제어

제어

제어(制御, control)란 어떤 대상물의 현재 상태를 사람이 원하는 상태로 조절하는 것이다.

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개요

제어는 크게 고전 제어와 현대 제어로 나뉘는데 칼만의 상태 방정식 도입 전후가 그 기준이다. 고전 제어는 시스템의 미분방정식을 라플라스 변환하여 구해지는 전달함수에 기초하여 주파수 영역에서 컨트롤러를 설계하는 이론이다.

현대 제어는 상태방정식으로 시스템을 표현하여, 시간 영역에서 컨트롤러를 설계한다. 이름만 고전 제어라 낡은 제어이론이라고 오해할 수 있으나, 고전 제어는 강인 (Robust) 제어와 같은 시스템의 불확실성을 다루는 제어 분야에서 현대에도 이용된다. 고전 제어는 입출력만 표현한다는 한계를 지니는 반면 현대 제어는 상태방정식으로 시스템의 상태(State)까지 고려할 수 있어, 보다 복잡한 시스템의 제어를 가능케 한다. 그리고 시간 영역이라 직관적인 장점이 있다. 현대에 들어서 연구된 수많은 제어 이론이 이 상태방정식에 기초하고 있다. 칼 만 필터, 최적제어론, 적응제어 등이 대표적이다.

제어는 시스템을 원하는 방향으로 작동하게 만드는 학문의 총칭이고 기계공학과 전자공학과, 그리고 화학공학과에 진학하게 된다면 극복해야 하는 최종 보스 중 하나이다. 이를 수행하는 공학 분야를 제어공학이라고 한다. 인간 능력 이상의 정밀한 작업이나, 인간의 힘으로 할 수 없는 작업 등을 기계가 할 수 있게 하는 핵심적인 역할을 하는 학문으로, 원자력 발전, 항공 우주, 로봇, 병기, 공장 자동화, 교통 시스템 등 언제나 함께 하는 현대 과학 문명의 기둥과도 같은 존재. 컴퓨터를 사람의 뇌로 비유하자면 제어는 의식이라고 보면 된다.

분야

• 사회 시스템에서도 제어를 실행하고 있다. 예를 들면 교통 신호는 사람과 차의 흐름을 제어하기 위한 것이다. 우리들이 그룹으로 행동할 때 인솔자가 있으면 잘 되는 것도 인솔자가 그룹의 움직임을 제어하기 때문이다.

• 제어는 경제 분야에서도 적용되고 있다. 예를 들면 달러가 대량으로 매각되어 달러의 값이 떨어지거나, 엔고로 달러의 가치가 하락하면 일본 은행이 시장에 개입해서 달러를 대량으로 사서 달러의 값이 극단적으로 떨어지지 않게 하는데, 이것은 문자 그대로 환 시세의 제어와 다를 바 없다. 더욱 우리에게 친근한 예는 우리들의 용돈 관리이다. 지갑 사정과 월급날까지의 일수를 세면서 지출을 가감하는 것도 제어이다.

• 인간의 몸에는 실로 기묘한 제어 시스템이 많이 구성되어 있다. 예를 들면, 체온은 건강한 상태에서는 항상 36 ℃ 전후로 유지되고 있다. 이것은 몸속에서 체온을 일정하게 유지하는 제어 기구가 동작하고 있는 결과이다. 만약 그러한 기구가 없다면, 바깥 온도의 변화에 따라서 체온이 크게 변화하게 될 것이다.

• 제어는 기술 분야 뿐만 아니라 생물, 사회, 경제 등 모든 분야에서 자연적으로 혹은 인공적으로 행해지고 있다.

자동차 제어장치

전자적 차체 자세 제어장치는 보쉬가 메르세데스-벤츠와 합작으로 1995년 세계 최초로 개발한 ESP라는 프로그램을 기반으로, ESP, ESC라는 명칭을 주로 사용하며, ESP, VDC, S-ESC, ESC, VSA, AFS, MSP, PSM, DSC 등 완성차 회사마다 이름이 다르다.

현대자동차와 기아자동차는 과거엔 VDC(상위형 기술은 VSM)라 불렀고, 지금은 ESP라 부른다. 토요타는 VDIM, GM은 S-ESC, 르노는 ESC, 쌍용자동차는 ESP로 부른다. 오토바이에도 장착되는데, 보통은 MSC라고 부른다. 이것도 보쉬가 개발한 ESP가 기반이다. 세계 최초 개발, 적용, 상용화라는 상징성을 지닌 보쉬의 ESP란 용어로 통일하여 서술한다.

달리고 있는 자동차의 속도와 회전, 미끄러짐 등을 수십 분의 1초 단위로 계산하여 실제 값과 운전자가 의도한 값을 비교, 계산하여 차이가 나는 경우, 브레이크와 엔진출력 등을 운전자가 의도한 만큼 제어할 수 있도록 스스로 개입해 사고를 미연에 방지하는 기술이다.

자동차 제어 역사

1987년 메르세데스-벤츠와 BMW는 최초의 TCS를 개발, 소개했다. 하지만 현재의 ESP와는 달리, 스티어링 휠의 조향각을 입력받아 도움을 주는 방식은 아니고 트랙션 제어만이 가능했다.

1992년 BMW는 사용자가 가속 페달을 밟고 있더라도 안정성 유지를 위해 엔진 토크를 강제로 하락시키는 기술을 발표했으나 역시 현재의 ESP와는 거리가 있었다.

1995년 메르세데스-벤츠는 보쉬와 협력하여 1987년부터 1992년까지 'Elektronisches Stabilitäts Programm' 영어로는 Electonic Stability Program을 진행하였고, 결국 1995년, 메르세데스-벤츠와 보쉬의 합작으로 메르세데스-벤츠 S 클래스 (W140) 모델에 세계 최초로 탑재되었다.

자동차 제어 구성

• ESP 유압 분배장치
• ESP 컨트롤러
• 휠 스피드 센서
• 자이로 센서
• 가속도 센서

관련 기사

이브 이시스는 사용자 앱, PC 웹, 충전기를 통합적으로 연결하는 충전 운영 플랫폼이다. 전기차 사용자는 이브 이시스 전용 앱을 통해 충전소 검색은 물론 예약, 결제, 평가까지 모두 할 수 있다. 운영자는 웹상의 통합 운영 플랫폼으로 운영 관리·원격제어·모니터링·실시간 장애 관제·정산이 가능하다. 대시보드의 통계 및 분석 기능으로 전체 현황을 한눈에 관리할 수 있다는 점도 눈에 띈다.

참고자료

• 〈제어장치〉, 《나무위키》
• 〈제어〉, 《나무위키》
• 〈제어란 무엇인지 알아보자〉, 《네이버 블로그》, 2020-06-26
• 정치연 기자, 〈횡풍안정제어 신기술 탑재〉, 《전자신문》, 2022-08-11
• 쓰지로 시메무라, 〈제어 란 어떤 것인가?〉, aistudy, 1994-07-15

같이 보기

• 자동제어
• 수동제어
• 표준
• 작업
• 공정
• 기술
• 제조

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