디지털 제어

DOGAN IBRAHIM 지음 | 박전수 옮김

아진 2015년 09월 15일 출간 종이책 : 2008년 04월 15일 출간

작품소개

책소개

이 책은 누구나 디지털 제어의 기초부터 실무능력까지 쉽게 배울수 있는 교재로, 디지털 제어를 기초에서 실무까지 다루고 있다. 마이크로제어기에 대한 하드웨어 및 소프트웨어의 배경 지식은 필요치 않지만 컴퓨터 프로그래밍 언어는 알고 있으면 있을수록 큰 힘이 될 것이다.

목차

제1장 서론
1.1 제어 시스템의 배경 1
1.2 제어 시스템에서 컴퓨터의 사용 3
1.3 집중 및 분산 제어 시스템 7
1.4 SCADA 시스템 8
1.5 컴퓨터 제어를 위한 하드웨어 8
1.5.1 범용 컴퓨터 8
1.5.2 마이크로제어기 10
1.6 컴퓨터 제어를 위한 소프트웨어 11
1.6.1 폴링 13
1.6.2 외부 인터럽트 13
1.6.3 타이머 인터럽트 14
1.6.4 속임수 코드 14
1.6.5 외부 실시간 클럭 15
1.7 컴퓨터 제어의 여러 센서 16
1.7.1 온도 센서 17
1.7.2 위치 센서 20
1.7.3 속도 및 가속도 센서 24
1.7.4 힘 센서 25
1.7.5 압력 센서 26
1.7.6 유체 센서 26
1.7.7 공기량 센서 27
1.8 연습문제 29
더 읽어 볼 책 29

제2장 시스템 모델링
2.1 기계 시스템 32
2.1.1 병진 시스템 32
2.1.2 회전 시스템 38
2.2 전기 시스템 44
2.3 전기기계 시스템 51
2.4 유체 시스템 53
2.4.1 유압 시스템 54
2.5 열 시스템 60
2.6 연습문제 63
더 읽어 볼 책 67

제3장 PIC 마이크로제어기
3.1 PIC 마이크로제어기의 종류 69
3.1.1 PIC10FXXX 계열 71
3.1.2 PIC12CXXX/12FXXX 계열 72
3.1.3 PIC16C5X 계열 72
3.1.4 PIC16CXXX 계열 73
3.1.5 PIC17CXXX 계열 73
3.1.6 PIC18CXXX 계열 74
3.2 PIC의 최소 구성 74
3.2.1 외부 발진기 76
3.2.2 수정 발진기 77
3.2.3 공진 발진기 77
3.2.4 RC 발진기 77
3.2.5 내부 클럭 79
3.3 PIC의 기본 구조 80
3.3.1 PIC16F84 마이크로제어기 81
3.3.2 PIC16F877 마이크로제어기 87
3.4 연습문제 91
더 읽어 볼 책 92

제4장 PIC 마이크로제어기의 C 프로그래밍
4.1 PICC Lite의 데이터 형 94
4.1.1 비트 형 94
4.1.2 부호 없는 문자 형 94
4.1.3 부호 있는 문자 형 95
4.1.4 부호 없는 정수 형 95
4.1.5 부호 있는 정수 형 95
4.1.6 부호 있는 긴 정수 형 96
4.1.7 부호 없는 긴 정수 형 96
4.1.8 단밀도 실수 형 96
4.1.9 배밀도 실수 형 97
4.2 변수 97
4.3 프로그램의 설명 98
4.4 프로그램 메모리에 변수 저장 99
4.5 정적 변수 99
4.6 변동 변수 100
4.7 영속 변수 100
4.8 절대 주소를 갖는 변수 100
4.9 열1 자격자 101
4.10 배열 101
4.11 ASCII 상수 104
4.12 산술, 관계 및 논리 연산자 104
4.13 밑수 체계 107
4.14 구조체 108
4.15 프로그램 제어 110
4.15.1 If-Else 문장 110
4.15.2 Switch-Case 문장 111
4.15.3 For 문장 113
4.15.4 While 문장 114
4.15.5 Do 문장 115
4.15.6 Break 문장 115
4.15.7 Continue 문장 115
4.16 함수 116
4.16.1 사용자 함수 116
4.16.2 내장 함수 117
4.17 포인터 119
4.18 선행처리기 121
4.18.1 #define 122
4.18.2 #include 123
4.18.3 #asm와 #endasm 124
4.19 EEPROM 메모리의 참조 124
4.20 인터럽트 사용하기 125
4.21 동작 늦추기 125
4.22 C 프로그램의 구조 126
4.23 마이크로제어기의 입력-출력 인터페이스 128
4.23.1 LED 연결하기 128
4.23.2 누름단추(스위치) 연결하기 129
4.23.3 LCD 연결하기 132
4.24 연습문제 139
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제5장 마이크로제어기를 이용한 프로젝트 개발
5.1 하드웨어 및 소프트웨어 조건 143
5.2 프로그램 개발 도구 145
5.2.1 흐름도 145
5.2.2 구조도 146
5.2.3 의사코드 149
5.3 연습문제 155
더 읽어 볼 책 156

제6장 샘플 데이터 시스템과 z-변환
6.1 샘플링 과정 157
6.2 z-변환 163
6.2.1 단위 스텝 함수 164
6.2.2 단위 램프 함수 164
6.2.3 지수 함수 165
6.2.4 일반 지수 함수 166
6.2.5 사인 함수 166
6.2.6 코사인 함수 167
6.2.7 이산 임펄스 함수 168
6.2.7 지연 이산 임펄스 함수 168
6.2.9 변환 표 168
6.2.10 Laplace 변환 함수의 z-변환 169
6.2.11 변환의 성질 171
6.2.12 역 변환 174
6.3 펄스 전달 함수와 블록 선도 184
6.3.1 개루프 시스템의 블록 선도 185
6.3.2 개루프 시스템의 시간 응답 188
6.3.3 폐루프 시스템의 블록 선도 195
6.3.4 폐루프 시스템의 시간 응답 199
6.4 연습문제 200
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제7장 시스템의 시간역 성능
7.1 시간 응답의 비교 205
7.2 시간역 성능 지수 208
7.3 s-평면과 z-평면 사이의 관계 212
7.4 감쇠비와 비감쇠 고유 진동수 213
7.4.1 감쇠비 213
7.4.2 비감쇠 고유 진동수 216
7.4.3 감쇠비와 비감쇠 고유 진동수의 공식 217
7.5 연습문제 220
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제8장 시스템 안정도
8.1 특성 방정식의 인수 분해 223
8.2 Jury의 안정도 판별법 225
8.3 Routh-Hurwitz 안정도 판별법 229
8.4 근궤적 232
8.5 Nyquist 안정도 판별법 239
8.6 Bode 선도 243
8.7 연습문제 248
더 읽어 볼 책 250

제9장 이산 제어기 설계
9.1 디지털 제어기 254
9.1.1 Dead-Beat 제어기 255
9.1.2 Dahlin 제어기 257
9.1.3 극 배치 제어기 - 해석적 방법 260
9.1.4 극

책 속으로

1장에서는 제어 시스템을 간략히 소개하고 컴퓨터를 이용한 제어 시스템의 기본 요소에 대해 다루는데 연속 시간제어 시스템의 이론을 알고 있으면 여러 모로 도움을 받을 수 있다. 시스템의 모델링은 2장에서 공부한다. 제어 공학의 시작이 동적 시스템의 모델을 찾는 일부터 한다는 사실을 생각해 보면 이 장의 중요성을 가늠할 수 있을 것이다. 따라서 여기서는 기계, 전기, 유체, 열 따위와 같은 여러 영역의 시스템을 소개하고 이를 직접 모델링하기로 한다.
3장의 초점은 오늘날 상업 및 산업용으로 가장 흔히 쓰는 마이크로제어기 중의 하나인 PIC 계열의 기본 구조이다. 각 계열에 속한 모델 하나하나에 대한 특징과 기본적인 응용 방법 등을 살피게 될 것이다. 또, 이 책은 이런 마이크로제어기에 이식할 프로그램을 PICC Lite라는 이름으로 시중에 나와 있는 C 언어를 사용할 것인데 이는 4장에서 자세히 다룬다. 디지털 제어를 위한 하드웨어 부분의 마지막 장인 5장에서는 마이크로제어기를 이용할 때 요긴하게 쓸 수 있는 여러 도구를 소개한다. 프로젝트 개발 단계에서 일의 진행을 매끄럽게 이끌려면 꼭 살펴보아야 할 것이다.
이산 시간 시스템의 해석 공부는 6-7장인데 여기서 쓰는 용어 중에서 이산 시간 시스템이나 샘플 데이터 시스템, 디지털 제어 시스템은 모두 뜻이 비슷하기 때문에 서로 섞어 써도 좋다. 샘플링 과정이나 z-변환, 이산 시스템의 시간 응답 따위와 같이 설명할 내용이 많기 때문에 특별히 두 장을 마련했다는 것을 기억해 주길 바란다. 8장에서 다룰 제어 시스템의 안정도는 제어 공학에서 가장 중요한 주제 중의 하나이다. 디지털 제어 시스템의 안정도를 해석할 수 있는 해석적 및 도해적 도구를 소개하고 이를 예제와 함께 풀어 보도록 한다.
디지털 제어기의 설계 부분을 위해 알고리즘 개발은 9장에서, 그리고 이를 하드웨어에 이식하는 문제는 10장에서 다루기로 한다. 신경을 많이 써야 할 부분인 만큼 제어기 설계 방법을 새로 소개할 때마다 예제를 붙여 쉽게 이해할 수 있도록 꾸몄고, 또 실현 구조를 설명할 때는 여러 방법의 장단점을 함께 제시하여 선택의 안목을 키울 수 있게 하였다. 끝으로, 여태껏 학습한 내용을 종합적으로 검토하고 따라 해볼 수 있도록 사례 연구라는 장을 따로 마련하였다. 비록 수위 조절 시스템이라는 간단한 예이지만 실무적인 측면에서 고려해야 할 모든 문제를 포함하였으니 이 역시 큰 도움이 될 것이다.

출판사 서평

이 책은 디지털 제어를 기초에서 실무까지 다루고 있다. 디지털 제어는 순수 이론만 출판하지 않는 한 책으로 내 놓아 좋은 평을 받기가 쉽지 않은 분야이다. 하드웨어를 다루어야 한다는 측면에서 실무 경험이 바탕에 깔리지 않으면 시작부터 망설여지고 현장 지식을 많이 가졌다 하더라도 체계적인 이론 전개를 할 수 없으면 두려움이 앞서기 때문이다. 처음 이 책의 번역을 부탁 받고 내용을 검토하지도 않은 채 손사래부터 쳤다. 디지털 제어가 부담되기도 했지만 제목에 붙은 마이크로제어기라는 말을 보고 하드웨어를 전문으로 다룬 책이구나 라고 생각했기 때문이다. 그런데 그렇지 않았다. 하드웨어를 다루되 초심자가 겁먹지 않도록 논리에 어긋나지 않는 가운데 필요한 말만 골라 친절하게 써 내려 갔고 경험자에겐 값으로 따질 수 없는 현장의 노하우를 책의 군데군데 묻혀 놓아 살아있는 정보를 안겨 주도록 한 것이 너무 매력적이었다. 디지털 제어를 이렇게 쓸 수도 있구나 하는 감탄이 끊이질 않았다. 특히, 제어기의 소프트웨어적인 설계를 하드웨어로 이식하는 부분은 너무나 간단명료하여 지금까지 어렵겠지 하며 작업을 미루어 왔던 나로서는 오히려 허탈한 심정이 들 정도였다. 이것이 처음 손사래를 미안해하며 이 책의 번역은 내가 해야겠다고 되레 고집부린 까닭이다.
책을 번역하면서 어느 책에나 있을 법한 잘못된 말과 숫자는 모두 바로 잡았다. 그리고 이론과 실무를 한정된 지면에 담기 위해 압축하고 생략하는 과정에서 발생했을 수도 있는 몇몇 논리적인 오류와 식의 전개, 앞뒤 관계로 보아 사이에 꼭 들어가야 하는데도 역시 지면 때문에 빼먹은 것으로 보이는 내용, 그리고 어쩔 수 없이 생략한 여러 용어의 설명 따위는 저자가 심혈을 기울인 책을 있는 그대로 보여 준다는 측면에서 페이지 아래에 따로 각주를 달아 수정하고 첨가하고, 또 설명해 놓았다. 고향이 영어를 사용하는 국가가 아니어서 그런지는 몰라도 선택한 영어 말이나 문장과 문장, 그리고 문단과 문단이 매끄럽게 연결되지 않는 부분이 더러 있었으나 우리말로 번역하면서 나름대로 잘 이어지도록 했는데 이 때문에 책의 내용에 영향을 준 일은 하나도 없다. 아무쪼록 이 책이 여러분의 디지털 제어 학습에 보탬이 되길 바라며 부족하지만 이와 관련한 질문을 하면 성실히 답해 줄 것도 함께 약속한다.

작가정보

저자(글) DOGAN IBRAHIM

번역 박전수