항해ㆍ기관교육론(PID제어 기초이론과 실제)

소개글

항해ㆍ기관교육론(PID제어 기초이론과 실제)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1장 서론
1.1 보고서의 목적

2장 본론
2.1 용어의 정의
2.2 기본 제어동작(산업용 아날로그제어기의 분류)
2.2.1 두위치제어동작 또는 개폐제어동작
2.2.2 비례제어동작(P동작)
2.2.3 적분제어동작(I동작)
2.2.4 비례-적분 제어동작(PI동작)
2.2.5 비례-미분-적분 제어동작(PID동작)

3장 결론

※참고 사이트
참고 서적
참고자료

본문내용

내는 단위로, 그림과 같은 램프(Ramp)상의 편차에 대해서 미분의 조작량이 비례동작과 같이 조작량에 도달하기 까지의 시간이다.
따라서 미분시간이 길수록 미분동작에 의한 수정이 강함을 나타낸다.
또한 미분제어동작은 과도기간 동안만 효과적으로 작용하기 때문에 단독으로는 사용되지 않는다.
2.2.4 비례-적분 제어동작(PI동작)
앞서 살펴보았듯이 비례 제어로는 제어량이 목표값에 접근하면 조작량이 너무 작아지고, 그 이상 미세하게 제어할 수 없는 상태가 발생한다. 그 결과는 목표값에 아주 가까운 제어량의 상태에서 안정되는 것이다. 이렇게 되면 목표값에는 가까워지지만, 아무리 시간이 지나도 제어량과 완전히 일치하지 않는 상태가 지속된다. 이 미소한 오차(잔류편차, Offset)를 없애기 위해 사용되는 것이 적분 제어동작이다. 즉, 미소한 잔류편차를 시간적으로 누적하여, 어떤 크기로 된 곳에서 조작량을 증가하여 편차를 없애는 식으로 동작시킨다.
이와 같이, 비례 동작에 적분 동작을 추가한 제어를 "비례-적분제어(PI 제어)"라 부른다.
위의 왼쪽 그림에서 보면 적분 벨로즈(리세트 벨로즈라고도 한다)를 장착해 음의 편차가 있는 동안(제어량이 목표값보다 작을 때)은 L을 좌우에 이동시킨다. 그리고 그 이동 속도가 꼭 편차에 비례하도록 한다. 따라서 비례동작의 오프셋량을 줄이기 위하여 비례동작에 적분동작을 첨가하게 된다. 이를 통해 비례제어에서의 오프셋량까지는 보정이되나 시스템의 응답속도가 보통 너무 늦다고 말할 수 있다. 이를 보정하기 위해 비례-적분제어동작에 미분제어동작을 포함시키게 되는 것이다.
2.2.5 비례-미분-적분 제어동작(PID동작)
2.2.4절에서 살펴보았듯이 PI 제어로 실제 목표값에 가깝게 하는 제어는 완벽하게 할 수 있다.
그러나 또 하나 개선의 여지가 있다. 그것은 제어 응답의 속도이다. PI 제어에서는 확실히 목표값으로 제어할 수 있지만, 일정한 시간(시정수)이 필요하다.
이 때 정수가 크면 외란이 있을 때의 응답 성능이 나빠지게 되며, 이는 외란에 대하여 신속하게 반응할 수 없고, 즉시 원래의 목표값으로는 돌아갈 수 없다는 뜻이다.
그래서, PI제어에서 추가로 필요하게 된 것이 미분 제어동작이다.
이것은 급격히 일어나는 외란에 대해 편차를 보고, 전회 편차와의 차가 큰 경우에는 조작량을 많이 하여 기민하게 반응하도록 한다.
이 전회와의 편차에 대한 변화차를 보는 것이 "미분"에 상당한다.
이 미분동작을 추가한 PID 제어의 경우, 제어 특성은 아랫 그림과 같이 된다.
이것으로 알 수 있듯이 처음에는 상당히 over drive하는 듯이 제어하여, 신속히 목표값이 되도록 적극적으로 제어해 간다.
이와 같이 PID동작은 P동작, I동작, D동작을 조합한 것으로 지연시간이 있는 제어대상에도 뛰어난 제어결과를 가져온다. 그것은 비례동작으로 헌팅이 없이 매끄럽게 제어를 할 수 있고, 적분동작으로 오프셋을 자동적으로 수정하고, 미분동작으로 외란에 대하여 빠른 응답이 가능하기 때문이다.
PID 동작의 출력경사(Ramp)응답 PID 동작의 출력스탭(Step)응답
3. 결론
지금까지 기본 제어동작들의 기본원리와 그의 장단점들을 살펴보았다. 이를 간단한 표를 통해 나타내면 다음과 같다.
제어의 종류
장점
단점
on/off 동작
○제어가 간단하다.
○Offset이 발생하지 않는다.
○오버슈트, 헌팅이 발생한다.
비례동작
○오버슈트와 헌팅이 작다.
○안정제어까지 시간이 걸린다.
○오프셋(Offset)이 발생한다.
적분동작
○오프셋(Offset)을 소멸시킨다.
○비례동작보다 안정되기까지 시간 이 걸린다.
(비례동작과 같이 사용한다.)
미분동작
○응답속도가 빠르다.
○단독으로 제어하지 않는다.
(비례동작과 같이 사용한다.)
PID동작
○양호한 제어특성을 얻을 수 있다.
○PID 파라메타의 설정이 필요하다.
기본 제어동작의 종류와 장단점
위의 표를 보면 P동작, I동작, D동작에는 고유한 특성이 있다는 것을 알 수 있다. 이들을 이용한 산업용가정용 아날로그 제어기기가 많이 이용되고 있으며, 현재 또한 선박에서도 사용빈도가 높다는 것을 우리는 알고 있다. 이러한 기본 제어동작의 원리와 이론을 이해함으로써 실제 응용 시스템에 대한 파악을 할 수 있는 것이다.
참고 사이트 :
http://www.sanup.com
http://clapton73.hihome.com 등...
참고 서적 :
자동제어의 활용
현대제어공학 k. ogata
자동제어의 기초 등...
참고자료

키워드

PID,   비례제어,   적분제어,   항해,   기관