제어공학설계실험 아라고진자 시스템 아라고 진자 시스템의 PI 및 PID 제어기 설계 결과레포트

소개

2010년 2학기에 제어공학설계실험을 진행하며 직접 작성한 결과레포트입니다.
A받은 자료입니다.

목차

학습목표
1. 실험내용
ⅰ) 관련 내용에 관한 이해
ⅱ) 실험
2. 결과 및 검토

본문내용

◇학습목표◇
√ PI 및 PID 제어기를 설계하여 아라고 진자의 위치제어를 수행하고 응답성능을 관찰한다.
√ PI 및 PID 제어기의 특징을 파악하고 PD 제어기와의 차이점을 관찰한다.
√ Ziegler-­‐Nichols 방식을 적용한 PID 제어기 설계를 실험한다.

1. 실험내용
ⅰ) 관련 내용에 관한 이해
예습을 하면서 강의자료와 관련지식을 위한 각종 이론과 참고할 만한 자료를 통한 예비보고서 작성을 통해 선행학습을 하였고 이번실험에서는 Routh-Hurwits 방식과 Ziegler-Nichols 방식으로 설계하여 얻은 제어결과를 비교하고 PD 제어기와 PI 및 PID 제어기를 설계해여 이들 각각의 제어기에 의한 제어결과를 비교 분석해보았다.

ⅱ) 실험
다음 그림은 이번 실험을 위해 PI의 시스템과 PI 제어기의 설계가 구성되며 수정된 블록 다이어그램과 프런트 패널이다. 앞의 실험에서 구성한 아라고 진자 시스템의 전체 시뮬레이션 블록에 LabView를 이용하여 구현한 feedforward control과 PI 제어기를 연결하여 피드백 제어시스템을 구현하였다.

아래는 45도에서의 PI 제어기 파형 그래프이다.
튜닝을 하며 Kp 값은 0.32 값을 주었고, Ki 값은 0.002 의 값을 주었다.

위 파형그래프에서 붉은 색의 그래프가 실제 시스템을 이용한 실험 결과이고, 하얀 색의 그래프가 시뮬레이션으로 구현한 시스템을 이용한 실험 결과이다. 그래프를 살펴보면 PD 제어기를 사용했던 이전 실험과는 달리 과도상태 응답특성이 매우 좋지 않으나 정상상태 응답의 에러가 나지 않음을 확인할 수 있다. 한 가지 특징은, 시뮬레이션으로 구현한 응답특성이 안정될 때의 Ki값이 실제 실험에서 유효한 Ki 값에 비하여 매우 작다는 점이다. 이것은 실제 시스템과 시뮬레이션으로 구현한 시스템의 차이에 의한 것이라고 예상한다. 또한, 동작점이 120도 일 때와 180도 일 때 실제 실험에서는 시뮬레이션과 달리 안정된 응답특성을 보이는 Kp와 Ki값을 찾을 수 없었다.

참고자료

· 없음