자동제어(1) open loop, closed loop, feedback, future evolution

 

 

A control system

 

an interconnection of components forming a system configuration that will provide a desired system response.

내가 원하는 출력을 얻게끔 입력을 조절하는 것

component 혹은 process가 control될 것이다. 

control의 주목적 : Stability, Performance

 

 

 

input, output

 

input은 a desired response, output은 the actual response이다. 

floor는 엘리베이터의 층을 생각하면 된다.

한 번에 해당하는 층으로 갈 수 없으므로, 서서히 도달하는 그림이 나타난다. 

 

또한 미분방정식으로 표현됨(dynamics)가 크게 두 개 나타난다.

Transient response(일시적인 응답) : performance

Elevator response(정상상태 응답) : stability

(주파수 응답은 일시적인 응답이 중요하지 않다. 정상상태 응답만 중요시한다.)

 

 

 

open-loop, closed-loop

 

제어시스템은 피드백이 있느냐, 없느냐에 따라서 open loop와 closed loop로 나뉘어진다.

 

1. open-loop control system

a system utilizes an actuating device to control the process directly without using feedback

피드백의 사용 없이 동작

장점 : simple construction, ease of maintenance, no stability concern, 측정 어려운 output을 다루기 편리

단점 : calibration 내의 changes, disturbances가 에러를 유발할 수도 있다. 

         원하는 값의 output이 도출되지 않을 수 있다. 

 

 

2. closed-loop feedback control system

a system uses a measurement of the output and feedback of this signal to compare it with the desired output

피드백을 사용

 

 

 

Feedback and Feedforward

 

1. Feedback mechanism

ability of a machine to self-correct its operation by using some part of its output as input

오차를 보완하는 매커니즘

 

2. Feedforward mechanism

ability of a machine to examine the raw materials that come to it and then decide what operaitons to perform

미리 예측, 어떤 과정을 수행할지 결정하는 메커니즘

 

 

Basic elements of control loop

 

 

controller는 disturbance가 존재함에도 불구하고, output을 'satisfactory' manner 상태로 만드는 역할을 한다. 

즉, controller를 Implementation, 컴퓨터 역할을 한다고 볼 수 있다.

actuator, plant, sensor는 한 덩어리로 묶어 Mathematical model(수학적 모델)로 사용한다. Modeling

 

 

모델링(미분방정식)을 통해서-> 컴퓨터가 system을 읽어들일 수 있게 -> 모델 생성 후 테스트, 설계(design) -> 구현

(실제와 수학적 모델은 분명히 차이가 있다. 다르다.)

 

 

Engineering design

 

1. Control engineering is concerned with the analysis and design of goal-oriented systems

2. Automation- 정밀도 등 기계가 더 우수한 부분을 보강하기 위한 자동화

 

[설계 단계]

1. Modeling as a transfer function and a block diagram

- 라플라스 트랜스폼, 전달함수, Mechanical, electrical, eletromechanical systems, Linearization

2. Analysis

- step response(transient, steady state), frequency response(bode plot)

- Stability : routh-hurwitz criterion, Nyquist criterion

3. Design 

- Root locus technique, frequency response technique

- PID control, lead/lag compensator

4. Theory, practice in lab

 

 

Future evolution of control systems

 

산업 생태계가 변화하고 있다.

3차 산업혁명의 가치가 공유와 개방, 주로 가상환경(인터넷 환경)에서 실행된 반면 [내장형, 단독실행의 임베디드]

4차 산업혁명의 가치 역시 공유와 개방, 그러나 실제 환경에서 실행되는 추세이다. [주변까지 고려, 최적을 결정하는 CPS]

이제부터는 사이버 요소(computing) + 물리적 요소(robot)이 합쳐진, 전자분야의 융합이 중요시된다.

4차 산업혁명의 핵심 플랫폼으로 CPS를 꼽을 수 있다. 

CPS는 통신 + 연산 + 제어이다. 모델링, 확장성, 안정성(보안 이슈) 등이 중요하다. 

 

 

 

 

 

** SISO(single input single output)을 주로 다룬다. MIMO는 서로 간의 상호작용이 있으므로 더 복잡