp*sin(2*pi*t_axis*f);L=length(t_axis);for i=1:Lif vi(i)>0vin(i)=vpp*0.5;elseif vi(i)

공학/기술| 2006.07.01| 11페이지| 1,000원| 조회(1,391)

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