복잡한 제어 시스템의 심층 분석 (하)

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복잡 제어 시스템에는 계단식 제어 시스템, 균일 제어 시스템, 비율 제어 시스템, 구간 제어 시스템, 자동 선택 제어 시스템, 선형 예측 제어 시스템, 3충격 제어 시스템 등이 포함됩니다.지난 글과 중간 글에서 각각 계단형 제어 시스템, 균일 제어 시스템, 비율 제어 시스템, 구간 제어 시스템, 그리고 자동 선택형 제어 시스템에 대해 소개했습니다.이 글에서는 전달 제어 시스템과 3충동 제어 시스템에 대해 소개합니다.6) 피드포워드 제어 시스템: 피드포워드 제어 시스템과 피드백 제어 시스템의 차이점은, 외란이 발생했을 때 피드백 제어 시스템은 측정값과 목표값의 오차에 따라 조절한다는 점입니다；한편, 피드포워드 제어 시스템은 외란의 크기에 따라 조절됩니다.피드백 제어 시스템은 측정 대상 파라미터에 편차가 생긴 후에야 조절기가 조절 파라미터를 조정하여, 간섭이 측정 대상 파라미터에 미치는 영향을 극복해야 한다.하지만 일부 공정에서는 지연 현상이 나타나는데, 외란이 발생한 후에도 조절 대상인 파라미터가 변화하려면 일정한 시간이 필요합니다. 이 시간 동안은 조절기가 작동하지 않아, 외란의 영향에 뒤처지게 됩니다.우리가 전달 제어 시스템을 사용할 때, 외란이 발생한 후에도 측정 대상인 파라미터가 아직 변화하기 전에, 트랜스미터가 이미 그 외란의 크기를 감지하여 조절기가 즉시 조정을 수행합니다. 이러한 신속하고 적절한 조정 덕분에, 측정 대상인 파라미터는 외란으로 인해 오차가 생기지 않습니다.실제 공정 제어 응용 분야에서는 조절 대상 파라미터를 조절하기 위해 단순한 피드포워드 제어 시스템을 사용하는 경우가 거의 없습니다. 일반적으로는 구체적인 조절 대상에 따라 피드백 제어와 피드포워드 제어를 결합하거나, 비율 제어와 피드포워드 제어를 결합하는 방식이 사용됩니다. 아래에 설명된 3충격 제어 시스템도 바로 피드포워드 제어와 계단식 제어 회로를 결합한 예시입니다.7) 3충동 제어 시스템: 3충동 제어 시스템의 가장 대표적인 적용 분야는 보일러의 급수 시스템입니다. 보일러의 증기탱크 내 액체 수위는 증기 부하의 증감 등과 같은 요인들에 따라 변화합니다.증기 부하가 갑자기 크게 증가할 때, 보일러 내의 증기 압력이 순간적으로 떨어지면서 물의 끓음이 심해지고 기포의 양도 급격히 증가합니다. 이때 기포는 물 표면뿐만 아니라 물속 깊은 곳에서도 발생합니다. 기포의 부피가 물의 부피보다 훨씬 크기 때문에, 결국 보일러 내의 액체 수위가 상승하게 됩니다.이러한 상승한 액위는 보일러 내의 실제 액체 양을 나타내지 않기 때문에 “가짜 액위”라고 불립니다.3충동 제어 시스템을 도입하지 않으면, 유량 제어기가 오류 신호를 보내어 급수 밸브를 닫게 되고, 그 결과 실제 액면 높이는 더욱 낮아집니다. 이로 인해 보일러 내의 물은 더욱 격렬하게 끓게 되고, 기포의 양도 급격히 증가하여 보일러가 폭발할 위험이 생깁니다.삼충량 제어 시스템은 보일러 증기탱크의 액위 제어를 위해 고안된 방안으로, 급수 유량 파라미터와 증기의 배출 유량 파라미터를 도입합니다. 증기탱크의 액위가 제어 변수가 되며, 연산기를 통해 이 값이 급수 유량 보조 제어기의 설정값으로 사용됩니다. 이를 통해 최종적으로 증기탱크의 액위, 급수 유량, 증기 유량이 균형을 이루게 됩니다.증기 유량은 피드포워드 신호로서 급수 유량 보조 루프 제어 회로에 공급되며, 이는 사실상 피드포워드 + 순차 제어 회로입니다.위에서 설명한 것은 단지 3충동 제어 시스템의 한 예에 불과합니다. 실제 운용에서는 다양한 공정 요구사항에 따라 각기 다른 3충동 제어 방안이 존재하며, 단일 충동 제어나 이중 충동 제어도 있습니다. 따라서 필요에 맞는 적절한 제어 방안을 수립해야 합니다.