한국어
메뉴

제어 공학의 기초

개루프 제어와 피드백 제어, 피드포워드 제어, 블록 선도와 폐루프 전달 함수, 라플라스 변환과 전달 함수, 최종값 정리, 1차 지연계의 시정수와 계단 응답, 2차 지연계의 감쇠비와 고유 각주파수, 오버슈트와 정정 시간, 정상 편차와 시스템의 형, 극점과 안정성, 라우스-후르비츠 안정 판별법, 나이퀴스트 안정 판별법, 보드 선도와 점근선 근사, 부동작 시간, 이득 여유와 위상 여유, P·PI·PID 제어, 지글러-니콜스의 한계 감도법, 적분 와인드업, 미분 킥, 디지털 제어의 샘플링과 0차 홀드, s 평면과 z 평면, 캐스케이드 제어, DC-DC 컨버터의 제어 루프, 시퀀스 제어의 입문을 계산 문제를 섞은 객관식 문제로 학습합니다.

10문제 연습하기이 분야에서 무작위 10문제 · 약 5분 이 분야 연습하기이 분야의 모든 문제를 무작위 순서로 풀어요 취약 문제최근에 틀린 문제만 다시 풀어요

제어 공학의 기초: 핵심 정리

에어컨의 온도, 모터의 회전수, 전원의 출력 전압, 하드 디스크 헤드의 위치 등 우리 주변의 많은 양은 센서로 측정한 결과를 목표값과 비교하여 조작량을 바꾸는 피드백 제어로 일정하게 유지되고 있습니다. 여기서는 그 설계와 해석의 기초가 되는 고전 제어를 학습합니다.

먼저 개루프 제어와 피드백 제어, 피드포워드 제어의 차이, 블록 선도와 폐루프 전달 함수, 부귀환에 의한 변동 억제를 확인하고, 라플라스 변환과 전달 함수, 최종값 정리를 다룹니다. 이어서 1차 지연계의 시정수와 계단 응답, 2차 지연계의 감쇠비와 고유 각주파수, 오버슈트와 정정 시간, 극점의 위치와 응답의 관계, 정상 편차와 시스템의 형을 계산으로 확인합니다. 안정성에서는 극점에 의한 안정 조건, 라우스-후르비츠 안정 판별법, 나이퀴스트 안정 판별법을 학습하고, 주파수 응답에서는 보드 선도와 점근선 근사, 적분 요소, 부동작 시간, 이득 여유와 위상 여유를 읽는 법, 위상 여유와 오버슈트의 관계를 다룹니다. 후반에서는 P·PI·PID 제어 각 동작의 작용, 지글러-니콜스의 한계 감도법, 적분 와인드업과 그 대책, 미분 킥, 마이컴에서의 이산 시간 PI 제어 계산, 0차 홀드에 의한 위상 지연, s 평면과 z 평면의 대응을 확인하고, 모터의 캐스케이드 제어, DC-DC 컨버터의 제어 루프, 시퀀스 제어의 입문을 다룹니다. 일본의 제3종 전기주임기술자 시험(덴켄 3종) '기계' 과목의 자동 제어나, 한국 전기기사 시험의 '회로이론 및 제어공학'을 학습하는 입문으로도 활용할 수 있습니다. 계산 문제의 값은 오답 선택지의 값도 포함하여 Python(NumPy)으로 계산해 확인했습니다. 부귀환의 이득, 연산 증폭기의 위상 여유와 위상 보상은 '아날로그·전자 회로', RC 회로의 시정수는 '전기 회로·전자기학의 기초', z 변환과 차분 방정식, 쌍일차 변환은 '디지털 신호 처리의 기초', PWM과 타이머 인터럽트는 '임베디드 시스템과 펌웨어', 고정 소수점과 포화 연산은 '컴퓨터 산술', 반도체 공장의 공정 제어(APC)는 '수율과 품질 관리' 분야에서 다룹니다.

제어 공학의 기초 전체 문제 (40)
  1. 피드백 제어(폐루프 제어)의 설명으로 올바른 것은?
  2. 피드포워드 제어를 피드백 제어와 조합하여 사용하는 이유로 올바른 것은?
  3. 전향 경로의 전달 함수가 G(s), 피드백 경로의 전달 함수가 H(s)인 부귀환 블록 선도가 있다. 목표값 R(s)에서 출력 Y(s)까지의 폐루프 전달 함수 Y(s)/R(s)로 올바른 것은?
  4. 전향 이득 G = 100, 피드백 이득 H = 0.1인 부귀환 시스템이 있다. 부품 열화로 G가 50으로 반감했을 때, 폐루프 이득의 감소 비율에 가장 가까운 것은?
  5. 초기값을 모두 0으로 할 때, 시간 함수의 미분과 적분을 라플라스 변환한 s 영역에서 나타내는 계산의 조합으로 올바른 것은?
  6. 전달 함수 G(s) = 5/(s + 2)인 시스템에 크기 1의 계단 입력을 가했다. 출력의 최종값(t → ∞에서의 값)으로 올바른 것은?
  7. 선형 시불변 시스템의 전달 함수 설명으로 올바른 것은?
  8. 전달 함수 G(s) = 2/(1 + 0.5s)인 1차 지연계에 시각 0에서 크기 1의 계단 입력을 가했다. t = 1 s에서의 출력에 가장 가까운 것은?
  9. 어떤 1차 지연계에 크기 2의 계단 입력을 가했더니, 출력은 최종적으로 6에 수렴하고 입력으로부터 0.4 s 후에 최종값의 약 63%에 도달했다. 이 시스템의 전달 함수로 올바른 것은?
  10. 2차 지연계 G(s) = ωn²/(s² + 2ζωn s + ωn²)의 계단 응답이 최종값을 지나쳐 진동하면서 다가가는, 감쇠비 ζ의 범위로 올바른 것은?
  11. 전달 함수 G(s) = 25/(s² + 4s + 25)인 2차 지연계의 고유 각주파수 ωn과 감쇠비 ζ의 조합으로 올바른 것은?
  12. 감쇠비 ζ = 0.5인 2차 지연계(영점이 없는 표준형)에 계단 입력을 가했다. 오버슈트(최종값을 넘어서는 최대량의 최종값에 대한 비율)에 가장 가까운 것은?
  13. 전달 함수 G(s) = 25/(s² + 4s + 25)인 시스템의 계단 응답이 최종값의 ±2% 이내에 들어올 때까지의 정정 시간을 근사식 ts ≈ 4/(ζωn)으로 어림한 값으로 올바른 것은?
  14. 영점이 없는 2차 지연계에서 극점을 s = −σ ± jωd라고 한다. σ를 바꾸지 않고 ωd만 크게 했을 때 계단 응답의 변화로 올바른 것은?
  15. 단위 피드백 시스템에서 전향 전달 함수가 G(s) = 9/(1 + 2s)이다. 크기 1의 계단 목표값에 대한 정상 편차로 올바른 것은?
  16. 폐루프가 안정한 단위 피드백 시스템에서 전향 전달 함수 G(s)가 적분 1/s를 1개 포함할(1형 시스템일) 때, 정상 편차의 설명으로 올바른 것은?
  17. 연속 시간 선형 시스템이 안정하기(임펄스 응답이 시간이 지남에 따라 0에 가까워지기) 위한 조건으로 올바른 것은?
  18. 폐루프 시스템의 특성 방정식이 다음과 같을 때, 안정한 시스템은?
  19. 루프 전달 함수가 K/(s(s + 1)(s + 2))인 단위 피드백 시스템이 있다. 폐루프 시스템이 안정해지는 K의 범위로 올바른 것은?
  20. 나이퀴스트 안정 판별법의 설명으로 올바른 것은?
  21. 1차 지연계 G(s) = 1/(1 + sT)의 보드 선도의 특징으로 올바른 것은?
  22. 적분 요소 G(s) = 1/s의 보드 선도로 올바른 것은?
  23. G(s) = 10/((1 + s/100)(1 + s/1000))의 각주파수 ω = 10⁴ rad/s에서의 이득을 보드 선도의 점근선 근사로 구한 값으로 올바른 것은?
  24. 부동작 시간 L인 요소 e^(−Ls)의 주파수 특성과, 그것을 루프 전달 함수에 포함하는 제어계에 대한 영향으로 올바른 것은?
  25. 루프 전달 함수의 보드 선도에서 읽어 내는 이득 여유와 위상 여유의 설명으로 올바른 것은?
  26. 루프 전달 함수 L(s) = 2/(s(s + 1)(s + 2))의 이득 여유에 가장 가까운 것은?
  27. 루프 전달 함수의 이득을 올렸더니 위상 여유가 60°에서 30°로 줄었다. 폐루프 계단 응답의 변화로 올바른 것은?
  28. 적분 요소를 포함하지 않는(0형) 제어 대상을 비례(P) 제어한다. 비례 이득 Kp를 크게 했을 때의 일반적인 변화로 올바른 것은?
  29. PI 제어에서 적분(I) 동작을 더하는 주된 목적과 그 부작용의 조합으로 올바른 것은?
  30. PID 제어의 미분(D) 동작의 성질과 구현에서의 대책의 조합으로 올바른 것은?
  31. PID 제어에서 목표값을 계단 형태로 바꾼 순간 조작량이 크게 튀어 오르는 것(미분 킥)을 막는 방법으로 올바른 것은?
  32. 지글러-니콜스의 한계 감도법에서는 비례 제어만으로 이득을 올려 지속 진동이 일어났을 때의 이득 Ku와 진동 주기 Tu로부터 PID 제어의 파라미터를 Kp = 0.6Ku, Ti = 0.5Tu, Td = 0.125Tu로 정한다. Ku = 8, Tu = 2 s일 때의 값으로 올바른 것은?
  33. 적분 와인드업의 설명으로 올바른 것은?
  34. 마이컴으로 위치형 PI 제어를 구현하고, PWM의 듀티비(0~100%)를 조작량으로 한다. 적분 와인드업의 대책으로 올바른 것은?
  35. 샘플링 주기 Ts = 1 ms에서 적분을 직사각형 근사 Σe·Ts로 계산하는 디지털 PI 제어가 있다. 적분 이득 Ki = 10 s⁻¹이고 편차 e = 0.2가 50샘플 동안 계속되었을 때, 적분항의 증가분으로 올바른 것은?
  36. 샘플링 주기 Ts = 1 ms인 디지털 제어에서는 D/A 변환의 0차 홀드가 약 Ts/2의 부동작 시간으로 작용한다. 이득 교차 주파수가 100 Hz일 때, 이 지연에 의한 위상 지연에 가장 가까운 것은?
  37. 극점이 s = −100 s⁻¹에 있는 연속 시간 1차 지연계를 샘플링 주기 Ts = 1 ms로 이산화했다. z = e^(sTs)의 관계로부터 구한 이산 시간 극점으로 가장 가까운 것은?
  38. 모터 제어에서 안쪽에 전류(토크) 루프, 바깥쪽에 속도 루프를 두는 캐스케이드 제어로 한다. 설계의 사고방식으로 올바른 것은?
  39. 스위칭 주파수 500 kHz인 강압형 DC-DC 컨버터에서 출력 전압의 피드백 루프를 설계한다. 이득 교차 주파수를 고르는 기준으로 올바른 것은?
  40. 시퀀스 제어의 설명으로 올바른 것은?

이 분야의 비교

기초의 다른 분야