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제어공학(자동제어)
임노빈 교수
KAIST 대학원 생산공학과 석사과정
KAIST 대학원 기계공학과 박사졸업
KAIST 대학원 생산공학과 석사과정
KAIST 대학원 기계공학과 박사졸업
한성대학교
현) 유니와이즈 전임교수
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총 24개 챕터, 48강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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[1강] 오리엔테이션
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자동제어공학 개론과 발전 흐름 요약
• 자동제어 개념과 구성요소: 제어 대상·목표 상태·자동 제어 메커니즘으로 구성된 피드백 기반 공학 시스템 정의 및 기능 이해 • 고전 제어이론 핵심기법: 라우스-후르비츠, 나이퀴스트, 보드선도, 근궤적법을 이용한 전달함수·주파수 영역 기반 안정도 및 성능 해석 체계 • 현대·지능형 제어 이론: 상태방정식 기반 현대 제어이론과 신경망·퍼지·유전자 알고리즘·AI 제어의 공업·산업 시스템 응용 방향 정리 |
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| 1장. 자동제어 시스템 | ||
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[2강] 자동제어
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자동제어시스템 개요와 종류, 개루프·폐루프 비교 정리
• 자동제어 개념과 제어이론 구분: 목표값과 실제 출력의 오차를 줄이는 자동 피드백 기술, 전달함수·주파수영역 기반 고전 제어와 상태방정식·시간영역 기반 현대 제어 및 지능제어 기법의 이론적 구분 정리 • 자동제어시스템 구성과 루프 구조: 입력·목표값·제어대상·조작량·제어량·외란·제어요소·조작부·귀환요소·비교부로 이루어진 시스템 구조와 개루프(비피드백)·폐루프(피드백) 제어의 블록선도, 장단점 및 수위제어 예시를 통한 기능 비교 • 제어시스템 분류와 제어 방식: 선형·비선형 및 시변·시불변 시스템의 정의와 선형성·선형화 개념, 정치제어와 추종·서보제어의 목표 신호 특성, 서보기구·서보모터의 추종 성능 특성 및 대표 응용 분야 개념 정리 |
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| 2장. 자동제어의 기초수학 | ||
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[3강] 복소함수
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복소수와 복소함수, 극점과 영점 핵심 정리
• 복소수 표현과 연산: 직교좌표식·극좌표식·지수식 상호 변환과 오일러 공식, 크기·위상 기반 곱셈·나눗셈 구조 정리 • 복소함수와 사상: 복소수 s에 대한 G(s)의 실수부·허수부 표현과 S평면 궤적의 G(s)평면 사상 개념 정리 • 극점·영점과 무한대 영점: 유리형 G(s)=N(s)/D(s)의 분자·분모 근을 통한 영점·극점 및 분모 차수 우위 시 무한대 영점 판별 원리 정리 |
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[4강] 라플라스 변환
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라플라스 변환과 역변환 기본 공식 및 예제 정리 (제어공학 3강)
• 라플라스 변환 기본 개념: 시간함수 f(t)의 s-도메인 변환 정의·극한 조건·성립 범위와 상수·다항식·지수함수·삼각함수의 표준 변환 공식 정리 • 라플라스 변환/역변환 표: tⁿ·e^{-at}·sinωt·cosωt 등 기본 대응 관계와 계수 조정 규칙 기반의 빠른 변환·역변환 절차 정리 • 라플라스 역변환 기법: 단순 유리함수 및 고차 분모에 대한 부분분수 분해·계수 비교·완전제곱 변환을 통한 시간응답 복원 일반 절차 정리 |
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[5강] 라플라스 변환 응용
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라플라스 변환 응용: 이동정리·미분·적분·초기·최종값·단위계단
• 이동정리와 지수·지연 신호: $e^{at}f(t)\leftrightarrow F(s-a)$, $u(t-a)\leftrightarrow e^{-as}/s$를 통해 시간영역 지수 곱·시간지연을 $s$축 이동·지연 인자로 표현하고, 복잡한 라플라스 변환·역변환을 표준형 치환으로 계산 • 미분·적분 정리와 동적 방정식: $\mathcal{L}\{f^{(n)}(t)\}=s^{n}F(s)-\sum_{k=0}^{n-1}s^{n-1-k}f^{(k)}(0)$, $\mathcal{L}\{\int_{0}^{t}f(\tau)d\tau\}=F(s)/s$를 이용해 미분·적분 연산을 $s$에 대한 대수식으로 바꾸어 제어시스템 미분방정식 해석 • 초기값·최종값 정리와 단위 계단함수: $f(0^{+})=\lim_{s\to\infty}sF(s)$, $f(\infty)=\lim_{s\to 0}sF(s)$ 조건하에서 시작값·종단값을 직접 구하고, $u(t)$·$u(t-a)$ 및 구간별 계단파를 라플라스 영역 상수항·지수인자로 표현해 단위계단 응답·정상상태 오차와 시간지연 효과 분석 |
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[6강] 행렬
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행렬과 행렬식, 역행렬·크래머 룰·고유값 개념 정리
• 행렬·행렬식·행렬 종류: 행·열벡터, 정방·대각·단위·대칭·전치행렬 정의와 행렬식 계산(소행렬식·여인수 전개) 구조 정리 • 수반행렬·역행렬·행렬 연산: 여인수행렬과 수반행렬을 통한 역행렬 공식(A⁻¹ = 1/det(A)·adjA)과 덧셈·곱셈·전치·역행렬의 기본 성질 정리 • 크래머 룰·고유값·고유벡터: Ax=b의 크래머 룰 기반 해 표현과 특성방정식 det(A-λI)=0에 의한 고유값·고유벡터 계산 및 제어 시스템 해석과의 연계 정리 |
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| 3장. 자동제어 시스템의 모델링 | ||
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[7강] 전달함수와 블록선도
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전달함수와 블록선도 핵심 개념 및 예제 정리
• 전달함수와 시스템 모델링: 선형 시불변 시스템 미분방정식을 라플라스 변환하여 출력/입력 비 G(s)=Y(s)/X(s)로 정의하고, 기계(질량–스프링–댐퍼)·전기(RC 회로) 시스템에서 물리 법칙으로 미분방정식 수립 후 전달함수 다항식 분수형으로 유도 • 블록선도 구성요소와 신호 관계: 신호선·전달요소 블록 G(s)·가산점·분기점으로 제어시스템 신호 흐름을 표현하고, C(s)=G(s)R(s), 가산점의 가/감산, 분기점 신호 복사 규칙으로 미분방정식 기반 관계식을 구조적으로 도식화 • 블록선도 등가변환과 폐루프 해석: 직렬(G1G2), 병렬(G1+G2) 결합과 가산점·분기점의 블록 전후 이동(G 또는 G⁻¹ 보정)으로 구조를 단순화하고, 단일 피드백 루프에서 폐루프 전달함수 C(s)/R(s)=G(s)/[1+G(s)H(s)](단위귀환 시 G/(1+G))를 적용하여 복잡한 다중 루프 블록선도를 단계적으로 축소·해석 |
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[8강] 신호흐름선도
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신호 흐름 선도와 메이슨의 이득 공식 핵심 정리
• 신호 흐름 선도 기본 개념: 마디·가지·전향 경로·경로 이득·귀환 루프 정의와 더하기·분기·곱하기 법칙, 블록선도 대비 구조적 표현 방식 정리 • 블록선도·물리 시스템 변환: 제어 블록선도를 신호 흐름 선도로 치환하는 규칙과 RLC 회로 미분방정식의 라플라스 변환을 통한 마디·가지 모델링 및 초기조건 반영 구조 정리 • 메이슨의 이득 공식: 전향 경로 이득 M_k, 전체 델타 Δ, 경로별 Δ_k 정의와 비공동 마디 루프 조합에 따른 Δ 계산 규칙을 이용한 복잡 피드백 시스템 전달함수 산출 절차 정리 |
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[9강] 상태방정식과 제어요소 모델링
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상태방정식과 제어요소 모델링, 상태방정식–전달함수 관계 핵심 정리
• 상태공간 표현과 상태변수: 선형 시불변 시스템을 상태벡터·입력·출력으로 표현하는 상태방정식·출력방정식 구조, 상태변수 정의와 A·B·C·D 행렬(시스템·입력·출력·전송행렬) 역할 정리 • 상태방정식–전달함수 변환: LTI 시스템에서 $G(s)=C(sI-A)^{-1}B+D$ 관계를 통한 상태방정식 → 전달함수 유도, 행렬식·수반행렬·역행렬을 이용한 (sI−A)⁻¹ 계산 절차와 예제 구조 정리 • 전달함수–상태방정식 변환 및 모델링: 기계계(질량–스프링–댐퍼) 등 물리 시스템의 미분방정식·전달함수 모델링, 전달함수 차수 기반 캐노니컬 폼(제어표준형) 상태변수 선택으로 상태방정식 구성하는 일반 절차 정리 |
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| 4장. 제어시스템의 시간응답 | ||
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[10강] 과도응답과 정상상태 응답 및 단위계단응답
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과도응답과 정상상태응답, 1·2차 시스템의 단위계단응답 및 감쇠비
• 시간응답 구성 개념: 과도응답·정상상태응답 분해, 단위계단·램프·포물선 신호의 라플라스 표현과 폐루프 전달함수를 통한 정상상태값·과도성분 정의 • 1차·2차 지연시스템 응답 특성: 1차 시스템의 단위계단응답과 시정수·상승시간·정정시간 관계, 2차 시스템의 표준형 특성방정식과 고유주파수·감쇠비·백분율 오버슈트 정의 및 계산 • 2차 시스템 감쇠 분류와 설계: 감쇠비와 근의 위치에 따른 과제동·임계제동·부족제동·무제동 응답 유형 판별, 증폭도 K 변화가 특성방정식·감쇠비·응답형태에 미치는 영향 분석 |
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[11강] 부족제동 2차제어시스템
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부족제동 2차 제어시스템, 시간응답과 극점·영점
• 부족제동 2차 시스템 시간응답: 표준형 전달함수와 감쇠비·고유주파수에 따른 극점·단위계단응답, 첨두값 시간·오버슈트·지연·상승·정정시간 정의 및 계산 관계 정리 • 극점·영점과 고차시스템 동특성: 극점·영점 추가에 따른 고차시스템의 과도응답 변화, 극점 위치와 감쇠·진동 특성, 멀리 있는 극점·영점의 근사적 무시 조건 정리 • 상태방정식과 전달함수: 선형 시불변 시스템의 상태방정식 표현, 라플라스 변환을 통한 전달함수 G(s)=C(sI−A)⁻¹B+D 도출, 단위계단응답 계산 절차 정리 |
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| 5장. 제어시스템의 안정도와 정상상태 오차 | ||
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[12강] 자동제어시스템의 안정도
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자동제어시스템 안정도와 라우스-후르비츠 판별법 요약
• 자동제어시스템 안정도 개념: 특성방정식 근의 실수부 부호로 안정·불안정·상대안정도 정의, 계수 부호·누락 항과 안정 조건의 관계 정리 • 라우스-후르비츠 판별법: 일반 특성방정식 계수로 라우스 표를 구성해 1열 부호 변화를 통해 우반평면 근 개수와 안정 여부 판별, 계수 부호 불일치·누락 항·첫 항 0(ε 대체)·행 전체 0(보조식 및 미분) 등 특수 상황 처리 규칙 정리 • 이득 K와 상태방정식 안정 해석: 이득 K가 포함된 특성방정식에 라우스 표를 적용해 안정 가능 K 범위 도출, 상태방정식의 상태행렬 A에 대해 det(sI−A)=0 특성방정식을 구해 동일 라우스-후르비츠 원리로 안정도 판별하는 절차 정리 |
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[13강] 정상상태오차 및 자동제어시스템
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정상상태 오차와 시스템 형(Type) 핵심 정리
• 정상상태 오차·최종값정리·직류이득(DC Gain): 단위피드백에서 $E(s)=R(s)/(1+G(s)H(s))$와 최종값정리 $e_{ss}=\lim_{s\to0}sE(s)$로 스텝·램프·포물선 입력 오차 계산, $G(0)=\lim_{s\to0}G(s)$로 DC 입력에 대한 정적 이득 정의 • 정상상태 오차 상수(Kp, Kv, Ka): $K_p=\lim_{s\to0}G(s)H(s)$, $K_v=\lim_{s\to0}sG(s)H(s)$, $K_a=\lim_{s\to0}s^2G(s)H(s)$로 정의하고 스텝·램프·포물선 입력에 대해 각각 $e_{ss}=1/(1+K_p), 1/K_v, 1/K_a$로 표현하여 요구 오차로부터 필요한 상수·게인 K 설계 • 시스템 형(Type)과 오차 특성: 개루프 전달함수 분모의 적분기 개수(1/s 인자 수)로 0형·1형·2형·N형 시스템을 구분하고, 형에 따라 스텝·램프·포물선 입력에 대한 정상상태 오차의 0/유한/무한 패턴이 결정되므로 원하는 추종 성능에 맞춰 시스템 형과 이득을 구조적으로 설계 |
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| 6장. 제어시스템의 주파수 응답 | ||
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[14강] 주파수응답과 주파수 전달함수
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주파수응답과 주파수 전달함수, 진폭비·위상차, 공진특성 요약
• 주파수응답·주파수 전달함수: 전달함수 G(s) 에 s=jω 치환해 G(jω) 정의, |G(jω)|·∠G(jω) 로 정현파 입력에 대한 정상상태 증폭비와 위상차를 표현 • 진폭비·위상차·복소지수: 진폭비는 정상상태 출력·입력 진폭비, 위상차는 위상각 차이, e^{jωt}·오일러 공식으로 정현파를 복소지수로 표현해 주파수영역 해석을 단순화 • 공진특성·폐루프 주파수응답: 첨두공진값·공진주파수·대역폭으로 증폭 특성과 유효응답 대역을 정의하고, 폐루프 전달함수 T(jω)=G(jω)/{1+G(jω)H(jω)} 의 크기·위상으로 폐루프 시스템 주파수응답을 평가 |
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[15강] 주파수 응답 선도
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주파수 응답 선도: 보드선도·벡터궤적·이득-위상도 정리
• 주파수 응답 선도 개념: $G(s)$에 $s=j\omega$를 대입한 $G(j\omega)$의 크기·위상을 보드선도(dB-로그 축), 벡터궤적(복소평면), 이득-위상도(위상-이득 평면)로 표현하여 주파수 특성·대역폭·공진·안정성 여유를 해석함 • 보드선도 및 기본 제어요소 특성: 전달함수를 비례·적분·미분·1차 앞선/지연·2차 지연·낭비시간요소의 곱으로 분해하고, 크기 곱·위상 합, dB 합(±20 dB/dec 기울기, 위상 범위 0/±90/±180° 등) 원리로 0·1·2형 시스템까지 보드선도를 구성함 • 벡터 궤적·이득-위상도 해석: $G(j\omega)$를 복소평면 궤적(형 증가 시 90° 회전, 공진·위상 변이 관찰)과 위상-이득 곡선으로 나타내어 기본 제어요소 및 복합 전달함수의 주파수 응답, 공진 피크, 위상·이득 여유를 종합적으로 평가함 |
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| 7장. 제어시스템의 주파수 응답과 시간응답 | ||
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[16강] 나이퀴스트 판별법
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나이퀴스트 판별법과 제어시스템 타입별 나이퀴스트 선도
• 나이퀴스트 판별법 개념: 개루프 주파수응답 G(jω)H(jω)의 나이퀴스트 경로 사상을 이용해 특성방정식 1+G(s)H(s)=0의 우반평면 근 개수(Z=N+P)와 -1점 포함 여부로 폐루프 절대·상대 안정도를 판별하는 주파수영역 방법 • 제어시스템 타입별 나이퀴스트 선도: 0형·I형·II형 시스템에 대해 극·영점 구조와 ω→0,∞에서의 크기·위상 극한을 기반으로 나이퀴스트 형상(시작·종료 위치, 실수축 교차, -1점과의 상대 위치)을 비교하여 안정/불안정 조건과 A,B(극·영점 위치)·K(이득)의 영향 정리 • 간략화 나이퀴스트 및 예제 해석: 실수축 대칭성을 이용한 양의 주파수 구간만의 간략화 판별법과 K=300 등 수치 예제를 통해 G(jω)H(jω)의 실수·허수부 전개, 허수부=0에서 실수축 교차점 계산, 진행 방향 기준 -1점의 좌·우 위치로 안정도 및 상대안정도(이득여유·위상여유) 해석 절차 정리 |
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[17강] 주파수응답과 시간응답
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주파수응답과 시간응답
• 이득여유·위상여유: 나이퀴스트·보드선도에서 이득교차·위상교차주파수로 Gain Margin·Phase Margin을 정의하고, 개루프 이득 변화에 따른 상대 안정도와 허용 이득 범위를 평가 • 2차 시스템 주파수·시간응답 파라미터: 표준 2차 폐루프 전달함수에서 감쇠비 ζ, 고유진동수 ωn으로 첨두공진값 Mp, 공진주파수 ωr, 대역폭 ωBW와 피크시간 Tp, 오버슈트 %OS, 지연시간 Td, 상승시간 Tr, 정정시간 Ts를 상호 변환·계산 • 위상여유–감쇠비–오버슈트 관계: 주파수응답으로부터 얻은 ζ와 ωn을 사용해 위상여유, 오버슈트, 대역폭을 연계하고, 근사식 ζ≈0.01φm 등을 통해 목표 오버슈트·안정도 사양에 대응하는 위상여유 및 밴드폭 설계 기준을 설정 |
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| 8장.근궤적법 | ||
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[18강] 근궤적법
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제어공학 근궤적법: 정의·성질·그리기와 응답사양 정리
• 근궤적 기본 개념·조건: 폐루프 특성방정식 근의 궤적 정의, 각도·크기 조건, 개루프 극·영점 기반 출발점·종착점·분기수·대칭성 구조 정리 • 근궤적 구성 요소: 실수축 존재 구간(홀수 규칙), 점근선 교점·각도, 이탈·인입점, 출발·도착각, 허수축 교차와 Routh-Hurwitz 판별을 통한 안정 한계 이득 계산 절차 • 근궤적과 성능 지표: 근궤적상의 폐루프 극점과 감쇠정수·자연진동수 관계, 감쇠정수 선 교차를 이용한 오버슈트·피크시간·정정시간 추정 및 이득 K 설계 방법 정리 |
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| 9장. 근궤적이용 제어기 설계 | ||
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[19강] 근궤적이용 제어기 설계(1)
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근궤적을 이용한 과도·정상상태 응답 개선과 PD/PI 제어기 설계 및 구현
• 근궤적 기반 지배극 설계: 2차 근사식(감쇠비, 자연진동수, 정정시간)으로 목표 과도응답을 지배극 위치로 변환하고 근궤적의 각도·크기 조건으로 이득 K와 극·영점(보상기 위치)을 결정함 • PD/PI 제어기 설계 원리: PD 제어기로 영점 추가·각도 보상을 통해 실수부 확대 및 정정시간 단축·진동 감소를 달성하고, PI 제어기로 1/s 적분 요소 및 근접 영점 추가를 통해 시스템 Type을 증가시켜 정상상태 오차를 제거함 • Op-Amp 기반 구현: 설계된 전달함수 $G_c(s)=K_p+K_d s$, $G_c(s)=K_p+K_i/s$를 기준으로 비례·미분·적분 경로를 반전 증폭기·미분기·적분기 회로로 구현하고, $K_p,K_d,K_i$를 저항·커패시터 값($R,C$)과 대응시켜 실제 PD/PI 제어기 하드웨어를 설계함 |
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[20강] 근궤적이용 제어기 설계(2)
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근궤적을 이용한 시간응답 설계와 PID 제어기 구현 요약
• 근궤적 기반 시간응답 설계: 퍼센트 오버슈트·첨두시간으로 감쇠비·희망 폐루프극점 결정 후, 극점·영점 배치와 이득 조정을 통해 위상 보상과 정상상태 오차 조건(적분기 포함)을 만족하는 제어기 구조 설계 • PID 제어기 특성과 설계: P·I·D 각 항의 시간응답·정상상태 성능 영향 정의 후, PI·PD·PID 표준형(KP, KI, KD)으로 표현하고 근궤적/주파수 응답을 이용해 원하는 동특성을 만족하는 PID 파라미터 산출 • 연산증폭기 기반 구현: 반전 증폭기 임피던스 해석으로 P·I·D·PI·PID 전달함수 도출, 위상 보상(리드·래그) 제어기 실현, 가산기 회로를 이용한 오차 신호 합성 및 PID 이득을 저항·커패시터 값으로 매핑해 아날로그 제어기 구현 |
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| 10장. 보드선도 이용제어기 설계 | ||
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[21강] 보드선도 이용제어기 설계
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보드선도 이용 제어기 설계(이득조정·지상·진상·진지상 설계 요약)
• 보드선도 기반 주파수응답 해석: 크기·위상선도로 이득여유·위상여유 산정, 이득 K 조정으로 안정성·정상상태 오차·과도특성(오버슈트·정정시간) 간 트레이드오프 설계 • 지상·진상 제어기 설계 원리: 지상제어기(leg, |z_c|>|p_c|)로 저주파 이득·K_p·K_v 증대 및 정상상태 오차 감소, 진상제어기(lead, |z_c|<|p_c|)로 중고주파 위상 리드·위상여유 증가·댐핑비 향상·오버슈트 및 정정시간 개선 • 진·지상 복합 설계 및 구현: 지상→진상 순으로 보드선도 기반 반복 설계로 정상상태 오차·오버슈트·정정시간 동시 만족 제어기 합성, 최종 전달함수 G_c(s)=K(s+z_c)/(s+p_c)를 R·C 수동소자 네트워크로 회로 구현 및 주파수·시간응답 검증 |
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| 11장. 상태방정식 이용 제어기 | ||
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[22강] 상태방정식 이용 제어기
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상태방정식을 이용한 제어기·관측기 설계 핵심 정리
• 상태귀환 설계: 상태방정식 $ẋ=Ax+Bu,\ y=Cx$와 제어입력 $u=r-Kx$를 사용해 $\det(sI-(A-BK))$의 극점을 원하는 시간응답 사양(오버슈트·정정시간 등)에 맞게 배치하고, 특성다항식 계수 일치로 이득 $K$를 결정하며 필요 시 참조입력 증폭기로 정상상태 오차를 보정함 • 전달함수 기반 상태공간 실현: 전달함수 $G(s)=N(s)/D(s)$를 상태공간 형태로 변환해 $A,B,C$를 추출한 뒤, 동일한 극점 배치·계수 비교 절차로 상태귀환 이득 $K$를 설계하고, 고차·다변수 시스템에서도 행렬 기반으로 일관된 설계를 수행함 • 관측기 및 상태추정 기반 제어: 측정 불가 상태를 추정하는 관측기 $ \hat{x}̇=A\hat{x}+Bu+Q(y-\hat{y}),\ \hat{y}=C\hat{x}$를 구성하고 오차동역학 $ė_x=(A-QC)e_x$의 특성식 $\det(sI-(A-QC))$을 목표 극점(보통 제어극점보다 5~10배 빠르게)으로 설계하여 $Q$를 구한 뒤, 실제 제어에 $u=r-K\hat{x}$ 구조를 사용해 상태귀환과 관측기를 결합한 제어기를 구현함 |
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| 12장. 제어공학 예제문제풀이 | ||
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[23강] 예제문제풀이(1)
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Summary Content:
• 라플라스 변환·전달함수·안정도: 단위계단·지수·사인 신호 라플라스 변환/역변환, 초기값·최종값 정리, 선형 미분방정식·회로·상태방정식으로부터 전달함수 도출 및 1·2차 시스템 시정수·감쇠비·시간응답 분석 • 안정도 판별·이득 범위·정밀도 상수: 라우스-후르비츠 표를 이용한 극점 위치·안정 판별과 이득 K의 안정 범위 계산, 위치·속도·가속도 상수(Kp, Kv, Ka) 정의와 계단·램프·가속도 입력에 대한 정상상태 오차 설계 • 주파수 응답·이득·위상: 전달함수의 주파수 응답 G(jω) 계산, 복소수 크기·위상으로부터 진폭비(이득)·위상각·dB 이득 산출 및 지연요소·지수형 표현 해석을 통한 주파수 특성 이해 |
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[24강] 예제문제풀이(2)
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응답특성과 근궤적·보드선도 기반 성능 및 안정도 해석 요약
• 2차 시스템 주파수·시간응답 특성: 표준 2차형에서 감쇠비·고유주파수 추출 후 첨두공진값·공진주파수·오버슈트·첨두시간·정정시간을 계산하여 공진·대역폭·과도응답을 해석 • 안정도 해석과 근궤적 설계: 특성방정식과 라우스 판별법으로 이득 범위·허수축 교차점·근궤적 실수축 이탈점을 구하고, 지배극점 위치를 이용해 요구 시간응답 사양을 만족하는 이득 및 극점 배치를 설계 • 주파수영역 설계와 제어기 튜닝: 나이퀴스트·보드선도로 이득여유·위상여유·대역폭을 평가하고, 정상상태오차를 위한 위치상수·지상(lead/lag) 제어기와 연산증폭기 전달함수 설계를 통해 정밀도와 안정도를 동시에 만족시키는 제어시스템을 구성 |
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| 13장. 디지털 제어 시스템 개요 | ||
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[25강] 신호와 시스템, 디지털 신호의 개요
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디지털 제어 시스템, 신호와 시스템·디지털 신호 개요 정리
• 신호·시스템·신호처리: 신호(물리량의 시간·독립변수 함수)와 시스템(입력-출력 변환 장치) 정의, 입출력/상태공간 표현과 시변·시불변 시스템 및 해석·합성·변환·필터링 기능 중심 신호처리 구조 정리 • 신호 분류·정현파·RMS·dB: 연속/이산, 아날로그/디지털 신호 분류와 확정/불규칙 신호 특성, 정현파의 진폭·위상·주기·주파수·각주파수 관계, 실효값(RMS) 정의와 전력·크기비 데시벨(dB) 표현 정리 • A/D·D/A 변환과 디지털 처리 시스템: 신호 길이 개념과 샘플링·양자화·부호화로 구성된 A/D 변환, 전처리/후처리 필터와 ADC·디지털 처리부·DAC로 이루어진 디지털 신호 처리 및 디지털 제어 시스템 블록 구조 정리 |
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[26강] 샘플링
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샘플링과 알리아싱, 신호 복원 및 예제 정리
• 샘플링·샘플링 주기/주파수·디지털 각주파수: 연속신호를 일정 샘플링 주기 Ts로 이산수열로 변환하고, Ts=1/fs, Ω=ωTs 관계를 통해 시간·주파수 축을 연결하는 기본 개념 정리 • 알리아싱·샘플링 정리·반주파수중첩필터: 샘플링률 부족 시 서로 다른 연속 정현파가 동일 이산신호를 만드는 알리아싱과 나이퀴스트 기준, 스펙트럼 중첩과 이를 줄이기 위한 대역제한용 anti‑aliasing 필터 역할 정리 • 신호 복원·저역통과 필터·샘플링 계산 예제: 이산신호에서 저역통과 필터로 연속신호를 복원하는 이상 조건과 실제 한계, 주어진 연속 정현파를 특정 Δt와 샘플 개수로 이산신호 y[n]으로 계산하는 절차 정리 |
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| 14장. 디지털 신호 변환 | ||
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[27강] A/D, D/A 컨버터, 디지털 변환
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A/D, D/A 컨버터와 디지털 변환 핵심 정리
• 디지털 신호변환 처리 구조: 전처리 필터–A/D(샘플링·양자화·부호화)–디지털 제어기–D/A(복호화·복원)–후처리 필터로 구성되는 아날로그–디지털–아날로그 신호 변환 체계와 안티앨리어싱·안티이미징 필터, S/H, 멀티플렉서의 역할 정리 • A/D 변환 및 사양: 샘플링 주파수·나이퀴스트 조건, 양자화 레벨·간격·오차와 잡음(SNR), 비트 수·분해능·입력 범위, 단극성/양극성, SAR·플래시 등 변환 방식과 멀티채널 ADC·인터페이스 구조 정리 • D/A 변환 및 회로: N비트 코드–아날로그 전압/전류 변환, 분해능·풀스케일·오차, 가중 저항·R-2R 사다리 네트워크와 실습용 DAC 소자, PWM 기반 등가 D/A, 후처리 필터에 의한 계단파 평활화 및 구동 신호 형성 원리 정리 |
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[28강] 디지털 신호 및 그 연산
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디지털 신호 및 연산 핵심 개념 정리 (제어공학 2.3절)
• 연속·이산 기본 신호와 임펄스 계열: 단위 계단·램프·부호 함수와 디락/크로네커 델타 정의, 계단–임펄스–램프 간 미분·적분 및 샘플링(시프팅) 관계, 사각 펄스·게이트 신호의 계단 표현 구조 정리 • 지수·정현파 및 이산 주파수 특성: 연속·이산 지수·복소 지수·정현파 신호의 표현, 오일러 공식 기반 실수/허수 정현파 분해, 감쇠·발산 포락선 특성, 이산 정현파의 주기 조건·주파수 중복 및 정규화 주파수(나이퀴스트) 개념 정리 • 신호 연산·샘플링 변환: 연속·이산 신호의 합·곱·미분·적분, 진폭 반전·척도·오프셋 및 시간 이동·반전·척도 조절, 이산 차분·누적합, 솎음(decimation)·보간(interpolation) 연산과 기본 연산 조합·짝/홀 성분 분해를 통한 신호 구조 표현 정리 |
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| 15장. 주파수 영역 해석 | ||
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[29강] 신호와 주파수 변환
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신호와 주파수 변환, 스펙트럼과 정현파, 오일러 공식
• 주파수 영역 해석과 스펙트럼: 신호·시스템을 주파수별 성분으로 분해해 진폭·위상·에너지 분포를 표현하고 이산/연속 제어시스템의 주파수 응답 분석에 활용 • 기본신호와 정현파 스펙트럼: 선형 시스템에서 신호를 단순 기본신호(특히 정현파)의 일차결합으로 표현하고, 정현파를 단일 주파수 성분으로 보아 진폭 스펙트럼과 위상 스펙트럼으로 기술 • 오일러 공식과 복소 스펙트럼: 오일러 공식으로 사인·코사인을 복소지수로 변환해 실수 정현파를 ±주파수의 대칭 복소 스펙트럼으로 표현하고, 복수 정현파 합성 신호의 스펙트럼 해석과 Fourier 급수/변환의 기초를 제공 |
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[30강] 푸리에 급수
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푸리에 급수와 신호의 주파수 표현 핵심 정리
• 푸리에 급수 기본 개념·표현: 주기 신호를 기본 주파수와 고조파 정현파(삼각형·간결형·복소 지수형)의 합으로 표현하고, 직교성을 이용해 실수 계수(a₀,aₖ,bₖ)와 복소 계수(Xₖ)를 적분으로 계산하는 주파수 영역 표현 기법 정리 • 수렴 조건·대표 파형·대칭성: Dirichlet 수렴 조건(적분 유한·극대/극소 유한·불연속 유한)과 사각파·펄스·톱니파·삼각파·정류파·임펄스열의 계수/감쇠율(1/k, 1/k², sinc), 우대칭·기대칭·반파 대칭에 따른 항 소멸·홀수/짝수 고조파 구조 및 계산 간소화 정리 • 스펙트럼과 푸리에 급수 성질: 진폭·위상 스펙트럼을 통한 고조파 구성·매끄러움·시간 지연 해석과 선형성, 시간·진폭·주기 변화, 시간 영역 곱↔주파수 컨벌루션, 원형 컨벌루션↔스펙트럼 곱, Parseval 정리에 의한 전력 분해 성질 정리 |
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[31강] 푸리에 변환
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푸리에 변환과 주요 신호·성질 정리 (제어공학 30강)
• 푸리에 변환 개념·정의 및 유도: 비주기 신호의 주파수 영역 표현, 푸리에 급수의 T→∞ 극한을 통한 변환·역변환식과 시간–주파수 영역 변환쌍 구조 정리 • 수렴 조건·신호 유형·대표 변환쌍: Dirichlet 수렴 조건과 에너지/전력 신호 구분, 임펄스·DC·정현파·지수·임펄스열·사각펄스·부호함수·계단함수의 푸리에 변환쌍 및 주기/비주기 스펙트럼·임펄스열 관계 정리 • 푸리에 변환 성질과 활용: 선형성·시간/주파수 이동·스케일링·미분·적분·컨볼루션·Parseval·대칭성 성질을 이용한 사각펄스·삼각파 등 신호 스펙트럼의 비적분 계산 및 샘플링/필터·시스템 주파수 응답 분석 적용 |
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| 16장. 이산시간 푸리에 변환 | ||
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[32강] 이산시간 푸리에 급수
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이산시간 푸리에 급수 핵심 개념 및 예제 정리
• 이산 복소정현파와 주기성·스펙트럼 구조: 이산 복소정현파 주기 조건(ω₀ = 2πk/N)과 스펙트럼 2π 주기성, 유효 주파수 범위([-π, π], [-1/2, 1/2]) 및 N개 유한 주파수 성분 구조 정리 • DTFS 기본식과 계수 스펙트럼: N주기 이산신호 DTFS 합성식·분석식(직교성 기반 유도), N개 푸리에 계수의 진폭·위상 스펙트럼, 계수의 N-주기성(Xₖ₊N = Xₖ)과 주기 내 임의 구간 샘플링 불변성 정리 • 시간-주파수 쌍대성과 DTFS 성질: 시간 주기 ↔ 주파수 이산, 시간 이산 ↔ 주파수 주기 쌍대성, DTFS 예제를 통한 x[n]↔Xₖ 상호 계산, 시간 이동·주기 컨볼루션·파르세발·실수 신호 켤레 대칭 등 DTFS 핵심 성질과 DFT/FFT로의 확장 기반 정리 |
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[33강] 이산시간 푸리에 변환
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이산시간 푸리에 변환(DTFT)과 시스템 주파수 응답 핵심 정리
• DTFT 핵심 개념: 비주기 이산 신호의 분석·합성식을 통한 연속·2π-주기 스펙트럼 표현, 존재 조건과 진폭·위상 스펙트럼 및 기본 성질(주기성·선형성·대칭성·시간/주파수 이동·컨볼루션) 구조 정리 • 대표 DTFT 쌍과 파스발·쌍대성: 임펄스·DC·정현파·실수 지수·주기 신호의 DTFT 쌍, 에너지/전력 신호 해석, 파스발 정리에 의한 에너지 보존, 연속/이산·주기/비주기 푸리에 표현 간 구조적 관계와 시간–주파수 쌍대성 정리 • LTI 시스템 주파수 응답: 임펄스 응답 DTFT로 정의되는 H(Ω)와 입출력 관계 Y(Ω)=X(Ω)H(Ω), 차분방정식으로부터 유리형 주파수 응답 도출, 진폭/위상 응답을 이용한 시스템 특성 분석 및 출력 신호 계산 절차 정리 |
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[34강] 고속푸리에 변환
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고속 푸리에 변환과 DFT·DTFS·DTFT·Z변환의 관계 핵심 정리
• 이산 푸리에 변환 체계: DTFT·DTFS·DFT의 정의와 이산 주기/비주기 신호 스펙트럼 표현, Z변환과 단위원 샘플링 관계를 통한 변환 구조 정리 • DFT 기반 디지털 신호처리: DFT/IDFT 쌍과 회전인자 특성, DFT 길이 선택과 스펙트럼 중첩·해상도·계산량 트레이드오프, 컨볼루션·시간·주파수 이동 성질을 이용한 이산 제어·신호처리 절차 • FFT 및 역 FFT 구조: 직접 DFT의 O(N²) 계산량 한계와 회전인자 주기성·대칭성을 활용한 FFT의 O(N log N) 구현 원리, 동일 구조를 이용한 역 FFT 및 IDFT 계산 방법 정리 |
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| 17장. z변환 | ||
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[35강] z변환, 역 z변환
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z변환과 역z변환 핵심 정리
• z변환과 관련 변환: 양방향·단방향 z변환 정의, DTFT와의 포함 관계(DTFT = 단위원 상 z변환), 라플라스 변환과의 대응을 통한 이산시간 시스템 해석·차분방정식 대수화 기능 정리 • 수렴 영역(ROC)과 신호 유형: ROC 정의와 극과의 관계, 유한 길이·인과·비인과·양방향 신호별 ROC 패턴 및 인과성·안정성 판단 기준 구조화 • 대표 신호 z변환과 역z변환: 임펄스·계단·램프·지수·정현파 신호의 z변환 및 ROC 정리, 역z변환의 복소 적분·멱급수 전개·부분분수 전개법 절차와 활용 범위 요약 |
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[36강] z변환 성질과 차분방정식, 전달함수
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z변환 성질, 차분방정식 풀이와 전달함수, 극·영점, 안정도, 주파수응답 요약
• z변환 및 시스템 해석 성질: 선형성·시간반전·시간이동·주파수 척도 변화·주파수 미분·컨벌루션-곱셈을 이용한 차분방정식의 z영역 대수방정식 변환, 초기값·최종값 정리를 통한 경계값 및 정상상태 계산 • 전달함수와 극·영점 구조: 임펄스 응답의 z변환으로 정의되는 전달함수, 특성방정식과 극·영점 정의, 인과성(분자 차수 ≤ 분모 차수, h[n]=0 for n<0) 및 BIBO 안정도(ROC에 단위원 포함, 인과 시스템에서 모든 극 |p_i|<1) 조건 • 주파수 응답과 필터 특성: 주파수 응답 H(e^{jω})를 전달함수의 단위원 상 값으로 해석하고, 단위원에서 각 극·영점까지의 거리·각에 따른 크기·위상 응답 결정, 극의 공진 효과와 영점의 감쇠 효과를 활용한 LPF·HPF·노치필터 등 디지털 필터 특성 설계 |
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[37강] z변환과 라플라스 변환
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z변환과 라플라스 변환의 관계 및 예제 정리
• z변환–라플라스 변환 사상 관계: 샘플링된 연속신호의 라플라스 변환에 z=e^{Ts} 치환해 z변환으로 해석하고, s-평면 안정 영역을 z-평면 단위원 내부 극점 조건과 수렴영역 개념으로 연결 • z변환 핵심 성질·계산법: 기본 이산신호·사각펄스·지수신호의 z변환과 시간 이동·주파수 미분·주파수 스케일링·시간 반전·컨볼루션 성질을 이용해 누적합, 초기값·정상상태값, 역z변환(부분분수·중근·복소근 처리), 실수 시계열 표현까지 체계적으로 계산 • LTI 시스템 해석: 선형 차분방정식의 z변환을 통해 전달함수 H(z)와 임펄스 응답 h[n]을 구하고, 극점 위치로 안정성·응답 형태를 분석하며 0입력·0상태 응답 분해와 지수·다항 결합 형태 응답 도출 구조 정리 |
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| 18장. 디지털 필터 | ||
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[38강] 필터의 개요, 주파수 응답/전달함수와 필터, 간단한 실용 필터, 필터 설계의 개요
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디지털 필터: 개요, 주파수 응답, 실용 필터, 설계 개요
• 디지털 필터 기본 개념·분류: 아날로그/디지털, FIR/IIR, LP/HP/BP/BS 필터의 역할, 주파수 선택 특성, 전달함수·임펄스/주파수 응답과 극-영점 구조의 관계 정리 • 주파수·위상·구조 특성: 통과/저지/천이 대역, 차단 주파수·대역폭·감소율, 진폭·위상 왜곡, 선형 위상·위상/군 지연, 최소위상 조건과 안정·인과 극-영점 배치, 이동 평균·comb·공진기·노치·미분기·힐베르트·전역통과 필터 특성 체계화 • 설계 절차와 구현: FIR/IIR 선택, 윈도우/등맥동·영점-극점 배치·쌍선형 변환 등에 의한 계수 결정, 구조 선택(직접형·종속형·병렬형·격자형), 유한어장 효과(양자화·계수 반올림·오버플로) 분석과 하드웨어/소프트웨어 구현 흐름 정리 |
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| 19장. 제어기 이산화 | ||
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[39강] 펄스전달함수와 0차홀드
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펄스 전달함수와 0차 홀드, 이산 제어 시스템 해석 요약
• 이산 컨볼루션과 펄스 전달함수 G(z): 샘플링된 출력 y[k]를 임펄스응답 g[k]와 입력 u[k]의 이산 컨볼루션으로 표현하고, Z-변환을 통해 G(z)=Y(z)/U(z)로 정의하는 이산 시스템 입력–출력 관계 정리 • 0차 홀드(Zero-Order Hold, ZOH)와 연속시간 개루프 전달함수: 샘플 유지 장치 ZOH의 임펄스응답과 전달함수 H_ZOH(s)=(1−e^(−Ts))/s 도출, ZOH와 플랜트 G_p(s)를 직렬 연결한 연속시간 개루프 G(s)=H_ZOH(s)G_p(s) 구성 및 이를 이용한 G(z) 유도 절차(역라플라스·Z-변환·표 이용) 체계화 • 폐루프 이산시간 전달함수 T(z)와 스텝 응답 해석: 각 블록을 개별적으로 이산화해 G(z), H(z)를 구한 뒤 T(z)=G(z)/[1+G(z)H(z)]로 조합하는 올바른 순서와 단위 스텝 입력의 Z-변환을 이용한 Y(z) 계산, 역 Z-변환을 통한 y[k] 스텝 응답 해석 절차 정리 |
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[40강] 이산시스템 모델링
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이산시스템 모델링과 쌍선형변환, 극점·영점 사상 요약
• 연속/이산시간 전달함수 및 이산화 개념: Laplace/Z 변환 기반 $G(s),G(z)$ 정의와 0차 홀드·수치적분을 통한 연속 시스템의 이산시간 모델링 및 제어기 차분방정식 구현 원리 • 쌍선형변환과 안정성 사상: $s \approx \frac{2}{T}\frac{z-1}{z+1}$ 치환에 의한 사다리꼴 적분 근사, 연속 전달함수의 $s$-평면 좌반평면을 $z$-평면 단위원 내부로 매핑하는 극점 사상과 허수축·실수축의 1대1 주파수 사상 특성 • 극점·영점 사상 이산화 및 방법 비교: $z=e^{sT}$를 이용한 극점·영점 직접 매핑, $s=-\infty \to z=-1$ 영점 및 DC 이득 일치에 의한 이득 결정과 함께 0차 홀드·쌍선형변환과의 특성 비교 및 플랜트(0차 홀드/극영 사상)·제어기(쌍선형변환)별 이산화 방법 선택 기준 정리 |
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[41강] PID 제어기 이산화
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PID 제어기 이산화와 실제 구현: 쌍선형 변환·Backward 룰·Anti-windup
• 연속시간 PID 구조와 이산화 원리: 비례·적분·(수정)미분 성분의 전달함수 정의, Tustin(쌍선형 변환)·Backward rectangular rule을 이용한 이산 PID 전달함수 및 차분방정식 도출 • 미분 성분 안정화와 필터링: 쌍선형 변환 적용 시 z=-1 임계안정·진동 문제, 저주파 필터 포함 미분 전달함수(K_D s/(1+τs)) 설계, 미분 성분의 Backward rule 이산화와 연속/이산 폐루프 응답 비교 • 실제 구현과 보조 기법: Integral anti-windup 로직, P/PI/PD/PID 제어기 스위칭 조건 설계, ZOH 및 플랜트 이산화, 정수 연산 기반 스케일링·오버플로우·양자화 오차 등 디지털 구현 시 수치적 고려사항 |
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| 20장. 이산 시스템 응답 해석 | ||
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[42강] 과도응답해석
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이산 시스템 과도응답해석 핵심 정리 (1차·2차 시스템 중심)
• 과도응답·정상상태 응답 개념 및 1차 시스템 시정수 맵핑: 연속 1차·이산 1차 표준형 전달함수, 극점과 시정수 관계($\tau$, $z=e^{Ts}$), 정상상태 이득과 $|z|<1$ 안정조건 정리 • 연속 2차 시스템 동특성: 감쇠비 $\zeta$·고유진동수 $\omega_n$ 정의, 과감쇠·임계감쇠·부족감쇠 분류, 계단응답 특성(tr, tp, Mp, Ts)과 영점 위치가 과도파형에 미치는 영향 구조화 • 이산 2차 시스템 극점 해석 및 연속 파라미터 환산: $z$-평면 특성방정식과 단위원 안정조건, $z=e^{Ts}$ 기반 $\zeta,\ \omega_n,\ \omega_d$ 역산 절차, 과도응답 사양(tr, tp, Mp, Ts) 계산 방법 정리 |
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[43강] 정상상태 응답해석, 정상상태 오차 해석
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정상상태 응답·정상상태 오차 해석 핵심 정리
• 정상상태 응답·최종값 정리: 연속·이산시간 폐루프 시스템에서 최종값 정리를 이용해 정상상태 응답과 오차를 계산하고, 오차 전달함수와 개루프 전달함수의 관계를 구조적으로 정의 • Type-N 시스템·오차상수: 연속시간은 $G(s)=\dfrac{K}{s^{N}}G_1(s)$, 이산시간은 $G(z)=\dfrac{K}{(1-z^{-1})^{N}}D(z)$로 Type(0형,1형,2형…)을 정의하고, 계단·램프·포물선 입력에 대한 위치·속도·가속도 오차상수 $K_p,K_v,K_a$를 $s\to0$, $z\to1$ 극한으로 정의하여 정상상태 오차 패턴을 정리 • 제어기 구조·안정도 트레이드오프: 비례, PI, 2형 적분제어 등 제어기 설계로 적분기 수(Type)를 변경하여 계단·램프·포물선 입력 정상상태 오차를 감소시키되, Type 증가에 따른 극점 위치 변화와 안정도 악화 문제를 함께 고려하는 절충적 설계 원리 정리 |
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| 21장. 안정도해석 | ||
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[44강] 이산시스템 안정도 개요, r변환, r변환과 안정도
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이산시간 시스템 안정도와 r변환, Routh 판별 요약
• 이산시간 절대 안정 조건: 모든 폐루프 극점의 z-평면 단위원 내부(|z|<1) 존재, 임계안정(단위원 위 극점) 및 불안정(단위원 외부 극점) 정의를 통한 이득·극점 위치 관계 정리 • r변환과 Routh 판별: r변환 $z=\dfrac{r+1}{r-1}$, $r=\dfrac{z-1}{z+1}$으로 단위원 내부를 r-평면 좌반평면으로 사상하여 이산 특성방정식을 r-다항식으로 변환한 뒤 Routh 배열로 극점 부호·개수 판별 및 안정 이득 범위 도출 • ZOH 이산화와 샘플링 주기 영향: 0차 홀드 포함 펄스 전달함수·z-변환·폐루프 특성방정식으로부터 K–T 조합별 안정 영역을 계산하고, 샘플링 주기 감소 시 허용 이득 범위 확대, 요구 감쇠비(예: ζ=0.3)를 만족하는 연속시간 이득의 이산 시스템 적용 가능 여부를 K 한계와 비교 판단 |
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| 22장. 상태공간 모델링과 이산제어 | ||
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[45강] 이산시간 상태공간 모델, 제어기의 디지털화, Mathlab 예
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이산시간 상태공간 모델과 제어기의 디지털화, MATLAB/Simulink 적용 정리
• 이산시간 상태공간 모델·차분방정식 표현: 연속/이산 상태방정식 구조 비교, 스칼라 차분방정식의 companion form 상태공간 변환, 이산 폐루프 행렬 고유값(단위원 내부) 기반 안정도 조건 정리 • 연속→이산 변환 및 디지털 제어기 구현: 행렬 지수와 ZOH를 이용한 $A_d,B_d$ 정확 변환, Euler 근사 조건·절차, 연속 제어기 $K(s)$의 극점·영점 대응에 의한 디지털 제어기 $D(z)$ 및 차분방정식 구현 정리 • MATLAB/Simulink 활용 및 주파수 등가 조건: `c2d·c2dt·step·dstep·zgrid`를 이용한 모델 이산화·응답·극점분석 절차와, 샘플링 주파수를 관심 고유주파수의 10~20배 이상으로 잡을 때 연속/이산 주파수 해석과 제어 성능이 근사해지는 조건 제시 |
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| 23장. 자동제어실무 | ||
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[46강] 자동조정, 서보기구
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자동조정과 서보기구 핵심 정리 (제어공학 단기속성 45강)
• 자동조정·전압·속도·주파수 제어: 발전기 자동전압조정·정전압장치·제너다이오드에 의한 전압 유지, 속도검출기·조속기·전력계통 주파수 제어를 통한 부하 변동 시 물리량 일정 유지 피드백 구조 정리 • 서보기구·서보모터 제어 구조: 서보기구 개념과 DC/AC 서보모터 구조·특성 비교, 디지털 제어 기반 개·폐·준폐루프 제어, 토크·속도·위치 3중 루프 제어 시스템과 센서·전력변환기 연동 구조 정리 • 엔코더·검출·응용 시스템: 광학식 로터리·리니어 엔코더의 증분형·절대형·쿼드러처 검출 원리와 분해능, 선박 조타·안테나 구동·태양추적·공작기계 NC/CNC 등 서보기구 산업 응용 및 위치·속도 피드백 체계 정리 |
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[47강] 공정제어, 프로세서 기기, 디지털제어
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공정제어, 프로세서 기기, 디지털 제어 핵심 정리
• 공정제어 및 디지털 제어 개념: 공정제어 대상·제어변수·계통구성 요소와 타임딜레이·변수커플링 특성, 디지털 제어에서 A/D·D/A·마이크로프로세서 기반 이산신호 피드백 구조 정리 • 마이크로 프로세서·마이크로 컴퓨터 및 응용: 프로세서 진화(비트수·8086 계열 등), 마이컴 구조(CPU·메모리·I/O·버스, 원보드·원칩)와 산업·가정용 응용(공정·순차·전동기·인버터·온도·컨베이어 제어) 체계화 • NC/CNC 공작기계 및 제어방식: NC·CNC 개념과 공작기계 제어 대상(위치·선반·윤곽제어), 구동·궤환 방식(개방·반폐·폐회로·복합제어, 리니어 스케일·엔코더 피드백) 구조를 중심으로 통합 정리 |
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| 24장. 직류모터 속도제어 시스템 | ||
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[48강] 속도제어 시스템 구성, 직류모터 특성 및 모델링, 직류모터 속도제어 실사례
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직류모터 속도제어 시스템 구성과 특성·모델링 핵심 정리
• 직류모터 속도제어 시스템 구성: PWM 구동회로·MOSFET 드라이버·포토인터럽터 속도센서·ATmega8535 마이크로컨트롤러·PC 모니터링 S/W로 하드웨어·임베디드 제어·데이터 로깅 구조를 통합 구성 • 직류모터 정·동특성 및 모델링: 듀티 램프·계단·사인 입력으로 정특성 비선형성(이득변화·히스테리시스·불감대)과 1차 동특성(step 응답)을 계측해 작동점 의존 이득 K·시정수 τ를 추정하고 PWM 듀티→속도 1차 전달함수로 근사 모델링 • 직류모터 PI 속도제어 설계와 폐루프 성능: 1차 플랜트와 PI 제어기 조합으로 2차 폐루프를 설계해 감쇠비·고유진동수 기준으로 Kp·Ki를 결정하고, step·ramp·sine 및 주파수응답·Anti-windup 효과를 검증하며 샘플링·비선형성·고속 영역 설계 한계와 유효 운전범위를 규정 |
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임노빈 교수님
제어공학(자동제어)
