[화공실험]열풍온도제어 파이널

목차

1. 서론

2. 이론
◈ 2위치 제어 (On/Off control)
◈ 비례 제어 (Proprtional control)
◈ 적분제어(Integral control)
◈ 피드 포워드 제어(Feedforward Control)

3. 실험 방법

4. 결과 및 고찰

5. 결 론

6. 참고문헌

본문내용

할 경우보다 진동주기가 짧고 진폭이 작다. sensor이 set point에 보다 가까우며 sensor이 sensor보다 좀 더 정밀하다.
2) ON-OFF control with Hysteresis
(1) 제어정밀도에서 overlap의 영향에 대하여 설명하라.
hysteresis는 어떤 공정을 실행할 때 처음 실시한 실험과 나중 실험을 역행했을 때 동일한 결과가 나오지 않는다는 것이다. 그래서 overlap이 요구되어져야만 안정한 결과를 얻을 수 있고 또한 확신할 수 있는 것이다.
(2) overlap이 요구되어지는 온도제어시스템을 제시해 보아라.
일반적으로 hysteresis를 가지는 계는 overlap을 필요로 하게 되는데 예를 들어 저항 온도계나 바이메탈 온도계 등 온도를 제어하는 계에 대해서 필요로 하게 된다.
(3) overlap이 필요 없는 예를 들어보라.
on-off 제어보다 훨씬 정밀한 제어를 사용하는 system에 대해서는 overlap이 필요하지 않다. 일반적으로 온도나 조성제어는 on-off 제어기보다 훨씬 정밀한 PID 제어를 쓴다.
(4) Hysteresis는 어떤 결과를 가져왔는가?
hysteresis로 인하여 진동주기와 진동 폭이 커지고, 또한 오버슈트가 커지는 것 같다.
3) proportional control
(1) on-off제어 결과와 비례동작제어 결과를 비교하여, P제어의 특성을 설명하라.
on-off 공정에서는 일정한 진동주기로 응답을 가져오지만 비례동작제어에서는 설정점에 이르는 오차를 계산하여 설정점에 이르게 한다.
(2) 값의 변화에 따른 steady state error의 변화를 설명하라.
Offset은 비례동작제어의 동특성으로서 controller gain의 값의 변화에 따라 변하게 된다.
실험 데이터에 나타나듯이 값이 커질수록 offset이 작아짐을 알 수 있다.
(3) 외란이 control system에 주는 영향을 여러 값의 경우에 대하여 설명하라.
외란은 shutter를 말한다. 모든 공정이 그렇듯이 공정 도중에 외란이 가해지면 그 공정은 다시 새로운 설정점에 도달한다. 여기서도 마찬가지로 외란이 가해진 후 공정은 새로운 설정점에 도달하게 된다. 실험데이터에서 값을 10, 5, 1로 변화시킬수록 offset은 커지는 결과를 가져온다.
4) proportional plus integral control
(1) 비례적분동작제어의 특성에 관해 설명하라.
적분제어는 비례제어에서 발생하는 Offset을 제거하고 Error가 존재하는 한 자동적으로 제어하지만 적분제어 단독으로 쓰이기보다는 다른 제어방식과 연계해서 쓰인다. 대부분 비례 제어와 연계하게 되는데 이러한 제어 방식을 PI제어라 한다. Error가 발생하게 되면 적분이라는 복잡한 수학적 메커니즘을 거쳐 Error가 0이 될 때까지 작동하게 된다. 비례적분제어는 일반적으로 Offset이 용납되지 않는 공정에 쓰이며, 대부분의 공정에 응용되지만 중요치 않은 액체의 높이제어나 가스압력제어에는 쓰이지 않는다.
(2) 적분동작제어의 추가가 steady state error에 주는 영향에 대하여 설명하라.
적분제어의 추가는 응답의 차수를 증가시켜 응답을 더욱 더 완만하게 하고 offset을 제거시켜 준다. 그리고 KI를 증가시키면 응답은 빨라지고 offset은 사라지고, 큰 overshoot가 발생한다.
(3) 와 KI값이 증가하면 응답에 어떤 영향을 주는지 설명하라.
가 증가하면 그래프에 나타난 것처럼 응답속도가 빨라지고 진동이 감소한다.
가 증가하면 더욱 높은 온도까지 올라간 후 다시 set-point보다 더 많이 떨어지는 진동의 그래프로 나타난다. 따라서 가 증가하면 빠른 응답을 가져오고 가 증가하면 매우 큰 overshoot를 가져온다.
5) feedforward control
(1) feedforward control에 대하여 설명하여라.
피드백 제어의 경우는 일어난 것을 반성하여 수정을 하는데 반하여 일어나려고 하는 원인을 검출하여 미연에 방지하도록 수정동작을 하는 제어를 피드포워드 제어라 하며 이것이 일종의 예측 제어이다. 따라서 외란에 대한 프로세스의 동특성을 미리 알고 있을 필요가 있다.
(2) 값의 변화에 따른 외란이 제거되는 응답특성에 대하여 설명하여라.
외란이 작용하기 전은 overshoot가 같은 값을 가지고 최종 값도 같다. 그러나 외란이 작용했을 때, 의 값에 따라서 각기 다른 그래프가 발생한다. 가 값이 커질수록 overshoot를 감쇠시킨다. 심지어 마지막 실험에서 가 0.4의 값을 가질 때에는 계가 매우 민감해져서 작은 외란에 크게 감지하여 설정 값 보다 훨씬 아래쪽으로 overshoot값을 가짐을 알 수 있다.
5. 결 론
어려운 실험은 아니었지만 실험하나 할 때마다 실온으로 온도를 낮춰야 하고 연결선을 잘 연결하지 못하면 시간이 많이 걸리는 실험이었다.
주로 Shutter Closed에서 다시 open으로 바꾸고 실험하는 것을 깜빡 잊고 하다가 다시 해야 하는 실수를 했었다. 실험 그래프에서 on-off 제어에서는 일정한 진동주기로 응답을 가져오는 게 특징이라면 P제어에서는 설정점에 이르는 오차를 계산하여 설정점에 이르는 게 특징이라는 차이점을 알 수 있다.
4번째 실험에서는 와 를 변화시키면서 실험했는데 가 증가하면 빠른 응답을 가져오고 가 증가하면 매우 큰 overshoot를 가져온다는 결과를 얻었다.
처음에 실험할 때에는 그래프에 나타나는 그림이 무엇을 의미하는지 잘 몰랐었는데 실험을 하면서 각 제어 시스템의 특징과 장단점, 차이점 등을 알 수 있었다.
6. 참고문헌
전남대학교 공과대학 화학공학부 , “화 공 실 험 1”
http://blog.naver.com/angong79?Redirect=Log&logNo=10015778877
http://blog.naver.com/angong79?Redirect=Log&logNo=10015815981
http://blog.naver.com/ys48044?Redirect=Log&logNo=100029284046
http://www.imadang.co.kr/tech-data/pid.htm

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