비례 제어 방식

센서로부터 신호를 읽고 목표치와 비교하면서 플랫폼의 운전 및 정지 등 조작량을 제어하고 목표 값에 맞춰가도록 하는 것이 자동제어이다. 이 자동제어를 위해 조작량을 목표값과 현재 위치의 차이에 비례한 크기로 생각하고 조금씩 조절하는 제어 방법이 ‘비례 제어’라고 불리는 방식인데, PID제어 방식이 비례 제어의 주요 방법 중 하나이다.

On-off 제어보다 제어 결과의 정확도를 높일 수 있는 자동 제어 방식으로 비례 제어는 SV(설정값)을 중심으로 한 비례를 갖고, MV(조작량)가 e(편차)에 비례하는 동작을 한다. 비례 제어를 수행하는 연산 방식으로 PID의 세 가지 동작을 조합하여 원활한 제어를 구현한다.

PID 제어의 정의

기준입력(r)과 측정된 출력(r_now)의 차이인 오차(e)를 이용한 비례(Proportional, P), 적분(Integral, I), 미분(Differential, D)을 통해 제어에 필요한 제어값(MV : Manipulated Variable)을 계산하여 제어신호(u)를 만드는 제어기

P 동작: Proportional (비례 동작)

I 동작: Integral (적분 동작)

D 동작 : Differential (미분 동작)

• 일반적인 PID 제어기는 3개의 항(P, I, D)를 더해서 제어값(MV)를 계산하도록 구성

P 제어(비례 제어)

P 제어는 목표 값과 현재 값의 차이에 비례한 조작량을 조절하는 제어 방식이다. 범위의 MV(조작량)가 제어 대상 PV(측정값)의 변화에 따라 0~100% 사이를 연속적으로 변화시키는 것을 생각한 제어이다. 일반적으로 SV(설정값)은 비례 대역의 중심에 놓는다.

• 현재 제어값(MV)이 오차(e)에 비례하여 변화시키는 방법
  • 오차(e)의 크기에 따라 제어신호(u)가 달라짐

1. Kp가 클 때

• 제어시스템은 점점 더 빨리 기준 입력(r)에 도달하게 됨
• 단, 불안정한 상태가 되고 기준 입력(r) 근처에서 계속 진동을 하게 됨

2. Kp가 작을 때

• 제어시스템은 더 느리게 기준 입력(r)에 도달하게 됨
• 언젠가 기준 입력(r) 기준으로 일정한 오차(e)를 가지며 안정된 상태가 됨