P제어기, PI제어기, PD제어기를 사용한 제어기설계

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위의 설계 지침서에 따른, 설계 제한요소를 맞추기 위하여 우리는 Root locus method 와 Bode diagram 방법을 사용할 것이며, 사용하기 앞서 controller에 따른 p 제어기, pi 제어기, pd 제어기, pid 제어기에 대한 이론먼저 살펴 볼 것이다.

P 제어기
조작량 목표값과 현재 위치와의 차에 비례한 크기가 되도록 하며, 서서히 조절하는 방법인 P제이기는 비례 제어기라고도 불리운다. PID 제어를 하기 전의 가장 기본적인 제어이며 구현하기 쉽다. 다만, 이득의 조정만으로는 시스템의 성능을 여러 가지 측면에서 개선시키기는 쉽지 않다. 따라서 우리는 P제어만으로 안될 때 PI 제어를 쓴다.

PI 제어기
비례 제어로 제어하지 못할 경우, PI 제어기를 대부분 많이 이용한다. P제어로 결과값에 근접한 값이 되어도 시간이 지나면 제어량과 일치하지 않은 값으로 오류가 나기도한다. 그런 미세한 오류 오차를 “잔류 편차”라 하며 이 편차를 줄이기 위해서는 비례적인 동작에 적분적인 동작을 합치 PI제어기를 사용한다. P제어기와 I제어기를 같이 씀으로써, 단점을 서로 보완해주는 역할을 한다. 시스템의 유형을 높여주고 정상상태 오차를 줄여주면서 과도응답으로 발생한 시스템의 느린 반응을 빠르게 할 수 있다. 즉, 감쇠비를 증가시키고 동시에 정상상태 오차도 개선한다. 단, 이득계수의 조정이 잘못될 경우 Overshoot 는 물론 Ts증가를 보완하기는 어렵다.

PD 제어기
P제어기에서 나온 편차 즉, 오차를 미분해 제어신호를 만들어내는 역할을 한다. 또한, 병렬로 연결해 사용하는 기법이다. 오차신호의 미분값에 비레하는 제어신호를 되먹임시켜 오차 신호의 변화를 억제하는 역할을 하기 때문에 감쇠비를 증가시키고 초과를 억제하는데 효과적인 장점을 가지고 있다. 이 제어기는 과도응답 특성을 개선시킬수 있는 장점이 있다. 단, 시스템의 형식이 증가하지 않기에 Stay-state의 특성은 개선되지 않아 주의를 해야되는 단점도 있다.

참고 자료

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