제어시스템 설계 (Control System Engineering)의 정의와 방법

'제어'의 기본개념과 '제어시스템'은 어떻게 설계되는지 살펴보자!

 

1. 제어는,

간략히 설명하자면, 시스템에 사용자가 원하는 특성 구현하는 것.

 

예제를 통한 설명하지면,

사용자가 목표 고도 입력 시 드론이 일정하게 고도 유지하도록 제어하고 싶을 때, [드론의 프로펠라 모터]는 제어 대상 시스템이고 [고도를 일정하게 유지]하는 것은 사용자가 원하는 특성이 된다.

 

그림을 통한 설명하자면,

이를 블록으로 표현하면 아래와 같이 된다. 사용자가 목표 고도(Reference)를 입력 시 제어기는 드론의 프로펠라에 속도 명령을 생성하고 센서는 현재의 고도를 측정하여 목표 고도와의 차이를 계산하고 이는 다시 제어기의 입력이 되는 방식으로 목표 고도를 향해 맞춰 나간다.

 

 

즉, 드론이 목표 고도를 입력 받았을 때 이를 목표 고도를 향하도록 제어기를 설계하는 것이 “제어”이다.

 

 

2. 그럼 제어시스템은 어떻게 설계될까?

 

아래의 순서도를 통해 설명하자면, 제어대상(드론)의 입력과 출력 관계식의 도출 가능여부에 따라 제어기 설계 방법이 달라진다. 결과적으로 제어기 내의 P, I, D 성분을 조절하여 시스템의 원하는 특성을 얻게 되는데, P, I, D 성분을 Tuning하는 방법은 아래와 같다. 

 

 

 

 

Tip. 제어공학에 대해 초보자라면, 용어도 생소한 Tuning 방법을 현재 이해할 필요는 없다. 다만, 제어공학을 공부하면서 Tuning 방법 등을 배울 때 왜 배우는지 추후 어떤 상황에서 사용하는지에 대한 Insight 정도만 가지면 된다.