
도립진자 1차 실험 실습 레포트 결과 레포트 예비 레포트
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[명지대 기공실 2022] 도립진자 1차 실험 실습 레포트 결과 레포트 예비 레포트
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2023.03.28
문서 내 토픽
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1. Simulink 모델링실험에서는 Simulink를 통해 시스템을 모델링하고 모의실험 및 분석을 수행했습니다. 문제 상황을 Simulink로 구현하여 4초 후의 사과 위치를 그래프로 확인했습니다.
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2. PID 제어의 모의실험도립진자 모델에 대해 P, I, D 값을 변경하며 3가지 케이스의 외력, 실제 힘, 카트 위치, 진자 각도 그래프를 확인했습니다. D 값이 커질수록 진자 움직임이 증가하고, I 값이 커질수록 카트 위치 도달 시간이 줄어들었습니다. P 값이 커질수록 진자가 0도에 수렴하는 시간이 단축되었습니다.
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3. 도립진자 유지 시 카트 움직임도립진자가 0도를 유지해도 카트가 계속 움직이는 이유는 PID 증폭기의 특성상 정상상태 오차가 남아있기 때문이며, PID 증폭기가 진자 각도만 제어하고 카트 위치는 제대로 제어하지 못했기 때문으로 추정됩니다.
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4. 카트 위치 제어 PID 증폭기 추가진자 각도 제어와 카트 위치 제어를 위한 두 개의 PID 증폭기를 적용하면 카트가 멈출 수 있습니다. 적절한 P, I, D 값 설정을 통해 도립진자를 빠르게 직립시키고 카트 움직임을 안정적으로 멈출 수 있었습니다.
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5. PID 증폭기 값 비율PID 증폭기 값 사이의 적절한 비율이 중요하지만, 이를 도출해내기는 어려웠습니다. 증폭기 값이 일정 비율에서 벗어나면 그래프가 크게 발산하는 경우가 많았습니다.
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1. Simulink 모델링Simulink는 MATLAB 기반의 시뮬레이션 도구로, 복잡한 동적 시스템을 시각적으로 모델링하고 시뮬레이션할 수 있는 강력한 기능을 제공합니다. Simulink를 통해 시스템의 동작을 쉽게 이해하고 분석할 수 있으며, 제어 알고리즘을 빠르게 개발하고 테스트할 수 있습니다. 또한 Simulink는 다양한 물리적 시스템을 모델링할 수 있어 광범위한 응용 분야에 활용될 수 있습니다. 따라서 Simulink 모델링은 시스템 설계 및 분석에 매우 유용한 도구라고 할 수 있습니다.
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2. PID 제어의 모의실험PID(비례-적분-미분) 제어는 가장 널리 사용되는 피드백 제어 알고리즘 중 하나입니다. PID 제어의 모의실험은 실제 시스템을 구현하기 전에 제어 성능을 평가하고 최적의 PID 파라미터를 찾는 데 매우 유용합니다. Simulink와 같은 시뮬레이션 도구를 활용하면 PID 제어기의 동작을 쉽게 시각화하고 분석할 수 있습니다. 또한 다양한 외란 조건이나 시스템 변수 변화에 대한 제어기의 응답을 확인할 수 있어 실제 시스템 구현 전에 제어기 성능을 충분히 검증할 수 있습니다. 따라서 PID 제어의 모의실험은 효과적인 제어기 설계를 위해 필수적인 과정이라고 할 수 있습니다.
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3. 도립진자 유지 시 카트 움직임도립진자 시스템은 불안정한 균형 상태를 유지해야 하는 대표적인 제어 문제입니다. 도립진자를 안정적으로 유지하기 위해서는 카트의 움직임을 적절히 제어해야 합니다. 이때 카트의 움직임은 진자의 각도 변화에 따라 결정되며, 이 둘 간의 관계를 정확히 모델링하고 제어하는 것이 중요합니다. Simulink를 활용하면 도립진자 시스템의 동적 특성을 쉽게 시뮬레이션할 수 있으며, 다양한 제어 기법을 적용하여 카트의 움직임을 최적화할 수 있습니다. 이를 통해 도립진자를 안정적으로 유지하면서도 카트의 움직임을 최소화할 수 있습니다.
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4. 카트 위치 제어 PID 증폭기 추가도립진자 시스템에서 카트의 위치 제어는 매우 중요한 요소입니다. PID 제어기를 활용하면 카트의 위치를 효과적으로 제어할 수 있습니다. PID 증폭기를 추가하면 각 제어 요소(비례, 적분, 미분)의 영향을 조절할 수 있어 시스템의 안정성과 응답 특성을 최적화할 수 있습니다. Simulink를 통해 PID 증폭기 값을 변경하며 시뮬레이션을 수행하면 카트 위치 제어 성능을 쉽게 평가할 수 있습니다. 이를 통해 실제 시스템 구현 전에 최적의 PID 파라미터를 찾을 수 있으며, 안정적이고 정밀한 카트 위치 제어가 가능합니다.
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5. PID 증폭기 값 비율PID 제어기의 성능은 비례, 적분, 미분 각 요소의 증폭 값(Kp, Ki, Kd)에 크게 의존합니다. 이 세 가지 증폭기 값의 적절한 비율을 찾는 것이 PID 제어기 설계의 핵심입니다. Simulink를 활용하면 다양한 PID 증폭기 값 조합을 시뮬레이션하여 최적의 비율을 쉽게 찾을 수 있습니다. 예를 들어 Kp를 크게 하면 응답 속도가 빨라지지만 오버슈트가 커질 수 있고, Ki를 크게 하면 정상 상태 오차가 줄어들지만 불안정해질 수 있습니다. 이처럼 각 요소의 증폭기 값 비율을 적절히 조절하여 시스템의 안정성, 응답 특성, 정밀도 등을 최적화할 수 있습니다.