2자 유도 PID 컨트롤

개요

2자 유도 PID 컨트롤에 대한 일부 내용입니다. 지금까지의 PID제어방식에서는 동일한 조절부에 의해 서 목표 설정치 값에 대한 응답과 외란에 대한 응답을 제어했었습니다. 온도 컨트롤러 제어 방식에서의 PID 제어는 비례 그리고 적분동작과 미분동작을 조합된 제어방식입니다. 비례제어 P에서는 비교적 헌팅 현상 없이 제어하고 적분제어 I에서는 비례제어만의 방식으로 제어했을 경우 발생하는 옵셋의 수정을 할 수 있습니다. 또한 미분제어 D에서는 외란에 대한 빠른 응답을 가져올 수 있습니다. 그 때문에, 조절부의 PID 파라미터 설정에 있어서 제어 변수와 기준 입력 사이의 오차에 근거하여 계통의 출력이 기준을 유지하도록 하는 피드백제어의 일종이라고 할 수도 있습니다. 비례제어는 Proportional으로 표기하여 P라고 하며 비례 제어와 비례 적분 Proportional Integral 제어 그리고 비례 미분 Proportional Derivative 제어를 조합한 것이라 할 수 있습니다.

내용

온도 컨트롤러 제어방식에서 비례제어의 동작은 기준 설정값 SV 값에 대한 현재 신호 PV 값에서 오차 신호에 적당한 비례상수 곱해서 제어를 하는 방식으로 I 비례 적분 제어는 오차 신호를 적분하여 제어 신호를 만드는 적분 제어를 비례제어에 병렬로 연결해 사용합니다. D 제어는 비례 미분방식으로 오차 신호를 미분하여 제어 신호를 만드는 미분 제어를 비례 제어에 병렬로 연결하여 사용합니다. 그리고 PID 제어 방식이 아닌 제어 방식으로 또한 ON.OFF제어 방식이 있습니다. ON/OFF 제어 방식은 설정치에 대한 측정치 값에 대하여 ON과 OFF를 하는 방식으로 온도 컨트롤러의 가장 단순한 제어방식이중에 하나입니다. 제조사별 차이는 있지만 보통 디지털 타입의 온도 컨트롤러에서는 PID 제어 방식이 아닌 경우 OF/OFF 제어 방식 또는 비례제어 방식 둘 중 하나를 선택하여 사용할 수 있도록 만든 제품이 대부분입니다. ON.OFF 제어 방식은 설정 값 SV에 대한 온도 센서의 신호를 받아 측정되는 현재온도(PV)가 설정치 보다 낮을 때 출력을 ON 하고 반대의 조건일 때 출력을 OFF 시키는 제어방식입니다. 온도 컨트롤러에서 ON/OFF 동작 방식의 경우에는 빈번한 접점 동작으로 인하여 Chattering이 발생하거나 Overshoot, Undershoot 등의 현상이 발생하게 됩니다. 그리고 온도 컨트롤러에서 비례 제어 방식의 경우에서는 ON, OFF 제어방식에서 에서 발생했던 Overshoot, Undershoot의 문제를 어느 정도 해결한 제어방식이지만 설정치와 안정온도 사이에 발생하는 Offset 현상이 발생할 수 있습니다. 그렇기 때문에 출력값 조절에 의해 비례제어 방식만으로는 아주 정밀한 온도 제어가 어렵습니다.

TN 시리즈 온도계

비례미분적분(PID) 제어 : P제어는 기본적으로 외란에 영향에 의해 온도가 변화하면 재안정 시간이 필요하게 됩니다. 이 시간을 단축시켜 신속한 안정을 이루기 위한 제어가 D제어입니다. 결국 PID제어는 온도를 목표온도로 Overshoot와 FEEDFORWARD회로가 내장된 PID 제어 (2자 유도 PID) : PID제어가 Overshoot와 Undershoot 없이 신속히 안정시키는 제어를 실현하지만, Start-Up특성(목표온도응답)과 외란에 의한 온도변화에 대한 응답을 고정된 PID 상수로는 양쪽 모두를 만족시킬 수 없습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 각각의 특성을 별도로 지배하는 기능을 갖춘 FEEDFORWARD회로가 내장된 PID제어를 실현합니다

기타

PID 온도 제어 방식에서 온도 제어에서 외란응답을 중시하면 P, I는 작고, D는 크게 설정하게 되면 일반적으로 오버슈트가 발생할 수 있습니다. 그리고 설정 값 응답을 중시하게 되면 일반적으로는 P는 크게, I도 크게 설정하게 되고 외란 응답이 늦어지고, 양쪽의 응답성을 동시에 만족하기 힘든 결점이 있었습니다. 이런 일반 PID 제어 방식에서의 결점을 보완하기 위해, 2자 유도 PID 제어방식을 고안하였고 이 것은 PID의 이점은 남긴 채로 온도제어에서의 설정 값 응답과 외란응답의 양쪽을 동시에 양호하게 하는 것이 가능한 방식이라고 할 수 있습니다. 2차 유도 PID 제어 PID제어에서는 동일 조절기에 따라서 설정값에 대한 응답과 외란에 대한 응답을 제어하고 있습니다. 제품의 경우 일본 OMRON 제품등이 있으며 링크 자료는 오토닉스의 2자 유도 방식의 PID 컨트롤 온도 컨트롤러 TN 시리즈 제품 자료입니다.