최적제어 (PID 제어)

PID 제어가 왜 나왔을까요?

처음 제어는 ON-OFF 제어였습니다. 

켜고 끄고 하지만 ON-OFF 동작을 할 시 사이클링 발생

그래서 나온 제어가 비례제어(P 동작)이었습니다. 

비례제어(P 동작)는 사이클링 소멸! 하지만 오프셋(잔류편차)이 생겼습니다

그래서 나온 동작이 적분 제어(I 동작) 잔류편차를 제거했습니다. 

하지만 또 응답이 늦어지는 단점이 나왔고

그래서 탄생한 것이 PID 제어 비례(P) 적분(I) 미분(D) 제어가 탄생했습니다.

ID 제어 : 피드백 제어

PD 제어 : 속응도 개선

PI 제어 : 정상특성개선

SV : Set Value, 설정치, 목표치, 또는 SP(Set Point)

PV : Process Variable, 측정치 (계측대상에서 얻어지는 값)

MV : Manipulate Variable, 조작출력치 (제어대상에 조작량을 가하는 제어출력값)

제어의 목적 : 빠르고 안정되게 SV와 PV를 일치시키고, 외란으로부터 제어계를 안정시키는 것

제어편차 = 측정치(PV) - 설정치(SV)

제어편차와 설비의 안전적인 제어를 위해서는 일반적으로  PID제어를 합니다

P(Proportinal) 비례

I(Integral) 적분

D(Differential) 미분

조절계의 역할

검출부에 의하여 측정된(PV)를 받아 이것을 설정치(SV)와 비교하여 판단, 제어를 실시하여 조작부에 보내주는 기기

조절게의 제어모드에는 

수동모드(MANUAL MODE), 자동모드(AUTO MODE), CASCADE MODE(REMOTE MOTE)

응답 특성도

PID설정시 고려사항

PID-Tuning을 시작하기 전에 먼저 다음 사항을 파악하여 둔다. 

1.Process의 목적을 파악하고 생산제품의 특성을 파악한다.  

2.Control Loop의 제어 목적을 파악한다.

3.조작단의 특성을 확실하게 파악한다.Action(RA/DA)의 확인과 특성곡선 등을 파악한다.  

조작단의 특성

1.응답특성 이나 제어의 특성은?

2.Valve의 고유 유량특성은?

3.Quick Opening Valve의 특성은 On-Off Control Loop에 한하여 사용이 되고 제어용으로는 Linear 특성 및EQ%특성의 Valve가 주로 사용이 된다.

과도응답법에 의한 PID의 설정

1.Controller를 Man Mode로 선택한다.

2.Man-Mode에서 측정치(PV)가 일정하게 유지되도록 MV를 조작한다.

3.PV가 일정하게 유지될때 MV치를 임의로 조정하여 좌측의 같은 Step응답특성을 그린다

기호 설명

PID의 계산 및 설정

Flow-Controller를 수동으로 출력치를 58%에서 63%로 조작하여 유량 지시치가 110m3에서 120m3로 변하였다.(Range:200m3/h)  여기서 PID계산을 위한 상수를 구하면

* L= 5.1 Sec’

* T = 5.8 Sec’

* dP=(130-110)/200*100 = 10%            

* dM=63-58=5%           

* Kp=dP/dM=10/5=2    

 P = 110*2*5.1/5.8 = 193%

 I = 3.3 * 5.1=16.8 Sec    

L / T로 계산한 결과치가

* 유량 : 1.0 

* 압력 : 1.0

* 온도 : 0.3 ~ 0.5 

이내가 되지않으면 계산 Miss     

PID 설정표

조절계와 PID.pdf

▲조절계와 PID상세 자료