수학&물리


[물리] 플랑크 길이의 유도 과정
[물리] 라그랑지안 수식과 작용의 의미


...


댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

공압 속도 제어: 미터인 vs 미터아웃

이미지
Understanding Flow Controls: Meter-In vs Meter-Out 에어실린더에 작용하는 힘은 압력조절기(pressure regulator)에 의해 결정됩니다. 그리고 피스톤이 움직이는 속도는 속도제어(flow control) 밸브를 통해 이루어집니다. 실린더의 각 포트마다 속도제어 밸브가 설치되어 인출과 인입 속도를 제어하게 됩니다. 아래는 속도제어 밸브의 구조입니다. 위 그림에 대한 기호는 아래와 같이 표기됩니다. 미터아웃(Meter-Out) 방식의 실린더 속도제어 아래 그림은 미터아웃 방식에 대한 도식입니다. 미터인(Meter-In) 방식의 실린더 속도제어 아래 그림은 미터인 방식에 대한 도식입니다. 끝.
Read more »

[PLC] PLC 아날로그 입출력 기본

이미지
 PLC 아날로그 입출력 개념 및 결선  아날로그 신호가 PLC로 들어오면 우선 A/D 컨버터(Analog-Digital Converter)를 거치게 됩니다. A/D 컨버터는 아날로그 형태의 신호를 PLC에서 처리 가능하도록 디지털 형태로 변환시켜 줍니다.  PLC에서 다루는 아날로그 신호는 아래와 같은 형태가 있습니다. - 전압(Voltage) - 전류(Current) - 저항(Resistance) 신호의 형태에 따라 신호가 취급되는 값의 범위가 있습니다. 가장 흔히 사용되는 형태는 전류 형태이며 4-20mA 값을 주로 사용합니다. A/D 컨버터가 아날로그 값을 디지털로 변환할 때 사용되는 bit수를 분해능이라 합니다. 일반적으로는 16bit 길이가 사용됩니다. 다시말해 4-20mA 사이의 16mA를 16bit로 쪼개어 표현한다는 의미입니다. 따라서 분해능에 사용된 bit수가 많을수록 더 세밀한 단위를 취급할 수 있습니다. 아래 그림은 4-20mA 출력을 가지는 온도 트랜스미터(temperature transmitter)의 예입니다. 온도 트랜스미터와 온도센서가 연결되어 있습니다. 온도 정보는 트랜스미터에서 섭씨 0~100도로 계량화(calibrated) 됩니다. 즉, 섭씨 0도는 4mA, 섭씨 100도는 20mA가 되는 것입니다. 위 그림에서 온도 정보는 PLC로 바로 들어오지 않고 트랜스미터를 거쳤습니다. 온도 정보를 PLC가 바로 해석하기 보다는 트랜스미터에서 해석하여 전압이나 전류 형태로 변환하여 PLC의 전압/전류 아날로그 카드로 연결됩니다. 만약 트랜스미터가 없다면, 온도센서의 정보를 해석하기 위해 PLC에는 온도입력 모듈이 별도로 필요하게 됩니다. 전압/전류 아날로그 입력카드를 사용하면, 온도센서가 아니더라도 다양한 형태의 아날로그 데이터를 트랜스미터 전압/전류 형태로 취급할 수 있으므로, 좀 더 유현한 구조가 됩니다. 아날로그 입력 모듈의 결선법은 입력 신호가 전압인지, 전류인지에 따라 다릅니다. 전압/전류은 저항과 연...
Read more »

제너 다이오드에 저항을 연결하는 이유

이미지
Why do we connect a resistor before a Zener diode? 아래 회로를 통해 저항의 크기를 변화시키면 어떠한 패턴이 발생하는지 살펴보겠습니다. 아래 그림에서 3개의 병렬회로에는 각각 12V가 인가됩니다. 그리고 동일한 제너 다이오드가 연결되어 있고 각각의 제너 다이오드 앞단에 60R, 6R, 0.6R 저항이 연결되어 있습니다. 그림에서 알수 있듯이 저항의 값을 줄이면 제너 다이오드에 걸리는 전류값이 증가합니다. 제너 다이오드에 흐르는 전류가 증가하면 덩달아 제너 다이오드에서 소비전력이 높아질 것이고, 과열로 인하여 다이오드가 손상될 것입니다. 따라서 제너 다이오드 앞단에 연결된 저항은 다이오드에 과전류가 흐르는 것을 막기 위해 사용합니다. 아래 데이터시트를 통해 좀더 구체적인 예를 들어 보겠습니다. 첫번째 항목인 P D 는 손실전력을 의미합니다. 위 시트상 P D =500mW입니다. 제너 전압 V Z 가 결정되어 있다면 아래 조건을 만족하도록 저항을 선택해야 합니다. 예를 들어 제너 전압이 V Z =5.1V 인 경우, 아래와 같이 최대 전류를 구할 수 있습니다. 이제 98mA를 초과하지 않도록 적절한 저항을 선택하여 제너 다이오드 앞단에 연결해 주면 됩니다. 끝.
Read more »

전력(kW) 계산하기 (직류, 교류 단상, 교류 삼상)

전력(kW) 계산하기 (직류, 교류 단상, 교류 삼상) 전류(A)와 전압(V)를 알고 있는 경우, 전압원이 종류에 따라 전력(kW)을 어떻게 계산하는지 보겠습니다. DC amps to kilowatts calculation (직류) 직류는 단순히 전류와 전압을 곱하고 1000으로 나누면 kW 단위의 전력을 구할 수 있습니다. P (kW) = I (A) × V (V) / 1000 AC single phase amps to kilowatts calculation (교류 단상) 교류 단상의 경우 역률(Power Factor)를 곱한 뒤, 전류와 RMS 전압을 곱하고, 1000으로 나누면 kW 단위의 전력을 구할 수 있습니다. P (kW) = PF × I (A) × V (V) / 1000 AC three phase amps to kilowatts calculation (교류 삼상) Calculation with line to line voltage (상간 전압 이용시) 교류 삼상의 상간 전압을 이용하여 전력을 구하는 경우, √3과 역률(Power Factor)을 곱하고, 위상 전류(phase current)와 두 활선 사이의 RMS 전압을 곱합니다. 그리고 1000으로 나누어 kW 단위의 전력을 구합니다. P (kW) = √3 × PF × I (A) × V L-L(V) / 1000 Calculation with line to neutral voltage (활선-중립선 이용시) 교류 삼상의 활선-중립선 전압을 이용하여 전력을 구하는 경우, 3과 역률(Power Factor)을 곱하고, 위상 전류(phase current)와  두 활선 사이의 RMS 전압을 곱합니다. 그리고 1000으로 나누어 kW 단위의 전력을 구합니다. P (kW) = 3 × PF × I (A) × V L-N(V) / 1000 끝.
Read more »

[아두이노] 가변저항(Potential Divider)과 전압분배(Voltage Divider)

이미지
위 그림에서 (a)는 전압분배(Voltage Divider), (b)는 가변저항(Potential Divider)입니다. 전압분배는 고정된 두개의 저항으로 구성됩니다. 가변저항은 전압분배와 구조적으로 비슷하나 하나의 저항을 특정 지점을 기준으로 둘로 나누게 되며, 이 특정 지점은 임의로 조절 가능한 구조로 되어 있습니다. 위 그림에서 전압분배나 가변저항 모두 두 저항 사이에 Vd 포인트가 위치하고, 저항 R1, R2 크기를 조절할 수 있느냐 없느냐가 차이점입니다. 전압분배와 가변저항 둘 모두, 직렬로 연결된 두 저항의 크기에 따라 인가되는 공급 전압이 달라지는 원리를 이용하며, 공급전원을 원하는 크기로 출력하기 위해서 사용합니다. 아래 그림은 동일한 저항값을 가지는 R1, R2가 직렬로 연결되어 있는 회로입니다. Vin은 총 전압이고, R1, R2에 나누어 인가됩니다. 결론적으로 Vout은 Vin과 다른 전압을 가지게 됩니다. 각 저항 R1, R2에 얼마의 전압이 인가될지는 두 저항의 상대적인 크기와 총 저항의 크기로 결정됩니다. 그 공식은 아래와 같습니다. 아래 회로를 봅시다. Vin이 5V이고 R1 is 1KΩ and R2 is 10KΩ인 경우 Vout에 인가되는 전압은 얼마일까요?  가변저항은 다양한 저항값을 가진 제품들이 있습니다. 예를 들어 10KΩ 가변저항의 경우 0Ω에서 최대 10KΩ까지 저항값을 변경할 수 있습니다. 그럼 아두이노와 가변저항을 이용하여 LED의 밝기를 조절해 보겠습니다. 우선 가변저항은 아래와 같은 구조를 가집니다. 3개의 핀으로 구성되어 있고, Vref-Ground 핀을 통해서 공급전원을 인가하면 ouput 쪽으로 가변저항에 의해 조정된 출력전압이 인가됩니다. 우선, 아두이노 우노와 220옴 저항, LED를 이용하여 위와 같은 회로를 구성합니다. 그리고 아두이노 IDE를 이용하여 아래와 같이 코드를 입력합니다. const int ledPin = 9;  //pin 9의 PWM 기능을 이용합니다. ...
Read more »

[PLC] 래더 다이어그램과 PLC

이미지
래더 다이어그램과 PLC 래더 다이어그램은 전기적 작동 순서를 나타내는 전통적인 방법이자 현재에도 널리 사용되고 있습니다. 래더 다이어그램은 한 장치의 활성화 또는 켜짐이 미리 결정된 이벤트 순서에 따라 다른 장치를 켜는 방식으로 필드 장치의 상호 연결을 나타냅니다. 아래 그림은 간단한 전기 래더 다이어그램을 보여줍니다. 래더 다이어그램 예시 원래 래더 다이어그램은 기계나 장비를 제어하는 데 사용되는 배선 논리 회로를 나타내기 위해 고안되었습니다. 산업계에서 널리 사용됨에 따라 설계자 및 장비 사용자에게 제어 정보를 전달하는 표준 방법이 되었습니다. 래더 다이어그램은 사용 및 해석이 쉽고 업계에서 널리 수용되었기 때문에 PLC의 프로그래밍 언어가 래더 다이어그램을 모방하는 것은 자연스러운 일이었습니다. PLC의 목적은 기존 래더 다이어그램으로 설계되어 전선과 릴레이로 구성된 시스템을 보다 저렴하고 안정적인 방식으로 대체하는 것입니다. PLC는 소프트웨어 명령어를 사용하여 기존 래더 다이어그램 상 물리적으로 구현해야 하는 유선(wired) 상호 연결을 CPU에 논리적으로 구현합니다.  아래 그림은 위 예시용 래더 다이어그램을 PLC 형식으로 변환하는 과정을 보여줍니다.  물리적 I/O 필드 장치는 입력 및 출력 인터페이스에 연결되는 반면, 래더 프로그램은 PLC 내부에서 물리적 배선과 유사한 방식으로 구현됩니다(즉, 하드배선 대신 PLC CPU 내부에 소프트웨어적으로 배선됨). 앞서 언급했듯이 CPU는 입력 상태를 읽고 프로그램에 따라 출력 인터페이스를 활성화 시키고, 출력 인터페이스에 물리적으로 연결된 실제 출력 장치를 제어합니다. PLC 프로그램에서 명령어들은 참조하는 메모리 주소가 있습니다. 입출력 인터페이스에 할당된 메모리가 있고, PLC 명령어는 해당 메모리 주소를 참조하여 물리적으로 연결된 입출력 장치와 상호작용하게 됩니다. 끝.
Read more »

3선 결선식 센서의 타입 PNP, NPN

이미지
원문:  https://www.schneider-electric.co.uk/en/faqs/FA142566/ 산업용 근접센서는 대부분 반도체 부품으로 만들어집니다. 근접센서에서, 트랜지스터와 같은 반도체 부품은 물체의 근접을 감지하게 되면 출력을 스위칭(출력을 내보내거나 차단) 하는데 사용됩니다. 3선 결선 방식의 센서는 회로와 트랜지스터 구성방식에 따라 PNP 타입과 NPN 타입으로 나눌 수 있습니다. 한가지 중요한 점은 PNP, NPN 타입의 구분은 센서가 NO(normally open) 타입인지, NC(normally closed) 타입인지와는 상관이 없다는 것입니다. PNP, NPN 타입 센서 모두 NO, NC 접점을 가질 수 있습니다. PNP, NPN 타입 중 무엇을 선택해야 하나? PNP, NPN 센서 타입 중 어떤 것을 사용할 지는 센서가 사용될 회로의 환경에 달려 있습니다. 릴레이를 사용하는 전통적인 회로 구성방식에서는 아래와 같이 PNP, NPN 센서를 사용할 수 있습니다. PNP 방식은 센서의 출력선을 릴레이 코일의 +단자에 결선합니다. NPN 방식의 센서는 출력선을 릴레이 코일의 -단자에 결선합니다. NPN 방식보다는 PNP 방식이 많이 사용되고 있습니다. PLC를 이용하는 환경에서 센서의 타입을 선택하는 경우에는 PLC 입력카드의 타입에 유의해야 합니다. PLC 입력카드에는 입력카드의 입력단자로 전류가 흐르는 sink타입과, 입력카드 입력단자에서 전류가 나가는 source타입 두가지가 있습니다. PNP 타입의 센서를 사용하는 경우 sink 타입의 입력카드를 사용하고, COM단자에 -전원을 인가합니다. 그리고 센서의 출력부를 입력카드의 입력단자에 연결합니다. NPN 타입의 센서를 사용하는 source 타입의 입력카드를 사용하고, COM단자에 +전원을 인가합니다. 그리고 센서의 출력부를 입력카드의 입력단자에 연결합니다. PNP 타입의 센서가 많이 사용되므로 덩달아 sin...
Read more »

커패시터에 저장된 에너지 계산

이미지
 Calculate the Energy Stored in a Capacitor 특정 전압으로 커패시터를 충전한 경우, 커패시터에 저장된 에너지의 양을 계산해 봅시다. 커패시터에 저장된 에너지[J]를 구하는 공식은 아래와 같습니다. 470μF 35V 전해 커패시터가 있다고 가정합시다. 이 커패시터에 저장된 에너지[J]를 구하는 계산은 아래와 같습니다. 에너지의 양은 전압의 제곱에 비례하기 때문에 전압이 크면 저장된 에너지의 양은 급격히 커집니다. 아래는 동일용량에 전압이 200V인 경우입니다. 500F 2.7V 규격의 슈퍼커패시터의 경우는 어떨까요? 이 에너지가 어느정도인지 감이 안 잡히네요. 비교를 위해, Watt-Hour 단위의 에너지 2000mAH를 가진 1.5V AA 건전지의 에너지를 J단위로 표기해 보겠습니다. 위 공식을 응용하여 계산하면 아래와 같습니다. 끝.
Read more »

[PLC] 릴레이 자기유지 (Realy Latch or Sealing)

이미지
때때로 릴레이는 래치(latch) 상태가 필요합니다. 흔히 자기 유지 또는 실링(sealing)이라 불리는 래치(latch) 상태는 릴레이를 ON 시키는 조건이 사라져도 계속 ON 상태를 유지하는 기능입니다. 특정 이벤트의 발생을 기억하기 위해 릴레이 래치를 사용합니다. 예를 들어, 푸시 버튼이 눌려진 이벤트를 기억하고 싶은 경우 릴레이를 래치시켜 이벤트 해제 상태가 될 때까지 이벤트 발생 내역을 기억하는 것입니다. 모터를 예를 들어 START 버튼을 누르면 모터를 계속 구동시키고, STOP 버튼이 눌려지면 모터를 정지하는 것입니다. 래치 기능이 없으면 START 버튼이 눌린 동안만 모터가 구동될 것입니다. (래치 기능이 포함된 버튼을 사용하는 것도 한 가지 방법입니다.) PLC가 사용되기 전 릴레이 제어에서는 릴레이의 접점을 활용한 배선으로 릴레이 래치를 구현했습니다.  초기 상태에서는 릴레이 CR1의 코일이 OFF 상태이며, START 버튼의 N.O 접점은 OFF, STOP 버튼의 N.C 접점은 ON 상태입니다. CR1 릴레이의 N.O 접점은 OFF 상태입니다. START 버튼을 누르면 아래와 같이 전류가 두 개의 경로로 전류가 흐르게 됩니다. 이 상태에서 START 버튼에서 손을 떼면 아래와 같이 전류가 흐릅니다. 즉, START 버튼에서 손을 떼어도 릴레이 CR1은 계속 ON 상태로 머물러 있을 수 있습니다. 이 상태에서 STOP 버튼을 누르면 전류가 흐를 수 있는 경로가 차단되면서 CR1이 OFF 상태가 됩니다. 래치 기능이 포함된 푸시 버튼을 사용하면 위와 같은 래치 회로가 필요 없지만, 장비 구동시 래치 상태가 해제되어 있지 않은 상태에서 전원이 인가되면 바로 장비가 구동될 수도 있어 안전성 면에서 추천되지 않습니다. 끝.
Read more »

[수학] 선형, 비선형 모델의 이해

  📘 선형 모델이란? 독립변수와 비선형까지 쉽게 이해해보자 금융, 제어, 데이터 분석, 자동화 등 수많은 분야에서 선형(linear) 모델 은 가장 기본이자 강력한 도구입니다. 그런데… 선형 모델이 왜 ‘선형’일까요? 그리고 도대체 뭐가 ‘비선형’인 걸까요? 이 글에서는 수식보다 직관 으로, 선형 모델의 의미를 차근히 정리해보겠습니다. 🔹 선형 모델의 핵심 조건 우리가 어떤 시스템(혹은 데이터)을 선형으로 모델링할 수 있다 는 건 몇 가지 중요한 조건을 뜻합니다. 1. 독립 변수들이 서로 영향을 주지 않는다 예를 들어, 아래와 같은 수식을 봅시다: y = 3 x 1 + 5 x 2 y = 3x_1 + 5x_2 y = 3 x 1 ​ + 5 x 2 ​ x₁과 x₂는 서로 간섭하지 않음 각각 자신만의 기여도로 y에 영향을 미침 x₁이 2배가 되면, y도 정확히 3만큼 더 늘어나고 x₂가 1 증가하면 y는 5만큼 증가 이런 식으로 기여가 각각 ‘일정한 비율(상수 계수)’로 적용되며 , 변수 간 상호작용이 없는 구조를 선형 모델 이라고 합니다. 2. 기여도가 일정한 비율로 유지된다 즉, 변수의 값이 두 배가 되면 그 영향도 두 배. 세 배가 되면 영향도 세 배. → 변화가 비례적이기 때문에 예측이 단순하고 안정적입니다. 3. 곱하거나 나누지 않는다 선형 모델에서는 독립 변수들이 다음과 같은 형태로 조합되지 않습니다 : x 1 ⋅ x 2 x_1 \cdot x_2 x 1 ​ ⋅ x 2 ​ (곱셈) x 1 x 2 \frac{x_1}{x_2} x 2 ​ x 1 ​ ​ (나눗셈) x 1 2 x_1^2 x 1 2 ​ , x 1 \sqrt{x_1} x 1 ​ ​ (비선형 함수) 이런 연산이 포함되면, 독립 변수들이 서로 영향을 주기 시작 하고 한 변수의 변화가 다른 변수의 값에 따라 달라지는 비선형 시스템 이 됩니다. 🌀 비선형의 예시 y = 3 x 1 x 2 y = 3x_1x...
Read more »