청소년
청소년을 위한 교양 제어공학
루미너리북스 교육출판 에디팅 팀
루미너리북스
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- 소장
- 13,000 ⓒ
| 듣기기능 | TTS지원 | 파일정보 | EPUB |
|---|---|---|---|
| 총 용량 | 2.9 MB | 이용기기 | |
| ISBN | 9791142945830 | ||
책 소개
현대 사회의 모든 기술 시스템은 제어공학 없이 작동할 수 없다. 자동차의 크루즈 컨트롤부터 스마트폰의 화면 밝기 조절, 에어컨의 온도 유지, 엘리베이터의 층간 이동까지 우리 일상 곳곳에 제어시스템이 숨어있다. 이 책은 18세기 제임스 와트의 증기기관 조속기에서 시작된 제어공학의 역사부터 현재의 인공지능 융합 기술까지를 체계적으로 다룬다. 피드백이라는 핵심 개념을 중심으로 시스템이 어떻게 스스로를 제어하고 외부 변화에 대응하는지, 그리고 이러한 원리가 어떻게 복잡한 현대 기술의 기반이 되었는지를 명확하게 설명한다.
제어공학의 핵심은 수학적 도구를 통한 시스템 해석과 예측이다. 라플라스 변환은 복잡한 미분방정식을 대수 방정식으로 바꾸어 해결을 용이하게 하고, 전달함수는 시스템의 입출력 관계를 간결하게 표현한다. 시간응답 해석을 통해 시스템이 명령에 어떻게 반응하는지 예측할 수 있고, 주파수 응답 분석으로 시스템의 안정성과 성능을 평가한다. 보드 선도와 나이퀴스트 선도, 근궤적법 같은 그래픽 도구들은 복잡한 수식 없이도 시스템 특성을 직관적으로 파악할 수 있게 한다. 라우스 판별법과 같은 안정성 해석 기법은 시스템이 폭주하지 않고 안전하게 작동할 조건을 미리 확인할 수 있도록 돕는다.
실제 제어시스템 설계에서는 다양한 제어기법이 활용된다. PID 제어는 가장 널리 사용되는 제어 방식으로 비례, 적분, 미분 동작을 조합하여 시스템 성능을 최적화한다. 상태공간 표현법은 다변수 시스템을 효과적으로 다루며, 극점배치와 상태피드백을 통해 원하는 시스템 특성을 설계할 수 있다. 최적제어 이론은 성능지수를 최소화하는 제어법칙을 제공하고, 강인제어는 모델 불확실성에도 안정한 제어를 보장한다. 적응제어와 학습제어는 변화하는 환경에 스스로 적응하는 지능형 시스템의 기반이 되며, 이러한 기법들이 현대 자율주행차와 로봇 기술의 핵심을 이룬다.
디지털 기술의 발전으로 제어공학은 새로운 전환점을 맞았다. 아날로그 제어에서 디지털 제어로의 이행은 샘플링과 양자화 과정을 통해 이루어지며, Z 변환은 이산시간 시스템 해석의 핵심 도구가 되었다. 마이크로프로세서와 DSP의 활용으로 복잡한 제어 알고리즘의 실시간 구현이 가능해졌고, 모델예측제어와 같은 고급 기법들이 산업 현장에서 실용화되고 있다. 퍼지 제어와 신경망 제어는 기존 수학 모델의 한계를 극복하고, 인공지능과의 융합을 통해 제어공학은 자율시스템과 스마트 팩토리의 핵심 기술로 발전하고 있다. 이 책은 이러한 모든 발전 과정을 체계적으로 정리하여 제어공학의 전체 그림을 제시한다.
제어공학의 핵심은 수학적 도구를 통한 시스템 해석과 예측이다. 라플라스 변환은 복잡한 미분방정식을 대수 방정식으로 바꾸어 해결을 용이하게 하고, 전달함수는 시스템의 입출력 관계를 간결하게 표현한다. 시간응답 해석을 통해 시스템이 명령에 어떻게 반응하는지 예측할 수 있고, 주파수 응답 분석으로 시스템의 안정성과 성능을 평가한다. 보드 선도와 나이퀴스트 선도, 근궤적법 같은 그래픽 도구들은 복잡한 수식 없이도 시스템 특성을 직관적으로 파악할 수 있게 한다. 라우스 판별법과 같은 안정성 해석 기법은 시스템이 폭주하지 않고 안전하게 작동할 조건을 미리 확인할 수 있도록 돕는다.
실제 제어시스템 설계에서는 다양한 제어기법이 활용된다. PID 제어는 가장 널리 사용되는 제어 방식으로 비례, 적분, 미분 동작을 조합하여 시스템 성능을 최적화한다. 상태공간 표현법은 다변수 시스템을 효과적으로 다루며, 극점배치와 상태피드백을 통해 원하는 시스템 특성을 설계할 수 있다. 최적제어 이론은 성능지수를 최소화하는 제어법칙을 제공하고, 강인제어는 모델 불확실성에도 안정한 제어를 보장한다. 적응제어와 학습제어는 변화하는 환경에 스스로 적응하는 지능형 시스템의 기반이 되며, 이러한 기법들이 현대 자율주행차와 로봇 기술의 핵심을 이룬다.
디지털 기술의 발전으로 제어공학은 새로운 전환점을 맞았다. 아날로그 제어에서 디지털 제어로의 이행은 샘플링과 양자화 과정을 통해 이루어지며, Z 변환은 이산시간 시스템 해석의 핵심 도구가 되었다. 마이크로프로세서와 DSP의 활용으로 복잡한 제어 알고리즘의 실시간 구현이 가능해졌고, 모델예측제어와 같은 고급 기법들이 산업 현장에서 실용화되고 있다. 퍼지 제어와 신경망 제어는 기존 수학 모델의 한계를 극복하고, 인공지능과의 융합을 통해 제어공학은 자율시스템과 스마트 팩토리의 핵심 기술로 발전하고 있다. 이 책은 이러한 모든 발전 과정을 체계적으로 정리하여 제어공학의 전체 그림을 제시한다.
목차
1. 제어공학의 탄생과 기본 개념
2. 시스템과 신호의 이해
3. 라플라스 변환과 그 활용
4. 전달함수와 블록선도
5. 시간응답 해석과 특성
6. 정상상태 오차와 시스템 형태
7. 안정성 분석과 라우스 판별법
8. 근궤적법의 원리와 응용
9. 주파수 응답 해석 기초
10. 보드 선도와 주파수 설계
11. 나이퀴스트 선도와 안정성
12. PID 제어기의 원리와 설계
13. 상태공간 표현법 기초
14. 제어가능성과 관측가능성
15. 극점배치와 상태피드백
16. 상태관측기 설계와 응용
17. 최적제어 이론 입문
18. 강인제어의 기본 개념
19. 적응제어와 학습제어
20. 디지털 제어시스템 기초
21. Z 변환과 이산시간 해석
22. 이산시간 제어기 설계
23. 고급 제어 기법들
24. 제어시스템 실제 설계와 응용
2. 시스템과 신호의 이해
3. 라플라스 변환과 그 활용
4. 전달함수와 블록선도
5. 시간응답 해석과 특성
6. 정상상태 오차와 시스템 형태
7. 안정성 분석과 라우스 판별법
8. 근궤적법의 원리와 응용
9. 주파수 응답 해석 기초
10. 보드 선도와 주파수 설계
11. 나이퀴스트 선도와 안정성
12. PID 제어기의 원리와 설계
13. 상태공간 표현법 기초
14. 제어가능성과 관측가능성
15. 극점배치와 상태피드백
16. 상태관측기 설계와 응용
17. 최적제어 이론 입문
18. 강인제어의 기본 개념
19. 적응제어와 학습제어
20. 디지털 제어시스템 기초
21. Z 변환과 이산시간 해석
22. 이산시간 제어기 설계
23. 고급 제어 기법들
24. 제어시스템 실제 설계와 응용