우리가 알고 있는 제어공학과 어떤걸까?

제어공학과는 제어 이론에 기반으로 한 동적 시스템의 동작이 원하는 대로 이루어지도록 하는 방법을 연구하는 공학의 학문이다.

수학적 지식이 많이 필요한데, 먼저 미분방정식에서 더 나아가, 수학 공식의 라플라스 변환이나 푸리에 변환, Z변환과 같은 수학적 방법들이 필요하며, 이를 이용하여 제어를 해야 하는 대상(플랜트)을 모델링한다거나 근사화한 모델링을 수행하고, 특정한 입력에 대하여 대상(플랜트)이 원하는 동작을 수행하도록 컨트롤러를 설계한다.

제어공학의 특징으로는 제어하는 엔지니어가 수학 및 엔지니어링 원리에 대한 기초뿐만 아니라 광범위한 기술적 지식을 보유해야 한다는 특징이 있고, 제어공학은 항공기, 우주선, 로봇, 제조시스템 등 현대 기술의 많은 영역에서 필요로 하며, 시스템 및 프로세스의 동작을 제어하는 데 사용되기 때문에 중요하다고 할 수 있다.
오래전부터 움직이는 모터, 로봇, 드론, 자율이동체 등의 분야에서 원하는 성능을 갖도록 고전적인 제어공학이 발전되어 왔었다. 다만 점차 시스템이 복잡해지고 있고 원하는 성능도 높아지면서, 고전적인 제어공학으로 해결하기 힘든 현실적인 제어 문제가 많이 등장하기 시작했다. 최근 기존 제어와 비슷한 피드백 형식의 시스템을 학습하고 원하는 성능을 얻어내는 강화학습은 이런 도전적인 제어 문제 해결에 큰 중추 같은 역할을 하고 있다.

대학교 내에서는 전기전자공학 및 기계공학 관련 학과들에서 제어공학이나 자동제어라는 교과목 명칭으로 강의가 개설되고 있다.
드물게 제어라는 이름이 적힌 학과(제어계측공학과, 제어로봇공학과, 전기제어공학과, 정보제어공학과, 기계제어공학과, 시스템제어공학과, 지능제어시스템공학과 등)도 존재하는데, 일반적인 전기전자공학과보다 제어공학 쪽을 약간 더 심화해서 다루는 학과라고 이해하면 된다. 이 경우에는 대학마다 다르겠지만 전기전자공학 쪽에 치우쳐 배울 수 있는 학과일 수도 있고, 아니면 기계공학 쪽에 치우쳐 배울 수 있는 학과일 수도 있다. 아니면 전기전자공학 반, 기계공학 반의 형태로 배울 수도 있으니, 개별 학과의 커리큘럼을 잘 살펴보고 진학 결정을 하는 것이 좋다.

 

기본적으로 미분방정식이나 라플라스 변환과 같은 공업수학 지식이 많이 필요하며, 좀 더 고급의 디지털 제어를 수행하려면 Z변환에 대한 지식과 선형대수학에 대한 기초적인 지식이 추가적으로 필요한데, 그렇기 때문인지는 모르겠으나 제어공학은 보통 3학년 될 때쯤에 개설된다. 보통 학부생 수준에서는 디지털 제어를 공부하지 않고 졸업하는 경우가 더 많다. 그러나 디지털 제어를 공부한다고 해도 그 내용이 직관적으로 빠르게 이해되지 않기 때문에 많은 학생들이 꽤 힘들어하는 과목이기도 하다. 어려운 난이도 때문인지 재수강도 엄청 많다. 게다가 제어를 수행할 때에는 워낙 여러 경우의 수가 있어서 보다 보니 다 외울 수 없어 오픈북 시험을 치르는 경우도 간혹 있다. 하지만 오픈북이라고 할지라도 오픈북으로 보면서 풀 수 있기가 힘들게 그만큼 어렵게 낸다. 이런 이유 때문에 제어공학을 전공하려고 한다고 하면 다른 타과 학생들이 그것만으로 대단하게 보는 경우도 있을 정도이다. 사실 수학도 수학이지만 제일 큰 문제는 모델링을 하려면 회로이론 전자회로(아날로그 opamp와 rlc) 정역학, 동역학에 대한 깊은 이해와 더 나아가 진동학까지 알아야 한다.

그렇기에 난이도가 매우 어렵고 학부생 수준으로 이해하기가 힘들다고 말이 나오는 것이다.

 

진로나 취업 형태를 보게되면

당연하게도 기계, 전기, 전자 분야로 가장 많이 취업한다. 그리고 이 세 가지 분야의 채용 TO가 많기 때문에 확실히 취업률 자체는 좋은 편에 속한다. 하지만 제어공학과 학부 졸업생의 경우 취업률 대비 대기업 취업률은 좋지 않다는 이야기도 있어서 이러한 이유 때문에 대학원 진학을 생각하는 사람도 많은 편이기도 하다.
그래서 좋은 랩실(연구실)에서 박사학위를 마친 경우에는 과학기술분야 정부출연연구기관, 대기업 등에 취직할 수 있다. 박사학위를 취득한 경우라면 산업계에서든 학계에서든 현대 제어공학에 대한 수요는 늘 있기 때문이다. 학계는 말할 것도 없고, 산업계에서도 반도체 양산 시스템에 사용되는 제어공학이나 항공우주나 자동차 분야의 자동제어 등 이러한 분야에서 일을 할 수 있을 것이다.

 

시험에 출제되는 제어공학에 대해서 알아보도록 하자!

국가기술자격시험의 경우, 전기기사, 전기공사기사, 철도신호기사 시험에서 수험과목 중 하나가 제어공학이다. 다만, 단독과목은 아니고, 회로이론이라는 과목과 묶여 있어서, 과목명이 회로이론 및 제어공학으로 불린다.

그리고, 소방설비기사, 소방설비산업기사 전기분야 시험의 경우, 여기서도 단독 과목으로 출제되는 것이 아니고, 소방전기일반이라는 과목의 자동제어 부분에서만 출제된다.

또 다른 시험인 변리사 시험 2차 선택 과목 중 제어공학이 있다. 다만 선택 과목을 제어공학을 한다고 해서 제어공학 분야의 변리사가 되는 것은 아니다. 2018년부터 변리사 2차 선택과목은 총점에 합산되지 않고 절대평가로 50점만 넘으면 되는 Pass/Fail제도가 되었다. 따라서 제어공학 역시 50점만 넘기면 되기 때문에 방어과목이 되어 중요도가 떨어졌다. 하지만 50점 미만도 수험생의 50% 가까이 되기 때문에 마냥 쉬운 건 아니고 50점을 목표로 하기는 매우 불안하므로 7~80점을 목표로 두고 열심히 해야 한다.
각급 공무원 기술직 중에서 5급 공무원 및 7급 공무원 시험에서 자동제어를 평가한다. 5급 기계직 및 전기직 공무원의 2차 시험 선택과목으로서 평가하고, 7급 기계직 공무원 직렬의 전공 4가지 과목(기계공작법, 기계설계, 물리학개론, 자동제어) 중 하나로 평가한다.

5급 공무원과 변리사는 비슷하면서도 약간 차이가 있는 게, 변리사의 시험 난이도가 좀 더 높고, 설명 문제나 살짝 부차적인 부분 및 디지털 제어 형태의 문제가 자주 출제되는 정도다. 5급 공무원 시험의 경우 주로 계산 위주로 진행되며, 2022~2024도 시험 중에서 디지털 제어 문제는 약 1~2문제밖에 없는 것으로 파악된다. 

 

자 이렇게 오늘은 제어공학과에 대해서 알아보았다.

이름이 생소해서 무슨 과 인지 몰랐던 사람들도 있을 것이고 반대로 이 분야에 관심이 많은 학생들도 있었을 것이다.

필자가 쓴 이 글을 보고 도움이 되었으면 좋겠고 글을 쓰면서 난이도에 대한 이야기를 접할 때 너무 겁먹지 말았으면 좋겠다.

저 사람이 할 수 있으면 본인도 할 수 있는 거라고 생각하고 두려워하지 말고 도전했으면 좋겠다.

그럼 다음에는 다른 학문으로 찾아오겠다!!