인하대학교 / 기계공학실험A_DC모터제어

인하대학교 / 기계공학실험A_DC모터제어_결과보고서

문서 내 토픽

1. Open-loop control system

Open-loop control stystem(개회로 제어계)는 정해놓은 순서에 따라 제어의 단계를 순차적으로 진행하며 순환하지 않고 일방통행 하는 시스템을 말한다. 즉 제어된 출력과 목표로 하는 값의 일치 여부와는 관계가 없으며, 시스템의 출력을 입력에 피드백 없이 기준입력만으로 제어신호를 만들어 출력을 제어한다. Open loop control system의 특징으로는 크게 3가지가 있으며 다음과 같다. ① 시스템 구조가 간단하고 비용이 저렴하다. ② 제어 동작이 출력과 관계없이 순차적으로 진행되어 오차가 많아 신뢰도가 낮다. ③ 발생하는 오차를 정정할 수 없다. Open loop control system의 대표적인 예시들로는 신호등, 자판기, 세탁기, 전등 등이 있다.
2. Closed-loop control system

Closed-loop control system(폐회로 제어계)는 제어계의 출력 값이 목표 값과 일치하는가를 비교하여 일치하지 않으면 피드백해서 정정 동작 신호를 제어계에 보내서 오차를 수정하도록 귀환회로가 있는 시스템을 말한다. 폐회로 구조를 가지고 있기 때문에 개회로 제어계와는 달리 오차가 적어 비교적 정확하다. Closed loop control system의 특징으로는 크게 3가지가 있으며 다음과 같다. ① 정확성이 높고 대역폭이 증가하지만 구조가 복잡하고 비용이 많이 든다. ② 시스템 부품의 성능에 크게 의존하지 않는다. ③ 시스템의 안정성이 높고 속도가 빠르기 때문에 외적 외란이나 변화에 둔감하다. Closed loop control system의 대표적인 예시들로는 냉장고, 자동차 속도 유지 장치, 아날로그형 전자계산기, 수위 조절장치 등이 있다.
3. Step-input 에 대한 부하, 무부하의 이득 및 시정수

무 부하에서의 Gain = 0.983, 무 부하에서의 시정수 = 0.16s 부하 하에서의 Gain = 0.825, 부하 하에서의 시정수 = 0.08s 시정수란 입력 신호에 대한 시스템의 변위가 입력 신호의 63.2%에 도달 할 때의 시간을 의미한다. 즉 결과값 진폭의 63.2%에 해당하는 시간으로 파형의 변화의 속도를 비교하는 기준값이기도 하다. 시정수가 큰 시스템일수록 입력 신호에 대한 응답성이 좋지 않다.
4. Frequency response

Frequency response에 대한 Table을 작성하고 Bode Plot을 작성하였다. 이를 통해 Cut-off Frequency를 계산한 결과, -3dB 지점에서 0.885Hz, -45° 지점에서 0.833Hz, 평균 0.859Hz로 나타났다.
5. 2차 시스템 특성 분석

2차 시스템에 unit step input을 넣어 output을 구하고, damping ratio(xi)와 natural frequency(omega_n), damped natural frequency(w_d)를 계산하였다. 그 결과 xi=0.225, omega_n=11.52, w_d=11.22로, 이 시스템은 under damped 시스템임을 확인할 수 있었다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. Open-loop control system

Open-loop control systems are a type of control system where the output is determined solely by the input, without any feedback from the system. This means that the system does not have a mechanism to monitor and adjust the output based on the desired outcome. Open-loop control systems are often simpler and less expensive to implement compared to closed-loop systems, but they are also less accurate and less reliable. They are commonly used in applications where the system behavior is well-understood and the input-output relationship is predictable, such as in simple household appliances or industrial processes with minimal disturbances. However, open-loop systems are vulnerable to changes in the system parameters or external disturbances, which can lead to significant deviations from the desired output. Therefore, open-loop control systems are generally not suitable for applications that require precise control or where the system behavior is complex and unpredictable.
2. Closed-loop control system

Closed-loop control systems, also known as feedback control systems, are a type of control system where the output is continuously monitored and compared to the desired input or reference value. The difference between the actual output and the desired output, called the error, is then used to adjust the input to the system in order to minimize the error and achieve the desired output. This feedback mechanism allows closed-loop control systems to be more accurate, stable, and responsive to changes in the system or external disturbances. Closed-loop systems are widely used in a variety of applications, such as temperature control, motor speed control, and process control in manufacturing. They are particularly useful in situations where the system behavior is complex, the desired output is critical, or the system is subject to significant disturbances. However, closed-loop systems are generally more complex and expensive to implement compared to open-loop systems, and they require additional components such as sensors, error detectors, and control algorithms. Overall, closed-loop control systems offer a more robust and reliable solution for controlling complex systems, but the choice between open-loop and closed-loop systems depends on the specific requirements and constraints of the application.
3. Step-input 에 대한 부하, 무부하의 이득 및 시정수

The step-input response of a control system is an important characteristic that provides insights into the system's behavior and performance. The step-input response can be analyzed in terms of the system's gain and time constant, which can be different for the loaded and unloaded conditions. In the case of a step-input, the gain represents the ratio of the steady-state output to the input. The gain can be different for the loaded and unloaded conditions, as the load can affect the system's overall behavior. Typically, the unloaded gain is higher than the loaded gain, as the load can introduce additional damping or resistance to the system. The time constant, on the other hand, represents the time it takes for the system to reach approximately 63.2% of its final steady-state value. The time constant can also be different for the loaded and unloaded conditions, as the load can affect the system's dynamic response. Generally, the loaded time constant is larger than the unloaded time constant, as the load can introduce additional inertia or capacitance to the system. Understanding the differences in the gain and time constant between the loaded and unloaded conditions is crucial for the design and optimization of control systems. It allows engineers to anticipate the system's behavior under different operating conditions and make appropriate adjustments to the control algorithms or system parameters to ensure the desired performance is achieved.
4. Frequency response

The frequency response of a control system is a fundamental concept that describes the system's behavior when subjected to sinusoidal inputs of varying frequencies. Analyzing the frequency response is essential for understanding the system's dynamic characteristics, such as its stability, bandwidth, and sensitivity to disturbances. The frequency response is typically represented by the magnitude and phase of the system's transfer function, which can be plotted as a function of frequency. The magnitude plot, also known as the Bode magnitude plot, shows the ratio of the output amplitude to the input amplitude at different frequencies. The phase plot, on the other hand, shows the phase difference between the input and output signals. The frequency response analysis provides valuable insights into the system's behavior. For example, the bandwidth of the system can be determined from the frequency response, which indicates the range of frequencies over which the system can effectively respond to inputs. The stability of the system can also be assessed by examining the frequency response, as the presence of any unstable poles or zeros in the transfer function can be identified. Furthermore, the frequency response can be used to design appropriate control strategies, such as compensators or filters, to improve the system's performance. By understanding the system's frequency response, engineers can make informed decisions about the design and tuning of control systems to meet the specific requirements of the application. Overall, the frequency response analysis is a powerful tool for understanding and optimizing the behavior of control systems, and it is an essential part of the control system design and analysis process.
5. 2차 시스템 특성 분석

2차 시스템은 제어 시스템 분야에서 매우 중요한 개념으로, 이러한 시스템의 특성을 분석하는 것은 제어 시스템 설계 및 최적화에 필수적입니다. 2차 시스템은 2개의 에너지 저장 요소(예: 질량과 스프링, 인덕터와 커패시터 등)를 가지고 있으며, 이로 인해 시간 영역에서 2차 미분 방정식으로 표현됩니다. 이러한 2차 시스템은 과도 응답 특성에서 진동성을 보이며, 감쇠비와 고유 진동수에 따라 다양한 동적 특성을 나타냅니다. 2차 시스템의 특성 분석을 통해 다음과 같은 중요한 정보를 얻을 수 있습니다: 1. 과도 응답 특성: 감쇠비에 따른 시간 영역 응답 특성(오버슈트, 정착 시간 등) 2. 주파수 응답 특성: 주파수 영역에서의 이득 및 위상 특성, 공진 주파수 등 3. 안정성 및 제어성: 시스템의 안정성 판단, 제어기 설계를 위한 정보 제공 이러한 2차 시스템 특성 분석은 다양한 제어 시스템 설계 및 최적화 문제에 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 기계 시스템, 전기 회로, 화학 공정 등 다양한 공학 분야에서 2차 시스템 모델링 및 분석은 필수적인 기술입니다. 따라서 2차 시스템의 특성을 깊이 있게 이해하는 것은 제어 시스템 엔지니어에게 매우 중요한 역량이라고 할 수 있습니다.

주제 연관 리포트도 확인해 보세요!

인하대학교 기계공학실험 A -DC모터 제어 결과 보고서입니다. 14페이지

2) 실험 결과 정리1. Open-loop control system & Closed-loop control system 에 대하여 서로간의 차이와 실제 시스템의 예를 각각 3가지 이상 서술하시오(예: open-loop; 선풍기)①open-loop control system: 개 루프 제어 또는 비 피드백 제어 또는 무 궤환 제어라고도 한다. 개 루프 제어 시스템은 피드백 경로 없이 보통 플랜트와 제어기를 직렬로 연결한다. ②closed-loop control system: 폐루프 제어 또는 피드백 제어 또는 궤환제어라고도 하며, ...

2020.12.25· 14페이지