PID 제어

 

 

PID Feed Back System in Close loop

SV : 설정값
PV : 실제값
Pb : 비례 게인
Off set : 잔류편차 ( 설정 값에 도달하지 못하는 것 )

이상적인 제어는 SV = PV 가 되어야 이상적인 제어라고 할 수 있다.

 

 

 

P 제어 (Proportional Control) 
 
입력값과 출력 값을 비교하여 오차 값을 산출하고,  오차 값에 특정 계수(Kp:비례 게인)을 곱해 P control 값으로 주고 출력 값을 제어하는 방식.

                                                                       P_control = Kp * error_Value
                                                                       Control 값 => P_Control x Something

에러 값은 현재 값과 목표 값의 편차이다.  이 편차가 크면 조작량을 크게하고, 편차가 작으면 조작량을 점차 줄여서 목표값에 맞춰나가는 방식이다. 

 

P 제어의 특징

● 게인 Kp 를 크게 하면 할 수록 변화량이 커지기 때문에 값이 상승하는 시간이 빠르지만, 너무 큰 변화 때문에 오버슈트(설정 값보다 높은 값으로 출력되는 상황)이 발생할 수 있다.

● 반대로 Kp값이 너무 낮으면 목표 값에 가까워 지는데 매우 오랜 스탭이 걸리게 되지만 오버슈트는 발생하지 않는다. 따라서 적절한 Kp값을 찾는 게 중요하다.

● P제어 방식을 사용하면 목표 값에 가까워지는 정상 상태에는 도달할 수 있지만, 잔류 편차가 남는다는 단점이 존재한다.

 

 

 

 

 

I 제어 (Integral Coltrol)

I 제어의 특징

● 위 P 제어의 문제점인 잔류 편차를 줄이고자 , 잔류편차의 누적된 값을 시간으로 적분하여 (Ki) 컨트롤러를 제어하여 잔류 편차를 없앤 제어 방식이다.

● 이 방법을 사용하면 잔류 편차를 없앨 수 있다. 하지만 외란, 즉 예측 불가능한 외부 환경 요인이 발생 했을 때, 출력 값이 튀면 제자리를 찾는 데 오랜 시간이 걸린다는 문제점이 있다. 잔류 편차를 없애기 위해 Ki에 따른 변화량을 미세하게 조절했기 때문이다.

 

 

 

 

D 제어 (Differential Control)

D 제어의 특징

● D 제어는 위의 I 제어에서의 복귀 시간 문제를 해결하기 위해 나온 제어이다.

● D 제어에서는 편차가 발생될 때, 편차의 기울기에 반대되는 기울기 ( Differential ) 을 주어 빠르게 설정 전압에 도달할 수 있도록 도와주는 제어이다.

● 이 때 D 제어값의 게인은 Kd이고, 편차의 반대 부호와 결합되어 컨트롤러에 입력된다.

● Kd가 클수록  복귀 시간이 빨라지고, 오버슈트도 감소, 정착 시간도 감소한다.

 

 

 

 

 

P / PI / PD 제어 특성 분석

 

 

 

 

 

 

게인 값, Kp Ki Kd 특성