안녕하세요.
제어공학을 공부하기에 앞서 가장 기초적인 내용 중 하나인 블록선도에 대해서 다뤄보겠습니다.
블록선도를 알아보면서 블록선도의 구성과 전달함수, 그리고 특성방정식 등 제어 시스템에서 중요한 요소들도 함께 공부해봅시다!
■ 블록선도 [Block Diagram]
▶ 블록선도(Block Diagram)
제어공학에서 블록선도(Block Diagram)란, 시스템의 전체 구성을 입출력, 전달함수, 화살표 등으로 표현하여 시스템의 이해와 해석이 용이하도록 표현한 그림입니다.
블록선도의 구성은 4개입니다.
① 전달요소
- 입력은 전달요소를 거쳐 출력으로 변환됩니다. 따라서 원하는 출력을 얻기 위해서는 정확한 전달요소를 설계하는 것이 중요합니다.
- 입력과 출력의 비율을 함수로 표현한 것을 '전달함수'라고 합니다.
② 화살표
- 신호가 전달되는 방향을 표시해 주는 수단입니다.
③ 가합점
- 전달된 신호를 더해주거나 빼주는 지점입니다.
④ 인출점
- 신호가 나가는 지점을 의미합니다.
다음으로는 앞서 살펴본 전달요소가 구조적으로 직렬 또는 병렬로 연결되었을 때, 어떻게 해석하면 되는지 그림으로 이해해보겠습니다^^
먼저, 전달요소가 직렬로 연결되어 있다면 전달요소를 곱해주면 됩니다.
다음으로 전달요소가 병렬로 연결되어 있다면 전달요소를 더해주면 됩니다.
앞서 설명한 내용을 통해 블록선도가 무엇인지 감이 오셨을 겁니다.
그럼 이 블록선도를 어떻게 활용하는지 대표적인 예시를 통해 설명드릴게요^^
▶ 기본 전기 소자의 블록선도
전기전자를 하면서 가장 자주 사용되는 소자는 저항 R, 인덕터 L, 커패시터 C입니다.
제어공학에서도 이 소자들을 사용한 블록선도를 자주 그리게 되는데요.
블록선도로 표현하는 방법은 간단합니다.
저희가 아는 각 전기 소자의 전압-전류 관계식을 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하여 블록선도로 표시하면 됩니다.
① 저항 회로
② 인덕터 회로
③ 커패시터 회로
▶ 일반적인 귀환(Feedback) 제어 시스템의 블록선도
제어 시스템은 보통 부귀환(Negative Feedback) 혹은 정귀환(Positive Feedback) 형태의 제어 시스템입니다.
각각의 일반적인 블록선도를 그려보고 전달함수를 유도하는 과정을 볼게요.
① 부귀환(Negative Feedback) 제어 시스템
- M(s) : 폐루프 전달함수
- G(s) : 순방향 전달함수
- H(s) : 되먹임 전달함수
- G(s)H(s) : 개루프 전달함수
- F(s) = 1+G(s)H(s) = 0 : 특성방정식
폐루프 전달함수의 분모가 0이 되는 방정식은 '특성방정식'이라고 부르는데요.
이 특성방정식은 제어계의 특성을 결정하기 때문에 매우 중요한 요소입니다.
위 전달함수의 유도 과정을 정리하면 다음과 같습니다.
② 정귀환(Positive Feedback) 제어 시스템
마찬가지의 방법으로 정귀환 제어 시스템도 유도하면 다음과 같은 전달함수과 도출됩니다.
이번 포스팅에서는 제어공학에서 가장 기초가 되는 블록선도에 대해 알아보았습니다.
기본적으로 알아야하는 내용들인데 도움이 되셨으면 좋겠습니다^^
글 읽어주셔서 감사합니다~
'전자공학 > 전기전자의 기본' 카테고리의 다른 글
| 전류와 전압 이해하기 (0) | 2024.01.21 |
|---|