화학공학 실험 - 열풍온도제어기를 통하여 피드백제어와 피드포워드제어의 특성 알기

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화학공학 실험 - 열풍온도제어기를 통하여 피드백제어와 피드포워드제어의 특성 알기에 대한 보고서 자료입니다.

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1. 서 론
열풍온도제어기를 통하여 피드백제어와 피드포워드제어의 특성을 알아본다. 일반적인 피드백제어동작은 다음과 같다.
① 적절한 측정기를 사용하여 출력(유속, 압력, 액위, 온도, 조성)값을 측정한다.
② 측정값을 목표치와 비교한다.
③ 측정값과 목표값의 차이를 주 제어기로 보내진다. 제어기는 편차의 크기가 줄어들도록 조절변수의 값을 바꾼다. 대개, 제어기는 조절변수에 직접 영향이 미치지 않고 최종제어 요소인 다른 장치를 통하여 영향을 미친다. 이러한 피드백제어기의 일반적인 동작을 이해하고, 기본적인 3가지 종류의 피드백제어기를 이용하여 원하는 조성에 이르는 설정점에 도달하기까지의 피드백제어기의 응답효과를 알아보고, 각 값이 제어기에 어떠한 영향을 미치는지 알아본다. 또한 외란(fan speed)가 제어기에 미치는 영향을 알아본다.
또한 본 실험에서는 feed forward제어기를 다루게 되는데 이 feedforward 제어기의 특성을 알아본다.
2. 이 론
1) on/off 제어
1) 공정 : 1차 공정이라 할 때
2) 제어기 : ON - OFF 제어기로서 전달함수는 다음과 같다.
3) 측정장치 : 간단한 측정기구의 전달함수는 다음과 같다.
4) Controller :
(여기서 전송선에 의한 dead time 은 무시하였고 단지 사장시간(수송지연 순수지연, 거리속도지연) 등은 공정내의 지연과 탱크1에서 탱크2로의 지연 ph 미터기의 지연 등의 합으로 표시한다.)
그리고 on - off controller 와 같은 동특성을 갖는 이 공정의 response는 설정점 내에서 밸브의 on/ off 에 따라 설정점 사이를 일정진동한다.
2) 피드백제어
1. 개념
피드백 제어루프의 기본적인 하드웨어 성분들은 다음과 같다.
a. 공정 : 물리적 혹은 화학적 조작이 행하여지는 물질적인 장치
b. 측정기구 혹은 감지기 : 벨로우 혹은 다이아프람, 가스 크로마토그라프 등등
c. 전송선: 측정신호를 감지기로부터 제어기로, 제어신호를 제어기로부터 최종제어요소로 전달하는데 사용
d. 제어기 : 비교기의 기능을 포함한다. 제어기는 조절변수의 값을 얼마만큼 변화시킬 것인가를 결정하는 놀리를 갖고 있는 장치이다. 제어기는 목표치의 설정이 필요하다.
e. 최종제어요소: 대개, 제어밸브나 가변유속 정량펌프이다. 최종제어요소는 제어기로 부터 제어신호를 받아 조절변수의 값을 물리적으로 조절함으로써 제어신호를 수행하는 장치이다.
피드백 제어기들의 기본적인 종류는 3가지가 있다.
(1)비례동작 (proportional)
(2)비례-적분동작(proportional-integral-derivative)
(3)비례-적분-미분동작(proportional-integral-derivative)
2 비례동작 제어기 (또는 P제어기)
이 제어기의 작동신호는 오차에 비례한다.여기서 Kc=제어기의 비례이득(proportional gain)이고, Cs=편의신호(즉,=0 일 때 작동신호)이다. 비례동작제어기는 제어기의 비례이득 (proportional gain), Kc값 혹은 그것에 대응하는 비례대(proportional band)의 값 PB로 설명된다. 여기서 PB=100/Kc이다. 비례대는 제어기 작동신호의 전 범위를 작동시키기 위하여 오차가 변하여야 할 범위로서 특성지어진다. 보통,
1 ≤ PB ≤ 500
이다. 이득 Kc가 클수록 혹은 이에 대응하는 비례대가 작을수록, 편차 에 대하여 구동신호의 감도 (sensitivity)가 높아질 것이라는 사실은 분명하다. 작동신호의 편차 C\'(t)를 다음과 같이 정의하자.
C\'(t) = C(t) -Cs
그러면,
C\'(t) = Kc(t)
가 된다.
윗 식으로부터 비례동작제어기의 전달함수를 구하면,
Gc(s)=Kc
가 된다.
3 비례-적분 동작 제어기 (PI제어기)
이 제어기는 비례+리

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