회로이론 및 제어공학 핵심 개념 총정리
직류회로부터 다상교류, 대칭좌표법까지 회로이론의 뼈대와 블록선도, 안정도판별법, 근궤적, 샘플값제어 등 제어공학의 핵심 개념을 압축해 정리한 학습 안내이다.
회로이론 및 제어공학은 전기 분야 자격시험에서 문항 수가 많은 과목이다. 출제기준은 일반, 회로이론, 제어공학의 큰 틀 아래 직류회로, 교류회로, 비정현파교류, 다상교류, 대칭좌표법, 4단자 및 2단자, 분포정수회로와 자동제어계의 요소 및 구성, 블록선도와 신호흐름선도, 상태공간해석, 정상오차와 주파수응답, 안정도판별법, 근궤적과 자동제어의 보상, 샘플값제어, 시퀀스제어로 이루어져 있어 범위가 매우 넓다.
회로이론의 뼈대는 전압과 전류의 기준방향 설정, 옴의 법칙, 저항의 직렬과 병렬 접속, 키르히호프의 법칙이다. 전압원과 전류원의 등가변환으로 여러 전원이 있는 회로를 단순화할 수 있다. 교류회로에서는 정현파의 최댓값과 실효값 관계, 페이저 표기, 주파수에 따른 유도·용량 리액턴스가 기본이며, R-L-C 직렬회로의 공진에서는 리액턴스가 상쇄되어 임피던스가 저항만 남고 전류가 최대가 된다. 예를 들어 저항, 인덕턴스, 가변 콘덴서로 구성된 직렬회로를 공진시키는 문제는 주파수와 인덕턴스로 콘덴서 값을 구하는 형태로 나타난다.
비정현파교류는 푸리에급수로 직류성분, 기본파, 고조파로 전개하며 실효값은 직류성분과 각 고조파 실효값의 제곱합의 제곱근으로 구한다. 다상교류에서는 Y결선과 결선에서 상전압과 선간전압, 상전류와 선전류의 관계가 핵심이고, 3상 전력은 각 상 전력의 합으로 구한다. 대칭좌표법은 불평회로를 대칭성분으로 분해해 해석하는 도구이며, 4단자 및 2단자와 분포정수회로는 전송선로의 특성임피던스와 반사계수 계산으로 이어진다.
제어공학은 자동제어계의 요소 및 구성에서 출발한다. 개루프와 폐루프의 차이, 목표값과 제어량, 편차, 조작량, 외란의 의미를 정확히 알아야 한다. 블록선도와 신호흐름선도에서는 음의 궤환 표준형의 폐루프 전달함수와 메이슨 이득 공식으로 총 전달함수를 구한다. 상태공간해석은 상태변수로 계의 거동을 나타내며 좌표 변환에도 입출력 동작이 변하지 않는다. 안정도판별법으로 특성방정식의 근이 모두 좌반면에 있어야 안정함을 판별하고, 정상오차와 주파수응답에서는 형 번호와 오차계수가 결정적이다.
시험 대비는 개념을 공식과 함께 문제 풀이로 연결하는 것이 효과적이다. 공진, 실효값 계산, 반사계수, 전달함수의 안정성 판별, 잔류 편차의 유무에 따른 제어계 구분은 반복해서 접근하는 유형이므로 계산 과정을 손에 익혀 두고, 근궤적과 자동제어의 보상, 샘플값제어, 시퀀스제어까지 단원별로 빠짐없이 점검하자.