개회로 시스템(open-loop system)과 폐회로 시스템(closed-loop system)

개회로 시스템과 폐회로 시스템을 주제로 뽑은 이유는 자료를 찾아봤는데 이해하기 어려운 용어로 쓰여 있거나 간단하게 정의만 기술된 자료들이 많았습니다. 그래서 좀 더 가독성이 있는 용어를 사용하고 작업장이나 실생활에 어떻게 사용되고 있는지 그 사용예를 추가하여 설명하려고 하였습니다. 다음은 개회로 시스템(open-loop system)과 폐회로 시스템(closed-loop system) 각각에 대한 개념, 특징, 예시를 기술하고, 마지막에 비교 설명합니다.   

 

개회로 시스템(Open-loop system)

개회로 시스템(Open-loop system)

 

open-loop system은 입력 신호에 따라 출력이 결정되는 시스템으로, 출력이 다시 입력으로 피드백되지 않습니다. 그 특징과 예시는 다음과 같습니다. 첫 번째, 시스템의 출력이 다시 입력으로 되돌아가지 않습니다. 두 번째 구조가 단순하며 설계 및 구현이 쉽습니다. 세 번째, 일반적으로 반응 속도가 빠르지만 정확성이 떨어질 수 있습니다. 네 번째, 출력에 대한 오차를 보정할 수 있는 메커니즘이 없습니다.  다음은 그 예시를 들어 설명하고자 합니다. 첫 번째, 전기 주전자로 물을 끓이는 동안 주전자는 물의 온도를 측정하거나 조절하지 않습니다. 단순히 설정된 시간 동안 열을 가합니다. 두 번째, 토스터기로 빵을 굽는 시간 동안 열을 가하지만, 빵의 색이나 탄 상태를 감지하지 않습니다. 세 번째, 주방 타이머입니다. 설정된 시간 동안 작동 후 알람이 울립니다. 타이머는 음식이 실제로 얼마나 잘 요리되고 있는지를 감지하지 않습니다. 네 번째, 전자레인지는 설정된 시간 동안 음식을 가열하는데, 음식의 실제 온도나 상태를 감지하지 않습니다. 다섯 번째, 세탁기는 설정된 프로그램(일반세탁물, 삶음 기능, 등산복 등)에 따라 작동하며, 세탁 과정 중 물의 깨끗함이나 옷의 상태를 감지하지 않습니다. 여섯 번째, TV 리모컨은 사용자가 버튼을 누를 때 신호를 보내지만, 실제로 TV가 켜져 있는지, 채널이 변경되었는지 등을 확인하지 않습니다. 

폐회로 시스템(closed-loop system)

폐회로 시스템(closed-loop system)

 

Closed-loop system은 출력 신호를 다시 입력으로 피드백하여 시스템의 동작을 제어하는 시스템을 말합니다. 그 특징과 예시는 다음과 같습니다. 첫번째, 출력이 다시 입력으로 피드백되어 시스템의 성능을 조절합니다. 두 번째, 피드백 메커니즘을 통해 정확성을 높이고 오차를 줄일 수 있습니다. 세 번째, 설계가 복잡하고 구현에 더 많은 자원이 필요합니다. 네 번째, 시스템의 안정성을 높이고 다양한 외부 요인에 대한 적응성을 가집니다. 다음은 그 예시를 들어 설명하겠습니다. 첫 번째, 온도조절기(써모스탯)로 실내 온도를 감지하고 설정된 온도와 비교하여 난방이나 냉장 장치를 제어합니다. 두 번째, 자율 주행 자동차로 차량의 속도와 방향을 감지하고, 경로를 실시간으로 수정하며 주변 환경에 반응합니다. 세 번째, 자동 조명 시스템으로 방 안의 밝기를 감지하고 필요에 따라 조명을 켜거나 끕니다. 네 번째, 자동차 크루즈 컨트롤 시스템으로 자동차의 크루 컨트롤은 설정된 속도를 유지하기 위해 차량의 속도를 지속적으로 감지하고 조절합니다. 다섯 번째, 로봇 진공청소기로 방 안의 상태를 감지하고, 장애물을 피하며 청소 경로를 조정합니다. 

개회로와 폐회로 시스템 비교

개회로와 폐회로 시스템의 적합한 상황은 다음과 같습니다. 첫번째 개회로 시스템의 적합한 상황입니다. 단순하고 반복적인 작업으로 전자레인지에서 일정 시간 동안 음식을 데우는 작업은 복잡한 피드백이 필요 없습니다. 빠른 반응이 중요한 경우 즉각적인 반응이 중요한 응용 분야에서 유용합니다. 그리고 비용 제한이 있는 경우로 예산이 제한된 상황에서 저비용으로 구현할 수 있습니다. 두 번째, 폐회로 시스템의 적합한 상황입니다. 정확성과 안정성이 중요한 경우로 온도 조절기와 같은 정밀 제어가 필요한 시스템에서 유용합니다. 그리고 환경 변화에 민감한 작업으로 외부 환경 변화에 따라 출력을 지속적으로 조정해야 하는 경우에 적합합니다. 마지막 복잡한 작업이나 다양한 입력조건이 있는 상황에서 효과적입니다. 개회로 시스템과 폐회로 시스템은 각각 고유한 장단점을 가지고 있으며, 특정 상황과 요구사항에 따라 적합한 시스템을 선택하는 것이 중요합니다. 개회로 시스템은 단순성과 빠른 반응 시간이 중요한 경우에 적합하고, 폐회로 시스템은 정확성과 안정성이 중요한 경우에 적합합니다. 각각의 시스템이 제공하는 정보를 정확히 이해하고, 목적에 맞게 적절히 활용하는 것이 필요하겠습니다. 이를 통해 최적의 제어 시스템을 구현하고, 효율성과 안정성을 극대화할 수 있겠습니다.