[Control] Open loop, Closed loop 그리고 Transfer Function

 

제어 방식은,

제어 신호가 전달이 될 때 루프, 즉 피드백이 이루어지는가에 따라 개루프제어와 폐루프 제어로 나눌 수 있습니다.

어떤 시스템을 다룰 때 입력과 출력의 관계를 표현하는 수학적 방법이 필요한데,

이를 전달함수Transfer Function 라고 합니다!

 

1. Open-loop Control / Feedforward Control

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첫번째로, 개루프제어의 블럭선도입니다!

원하는 값, desired output을 받아들여 제어기 $C(s)$를 거쳐 시스템 $G(s)$에 적절한 입력값 $u$을 도출해요.

시스템에서는 이렇게 받은 입력에 의해 출력 $y$가 생성됩니다.

 

아래는 Open-loop 시스템의 전달함수입니다.

$$
\frac{Y(s)}{R(s)}=C(s)G(s)
$$

 

조금 더 쉽게 예를 들어볼게요!

자판기를 이용하는 사람 A가 원하는 음료를 생각하고 버튼을 누릅니다.

그럼 자판기의 제어기가 입력을 생성시키게 되겠죠?

이 입력이 자판기를 구동시키는 액추에이터 시스템에 들어가 원하는 음료수를 떨어트리게 되고,떨어진 음료가 곧 이 시스템의 출력이 됩니다.

 

 

2. Closed-loop Control / Feedback Control

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두번째로, 폐루프제어의 블럭선도입니다!

개루프제어와 다른 부분은 단순히 출력밧을 도출하는 것에 끝나지 않고

목표값에 수렴을 하기 위해 반복을 수행한다는 점입니다.

블럭선도를 보면 출력 $y$를 통해 에러를 계산하기 전에 센서 $H(s)$를 거쳐 제어기로 다시 들어가게 됩니다.

즉, desired output과 $y$의 차이가 점차 줄어들게끔 설계된 제어기인거죠.

 

아래는 $H(s)=1$로 놓았을 때의 Closed-loop 시스템의 전달함수입니다.

$$
\frac{Y(s)}{R(s)}=\frac{C(s)G(s)}{1+C(s)G(s)}
$$

 

또 예를 들어볼게요!

너무 더운 여름날에 사용자 A가 있습니다.

에어컨의 온도를 20도로 설정을 하면 에어컨에 달려있는 센서가 현재 실내 온도를 측정하게 되겠죠?

현재 실내 온도가 30도로 원하는 온도, desired ouput과 차이가 있을 때 제어기에 지령을 내리고,

제어기는 에어컨의 액추에이터를 가동해 원하는 실내 온도가 될 때 까지 시스템을 구동시키게 되는 겁니다.