제어시스템

김종식 , 이민철 , 한명철 , 최재원 지음

교문사(청문각) 2020년 05월 06일 출간 종이책 : 2019년 06월 04일 출간

작품소개

책소개

제어기술에 대한 현장 적응력을 키우기 위해 이 책에서는 좀 더 실제적인 제어 대상 시스템에 대한 수학적 모델식을 기반으로 하여 제어시스템을 종합적으로 해석하고 설계할 수 있도록 하였다. MATLAB 프로그램을 이용하여 제어시스템을 소프트웨어적으로 해석하여 설계하고, 이를 컴퓨터나 마이크로프로세서를 이용하여 디지털 제어기를 구현할 수 있도록 하였다. 특히, DC 서보 모터 제어시스템을 설계하고 구현하는 과정을 실습함으로써 자동제어를 공부하고자 하는 학생들이나 엔지니어들이 자동제어의 가치를 실제 몸으로 경험할 수 있도록 하였다.
이 책은 다음과 같은 내용으로 구성되어 있다. 1장에서는 제어시스템에 관한 전반적인 개요를 다룬다. 제어시스템공학의 역사를 간략히 소개하고, 제어시스템의 기본적인 용어, 분류방법 및 응용분야, 그리고 제어시스템의 설계 절차를 간략히 설명한다. 2장에서는 제어시스템을 해석하고 설계하기 위한 준비 단계로 필요한 동적 시스템의 수학적 모델링 방법들을 다룬다. 고전 제어기법인 주파수역 접근법에서 필요한 전달함수를 유도하는 방법과 현대 제어기법인 시간역 접근법에서 필요한 상태공간 모델식을 유도하는 방법을 다룬다. 3장에서는 제어시스템의 성능 및 안정도를 해석하는 기본적인 방법들을 설명한다. 시간역 및 복소수역에서 제어시스템의 과도응답 및 정상상태응답 성능을 분석하고, Routh 안정도 판별법을 이용하여 제어시스템의 안정도를 평가한다. 4장에서는 시스템 파라미터 변화에 따른 제어시스템의 성능 및 안정도를 복소수역에서 도해적으로 표현할 수 있는 근궤적법을 설명한다. 5장에서는 주파수응답을 이용하여 제어시스템의 성능 및 안정도, 특히 실제 제어시스템의 안정도를 평가하는 데 필요한 개념인 상대안정도 등 제어시스템의 성능 및 안정도를 좀 더 폭넓게 해석할 수 있는 방법을 다룬다. 6장에서는 구동기 및 센서를 포함한 제어시스템의 구조를 설명하고, 가장 기본적인 제어기의 형태인 PID(비례?적분?미분) 제어기와 앞섬/뒤짐 제어기를 소개한다. 그리고 근궤적 및 주파수응답을 이용한 제어시스템 설계기법들을 다룬다. 7장에서는 시스템의 가제어성/가관측성을 조사하여 제어기 및 관측기 설계가 가능한지를 해석하고, 상태공간에서 제어기 및 관측기를 설계하는 방법을 소개한다. 8장에서는 디지털 제어시스템의 구현을 위하여 디지털 제어기 입?출력 변환기, ??변환에 의한 펄스 전달함수, 이산시간 상태공간 모델식, 그리고 컴퓨터를 이용하여 제어 알고리즘을 구현하는 방법을 소개한다. 끝으로, 9장에서는 아두이노 마이컴을 이용하여 DC 서보 모터 제어시스템을 설계하고 구현하는 과정과 설계된 제어시스템을 해석하는 과정을 실습할 수 있도록 정리되어 있다. 또한 부록에는 컴퓨터를 활용하여 시스템 모델링 및 제어 문제를 쉽게 해결할 수 있는 대표적인 제어 관련 상업용 소프트웨어인 MATLAB 및 Simulink 프로그램 사용방법이 소개되어 있다. 그리고 구체적인 제어시스템 설계 사례연구로 메카넘 구동 시스템의 PID 제어기 설계기법과 메카넘 로봇의 고장을 진단할 수 있는 기계학습을 이용한 인공지능 기술이 설명되어 있다.

목차

제1장 제어시스템의 개요
제2장 동적 시스템의 수학적 모델링
제3장 제어시스템의 성능 및 안정도
제4장 근궤적법
제5장 주파수응답 해석
제6장 제어시스템 설계
제7장 상태공간 해석 및 설계
제8장 디지털 제어시스템
제9장 제어시스템 실습

작가정보

저자(글) 김종식

저자 : 김종식
1977년 서울대학교 공과대학 기계설계학과 졸업
1979년 KAIST 기계공학과(공학석사)
1987년 미국 MIT 기계공학과(공학박사)
1980년 ~ 현재 부산대학교 공과대학 기계공학부 교수

저자 : 이민철
1983년 부산대학교 공과대학 기계설계공학과 졸업
1988년 일본 쯔쿠바대학 이공학연구과(공학석사)
1991년 일본 쯔쿠바대학 공학연구과(공학박사)
1991년 ~ 현재 부산대학교 공과대학 기계공학부 교수

저자 : 한명철
1983년 서울대학교 공과대학 기계설계학과 졸업
1985년 서울대학교 대학원 기계설계학과(공학석사)
1992년 미국 Georgia Inst. of Tech. 기계공학과(공학박사)
1994년 ~ 현재 부산대학교 공과대학 기계공학부 교수

저자 : 최재원
1987년 서울대학교 공과대학 제어계측공학과 졸업
1989년 서울대학교 대학원 제어계측공학과(공학석사)
1995년 서울대학교 대학원 제어계측공학과(공학박사)
1996년 미국 남가주대학교(USC) 전기 및 컴퓨터공학과 Post-Doc.
1996년 ~ 현재 부산대학교 공과대학 기계공학부 교수

저자(글) 이민철

저자(글) 한명철

저자(글) 최재원