2025년 02월 10일 출간 | ISBN : 1189342685 | 481쪽 | 규격外 | 1판

1. 제어공학의 개요 1.1 제어공학의 정의와 사전지식 · 1.2 제어공학에서 사용되는 용어 정의 1.3 제어공학의 역사 1.4 제어시스템의 분야 1.5 제어시스템의 예 - 자격루(조선시대) 1.6 제어시스템 설계과정 1.7 MATLAB 활용 1.8 기사 문제 2. 제어공학의 기초 수학 2.1 개요 2.2 라플라스 변환 2.2.1 라플라스 변환의 필요성 2.2.2 라플라스 변환의 정의 2.2.3 라플라스 변환과 푸리에 변환의 차이점 2.2.4 시간함수와 주파수함수와의 관계 2.2.5 라플라스 변환의 예 2.3 라플라스 변환의 성질 2.4 시스템 해석 2.5 MATLAB 활용 2.6 기사 문제 3. 블록선도와 상태선도 3.1 블록 선도 (block diagram) 3.2 신호 흐름도 3.3 메이슨 정리 3.4 상태 선도 3.5 상태 공간 방정식 3.6 전달 함수에서 상태 공간으로 변환 3.6.1 전달 함수의 분자가 상수인 경우(4차 시스템) 3.6.2 전달 함수의 분자가 다항식인 경우 (4차 시스템) 3.7 MATLAB 활용 3.8 기사 문제 4. s-공간에서의 시스템 모델링 및 해석 4.1 전기 시스템 4.2 기계 시스템 4.2.1 직선 운동 기계 시스템 4.2.2 회전 운동 기계 시스템 4.3 기어 4.4 기계 시스템과 전기 시스템 간의 유사(Analogy)관계 4.5 전기 기계 시스템 - 모터 4.6 산업용 시스템 모델링 4.7 기사 문제 5. 상태공간에서의 시스템 모델링 및 해석 5.1 상태 공간 방정식 5.2 전기 시스템의 상태 공간 모델링 5.3 기계 시스템의 상태 공간 모델링 5.4 전기 기계 시스템의 상태 공간 모델링 5.5 상태 공간 해석을 위한 선형 대수학 5.5.1 고유값과 고유벡터 5.5.2 대각선 행렬 5.5.3 지수 함수 행렬 5.6 상태 공간 방정식을 전달함수로 변환 5.7 상태 공간 방정식의 해 5.7.1 상태 천이 행렬 5.7.2 상사변환 5.8 MATLAB 활용 5.9 기사 문제 6. 피드백제어와 안정도 해석 6.1 피드백의 정의 6.2 피드백의 효과 6.2.1 피드백이 없을 때의 제어 6.2.2 피드백이 있을 때의 제어 6.3 피드백 시스템에서 외란에 의한 영향 6.4 센서(감지기) 6.5 BIBO 안정도 6.6 Routh-Hurwitz의 안정도 판별법 6.7 감도 (sensitivity) 6.8 피드백 시스템에서의 감도 6.9 기사 문제 7. 정상상태에서 시간응답 해석 7.1 시간 응답해석에 대한 기초 이론 7.2 정상상태 오차 7.3 시스템 유형에 따른 정상상태 오차 7.4 단위 피드백이 아닌 시스템에 대한 정상상태 오차 7.5 외란에 의한 정상상태 오차 7.6 MATLAB 활용 7.7 기사 문제 8. 과도상태에서 시간응답 해석 8.1 일차 시스템의 시간 응답 해석 8.2 이차 시스템의 시간 응답 해석 8.3 이차 부족제동 시스템의 시간 응답 해석 8.4 이차 부족 제동 시스템의 응답 규격 8.5 극점의 위치 변화에 대한 이차 부족 제동 시스템의 계단 응답 분석 8.6 극점과 영점추가에 대한 시스템 응답 해석 8.7 MATLAB 활용 8.8 기사 문제 9. 근궤적 9.1 근궤적의 정의 9.2 근궤적 그리기 절차 9.3 극점과 영점 추가에 의한 근궤적 변화 9.4 MATLAB 활용 9.5 기사 문제 10. 주파수 응답 해석 기초 10.1 주파수 응답의 개념 10.2 주파수 응답 해석을 위한 기본 수학 10.3 일차, 이차 시스템의 주파수 응답 10.4 주파수 응답과 시간 응답의 관계성 10.5 MATLAB 활용 10.6 기사 문제 11. 보드선도와 나이퀴스트를 이용한 주파수 응답 해석 11.1 보드선도 11.2 나이퀴스트 선도(Nyquist diagram) 11.3 보드선도를 이용한 안정도 해석 11.4 나이퀴스트 선도를 이용한 안정도 해석 11.5 MATLAB 활용 11.6 기사 문제 12. PID 제어기 설계 12.1 제어기 설계의 배경과 목적 12.2 히터의 예를 통한 PID 제어기의 개념 이해 12.3 PI 제어기 설계 12.4 PD 제어기 설계 12.5 PID 제어기 설계 12.6 PID 제어기의 H/W 구성 12.6.1 아날로그 PID 제어기 구현 12.6.2 디지털 PID제어기 구현 12.7 MATLAB? 활용 12.8 기사 문제 13. 진상-지상 제어기 설계 13.1 지상, 진상 제어기의 개념 이해 13.2 지상 제어기의 설계 13.3 진상 제어기의 설계 13.4 진상-지상 제어기의 설계 13.5 진상-지상 제어기의 H/W 구성 13.5.1 수동회로 13.5.2 능동 회로 13.6 MATLAB? 활용 13.7 기사 문제 부록 제어공학에 필요한 기초수학 찾아보기

제어(control)란 시스템을 사용자가 원하는 방향으로 조정하는 것이며, 이러한 방 법을 연구하는 학문분야를 제어공학이라고 부릅니다. 제어 공학은 전기, 전자, 기계, 메카트로닉스, 로봇, 화학공학, 우주항공 공학에서 주가 되어 사용되고 있으며, 그 필 요성과 응용성은 산업 기술의 발전 속도와 맞추어 점점 커지고 있습니다. 따라서 제 어공학의 기본지식과 개념들은 전기, 전자, 기계 공학을 다루는 엔지니어들에게서 없 어서는 안 될 필수 항목이 되었습니다. 제어공학을 다루는 전공 서적으로 이미 많은 서적들이 나와 있고, 다음의 두 책들 이 제어공학 내용을 잘 설명해주는 저자의 추천 도서입니다. Automatic Control(자동제어) - Benjamin C. Kuo (8판, 750 page) Control Systems Engineering(제어시스템공학) - Norman S. Nise (5판, 847 page) 위의 서적들은 번역본도 시중에 나와 있고, 제어공학 서적의 베스트셀러입니다. 하 지만 책 내용이 너무 방대하여, 짧은 시간에 제어공학을 공부하거나, 쉽게 필요한 부 분만을 공부하려는 학생들에게는 상당히 부담감이 있는 것이 사실입니다. 따라서, 본서를 쓰게 된 배경이 여기에 있고, 다음과 같은 학생들에게는 위의 추천 서보다는 이 책이 더 적합할 것이라 생각합니다. 1. 제어공학을 짧은 시간에 꼭 필요한 부분만을 개념적으로 이해하며 공부하고 싶은 학생 2. 제어공학에 나오는 어려운 수학을 쉬운 예제를 통하여 이해하고 싶은 학생 3. 제어공학을 공부하면서 기사시험도 같이 준비하는 학생 (기사 문제 200개 포함) 4. 제어공학 내용을 컴퓨터(MATLAB 예제 포함)를 이용하여 실무적(해석, 설계)으로 공부하고 싶은 학생 제어공학을 처음 배우는 학생들에게 제어공학 혹은 자동제어라는 과목은 매우 어 렵게 느껴지고, 많은 수학식으로 인하여 학생들이 쉽게 질리는 것이 현실입니다. 2학 기로 편성되어 있는 교과과정 중에 제어공학1(한 학기 과정)을 듣고 제어공학2(다음 학기 과정)를 포기하는 학생들이 많아지고 있습니다. 그러므로 저자는 제어공학을 공 부하는 학생들이 제어공학의 개념적인 부분에 충실하여 학생들의 이해를 돕도록 다 음과 같은 점에 특히 유의하였습니다. 1. 이론 체계의 개념적 파악 : 라플라스 변환의 예를 들면, 라플라스 변환을 왜 학생 들이 배워야 하고 어디에 사용할 수 있는지와 같은 이론 체계의 개념적 파악에 충실하도록 함. 2. 기본적인 사항의 철저한 이해 : 반복적이고, 복잡한 문제 풀이보다는 이론의 원 리를 쉽게 이해할 수 있도록 기본적인 사항에 페이지를 더 많이 할애함. 3. 수학적인 엄밀성 보다는 개념이해에 중점을 둠 : 수학적인 엄밀성보다도 직관적 인 이해에 중점을 주고 학생들의 개념 이해와 통찰력을 갖도록 노력함. 4. 문제풀이의 단계별 체계화 : 복잡한 이론에 대한 풀이 과정을 돕고자 쉬운 예제 들을 대상으로 단계별로 풀 수 있는 과정을 들어 문제 풀이를 체계화 함. 5. 컴퓨터 시뮬레이션 학습 도모 : MATLAB S/W를 이용하여 각 장에서 배운 내 용들을 컴퓨터에서 실습하고 학습의 흥미를 유발하고자 각 장마다 페이지를 할 애하여 각 장에 적합한 MATLAB 예제들을 다룸. 6. 국가시험 기사 문제 : 학생들이 본론에서 배운 내용을 토대로 문제를 풀어나가 는 능력을 배양하고자 관련된 전기기사 문제 200개를 실었으며, 해답을 통해 확인 하도록 함. 이 책을 사용하여 제어공학을 가르치는 교수님들은 학생들의 이해도를 측정하기 위해 책 본문에 나와 있는 예제에 학생들이 숫자 혹은 수학식을 변경하여 숙제로 문 제를 풀어올 것을 권고합니다. 이렇게 하면 학생들 모두가 서로 다른 문제를 직접 만 들기 때문에 학생들끼리 서로 숙제를 베껴오는 문제를 해결하고 문제 풀이에 흥미도 를 높일 수 있습니다. 이것이 바로 이 책에서 기사문제 외에 연습문제를 추가하지 않 은 이유입니다. 본서의 모든 내용들은 전기, 전자, 기계, 제어계측, 로봇, 항공공학과 학부생이라면 반드시 학습해야 될 내용들입니다. 이 책을 쓰기 위해서 저자는 지금까지 강의한 강 의노트를 바탕으로 앞에서 강조한 여섯 가지 사항들을 중심으로 노력하였으나 이러 한 의도가 어느 정도 실현 되었는지는 학생 여러분들의 판단입니다. 끝으로 제어공학 을 공부하고 있는 학부생들에게 이 책이 많은 도움이 되길 바랍니다.