PID제어

1. PID 제어

PID는 자동 제어 알고리즘 중의 한 가지 방법이다. P는 비례 제어, I는 적분 제어, D는 미분 제어를 나타내는데 이는 목표 값과 실제 값 사이의 차이에 대한 비례, 적분, 미분 제어를 뜻한다. PID제어는 모터 속도 제어, 보일러 온도 제어 등에 사용되어 좀 더 안정적이고 정확한 제어를 제공할 수 있다.

PID제어를 통한 조작량은 아래와 같다.

조작량 = Kp×편차 + Ki×편차의 누적값 + Kd×전회 편차와의 차

Kp, Ki, Kd는 각 각 비례, 적분, 미분 제어에서의 상수로서 실험을 통해 이 상수들을 조정하여 최적의 제어 알고리즘을 만들 수 있다.

지난 2주간 PID제어를 이해하기 위해 <PID 제어 관련 소스를 구해 분석>하고, 이를 수정/보완하여 <PID 제어가 어떻게 동작하는가 실험>하였다. 엑추레이터를 클래스로 모델링하고 여기에 단순 ON/OFF제어, P제어, PI제어, PID 제어를 적용, 비교 실험하였다.

2. ON/OFF 제어

제어값을 0%, 100%만으로 주는 것을 단순 ON/OFF 제어라고 하며 아래와 같은 실험 결과가 나온다.

목표값 근처에서 진동하는 모습을 보이면서 정확한 목표값을 맞추지 못한다. 오차 크기에 따라 제어값을 바꾸는 것이 아니라 단순히 신호를 주거나 말거나 하는 방식이기 때문이다. 비례제어는 오차에 비례해서 제어값을 바꾸기 때문에 좀더 자연스러운 제어를 할 수 있다.

3. P(비례) 제어

조작량 = Kp×편차 + Ki×편차의 누적값 + Kd×전회 편차와의 차

오차(목표값-실제값)에 비례해서 제어량을 조절하는 제어 방식을 비례제어라고 한다. 이를 이용하면 목표값에 도달하는 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.

목표값 200에 정확히 일치하지 않고 약간 떨어져 있는 것을 볼 수 있는데 이를 정상 상태 오차라고 한다.

I(적분)제어를 이용하면 정상 오차를 줄일 수 있다.

4. PI(적분) 제어

조작량 = Kp×편차 + Ki×편차의 누적값 + Kd×전회 편차와의 차

P(비례) 제어가 제어할 수 없는 정상 상태 오차는 그 크기가 너무 작기 때문인데 이를 잔류편차라 한다. 적분 제어는 이런 잔류편차를 시간단위로 적분하여 그 값이 조작 가능한 크기가 될 때 조작하는 방식이다.

이와 같이 비례 제어와 적분 제어를 합한 방식을 PI제어라 부른다.

목표 값에 도달하는 도중 오차가 가장 많이 발생하는데(Distance 250이상) 이를 오버슈트라고 부른다. 이는 제어할 장치에 따라 장치에 무리를 주거나 파괴할 수 있는 위험을 가지고 있으므로 좋지 않은 요소이다. 미분제어에서 이를 감소할 수 있다.

5. PID(미분) 제어

조작량 = Kp×편차 + Ki×편차의 누적값 + Kd×전회 편차와의 차

오차의 변화량를 보고 조작량을 결정하는 방법을 미분 제어라 한다. 즉 오차의 변화의 반대방향으로 제어가 이루어지게 되는데, 이는 오차의 값을 미분한(즉 그래프의 기울기) 반대 방향으로 조작량을 변화시키는 방법이다. 때문에 엑추레이터가 급변하는 것을 감소할 수 있다.

 

정리
 

 

 

[출처] http://blog.naver.com/ej888ej?Redirect=Log&logNo=130068216680