PID 제어기

소개글

PID 제어기에 대한 보고서 자료입니다.

목차

(2) P, I, D control
1) P control (Proportional Control)
2) I control ( Integral Control)
3). D control (Derivative Control)
4). 비례적분(PI) 제어기
5) 비례미분(PD)제어기

6. PID 제어기
(1) 아날로그 PID 제어기
(2) PID제어기의 동조(Tuning)
(3) PID제어기의 효과

본문내용

방향으로 작용할 것이다.
※ PI제어기의 효과
① 제동을 개선하고 최대오버슈트를 줄인다.
② 상승시간이 증가한다.
③ BW를 감소시킨다.
④ 이득여유와 위상여유 및 을 개선한다.
⑤ 고주파수 잡음을 여과한다.
⑥ 제어기의 회로구축시에 용량이 과도하게 크지 않도록 하는 와 의 적당한 조합을 선택하는 문제는 PD제어기에서의 경우보다 더욱 중요하다.
6. PID 제어기
많은 시스템/공정에 있어서, 계단입력 오차신호에 대해 즉시 반응하는 비례제어기와, 정상상태 응답의 개선에 기여하는 적분제어기를 결합한 PI제어기는 좋은 성능을 발휘한다. 그러나 관성이 커서 행보가 완만한 시스템/공정에 있어서는 그 응답속도를 극대화시키고자하는 시도에서 PID제어기가 나온 것이다.
(1) 아날로그 PID 제어기
현장조건이나 제어 시스템 설계자의 생각에 따라, 다음과 같은 4가지 형식의 PID제어기가 사용될 수 있다.
(a)표준형
(7.10a)
단, e
(b)일반형
(7.10b)
단, : 비례이득(Proportional Gain) : 상수 (3～10)
: 적분시간(Integral Time) : 미분시간 (Derivative Time)
(c) I-PD 형(비례선행형)
(7.10c)
(d) PI-D 형(미분선행형)
(7.10d)
여기서 (b)형은 (a)형에 비해 잡음문제를 개선하기 위해 미분항만 고역통과필터구조로 변화시킨 것이다. 그런데 설정치 가 자주 계단적으로 변한다면, 그 때마다 오차신호 도 급격히 변하고, 이에 따라 미분항은 매우 큰 제어출력을 만들어 내며, 이것 때문에 제어기의 출력은 쉽게 포화되고, 따라서 제어성능이 악화 될 수 있다. 이러한 과잉동작의 문제를 해결하는 방법중 하나는, 오차신호에 대해 미분을 취하는 대신 (c)나 (d)형에서와 같이 시스템 출력 에 대해서만 미분을 행함으로써, 설정치 SV의 계단적 변화로 인한 제어기의 포화현상을 방지하는 것이다.
(c)형에서는, 설정치 에 대해서 비례 및 미분동작이 행해지지 않으므로, 설정치의 급격한 변동에 대해서 제어출력 가 따라서 급히 변하지 않는 한편, 에 대해서는 비례, 미분 동작이 모두 행해지므로, 공정특성의 변화나 부하변동 또는 외란으로 인한 시스템 출력 의 변화에는 민감하게 반응함으로써 보다 안정되고 양호한 제어특성이 얻어질 수 있다.
(d)형이 (c)형과 다른 점은, 비례기로 들어가는 신호가 대신 오차신호라는 점으로서, 설정치 변동에 대한 추종성이 강하게 요구되는 장소에서 사용된다.
(2) PID제어기의 동조(Tuning)
PID제어기의 성능은 결국 패러미터 또는 값에 따라 달라지므로, 그 패러미터들을 어떻게 놓고 조종하는가는 매우 중요한 문제이다. 물론 근궤적이나 주파수 응답에 근거한 설계공식을 사용할 수 있지만, 그 수식들은 어디까지 플랜트의 전달함수를 알고 있는 경우에만 적용될수 있는 것들이다. 그런데 만약 플랜트의 전달함수를 모른다면, 그 플랜트에 대한 PID 패러미터들의 값을 어떻게 조정(Tuning)할 수 있겠는가? 일찍 1942년에 와 가 제시해서 지금까지 많이 쓰이고 있는 동조방법은 두가지가 있으며, 계단응답에서 약 25%의 최대오버슛(M.O)을 갖도록하는 것을 목표로 한다. 여기서 PID제어기의 전달함수는 다음과 같다.
(7.25)
이때 : 비례이득(Proportional Gain) : 미분시간(Derivative Time)
: 적분시간(Integral Time)
(3) PID제어기의 효과
① 전향경로전달함수에 하나의 영점과 하나의 극점을 추가하는데 영점이 극점의 오른쪽에 있도록한다. 일반적인 효과는 폐루프계통의 제동을 더해 준다. 상승시간과 정정시간은 일반적으로 감소한다.
② 이득교차 주파수

키워드

PID 제어,   기계실험,   동조(Tuning),   비례적분,   비례미분,   MATLAB