공정제어) PID 제어 보고서 레포트

소개글

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목차

1. 공정제어

2. PID 공정제어
1) PID 공정제어의 개념
2) PID 공정제어의 장점
3) P, I, D
4) PID 공정제어의 사용예시

3. 출처 및 참고문헌

본문내용

를 더 빠르게 제어할 수 있다. 응답 속도를 높이기 위해서 목표 값을 지속해서 변경함으로, 그래프로 나타낸다면 아래와 같이 그릴 수 있다.
▲ 제어 량▲ 조작 량
이번에도 앞서 이야기하던 온풍기의 이야기로 넘어가보자. PI 공정제어를 통해서 사용자는 미세한 오차를 줄일 수 있었다. 그러나 오래 걸리는 시간의 문제는 해결을 하지 못한 상태이다. 이때 D라는 미분 동작을 추가해보자. 사용자가 목표로 했던 20도의 실내온도를 위해서 온풍기는 끊임없이 따뜻한 바람을 송풍해내고 있다. 그리하여 결국 20도의 실내온도를 가질 수 있게 되었다고 가정해보자. 그런데, 이 때 누군가 창문을 열어버려서 실내의 온도가 다시 15도로 낮아졌을 때, 미분 동작을 통해 빠르게 실내 온도를 다시 올릴 수 있다. 앞에서는 목표 값이 20도이면 목표 값을 20도로 고정해두었다. 하지만, 미분 동작은 20도라는 목표로 빠르게 도달하기 위하여 최초의 실내 온도의 목표 값을 30도로 삼는다. 그 후 30도에 근접하면 다시 목표를 18도로 삼는다. 그 후 또 다시 목표를 22도로, 19도로. 이러한 일련의 행위를 반복하여 결국에는 20도의 실내온도를 잡아낼 수 있는 것이다.
4) PID 공정제어의 사용예시
(1) 드론
드론이 하늘을 나는 것을 본 적이 있는가? 드론은 양쪽의 장착되어 있는 프로펠러를 통해서 수평의 균형을 잡고 그 균형을 유지한 채 하늘을 날아다닌다. 이 때 드론이 균형을 잡는 과정에서도 PID 공정제어가 사용된다. 드론을 조작하는 사용자의 드론 Controller를 살펴보자. 드론의 방향과 높이를 조작하는 입력도구만 존재할 뿐, 드론의 균형을 잡아주는 입력도구는 없다. 그 말은 드론의 균형은 드론 스스로가 자동으로 제어하여 수평을 유지한다는 말이다. PID 공정제어가 이 자동화제어를 총괄한다. 드론 내부에는 균형을 맞추는 기준이 되는 수평계 센서가 내장되어 있다. 드론은 이 수평센서에서 출력되는 수평 값을 통해 균형을 잡을 조작 량을 선택한다. 수평의 상태가 0이라고 가정해보자. 좌측으로 기울었으면 음의 값을 가지게 되고, 우측으로 기울었으면 양의 값을 가진다. 현재 출력되는 수평센서의 값이 -5라면, 드론은 재빠르게 균형을 잡기 위해서 목표 값을 +10정도로 최초 설정할 것이다. 이를 통해 왼쪽의 프로펠러는 빠른 동작을 실시하고, 어느덧 수평센서는 +3정도의 값을 출력할 것이다. 이때 드론은 다시 재빠르게 목표 값을 -1로 재설정한다. 그러면 이번에는 오른쪽의 프로펠러가 바빠질 것이다. 이렇게 목표 값을 반복해서 바꿔줌으로써 드론은 스스로 균형을 잡을 수 있게 되는 것이다.
(2) 인덕션
최근 현대인들이 많이 사용하는 인덕션의 예를 들어보자. 앞서 개념을 설명하기 위한 온풍기의 개념과 비슷한 예이다. 인덕션의 온도도달과 유지는 PID 공정제어 방식으로 구동된다. 사용자는 인덕션을 사용하면서 원하는 온도가 있을 것이다. 그 온도를 인덕션의 입력도구에 입력한다. 현재 온도 0단계에서 시작하여 사용자가 원하는 온도의 단계 6까지 빠르게 상승하려면 최초의 목표 값은 9가 될 것이다. 차츰 6에 가까워질수록 PID제어는 목표 값을 변경할 준비를 하기 시작한다. 현재 온도가 7단계에 이르렀을 때 PID 공정제어는 목표 값을 다시 5로 설정한다. 앞서 말한 예시들과 같이 이러한 일련의 과정을 거쳐 결국 인덕션은 사용자가 원하는 6단계의 온도를 설정할 수 있을 것이다.
3. 출처 및 참고문헌
1) 원자력발전소 PID 공정제어기에 대한 튜닝 최적화 방법. 성찬호. 한국압력기기공학회 논문집. 2014
2) [특집: 공정시스템] PID 제어기의 Autotuning. 양대륙. 화학공학회지. 1994

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