청소년
청소년을 위한 교양 공정제어
루미너리북스 교육출판 에디팅 팀
루미너리북스
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- 소장
- 13,000 ⓒ
| 듣기기능 | TTS지원 | 파일정보 | EPUB |
|---|---|---|---|
| 총 용량 | 2.9 MB | 이용기기 | |
| ISBN | 9791142945571 | ||
책 소개
현대 산업현장에서 화학공장이 안전하고 효율적으로 운영될 수 있는 것은 정교한 공정제어 기술 덕분입니다. 온도와 압력을 자동으로 조절하는 시스템부터 복잡한 증류탑과 반응기를 관리하는 첨단 제어기까지, 공정제어는 우리가 사용하는 석유화학제품, 의약품, 식품 등 모든 제조업의 핵심 기술입니다. 이 책은 대학교에서 배우는 공정제어의 모든 개념을 고등학생도 이해할 수 있도록 실제 사례와 함께 체계적으로 설명합니다. 화학공장 폭발사고에서 시작해 미래의 스마트팩토리까지, 제어기술의 발전과정과 함께 센서, 제어기, 액추에이터로 구성된 제어루프의 동작원리를 자세히 다룹니다.
공정제어의 기초부터 탄탄히 쌓아올리기 위해 온도, 압력, 유량 같은 공정변수의 특성과 측정방법부터 시작합니다. 복잡해 보이는 미분방정식을 간단한 대수방정식으로 바꿔주는 라플라스 변환의 마법을 통해 수학적 도구를 익히고, 이를 바탕으로 전달함수라는 개념으로 공정의 특성을 표현하는 방법을 배웁니다. 1차 시스템과 2차 시스템의 응답특성을 분석하면서 시정수, 감쇠비 같은 중요한 매개변수들의 물리적 의미를 이해할 수 있습니다. 제임스 와트의 증기기관 거버너에서 시작된 피드백 제어의 역사와 함께 현대 제어시스템의 핵심인 PID 제어기의 비례, 적분, 미분 작용을 각각의 장단점과 함께 상세히 설명합니다.
실제 산업현장에서 사용되는 다양한 제어전략들을 체계적으로 다룹니다. 지글러-니콜스 방법부터 최신 자동 튜닝 기법까지 PID 제어기의 매개변수를 결정하는 다양한 방법을 소개하고, 주파수 응답과 보드 선도, 나이퀴스트 선도를 통한 시스템 분석방법을 익힙니다. 단순한 단일 루프 제어를 넘어 캐스케이드 제어, 피드포워드 제어, 비율제어, 선택적 제어 등 실제 화학공장에서 널리 사용되는 고급 제어전략들의 원리와 적용사례를 자세히 설명합니다. 증류탑에서 환류비와 재비기 열량이 상호작용하는 다변수 제어 문제와 이를 해결하기 위한 디커플링 방법도 다룹니다.
디지털 시대에 맞춰 마이크로프로세서 기반의 디지털 제어시스템과 Z-변환을 이용한 이산시간 제어기 설계방법을 소개합니다. 루돌프 칼만이 도입한 상태공간 개념부터 최적제어, 적응제어까지 현대 제어이론의 핵심 내용들을 다루며, 특히 쉘 석유회사에서 개발된 모델 예측 제어 기술이 어떻게 정유공장에서 경제적 효과를 달성했는지 실제 사례를 통해 설명합니다. 마지막으로 인공지능과 머신러닝을 활용한 지능형 제어시스템, 디지털 트윈 기술, 그리고 산업 4.0 시대 스마트팩토리에서 공정제어가 어떻게 발전해 나갈지 미래 전망을 제시합니다. 지속가능한 화학공정을 위한 그린 제어기술까지 포괄하여 공정제어의 모든 것을 담았습니다.
공정제어의 기초부터 탄탄히 쌓아올리기 위해 온도, 압력, 유량 같은 공정변수의 특성과 측정방법부터 시작합니다. 복잡해 보이는 미분방정식을 간단한 대수방정식으로 바꿔주는 라플라스 변환의 마법을 통해 수학적 도구를 익히고, 이를 바탕으로 전달함수라는 개념으로 공정의 특성을 표현하는 방법을 배웁니다. 1차 시스템과 2차 시스템의 응답특성을 분석하면서 시정수, 감쇠비 같은 중요한 매개변수들의 물리적 의미를 이해할 수 있습니다. 제임스 와트의 증기기관 거버너에서 시작된 피드백 제어의 역사와 함께 현대 제어시스템의 핵심인 PID 제어기의 비례, 적분, 미분 작용을 각각의 장단점과 함께 상세히 설명합니다.
실제 산업현장에서 사용되는 다양한 제어전략들을 체계적으로 다룹니다. 지글러-니콜스 방법부터 최신 자동 튜닝 기법까지 PID 제어기의 매개변수를 결정하는 다양한 방법을 소개하고, 주파수 응답과 보드 선도, 나이퀴스트 선도를 통한 시스템 분석방법을 익힙니다. 단순한 단일 루프 제어를 넘어 캐스케이드 제어, 피드포워드 제어, 비율제어, 선택적 제어 등 실제 화학공장에서 널리 사용되는 고급 제어전략들의 원리와 적용사례를 자세히 설명합니다. 증류탑에서 환류비와 재비기 열량이 상호작용하는 다변수 제어 문제와 이를 해결하기 위한 디커플링 방법도 다룹니다.
디지털 시대에 맞춰 마이크로프로세서 기반의 디지털 제어시스템과 Z-변환을 이용한 이산시간 제어기 설계방법을 소개합니다. 루돌프 칼만이 도입한 상태공간 개념부터 최적제어, 적응제어까지 현대 제어이론의 핵심 내용들을 다루며, 특히 쉘 석유회사에서 개발된 모델 예측 제어 기술이 어떻게 정유공장에서 경제적 효과를 달성했는지 실제 사례를 통해 설명합니다. 마지막으로 인공지능과 머신러닝을 활용한 지능형 제어시스템, 디지털 트윈 기술, 그리고 산업 4.0 시대 스마트팩토리에서 공정제어가 어떻게 발전해 나갈지 미래 전망을 제시합니다. 지속가능한 화학공정을 위한 그린 제어기술까지 포괄하여 공정제어의 모든 것을 담았습니다.
목차
1. 공정제어의 세계로 떠나는 여행
2. 공정의 언어 배우기
3. 수학의 마법 라플라스 변환
4. 전달함수로 공정을 표현하다
5. 시간 영역에서 바라본 공정의 얼굴
6. 피드백의 힘
7. PID 제어기의 삼총사
8. 제어기 튜닝의 예술
9. 주파수의 언어로 말하는 제어
10. 안정성 판별의 과학
11. 근궤적으로 보는 시스템의 운명
12. 보드 선도의 직관적 해석
13. 나이퀴스트의 원리와 마법
14. 캐스케이드 제어의 계층구조
15. 미래를 내다보는 피드포워드 제어
16. 비율제어로 균형 맞추기
17. 선택적 제어의 지혜
18. 분할범위 제어의 조화
19. 다변수 제어의 복잡함
20. 디지털 시대의 제어기술
21. Z-변환과 디지털 제어기 설계
22. 상태공간으로 보는 새로운 관점
23. 최적제어의 수학적 아름다움
24. 적응제어로 변화에 대응하기
25. 모델 예측 제어의 혁신
26. 공정 최적화와 실시간 최적화
27. 미래 공정제어의 새로운 지평
2. 공정의 언어 배우기
3. 수학의 마법 라플라스 변환
4. 전달함수로 공정을 표현하다
5. 시간 영역에서 바라본 공정의 얼굴
6. 피드백의 힘
7. PID 제어기의 삼총사
8. 제어기 튜닝의 예술
9. 주파수의 언어로 말하는 제어
10. 안정성 판별의 과학
11. 근궤적으로 보는 시스템의 운명
12. 보드 선도의 직관적 해석
13. 나이퀴스트의 원리와 마법
14. 캐스케이드 제어의 계층구조
15. 미래를 내다보는 피드포워드 제어
16. 비율제어로 균형 맞추기
17. 선택적 제어의 지혜
18. 분할범위 제어의 조화
19. 다변수 제어의 복잡함
20. 디지털 시대의 제어기술
21. Z-변환과 디지털 제어기 설계
22. 상태공간으로 보는 새로운 관점
23. 최적제어의 수학적 아름다움
24. 적응제어로 변화에 대응하기
25. 모델 예측 제어의 혁신
26. 공정 최적화와 실시간 최적화
27. 미래 공정제어의 새로운 지평