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1[화공기사 필기] 15년 3회차
그림과 같은 산업용 스팀보일러의 스팀발생기에서 조작변수 유량(x3)과 유량(x5)을 조절하여 액위(x2)와 스팀압력(x6)을 제어하고자 할 때 틀린 설명은? (단, FT, PT, LT는 각각 유량, 압력, 액위전송기를 나타낸다.)
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압력이 변하면 유량이 변하기 때문에 Air, Fuel, Boiler feed water의 공급압력은 외란이 된다.
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제어성능 향상을 위하여 유량 x3, x4, x5를 제어하는 독립된 유량제어계를 구성하고 그 상위에 액위와 압력을 제어하는 다단제어계(cascade control loop)를 구성하는 것은 바람직하다.
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x1의 변화가 x2와 x6에 영향을 주기 전에 선제적으로 조작변수를 조절하기 위해서 피드백 제어기를 추가하는 것이 바람직하다. (이때, x1은 측정 가능하다.)
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Air와 Fuel 유량은 독립적으로 제어하기보다는 비율(ratio)을 유지하도록 제어되는 것이 바람직하다.
해설
측정 가능한 외란이 결과에 영향을 주기 전에 선제적으로 조작변수를 움직이는 방식은 앞먹임(feed-forward) 제어이므로, 스팀 유량 x1의 변화에 미리 대비하려면 피드백 제어기가 아니라 앞먹임 제어기를 추가해야 한다.
계통도에서 x1은 스팀 배출관의 유량전송기(FT), x2는 드럼 액위(LT), x3는 밸브 V-1을 지난 보일러 급수 유량(FT), x4·x5는 버너로 가는 공기·연료 유량(FT), x6는 드럼의 스팀 압력(PT)이다. 피드백 제어는 x2·x6가 실제로 목표값에서 벗어난 뒤에야 동작하므로 선제 대응 자체가 성립하지 않는다.
- 공기·연료·보일러 급수의 공급압력이 흔들리면 밸브 개도가 같아도 유량이 변하므로 공급압력은 외란으로 작용한다.
- x3·x4·x5에 빠른 유량제어 루프를 두고 그 위에 액위·압력 루프를 얹는 다단(cascade) 구성은 외란 억제에 유리하다.
- 공기와 연료는 완전연소를 위해 일정한 비율을 지켜야 하므로 비율(ratio) 제어가 바람직하다.
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