PID제어와 튜닝

목차

1. PID제어란?
1) 단순 on/off 제어
2) P제어 (비례제어)
3) PI제어 (비례적분)
4) PD제어 (비례미분)
5) PID제어

2. PID의 이득
1) Trial-and-Error Tuning Method
2) Ziegler-Nichols Method
3) Relay Autotuning Method
4) IMC (Internal Model Control) Method
5) Cohen-Coon Method

본문내용

PID제어란?
Proportional Integral Derivative control 의 약자로, 직역하면 비례 적분 미분 제어이다. 실제로 가장 널리 이용되는 자동제어기이다. 제어 방법의 기본 틀은 Feedback Control의 원리이다. 제어대상의 출력값을 측정한 뒤 목표값과 비교하여 구한 오차를 이용해 제어를 하는 것이다. 설계자는 P, I, D를 적절히 조합하여 피드백 제어를 하며, 종류는 다음과 같이 나눌 수 있다.

- 단순제어 (ON/OFF 제어)
- P제어 (비례제어)
- PI제어 (비례적분)
- PD제어 (비례미분)
- PID제어

설명하기 전 간단한 제어 용어를 정리해보자.
정상상태오차 : 정상상태에 도달했을 때 기준입력과 출력 사이의 불일치 값
최대오버슈트 : 시간응답의 최대값과 정상상태 값의 차로 안정도를 측정하는데 쓰인다.
정착시간(정정시간) : 신호가 목표값의 5% 이내에 들어가는 데 필요한 시간. 짧을수록 좋다.
감쇠비() : 1주기당 감쇠의 정도. (계단응답 기준)1일 때 임계감쇠, 1에서 작아질수록 진동이 감쇠가 줄어들고 1이면 오버슈트는 나타나지 않는다.

1) 단순 on/off 제어
단순제어 조작량의 범위는 0%(또는 -100%)와 100% 두 가지이기 때문에 on/off제어라고도 한다. 0%와 100%를 오갈 때 변화량이 매우 크기 때문에 목표값 부근에서 오버슈트가 너무 크기 때문에 원활한 제어가 어렵다.

2) P제어 (비례제어)
P제어는 조작량을 목표값-현재값에 비례하게 하여 서서히 조절하는 방법이다. 편차가 크면 조작량을 크게 하고, 편차가 작으면 줄인다. 오차신호에 적당한 비례상수 이득을 곱해서 제어신호를 만들어낸다(오차신호에 비례).

조작량의 최대값을 조절하여 진동폭을 줄이는 등 구현이 간단하지만 여전히 진동은 존재한다. 잔류편차가 발생하여 시간이 갈수록 조작량도 작아지고, 오차가 계속 발생한다. 따라서 시간이 지나도 목표값과 제어량이 완전히 일치하지 않는 상태로 남는다.

참고자료

· http://whiteknight3672.tistory.com/150 [꿈속에서조차 너를 그리다]
· Wikipedia