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PID 제어

조회 수 17640 추천 수 0 2006.04.26 12:27:12

자동제어 방식 중에 PID 제어가 있습니다. 

 

 

PID 제어란?


P: proportional(비례) 
I: Integral(적분) 
D: Differential(미분) 
의 3가지 조합으로 제어하는 방식으로 유연한 제어가 가능해 집니다. 

 

 

 

ON/OFF 제어, P제어, PI 제어, PID 제어를 비교해 보겠습니다.

 

 

 

 

ON/OFF 제어



ON/OFF 제어는 조작량을 -100% +100%으로 하기 때문에
조작량의 변화가 너무 크고 목표값에 대해 지나치게 반복하여
목표값의 부근에서 큰 진동 모양으로 반복하는 제어 방식입니다




 

 

처음 20도로 온도가 상승한 후 20도를 기준으로 진동을 하게 되는데 주변 온도가 15도라서 평균적으로 약 19도 정도를 유지하게 됩니다.

만약 주변온도가 10도라면 평균온도는 그 이하가 될 수도 있습니다.

 

이 방식은 주변온도에 따라 평균 온도가 달라지며 순간순간의 조작량이 많아 효율이 좋지 않습니다.

 

 

 

 

P 제어



조작량을 목표값과 현재 값과의 차에 비례하게 하여 서서히 조절하는 제어 방법을 비례 제어라고 합니다.


이렇게 하면 목표값에 접근하면 좀더 세밀하게 제어를 가할 수 있기 때문에
ON/OFF 제어보다 세밀하게 목표값에 접근할 수 있습니다.

 

 

얼핏보면 ON/OFF 제어와 비슷해 보이지만 조작량의 최대값을 조절하여 진동폭을 줄 일 수 있습니다. 하지만 진동폭이 작아져도 여전히 진동하는 문제가 있습니다.

 

 

 

 

PI 제어

 

P 제어 식에 에러의 누적 값을 더해 주면 좀더 안정적인 제어를 할 수 있습니다.

 

 

PI 제어는 빠르게 목표값에 도달한 듯 보이지만 마지막에 약간의 진동이 있습니다.

 

 

PID 제어

 


비례 제어만으로 제어가 잘 될 것이라 생각되겠지만 실제로는 제어량이 목표값에 접근하면 문제가 발생합니다. 조작량이 너무 작아지고, 그 이상 미세하게 제어할 수 없는 상태가 그러합니다.

결과는 목표값에 아주 가까운 제어량의 상태에서 안정한 상태로 될 수 있는데 비례제어만 사용하게 되면 목표값에 가까워지더라도 제어량과 완전히 일치하지 않는 상태로 되고 맙니다.


이 미소한 오차를 "잔류편차"라고 하는데 이 잔류편차를 없애기 위해 사용되는 것이 적분 제어입니다.
즉, 미소한 잔류편차를 시간적으로 누적하여, 그 누적값을 조작량에 증가하여 편차를 없애는 식으로 동작시킬수 있습니다.

이와 같이, 비례 동작에 적분 동작을 추가한 제어를 "PID 제어"라 합니다.

 

 

 

 

PID 제어로 빠르고 작은 진동으로 목표 값에 도달합니다.


Kd 을 0.01 로 했을 때







Kd 을 0.005 로 했을 때






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