1. [제어이론] 제어 (Control) 또는 보상 (Compensation)
ㅇ 적당한 성능을 얻기위해, 제어시스템을 변화, 조정하는 것
- 주로, 제어시스템에 적절한 구성 요소를 삽입함으로써 실현됨
2. [제어이론] 제어 요소 (Controlled Element)
ㅇ 시스템 전체 특성을 고려하여 제어 신호를 만들어내며 제어 동작을 수행하는 요소
- 공정(Controlled Process)에서 원하는 출력을 얻도록 안정되게 유지하는 제어 요소
- 제어 신호를 조작량으로 변환하며, (조절부 + 조작부) 등으로 구성됨
ㅇ 제어요소의 구성 ☞ 제어 용어 참조
- 조절부 (Controlling Means) : 차이가 생긴 제어 신호를 적절히 조절하여 조작부에 전달
- 조작부 (Final Control Element,Actuator) : 제어 대상을 직접 구동시키는 장치
3. [제어이론] 제어기, 보상기
ㅇ 제어기 (Controller,Control Device) 또는 조절부 (Controlling Means)
- 광의, 전체 특성을 고려하여 제어를 수행하는 장치/시스템
- 협의, 실제 제어 신호를 계산하는 구성 요소
* 한편, 컴퓨터 제어기는, ☞ I/O 제어기 참조
ㅇ 보상기 (Compensator)
- 주로, 위상 특성 일부를 적절히 바꾸기 위해 추가되는 장치
- 또는, 적정한 제어 성능을 얻기위해 제어기에 새로이 추가되는 제어 요소를 일컬음
ㅇ 제어기 설계 (Controller Design) ☞ 제어시스템 설계 참조
- 제어기 배치 형태 및 제어기 파라미터의 결정
4. [제어이론] 적절한 제어기를 위한 고려사항 및 성능 개선 방안
ㅇ 고려 사항
- (유한 응답) 시스템 출력은 모든 유한한 외부 입력과 초기 조건에 대해 유한하게 유지 필요
- (명령 추종) 시스템 출력이 원하는 대로 동작해야 함
- (극점 위치) 시스템의 극점은 원하는 위치에 있어야 함
- (과도 응답) 과도 응답 동안 상승 시간은 짧아야 함
- (정상 오차) 정상 상태에서 오차는 가능한 한 작아야 함
- (강건성) 폐루프 시스템은 강건해야 함 (즉, 조건 변화와 프로세스 오류에 덜 민감해야 함)
ㅇ 루프 이득(루프 전달함수)의 형태를 변경하는 방법
* 주로, 과도응답 및 정상상태오차 개선을 위해 보상 배치됨
- 제어기에 의한 성능 개선 例
. 과도응답 개선
.. 통상, 미분 제어 첨가 등 제어기에 의한 극점의 적절한 배치를 통해 달성
. 정상상태오차 개선
.. 통상, 순방향 경로에 적분 제어 첨가 및 비례 이득 계수를 통해 달성
5. [제어이론] 제어기 구분 : `제어 보상 형태` = `제어기 배치 연결 형태`에 따른 구분
ㅇ 종속 제어(직렬 보상) (Cascade Compensation)
- 적당한 전달함수를 갖는 전달요소를 직렬로 삽입하는 방법
ㅇ 궤환 제어(피드백 보상) (Feedback Compensation)
- 적당한 전달함수를 갖는 전달요소를 피드백시켜 가하는 방법
ㅇ 출력 제어(보상) (Output Compensation)
ㅇ 입력 제어(보상) (Input Compensation)
6. [제어이론] 제어기 구분 : 제어 방식에 따른 구분
ㅇ PID 제어기 (PID Controller)
- 비례(Proportional), 적분(Integral), 미분(Derivative) 제어를 포함하여,
시스템의 다양한 요구 사항을 충족하기 위해 사용
ㅇ 위상 보상기 (phase compensator)
- 위상 보상 (진상, 지상) 요소를 결합하여 사용하는 제어기
7. [제어이론] 위상 보상기 : 이득(진폭)이 아닌 위상 특성 만을 보상하는 경우
ㅇ 진상 보상기 (lead compensator)
- 위상여유를 크게하여 안정도 여유를 향상시킴
. 대역폭 증가, 반응 속도 향상, 과도 응답 특성 개선
. 상승시간 빨라짐
ㅇ 지상 보상기 (lag compensator), 지상 제어기 (lag controller)
- 저주파수 이득을 감소시키지 않으면서, 고주파수 이득 만을 감쇠시킴
. 정상상태 오차 감소, 정상상태 응답 특성 개선, 고주파 잡음 저감
. 전체 시스템 이득 증가시킬 여지 있음
. 상승시간 및 정착시간 느려짐
ㅇ 진상-지상 보상기 (lead lag compensator)
- 과도응답 및 정상상태응답을 함께 개선시키기 위해 사용
. 특정 형태의 진상-지상 보상기 例 => PID 제어기
※ [참고] ☞ 진상 회로, 지상 회로, 진상 지상 회로 참조