이 책은 다음과 같은 내용으로 구성되어 있다.

1장에서는 제어시스템공학에 관한 전반적인 개요를 다룬다. 제어시스템공학의 역사를 간략히 소개하고, 제어시스템의 기본적인 용어, 분류방법 및 응용 분야, 그리고 제어시스템의 설계 절차를 간략히 설명한다.

2장과 3장 에서는 제어시스템을 해석하고 설계하기 위한 준비 단계로 필요한 동적 시스템의 모델링 방법들을 다룬다. 2장에서는 고전 제어기법인 주파수역 접근법에서 필요한 전달함수를 유도하는 방법 그리고 3장에서는 현대 제어기법인 시간역 접근법에서 필요한 상태공간 모델식을 유도하는 방법을 다룬다. 4장에서는 제어시스템의 성능 및 안정도를 해석하는 기본적인 방법들을 설명한다. 시간역 및 복소수역에서 제어시스템의 과도응답 및 정상상태응답 성능을 분석하고, Routh 안정도 판별법을 이용하여 제어시스템의 안정도를 평가한다.

5장 에서는 시스템 파라미터 변화에 따른 제어시스템의 성능 및 안정도를 복소수역에서 도해적으로 표현할 수 있는 근궤적법을 설명한다. 6장에서는 주파수응답을 이용하여 제어시스템의 성능 및 안정도, 특히 실제 제어시스템의 안정도를 평가하는 데 필요한 개념인 상대안정도 등 제어시스템의 성능 및 안정도를 좀 더 폭넓게 해석할 수 있는 방법을 다룬다.

7장 에서는 구동기 및 센서를 포함한 제어시스템의 구조를 설명하고, 가장 기본적인 제어기의 형태인 PID(비례－적분－미분) 제어기와 앞섬/뒤짐 제어기를 포함한 여러 가지 제어시스템들의 특성을 설명한다. 그리고 근궤적 및 주파수응답을 이용한 제어시스템 설계기법들을 다룬다. 8장에서는 시스템의 가제어성 및 가관측성을 조사하여 시스템이 제어 가능한지 그리고 시스템의 상태변수들이 관측 가능한지를 해석하고, 상태공간에서 제어기 및 관측기를 설계하는 방법들을 설명한다. 9장에서는 디지털 제어시스템을 구현하기 위하여 디지털 제어기의 입력/출력 변환기,  -변환에 의한 펄스 전달함수, 이산시간 상태공간 모델식, 그리고 컴퓨터를 이용하여 제어 알고리즘을 구현하는 방법들을 설명한다.

이 책은 또한 종합문제와 연습문제를 통하여 비교적 현장감 있는 제어시스템에 관한 문제들을 종합적이며 체계적으로 모델링하고 해석하고 설계할 수 있는 능력을 배양할 수 있도록 노력하였다. 여러 전공 분야에서 제어시스템공학에 관심을 가지고 있는 대학생 및 현장 제어엔지니어들이 이 교재를 통해 동적 시스템 모델링 및 제어시스템 설계기술을 습득하여 실제 시스템에 이 제어기술을 적용하여 경쟁력 있는 신기술을 창출할 수 있기를 바란다.

또한 축구 경기에서 골과 직결되는 마무리 또는 골 결정력의 중요성을 강조하듯이, 공학에서는 마무리의 역할을 하는 제어기술을 통하여 우리 삶의 질을 더욱 높이고 제품의 부가가치를 극대화할 수 있음을 인식하기 바란다.

1장 제어시스템공학의 개요 1

1.1 서론∙1

1.2 제어시스템공학의 역사∙3

1.3 제어시스템에 관한 기본 용어∙5

1.4 피드백과 그 효과∙8

1.5 제어시스템의 분류∙11

1.6 제어시스템의 응용∙14

1.7 제어시스템의 미래∙23

1.8 제어시스템의 설계 절차∙24 

2장 동적 시스템의 주파수역 모델링 31

2.1 서론∙31

2.2 복소함수와 극점－영점∙32

2.3 Laplace 변환∙35

2.4 전달함수∙51

2.5 블록선도 모델링∙54

2.6 신호흐름선도 모델링∙62

2.7 MATLAB을 이용한 동적 시스템의 주파수역 모델링∙72

￭종합문제∙77

￭연습문제∙85 

3장 동적 시스템의 시간역 모델링 95

3.1 서론∙95

3.2 동적 시스템∙96

3.2.1 기계시스템∙105 3.2.2 유체시스템∙117

3.2.3 열시스템∙132 3.2.4 전기시스템∙138

3.3 상태공간 모델식∙147

3.4 비선형 시스템의 선형화∙154

3.4.1 Taylor 급수를 이용한 선형화∙155

3.4.2 피드백을 이용한 선형화∙161

3.5 MATLAB을 이용한 동적 시스템의 시간역 모델링∙163

￭종합문제∙167

￭연습문제∙175

4장 제어시스템의 성능 및 안정도 187

4.1 서론∙187

4.2 제어시스템의 감도∙189

4.3 제어시스템의 과도응답∙193

4.4 제어시스템의 정상상태응답∙211

4.5 성능지수와 최적시스템∙217

4.6 특성방정식과 안정도∙222

4.7 Routh 안정도 판별법∙224

4.8 MATLAB을 이용한 제어시스템 성능 및 안정도 평가∙229

￭종합문제∙315

￭연습문제∙326

5장 근궤적법 275

5.1 서론∙275

5.2 근궤적 개념∙276

5.3 근궤적 작도법∙279

5.4 근궤적 작도 예∙289

5.5 근궤적을 이용한 제어시스템 해석∙304

5.6 MATLAB을 이용한 근궤적∙309

￭종합문제∙315

￭연습문제∙326

6장 주파수응답 해석 337

6.1 서론∙337

6.2 주파수응답∙338

6.3 Bode 선도∙341

6.4 주파수응답에 관한 사양∙355

6.5 Nyquist 선도∙358

6.6 Nyquist 안정도 판별법∙366

6.7 Nichols 선도∙377

6.8 상대안정도∙382

6.9 바람직한 주파수응답∙390

6.10 MATLAB을 이용한 주파수응답 해석∙400

￭종합문제∙413

￭연습문제∙424

7장 제어시스템 설계 435

7.1 서론∙435

7.2 제어시스템의 구조 및 자동제어기기∙436

7.2.1 제어기∙438 7.2.2 구동기∙441

7.2.3 센서∙443

7.3 비례－적분－미분 제어기∙449

7.4 앞섬/뒤짐 제어기∙463

7.5 노치 필터를 이용한 극점－영점 상쇄 설계∙472

7.6 포워드 및 피드포워드 제어기∙475

7.7 강인 제어시스템 설계∙478

7.8 근궤적을 이용한 제어시스템 설계∙484

7.9 주파수응답을 이용한 제어시스템 설계∙498

7.10 MATLAB을 이용한 제어시스템 설계∙513

￭종합문제∙522

￭연습문제∙539

8장 상태공간 해석 및 설계 553

8.1 서론∙553

8.2 Laplace 변환을 이용한 상태공간 모델의 해∙555

8.3 ?  계산∙557

8.4 모드 해석에 의한 상태공간 모델의 해∙562

8.5 가제어성∙564

8.6 가관측성∙570

8.7 안정도∙575

8.8 상태 피드백과 출력 피드백∙578

8.9 극점배치 기법을 이용한 제어시스템 설계∙580

8.10 상태 피드백과 서보 설계∙586

8.11 관측기 설계∙592

8.12 MATLAB을 이용한 상태공간 해석 및 설계∙596

￭종합문제∙600

￭연습문제∙610 

9장 디지털 제어시스템 625

9.1 서론∙625

9.2 디지털 제어기의 입력/출력 변환기∙626

9.3 －변환∙634

9.4 펄스 전달함수∙644

9.5 이산시간 시스템의 상태공간 모델∙652

9.6 이산시간 시스템의 성능 및 안정도 ∙659

9.7 연속시간 제어시스템의 디지털화∙667

9.8 직접 디지털 제어시스템 설계∙680

9.9 MATLAB을 이용한 디지털 제어∙685

￭종합문제∙695

￭연습문제∙702

부록 A MATLAB의 기본적인 사용방법 및 명령어 712

A.1 MATLAB의 기본적인 사용방법∙712

A.2 응답선도 그리기∙719

A.3 행렬 함수 계산∙722

부록 B Simulink의 기본적인 사용방법 728