control loop에 대한 개략적인 schematic은 아래와 같다.
control loop은 아래와 같이 크게 3개의 part로 구성된다.
measurement
comparison
adjustment
여러 종류의 instrument와 device들이 control loop에 사용되며 이들은 주로 transmitter, sensor, controller, valve, pump등이 있다.
아래는 control loop에서 사용되는 용어들에 대한 기본적인 정의이다.
process variable (PV)은 공정을 변경할 수 있는 조건으로 주로 압력, 유량, 온도, 액위, 밀도, pH, 전도도 등이다.
set point (SP)는 공정 변수 값이 유지되어야 할 값이다.
manipulated variable (MV)은 측정된 값이 set point가 되도록 변경되어져야 하는 factor이다.
error는 측정된 값과 set point와의 차이이며 이는 양수이거나 음수일 수 있다.
error magnitude는 단순히 set point와 process variable사이의 차이이다.
duration은 error조건이 지속되는 시간의 길이이다.
rate of change는 error plot상에 보여지는 기울기이다.
offset은 set point로부터 벗어난 process variable의 지속되는 차이이다.
control algorithm
feedback loop
feedback control loop는 process variable을 측정하여 그 값을 controller에 보낸 후 set point와 비교하여 그 차이를 줄이도록 control action이 진행된다. 장점으로는 source나 disturbance에 무관하게 corrective action을 수행하며, 공정에 대한 최소한의 knowledge만 요구된다. 반면 단점으로는 외란의 영향을 감소시키기 위한 예측 제어를 하지 못하며, time delay가 매우 긴 공정의 경우 안정적 운전도 영향을 받는다.
feed forward control
feed forward control loop은 load disturbance를 예측하여 process variabel에 영향을 주기 전에 control을 하여 빠른 수렴이 가능하다. 장점으로는 error에 대한 수정보다는 방지를 하는 수단이다. 단점으로는 공정에서의 외란에 대한 사전 검토가 필요하여 외란 및 조작 변수의 변화에 대한 공정 변수가 어떻게 응답하는지에 대한 knowledge에 대한 정보 및 process model이 요구된다.
실제 application에서는 feedback 제어와 feed forward 제어가 조화를 이루면서 적용이 된다.
아래는 feedback제어와 feed forward제어의 근본적인 차이를 보여준다.
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