피드백 ( 궤환 ) 제어 제어루프의 기본으로 프로세스 상태 정보를 연속적으로 순환시켜, 상시 정정하는 구조를 갖는 제어 시스템 피드백 제어 (Feedback Control) 조작부 검출기 조절기 설정치 제어량 + - 조작량 제어편차

열교환기 TT 조절기 증기 냉수 온수 피드백 제어의 예 피드백 제어 (Feedback Control)

피드백 제어 루프 피드백 제어 (Feedback Control)

장 점 설계자가 어떤 종류의 외란이 프로세스에 영향을 미칠 것인가를 사전에 정확히 알 필요가 없다. 외란과 제어변수에 미치는 궁극적인 영향간의 적절한 정량적 한계를 알 필요 없다. 단 점 응답이 시작되기 전에 제어량이 먼저 변해야 한다. 항상 문제 발생 후 ( 외란 ) 제어 ( 수정 ) 가 이루어져 예측제어가 불가능 하다.

선행 ( 예측 ) 제어 제어량에 영향을 미칠 수 있는 외란을 사전에 제어시스템에 반영하여 외란으로 인한 제어량의 변화를 최소화하는 제어 열교환기 FT TT 조절기 증기 냉수 온수 피드포워드 요소 피드포워드 제어 (Feedforward Control)

피드포워드 - 피드백 제어 루프 피드포워드 제어 (Feedforward Control)

고려조건 무엇이 주요 외란 인가를 알아야 한다. 그 외란이 측정 가능해야 한다. 측정 외란 영향을 보상하기 위한 적절한 동작을 알아야 한다. 보상 동작의 동적 행태를 알아야 한다. 장 점 응답지연을 개선하여 속응성 향상

캐스케이드 제어 (Cascade Control) 종속제어 하나 이상의 피드백 제어루프를 포함하고 있으며 보통 각 루프는 서로 연관되어 작용 1 차 Loop (Master) 는 일정하게 유지되어야 하는 주제어량을 조정 2 차 Loop (Slave) 는 1 차 제어량을 불안정하게 하는 종속 제어량을 조절 1 차 조절기의 출력이 2 차 조절기의 설정값으로 작용 Cold Oil Inlet Hot Oil Outlet Steam Inlet Cold Water Outlet FE FT FY FC TC TT √ Setpoint

Temp Temp + Flow 캐스케이드 제어 (Cascade Control) Comparison of Single Loop and Cascade Control

Cascade Control Loop 캐스케이드 제어 (Cascade Control)

Cascade Control 의 응답특성 루프 사이에 응답시간의 차이가 클 때 가장 큰 장점을 발휘 ( 최소 3 배 ) 1 차 루프의 공정응답 시정수는 2 차루프의 공정응답 시정수보다 적어도 5~10 배 정도 2 차 루프는 1 차 루프에 비해 응답이 빨라야 하며, 대부분의 외란도 2 차 루프에 속해야 장 점 종속 제어량의 변화가 주제어량에 영향을 미치는 것을 방지 크고 급속한 외란 발생시 조작량을 안전범위로 유지 공급측의 외란을 유효하게 제어 시간지연을 감소시키고 제어가 개선

비율제어 (Ratio Control) 비율제어 하나의 공정변수를 다른 공정 변수에 비례하도록 유지 설정치가 다른 어떤 제어량과 일정한 비율관계의 제어변수를 가지고 변화되는 제어로 2 개 이상의 제어량을 조절 할 경우에 사용됨

비율제어 (Ratio Control)

비율제어 루프 비율제어 (Ratio Control)

조절기의 제어동작 비례동작 (Proportional Action : P 동작 ) 조절기의 출력이 편차의 크기에 비례하는 동작 단점으로 잔류편차가 존재 비례동작의 출력 y(t) = Kp. x(t) Kp : 비례이득 (Gain) X t Y t 입력 ( 편차 ) 출력

밸브개도에 대한 비례대 효과 조절기의 제어동작

비례대가 좁은 경우 응답특성 비례동작 효과가 큼 편차신호에 민감 2 위치제어와 유사한 동작특성으로 Cycling 유발 증기밸브온도 Max 설정치 Min 100%Open 50%Open 0%Open 비례대가 좁은 경우의 응답 온도 설정치 Max Min

조절기의 제어동작 비례대가 넓은 경우의 응답특성 비례동작의 효과가 작음 편차신호에 둔감 온도 Max 설정치 Min 비례대가 넓은 경우의 응답 설정치 Min 온도 증기밸브 Max

조절기의 제어동작 프로세스의 비례동작 크기 프로세스에 따라 특성이 다르므로 비례대는 각 프로세스에 맞게 조정 (Tunning) 하여 사용 잘 조정된 비례대는 제어량이 빠르게 감쇠하는 양상으로 나타남 Max Min 설정치 전형적인 비례동작의 응답 곡선 잔류편차

조절기의 제어동작 적분동작 (Integral Action : I 동작, Reset 동작 ) 조절기의 출력은 입력시간의 적분값에 비례하는 출력을 발생 비례제어의 잔류편차를 제거 적분동작의 출력 Ki : 적분상수 Ti : 적분시간 ( 초 또는 분 ) 적분시간이 짧을수록 적분동작은 강하다 즉, 설정값으로 되돌리는 시간이 빠르다

조절기의 제어동작 적분동작의 응답특성

조절기의 제어동작 미분동작 (Derivative Action, D 동작 ) 조절기의 출력이 입력의 시간 변화율에 비례하여 출력 응답속도가 빠르므로 제어량의 Overshoot 를 제거하는 동작으로 사용 미분동작의 출력 Kd : 미분상수

조절기의 제어동작 미분동작의 응답특성