PID Tuning Reference

PID 제어 튜닝법/Ziegler-Nichols/자동튜닝 레퍼런스

25개 결과

PID Tuning Reference 소개

PID 튜닝 레퍼런스는 제어 엔지니어를 위한 종합 치트시트로, 5개 카테고리로 구성되어 있습니다. PID 이론(P, I, D 개별 제어 동작, ISA/병렬형 PID 수식, 성능 지표, 직접/역동작), 튜닝법(Ziegler-Nichols 한계감도법 및 반응곡선법, Cohen-Coon 데드타임 비율 고려, Lambda 보수적 튜닝, IMC 내부모델 제어, SIMC Skogestad 규칙), 프로세스 식별(FOPDT 1차 지연+데드타임 모델 K/T/L 추출, 릴레이 피드백 자동 튜닝), 고급 기능(안티 와인드업, 범프리스 전환, 캐스케이드, 피드포워드, Smith Predictor, 분할 범위, 비율 제어), 응용 예시(온도, 유량, 수위, 압력 루프의 실제 K/T/L 값과 최종 Kp/Ti/Td 파라미터)를 포괄합니다.

공정 제어 엔지니어, 자동화 엔지니어, 계장 기술자, 제어시스템 전공 대학생을 위한 실용 레퍼런스입니다. 모든 튜닝법 항목에 완전한 파라미터 공식이 포함되어 있습니다. 예를 들어 Ziegler-Nichols 한계감도법은 PID 파라미터를 Kp = 0.6*Ku, Ti = Pu/2, Td = Pu/8로 제시하고, 온도 제어 응용 예시에서는 K=2.5 C/%, T=300s, L=30s의 실제 프로세스 데이터로 SIMC 계산을 거쳐 Kp=0.36, Ti=300s(오버슈트 약 5%)를 도출하는 과정을 보여줍니다.

모든 콘텐츠는 브라우저 내에서 완전히 표시되며 서버 연산이 필요하지 않습니다. 한 번 로드하면 오프라인에서도 사용 가능하고, 제어실 데스크톱, 공장 현장 태블릿, 모바일 폰 어디서든 반응형으로 편하게 사용할 수 있습니다. 다크 모드를 지원하며, 가입이나 설치 없이 바로 이용 가능합니다.

주요 기능

P, I, D 개별 제어 동작의 수식, 특성, 실무적 영향(정상편차, 와인드업, 노이즈 민감도) 설명
ISA(비상호작용형) 및 병렬형 PID 수식과 Ki = Kp/Ti, Kd = Kp*Td, PB(%) = 100/Kp 변환
Ziegler-Nichols 한계감도법(폐루프)과 반응곡선법(개루프)의 P, PI, PID 튜닝 파라미터 표
Cohen-Coon 데드타임 비율(r = L/T) 기반 공식, Lambda 오버슈트 없는 튜닝법
IMC 및 SIMC(Skogestad) 모델 기반 튜닝 규칙과 폐루프 시정수 선택 가이드
FOPDT 모델 스텝 테스트 식별(K, T, L 추출)과 릴레이 피드백 자동 튜닝(Ku, Pu 계산)
안티 와인드업(클램프/역계산), 캐스케이드, 피드포워드, Smith Predictor, 분할 범위, 비율 제어
온도(K=2.5, T=300s), 유량(K=4, T=5s), 수위(적분 프로세스), 압력 루프의 실전 튜닝 예시와 최종 파라미터

자주 묻는 질문

ISA형과 병렬형 PID의 차이는 무엇인가요?

ISA(비상호작용형)에서는 u(t) = Kp * [e(t) + (1/Ti)*integral(e) + Td*de/dt]로 Ti와 Td가 Kp를 통해 연동됩니다. 병렬형은 u(t) = Kp*e + Ki*integral(e) + Kd*de/dt로 각 게인이 독립적입니다. Ki = Kp/Ti, Kd = Kp*Td로 변환합니다.

Ziegler-Nichols 한계감도법 튜닝은 어떻게 하나요?

I, D를 비활성화하고 P만 사용합니다. Kp를 점진적으로 올려 지속 진동을 찾고, 한계이득 Ku와 한계주기 Pu를 기록합니다. PID 파라미터: Kp = 0.6*Ku, Ti = Pu/2, Td = Pu/8입니다. 공격적 튜닝이라 오버슈트가 큰 편입니다.

Ziegler-Nichols 대신 Lambda 튜닝을 써야 하는 경우는?

Lambda 튜닝은 오버슈트가 없고 안정적인 응답을 주므로, 오버슈트가 허용되지 않는 화학공정에 적합합니다. Lambda(폐루프 시정수)를 데드타임 L 이상, 보통 3*L로 설정합니다. PI: Kp = T/(K*(Lambda+L)), Ti = T입니다. ZN보다 응답이 느린 것이 트레이드오프입니다.

FOPDT 모델의 파라미터는 어떻게 식별하나요?

FOPDT는 G(s) = K*exp(-Ls)/(Ts+1)입니다. 수동 모드에서 출력 스텝을 가하고(예: 50에서 60%), PV 응답을 기록하여 K(프로세스 이득 = dPV/dMV), T(최종값의 63.2% 도달 시정수), L(스텝 후 응답이 시작되기까지의 데드타임)을 추출합니다.

안티 와인드업은 어떻게 동작하나요?

출력이 포화 상태일 때 적분항이 계속 누적되면, 포화가 풀린 후 과도한 오버슈트가 발생합니다. 해결법 두 가지: (1) 클램프 방식으로 출력 포화 시 적분을 동결. (2) 역계산 방식으로 포화 오차를 피드백하여 추적 시정수 Tt = sqrt(Ti*Td) 또는 Ti로 적분을 감소시킵니다.

캐스케이드 제어란 무엇이고 어떻게 튜닝하나요?

외부 루프(Master)가 느린 변수(온도)를 제어하고 그 출력이 내부 루프(Slave)의 설정값(빠른 변수, 유량)이 되는 구조입니다. 내부 루프를 먼저 빠르고 타이트하게 튜닝한 뒤, 외부 루프를 느리게 튜닝합니다. 내부 Ti는 외부 Ti의 1/5 이하여야 합니다.

유량/수위 루프에서 미분 제어를 피하는 이유는?

유량 신호는 난류로 인해 노이즈가 크므로 D 제어가 노이즈를 증폭시켜 출력이 불안정해집니다. 수위 제어는 적분 프로세스로 D 제어가 불필요하고 불안정을 유발할 수 있습니다. 레퍼런스에서는 두 경우 모두 PI 제어만 권장하며, 유량에는 1~3초 노이즈 필터를 추천합니다.

튜닝 후 목표로 해야 할 성능 지표는?

일반적으로 오버슈트 10~25% 이하, 정정시간(설정값 +-2% 이내) < 4*T(프로세스 시정수), 정상편차 0을 목표로 합니다. IAE, ISE, ITAE 같은 적분 기준은 서로 다른 튜닝 파라미터를 비교할 때 단일 수치 성능 지표로 활용됩니다.