근궤적과 자동제어의 보상

전기기사 필기 2009년 1회 78번

Q문제

잔류 편차가 발생하는 제어는?

유사 문제 링크

선택지 분석

비례 제어

비례 제어(P 제어)는 조작량이 편차에 비례하는 제어 방식으로, 구조가 간단하나 본질적으로 잔류 편차(Offset)가 발생하는 특성을 가집니다.

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Step 1: 비례 제어의 기본 원리를 파악합니다. 비례 제어는 제어 신호 u(t)가 오차 e(t)에 비례하는 u(t) = Kp * e(t)의 관계를 가지며, 여기서 Kp는 비례 이득입니다.

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Step 2: 잔류 편차의 발생 원인을 분석합니다. 오차가 줄어들면 조작량도 함께 줄어들기 때문에, 부하가 존재하는 계통에서는 오차가 완전히 0이 되기 전에 조작량과 부하가 평형을 이루어 더 이상 오차가 줄어들지 않는 상태에 도달하게 됩니다.

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Step 3: 제어 특성을 결론짓습니다. 이러한 물리적 한계로 인해 비례 제어 단독으로는 목표값에 완전히 도달하지 못하고 일정한 정상 상태 오차인 잔류 편차를 남기게 됩니다.

적분제어

적분 제어(I 제어)는 오차를 시간으로 적분하여 조작량을 생성하므로 잔류 편차를 제거하는 데 특화된 방식입니다.

비례 미분 적분 제어

PID 제어는 적분(I) 동작을 포함하고 있어 비례 제어의 단점인 잔류 편차를 완전히 제거할 수 있습니다.

비례 적분 제어

PI 제어는 비례 제어에 적분 동작을 추가하여 잔류 편차를 제거하고 정상 상태 특성을 개선한 방식입니다.

잔류 편차(Offset)란 무엇인가요?

제어계가 정상 상태에 도달했을 때 목표값과 실제값 사이에 발생하는 일정한 오차를 의미합니다.

왜 비례 제어에서만 잔류 편차가 발생하나요?

비례 제어는 오차에 비례하여 조작량을 결정하므로, 오차가 0이 되면 조작량도 0이 되어 외부 부하의 저항에 대응할 힘이 사라지기 때문입니다.