제어공학-PI제어(2)

5. 실험결과

(1) on-off control

목표온도	상한치	하한치
22	24	21
24	26	23

 

on-off 실험1(목표온도:22도, 상한치:24 하한치:21)

 

on-off 실험2(목표온도:24도, 상한치:26 하한치:23)

 

(2)P control, PI control

목표온도	P제어	PI제어
		P게인	I게인
25	25	25	22
25	24	26	24
25	23	27	25

 

P control 실험1(목표온도:25도 P제어:25)

 

P control 실험2(목표온도:25 P제어:24)

 

 

(3)위의 온도 제어 실험에서 on-off 제어, P 제어 및 PI 제어의 결과를 분석하고 비교

on-off제어는 온도가 상한치에 접근하면 off되고 하한치에 접근하면 on되는 방식이다. 이 때문에 온도 변화가 매우 커서 목표 온도에 잘 도달하지 못했다.

P제어의 경우 오차신호에 비례 게인을 곱한 만큼 제어 신호를 발생시켜 온도를 제어한다. P제어 실험 3번의 경우에서 P값의 변화를 작게 주었기 때문에 각 실험의 차이를 잘 알 수 없었지만 on-off제어보다는 온도제어가 잘 되는 것을 볼 수 있다.

PI 제어는 오차신호에 비례 및 적분요소의 합을 곱해서 제어 신호를 발생시켜 온도변화를 제어한다. PI 실험도 3번의 경우에서 P값과 I값의 변화를 작게 주었기 때문에 차이 파악이 어려웠지만 이번에도 on-off 제어보다는 온도제어가 잘 되는 것을 볼 수 있다.

 

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(4)대표적인 열전쌍의 종류별 온도~출력(전압) 특성
열전쌍의 종류 및 특성

 

열전쌍	상용 온도 범위(℃)	열기전력(mV/K)	Type
백금-백금로듐	200~1400(0~1600)	0.005(0℃),0.013(1000℃)	R,S
크로멜-알루멜	0~1000(-200~1200)	0.04(0℃)	K
철-콘스탄탄	0~600(-200~800)	0.05(0℃)	J
동-콘스탄탄	-180~300(-200~350)	0.04(0℃),0.06(300℃)	T

 

 

열전쌍의 열기전력~온도 특성그래프

 

 

(6)사이리스터-트라이악(Thyristor-triac)식 전력 조절기의 제어 원리

 

사이리스터: npn접합의 4층구조 반도체 소자의 총칭인데, 일반적으로는 SCR이라고 불리는 역저지 3단자 사이리스터를 가리키며, 실리콘 제어 정류 소자를 말한다. 애노드가 캐소드에 대하여 플러스인 경우, 게이트에 적당한 전류를 흘리면 도통하고, 일단 도통하면 애노드 전압을 0으로 하지 않으면 OFF로 되지 않는다. 소전력용부터 대전력용까지 각종 제어 정류 소자로서 널리 사용되고 있다.

 

트라이악: 트라이악은 2개의 SCR을 역병렬로 접속하여 1개의 5층 반도체소자로 만들고, 이 5층 반도체소자에 2개의 제어전극을 설치한 소자로 생각할 수 있다. 2개의 제어전극을 1개의 단자로 묶으면 위 그림과 같이 3개의 단자를 가진 6층 반도체소자가 된다.

 

이 실험에서는 위상 제어 방식을 사용하는 단상용 사이리스터식 전력조절기로서 입력된 전류신호에 비례하는 교류전압(0~100VDC)신호를 출력하는데, 여기서 사용하는 사이리스터는 트라이악이다. 두 개의 SCR을 역방향으로 병렬 연결한 것과 같다. 트라이악의 동작은 게이트에 트리거 신호가 발생한 때부터 T₁~T₂ 사이의 출력을 내보내며, 한번의 짧은 신호만 주면 부하 전류가 0이 될 때까지 출력을 내보낸다. 전압이나 전류가 0이 될 때 출력을 차단시키는 특성이 있다.