에너지 자원의 고갈과 환경오염으로 인하여 건축조명 분야에서는 주광을 이용하여 에너지를 절약하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 광센서 조장제어시스템은 실내로 입사되는 주광에 따라 인공조명을 자동으로 제어하는 에너지 절약형 시스템으로 쉐이딩 시스템에 의해 주광유입이 차단되어 그 적용성이 미비하다. 자동롤러쉐이딩 시스템은 태양의 변화에 따라 롤러쉐이드의 높이를 자동으로 제어하는 시스템으로 광센서 조광제어시스템과 통합되어 사용될 때, 불쾌한 직사일광은 차단하고 실내로 유용한 주광을 유입함으로써 에너지 절감과 쾌적한 시환경을 제공할 수 있다. 본 연구는 광센서 조광제어시스템과 자동롤러쉐이딩 시스템의 통합을 위하여, 각 시스템의 제어 소프트웨어를 개발하였고 이를 통합하였다.
본 논문에서는 시설내 작물재배 시스템의 완전자동화를 구현함에 동시에 자동 제어 방식 설계상에 존재하는 많은 문제들 때문에 실현하지 못했던 작물의 직접제어자동화를 구현하였다. 시설내 작물재배 자동제어 시스템은 제어대상에 따라서 세 가지로 구분될 수 있다. 시설외부로부터 기상 환경 등을 계측하여서 시설내 재배 제어에 응용하는 외부 환경 제어, 시설 내부 환경을 직접 계측하고 제어하는 내부 환경 제어, 작물의 성장에 직접 공급되는 배양액의 적절한 조성에 관련된 배양액 제어로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 이 세 가지의 자동 제어시스템을 완전 실현하며, 배양액의 급액량을 제어함으로서 작물의 우량 성장을 자동적으로 조절할 수 있는 고난도 제어시스템을 설계하였다.
스마트 폰 또는 홈 네트워크 기술은 지속적으로 부가가치를 창출할 수 있는 기술로, 삶의 질을 한층 더 높게 만들어 준다. 본 논문에서는 스마트 폰을 통해 스마트 홈을 제어 하는 시스템을 설계 및 구현하였다. 구현된 스마트 홈 시스템은 홈 노드 구조물, 원격 스마트 응용 시스템, 홈 서버 제어 시스템으로 구성된다. 홈 노드 구조물은 침입 감지, 가스 검출 및 밸브 제어, 도어 락, 자동커튼, 환풍기 제어 및 On/Off 제어 모듈로 구성되어 있으며 모듈들은 홈 서버에 의해서 제어 된다. 홈 서버는 사용자가 직접 제어할 수 있는 사용자 인터페이스와 스마트 폰을 이용하여 원격 제어할 수 있는 원격 인터페이스를 제공함으로써 언제 어디서나 편리하게 홈 자동제어시스템을 제어할 수 있다.
항공기가 평형상태로 비행하는 도중 돌풍과 같은 외부교란을 만난 교란상태운동은 선형화된 미분방정식으로 표현되며 비교적 짧은 비행시간동안의 비행은 선형시 불변계가 된다. 돌풍은 Gauss-Markov확률과정으로 모델링 되며, 항공기가 돌풍을 만난 교란상태운동은 시스템론적으로 보면 백색잡음이 성형필터를 거쳐 계에 입력되는 것과 같다. 초기의 설계방법은 고전적인 주파수영역에서의 해석방법을 사용하였으나 1960년대에 최적제어이론이 도입되면서 평가함수를 사용하여 원하는 비행특성을 얻는 방법을 사용하게 되었다. 그 후 계에 입력되는 외란과 측정시의 잡음으로 인한 불확실한 측정량으로부터 최적상태변수의 추정을 위해 필터링이론을 도입한 확률제어이론을 적용하여 자동조종장치를 설계하게 되었다. 이때까지는 연속제어계로 설계되었으며 그 후 측정신호를 샘플링하여 연속제어계와 등가의 이산제어계를 사용한 자동조종장치가 등장하였으며 이 경우 설계기법으로는 연속제어계를 사용하고 실현시킬 때는 디지털컴퓨터를 사용하였다. 이는 제어하는 동안 계의 계수와 제어법칙을 바꾸어 줄 수 있는 이산제어계의 장점을 이용하지 못하므로 처음부터 계를 등가의 이산계로 보고 제어계를 설계하는 방법이 도입되었다. 이 때 샘플링간격의 결정과 Quantization 영향이 설계시 고려되어야 한다.
본 논문은 가정에서 사용되는 가전기기의 대기전력을 사용자의 위치에 따라 자동으로 제어하는 시스템을 설계 및 구현한다. 현재 사용되고 있는 대기전력 제어 시스템의 대부분은 사용자의 임의에 의해 On/Off 제어를 수행하거나 일정시간 해당 가전기기의 사용이 이루어지고 있지 않는 상태를 자동감지하여 대기전력을 차단하는 형태로 이루어져 있다. 그러나 이러한 시스템들은 사용자의 개입에 의해 수동으로 재가동해야 하므로 기기 사용자의 불편함을 초래하고 있다. 또한, 전체의 재실을 감지하여 모든 구역의 대기전력을 차단 혹은 해제하는 시스템의 경우는 모든 구역의 대기전력을 사용자 부재시까지 모두 해제하게 되므로 이로 인한 에너지 낭비를 초래하게 된다. 이에 본 논문은 재실자의 구역에 따라 미사용 가전기기들의 대기전력을 자동으로 On/Off 제어할 수 있는 사용자 위치에 기반한 대기전력 제어 시스템을 제안한다.
본 연구에서는 수용가에서 에너지 절감과 최대수요전력 제어를 위하여 마이크로프로세서를 이용한 고효율 자동 전압 조정기의 제어 방법에 대하여 제안한다. 제안한 고효율 자동 전압 조정기는 트로이달 코아에 1개의 직렬 권선과 분리된 4개의 분로 권선으로 구성되어 있는 단권 변압기를 사용한다. 변압기의 전압 조정은 직렬 권선과 분로 권선의 연결 방법에 따라 감압/승압이 가능하다. 스위치는 릴레이와 트라이악을 병행하여 사용한다. 스위치의 조작 시 발생하는 권선의 여자돌입전류를 제어하기 위하여 트라이악을 이용 연결 상태를 변경하고 연결 상태 유지 시에는 릴레이를 이용함으로써 스위치 소비 전력을 최소화 한다. 제어신호는 여자 돌입 전류를 줄이기 위하여 전압 파형에 동기화 하여 제어되며 이를 위하여 소프트웨어 PLL을 사용한다. 소프트웨어 PLL은 전압 파형의 zero-cross, 전압 최고점 등의 시간을 생성한다. 권선 스위치의 제어, 소프트웨어 PLL등 자동 전압 조정기의 제어는 마이크로프로세서에 의해서 이루어진다.
본 논문에서는 CMOS CCD 카메라 인터페이스 응용을 위한 자동 이득 제어(Automatic Gain Control: AGC)회로를 제안한다. 제안하는 자동 이득 제어 회로는 디지털 신호에 의해 직접 제어되므로 기존의 회로와 달리 별도의 D/A 변환기가 필요 없으며, 신호의 정착 특성은 이득 제어 신호의 변화에 거의 독립적이다. 또한 큰 캐패시턴스를 얻기 위해 적용된 캐패시터 조합 기법은 수위치드 캐패시터 기법을 사용한 자동 이득 제어 회로의 대역폭을 크게 향상시킨다. 캐패시터의 구현시 발생하는 부정합 오차 (mismatch error)는 제안하는 레이아웃 기법에 의해 0.1% 이내로 제한된다. 자동 이득 제어 회로의 출력 신호는 동일 칩에 집적된 10비트 A/D 변환기로 전달된다. 제안하는 자동 이득 제어 회로를 실장한 CCD 카메라 인터페이스 전체 시스템 시제품 0.5 um n-well CMOS 공정으로 구현되어 32dB 이득 제어 영역과 1/8dB 이득 제어 단계를 가지며, 3V 전원 전압과 25MHz의 동작 속도에서 총 173mW의 전력을 소모한다.
생산산업의 현대화저오ㄷ를 가름할 때 흔히 그 해당공정이 얼만큼의 비율로 자동제어장치가 되어 있느냐 하는것을 척도로 할 만큼 제어공학(Control Engineering)이 일반생산산업에 미치는 영향은 크다고 믿어진다. 이처럼 자동제어화의 인기가 높은것은 단순히 그렇게 함으로서 편리한 것 뿐만아니라, 그 기업의 수익을 증가시키기 때문일 것이다. 기업가의 입장에서 볼때, 자동제어의 결과로 (i)생산속도를 증가시키고, (ii) 규격치로부터의 오차를 줄임으로서 제품의 질을 향상시키고 (iii)생산원료를 절약하여 원가절감을 할 수 있는등의 이점이 있다. 이외에도 일상생활 환경에서 접하는 엘리베이터의 승강제어부터 우주선의 비행제어에 이르기까지 제어의 개념은 현대기술문명의 본질인 것이다. 본란을 통하여, 제어공학자들이 현재 사용하고 있는 설계방법과 앞으로의 발전경향에 대하여 간단히 소개하고, 아울러 학계 및 제어공학자들의 많은 관심을 모으고 있는 누연시스템(Tine-delay system)의 제어문제에 대하여 개략적으로 설명하기로 한다.
전력계통은 근년에 와서 한층 더 대규모 복잡화되고 전기의 질적향상에 대한 사회적 요청도 날이 갈수록 더욱 더 높아져 가고 있다. 이와같은 정세하에서 전력계통을 원활하게 효율적으로 운용해 나기기 위하여서는 보다 고도한 계통운용기술이 필요하게 되어 이미 실시하고 있는 주파수-유효전력제어, 전압-무효전력제어를 주체로 한 자동급전의 영역을 더 넓혀서 여기에 전력계통의 신뢰도확보를 목적으로 하는 신뢰도제어까지 포함시켜 나갈 필요성이 생기게 되었다. 또한 한편에서는 생력화를 주목적으로 하여 개별적인 제어의 자동화 및 집중제어가 촉진되어 제어용전자계산기의 도입과 더불어 제어소의 규모도 확대화될려고 하고 있다. 이와같은 배경에서 중앙급전지령소의 운용으로부터 말단의 발변전소의 조작에 이르기까지의 일괄된 전력계통운용을 펴나가기 위한 전력계통종합자동화가 추진되고 있으나 이들의 제어시스템의 대세로서는 점력계통이 가지는 계층제어시스템의 적용을 지향하고 있다. 본보고에서는 그동안 수년간에 걸쳐 일본 전기학회 급전상치산문위원회가 금후의 전력계통종합자동화의 지표와 그 실현을 위한 기술적 기초의 확립을 목적으로 하여 전력계통에 있어서의 계층제어시스템에 관하여 조사연구한 내용을 집약, 정리해서 소개하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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