Control System_ introduction

◆목차

 ◎ what is control system?

 ◎ 3가지 형태의 Control System

 ◎ Example of Control System & Controller Design

 

 

 

 

◎ what is control system?

control system

control system, 제어 시스템이란 

외부 input에대해서 우리가 의도하는 값, 즉 Desired Response를 토해내도록 하는 시스템을 의미한다.

이를 표현하는 방식으로는 크게  Block Diagram, Signal Graph가 대표적이다.

 

Block Diagram에서는 Box가 시스템을 표현하는 Process(Transfer Function), 화살표선이 signal이되며

Signal Graph에서는 반대로 화살표선이 시스템을 표현하는 Process(Transfer Function), 각 노드가 Signal이된다.

(자세한 내용은 나중에 Mathematical Models of Systems에서 다루도록 하겠다)

 

 우선 Block Diagram이 더 친숙하고, 직관적으로 이해하기 편하니,

introduction에서는 먼저 Block Diagram을 통해 Control System에대해 설명해 보도록 하겠다.

 

◎ 3가지 형태의 Control System

Control System의 형태로 Open Loop, Closed Loop,Multi Loop 크게 3가지로 나눠볼 수 있는데

각각 형태는 다음과 같으며, Controller, Actuator, Process Box는 모두 Signal을 변화시켜서 다른 output을 만들어내는

하나의 Transfer Function으로 생각할 수 있다.

 

 

▷ Open Loop (No Feedback)

Vulnerable to uncertainty, disturbance, noise etc

 

▷ Closed Loop

Desired Output을 내기 위함이 목적이라면, 위 그림과 같이 주로 Negative Feedback이 사용된다.

Positive Feedback의 경우, 시스템의 출력이 입력량을 늘리는 방향으로 진행되는 피드백이다.

 

- Use the difference between the actual and desired output for control (negative feedback)

- A closed-loop control system uses a measurement of the output & feedback of this signal

  to compare it with the desired output (reference or command)

- Need to measure the actual output(이 output이 Feedback이 되는 것이다)

- Need a Sensor : a device that provides a measurement of a desired external signal

 

조금더 Realistic한 형태의 Closed Loop는 다음과 같다.

Disturbance : 시스템에서 노이즈와 같으며,

이런 노이즈를 최소화 해주기 위해 따로 측정해주어야 한다.

 

 

▷ Multi Loop 

Single Input Single Output(SISO)

 

 

 -> Multi Signal , Multi Output (MIMO)

 

 

* 중간 Signal갯수, 그리고 Input Output갯수는 시스템에 따라서 얼마든지 달라질 수 있음

 

 

 

 

 

 ◎ Example of Control System & Controller Design

직관적으로 생각할 수 있는 Control system의 예시중 하나다. 

차량이 Desired Direction으로가기 위해서, 모터의 input에의한 차량의 Actual Direction을

Negative 피드백을 통해서 제어하는 것으로 생각해볼 수 있다.

 

 

-> How to Desigen Controller?

1, 목표를 설정하고, 컨트롤할 Variables를 선정한다

2, 시스템을 모델링하고, 분석한다.

3, Controller를 디자인해본다. 엔지니어의 직관에 따라.

4, Evaluation