PID 제어기 parameter 조율

목차

1. Purpose

2. Result & analysis
1) 실험 1
① 공정의 비이상성 확인
② FODPT 모델로 근사
② ITAE 최적화 함수의 파라미터 결정
2) 실험 2
ITAE 함수를 통한 제어
3) 실험 3
Feedforward-feedback 제어기를 통한 제어
4) 결과 비교
두 제어기의 제어 결과 비교
5) 추가실험 1
IAE 최적화 함수를 통한 제어
6) 추가실험 2
ISE 최적화 함수를 통한 제어
7) 추가실험 3
Cohen-Coon tuning method를 통한 제어
8) 결과 비교
각 Tuning 방법의 제어 결과 비교
9) 추가분석
Feedforward-feedback 제어기 설계 (Parameter estimation)

3. Discussion

4. Matlab coding

본문내용

1) 공정의 동특성에 대해 이해한다.
2) 공정제어의 기본적인 개념을 이해하고 제어기능의 핵심이 되는 PID의 원리와 기능을 학습한다.
3) 공정인식 방법과 조율 방법을 학습하고, 공정에 적용되는 PID controller의 각 parameter들의 의미를 학습한다.
4) Matlab을 사용해 modeling을 해봄으로써 Matlab 활용능력을 향상시킨다.

<중 략>

위의 두 방법을 적용하기 위해서는 변곡점에서의 접선을 찾아야 하나, 잡음과 외란의 영향을 받고 있는 실제 공정의 응답곡선에서는 이 작업이 용이하지 않다. 방법 3에서는 공정반응곡선으로부터 관련되는 면적을 계산하여 모델을 결정한다. 면적을 계산하는 과정에서 응답의 잡음성분이 필터링 되므로 방법 1, 2의 단점을 극복할 수 있다.

<중 략>
이번 실험은 실제 공정에서 쉽게 만날 수 있는 제어상황을 단순화해서 PID 제어해보는 것이다. 실험에서 CV는 방열판의 온도이고, DV는 heater에 가해주는 전류이며, MV는 방열판의 온도를 낮추는 팬에 흘려주는 전류이다. 그리고 외란은 조절하기 쉬운 외란인 heater에 흘려주는 전류와, 조절하기 힘든 외부의 온도, 공기의 흐름 등을 들 수 있다.
실험 1은 동특성을 이해하는 과정으로 FOPDT 모델 근사법으로 파라미터 d, τ, K의 값들을 구하는 과정이다. 이 파라미터로 ITAE 최적화 방법의 파라미터 값들(TD, TI ,KC)을 구하고, 이를 통해 제어를 하는 것이 실험 2이다. 이때 공정에 두 가지의 변화 (load change, set point change)를 주어서 출력의 변화를 본다. 실험 3에서는 앞서 실험한 것과 달리 feedforward 제어기를 추가하여 같은 식으로 변화를 가해 제어 결과를 확인한다.
그리고 추가적으로 IAE, ISE, Cohen-Coon method로 PID 제어기를 tuning해 보았다. 이때는 load change만 가했고, 각각의 제어 결과를 비교해보았다.

참고 자료

없음