머리말 ... ⅲ
chapter 1 서론
   1.1 개요 ... 3
   1.2 제어공학이란? ... 4
      1.2.1 되먹임의 개념 ... 6
      1.2.2 개로제어 ... 7
      1.2.3 되먹임제어 ... 9
   1.3 제어시스템의 실례 ... 12
      1.3.1 자격루 ... 13
      1.3.2 산업용 로봇 제어시스템 ... 14
      1.3.3 전동기 제어시스템 ... 15
      1.3.4 제철공정 제어시스템 ... 17
      1.3.5 자동차 능동현가장치 ... 18
      1.3.6 빌딩자동화 시스템 ... 19
      1.3.7 비행체 유도제어시스템 ... 21
      1.3.8 발전소 분산제어시스템 ... 22
      1.3.9 위상고정 루프 ... 24
   1.4 제어공학의 역사 ... 25
   1.5 제어시스템 설계과정 ... 28
   1.6 제어시스템 해석 및 설계 꾸러미 ... 30
      1.6.1 셈툴과 심툴 ... 31
      1.6.2 기타 꾸러미 ... 32
   1.7 이 책에 대하여 ... 32
   1.8 요점정리 ... 35
   1.9 익힘문제 ... 36
   제어상식 : CACSD(computer-aided control system design) 소프트웨어 ... 38
chapter 2 제어시스템의 기초수학
   2.1 개요 ... 43
   2.2 라플라스 변환 ... 44
      2.2.1 라플라스 변환의 성질 ... 46
      2.2.2 라플라스 변환의 예 ... 53
      2.2.3 라플라스 역변환 ... 57
   2.3 선형 상미분방정식의 해법 ... 65
      2.3.1 1차 상미분방정식 ... 65
      2.3.2 2차 상미분방정식 ... 66
   2.4 전달함수 ... 68
      2.4.1 극점과 영점 ... 71
      2.4.2 극점과 시스템 특성 ... 72
      2.4.3 영점과 시스템 특성 ... 76
   2.5 요점정리 ... 78
   2.6 익힘문제 ... 78
   제어상식 : 감지기(sensor) ... 83
chapter 3 제어시스템의 모델링
   3.1 개요 ... 87
   3.2 모델링 및 동적 시스템(dynamical systems) ... 88
      3.2.1 질량-스프링-댐퍼시스템 ... 91
      3.2.2 RLC 회로시스템 ... 91
      3.2.3 직류서보모터 ... 92
      3.2.4 역진자시스템 ... 94
      3.2.5 물탱크시스템 ... 95
   3.3 상태방정식과 전달함수 ... 97
      3.3.1 상태방정식의 예 ... 99
      3.3.2 전달함수 유도법 ... 101
   3.4 임펄스응답과 전달함수 ... 102
   3.5 블록선도 ... 105
      3.5.1 블록선도 개요 ... 105
      3.5.2 블록선도의 일반적 합성 : 신호흐름도 ... 109
   3.6 비선형시스템의 선형화 ... 115
   3.7 모델링 사례 추가 ... 118
      3.7.1 열·유체공학 분야 ... 118
      3.7.2 자동차공학 분야 ... 120
      3.7.3 구동기(actuator) 분야 ... 126
      3.7.4 산업응용 분야 ... 128
      3.7.5 항공우주공학 분야 ... 130
      3.7.6 철강제어 분야 ... 134
   3.8 요점정리 ... 136
   3.9 익힘문제 ... 137
   제어상식 : 구동기(actuator) ... 149
chapter 4 제어목표와 안정성
   4.1 개요 ... 153
   4.2 제어목표 ... 155
      4.2.1 기본 제어목표 ... 155
      4.2.2 단위되먹임 시스템의 전달함수로 표시된 제어목표 ... 157
      4.2.3 외란, 측정잡음과 제어목표 ... 161
      4.2.4 비단위되먹임 시스템의 제어목표 ... 164
   4.3 성능지표 ... 165
      4.3.1 시간응답과 시간영역 성능지표 ... 165
      4.3.2 주파수응답과 주파수영역 성능지표 ... 168
   4.4 안정성 ... 172
      4.4.1 안정성의 정의 ... 172
      4.4.2 루쓰-허위츠 판별법 및 설계응용 ... 177
   4.5 요점정리 ... 182
   4.6 익힘문제 ... 183
   제어상식 : AD／DA 변환기(analog-to-digital／digital-to-analog converter) ... 186
chapter 5 시간영역 해석 및 설계
   5.1 개요 ... 191
   5.2 시간응답과 성능지표 ... 192
   5.3 극점위치와 과도응답 ... 197
      5.3.1 1차 시스템 ... 197
      5.3.2 2차 시스템 ... 200
      5.3.3 고차시스템과 주극점(dominant pole) ... 208
   5.4 영점위치와 과도응답 ... 211
   5.5 극영점배치 설계법 ... 215
      5.5.1 극배치법 ... 215
      5.5.2 극영점 상쇄법 ... 219
   5.6 정상상태 응답과 시스템 형식 ... 223
   5.7 요점정리 ... 226
   5.8 익힘문제 ... 228
   제어상식 : 연산기능을 통한 제어기 구현법 ... 235
chapter 6 근궤적과 설계응용
   6.1 개요 ... 239
   6.2 근궤적의 기본개념 ... 239
   6.3 설계꾸러미를 이용한 근궤적 그리기 ... 241
   6.4 근궤적 작성규칙 ... 244
      6.4.1 근궤적의 기본 성질 ... 244
      6.4.2 근궤적 작성절차 요약 ... 251
   6.5 근궤적을 이용한 제어기 설계법 ... 254
   6.6 요점정리 ... 261
   6.7 익힘문제 ... 261
   제어상식 : 프로그램형 논리제어기(PLC, programmable logic controller) ... 265
chapter 7 주파수영역 해석 및 설계
   7.1 개요 ... 269
   7.2 주파수응답과 성능지표 ... 270
      7.2.1 주파수응답과 주파수영역 성능지표 ... 271
      7.2.2 견실안정성을 위한 안정성여유 ... 271
      7.2.3 1, 2차 시스템의 주파수응답과 시간응답과의 관계 ... 273
   7.3 나이키스트 안정성 판별법 및 활용 ... 277
      7.3.1 나이키스트선도 작성법 ... 277
      7.3.2 설계꾸러미를 이용한 작성법 ... 280
      7.3.3 나이키스트 안정성 판별법 및 활용 ... 284
      7.3.4 나이키스트판별법 유도 ... 292
   7.4 보데선도법 및 활용 ... 296
      7.4.1 보데선도 작성법 ... 297
      7.4.2 설계꾸러미를 이용한 작성법 ... 302
      7.4.3 보데선도 활용 ... 305
   7.5 폐로 주파수특성과 니콜스선도 ... 309
      7.5.1 폐로 주파수응답의 계산 ... 309
      7.5.2 니콜스선도(Nichols chart) ... 310
   7.6 앞섬·뒤짐보상기 설계 ... 314
      7.6.1 앞섬보상기의 특성 ... 315
      7.6.2 뒤짐보상기의 특성 ... 318
      7.6.3 보데선도를 이용한 보상기 설계 ... 320
      7.6.4 근궤적을 이용한 보상기 설계 ... 333
   7.7 요점정리 ... 338
   7.8 익힘문제 ... 340
   제어상식 : 루프제어기(loop controller) ... 348
chapter 8 PID제어기 설계법
   8.1 개요 ... 351
   8.2 P제어기 ... 352
      8.2.1 P제어기의 구성 ... 352
      8.2.2 P제어기의 한계 ... 355
   8.3 PI제어기 ... 356
      8.3.1 PI제어기의 구성 ... 356
      8.3.2 PI제어기의 한계 ... 361
   8.4 PD제어기 ... 365
      8.4.1 PD제어기의 구성 ... 365
      8.4.2 PD제어기의 한계 ... 371
   8.5 PID제어기 ... 374
   8.6 무모델 PID계수 동조법 ... 380
      8.6.1 지글러-니콜스 PID계수 동조법 ... 380
      8.6.2 계전기동조법(relay autotuning) ... 388
   8.7 모델기반 PID계수 동조법 ... 392
      8.7.1 극배치 이용 동조법 ... 392
      8.7.2 극영점상쇄 이용 동조법 ... 396
      8.7.3 최적화 이용 동조법 ... 397
   8.8 적분누적 방지법 ... 398
   8.9 여러 형태의 PID제어기 ... 402
      8.9.1 필터형 PID제어기 ... 403
      8.9.2 직렬형 PID제어기 ... 408
      8.9.3 이산형 PID제어기 ... 410
   8.10 요점정리 ... 413
   8.11 익힘문제 ... 415
   제어상식 : 분산제어시스템(distributed control system) ... 419
chapter 9 상태공간 해석 및 설계법
   9.1 개요 ... 423
   9.2 상태공간 표현 및 해석법 ... 424
      9.2.1 등가시스템 ... 425
      9.2.2 제어표준형 및 관측표준형 ... 426
      9.2.3 상태공간 모델의 극점과 영점 ... 438
   9.3 상태공간에서의 시간응답 ... 440
   9.4 상태공간 모델의 안정성 ... 444
   9.5 상태되먹임 제어기 설계 ... 448
      9.5.1 극배치제어 ... 448
      9.5.2 제어이득 계산공식 ... 453
      9.5.3 제어가능성(controllability) ... 454
   9.6 상태관측기 설계 ... 456
      9.6.1 상태관측기의 구조 ... 457
      9.6.2 상태관측기 이득계산 ... 459
      9.6.3 관측가능성(observability) ... 463
   9.7 출력되먹임 제어기 설계 ... 465
   9.8 명령추종기 설계 ... 470
      9.8.1 기준입력보상형 명령추종기 ... 471
      9.8.2 출력보상형 명령추종기 ... 475
   9.9 요점정리 ... 480
   9.10 익힘문제 ... 480
   제어상식 : 필드버스(fieldbus) ... 485
부록
   A. 라플라스 변환표 ... 489
   B. 행렬해석 ... 491
      B.1 행렬의 정의 ... 491
      B.2 행렬의 연산 ... 493
      B.3 역행렬(inverse of matrix) ... 494
      B.4 미분과 적분(differentiation and integration) ... 499
      B.5 2차형식(quadratic form)과 한정행렬(definite matrix) ... 501
      B.6 대각화(diagonalization) ... 502
   C. 셈툴 사용법 요약 ... 505
      C.1 키보드 기능 ... 505
      C.2 범용 명령어 ... 505
      C.3 연산자 및 논리함수 ... 506
      C.4 프로그램 흐름 제어 ... 507
      C.5 수학함수 ... 507
      C.6 행렬 및 연산처리 ... 509
      C.7 다항식 함수 ... 510
      C.8 시스템 해석 및 제어기 설계 함수 ... 510
      C.9 데이터 분석 및 처리 함수 ... 511
      C.10 그래프 관련 ... 512
   D. 두 대의 PC를 이용한 실시간 모의실험 ... 514
      D.1 실시간 모의실험 ... 514
      D.2 실시간 모의실험 구성 및 통신연결 ... 517
      D.3 실시간 실험용 모의플랜트 구성 및 접속 ... 524
      D.4 적용사례 ... 526
      D.5 익힘문제 ... 536
참고문헌 ... 537
찾아보기(한글편) ... 539
찾아보기(영문편) ... 545