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작성자 leeky        
작성일 2007/11/12
첨부#2 anlaog_pid_control_sch.jpg (78KB) (Down:108)
ㆍ추천: 0  ㆍ조회: 1379   
  아날로그 PID 제어 회로

표준적인 아날로그 부품으로 구성된 PID(비례, 적분,미분) 제어회로입니다.
현재의 디지털 PID제어회로나 MPU로 된 PID 제어기도 모두 이회로가 기본입니다.

고전적이고 오래된 회로입니다만, 기본적인 구성과 성능은 구형이나 신형이 모두 같습니다.
다만 보조장치로 설정값이나 세팅값, 출력값, 운전상태를 디지털로 각각 감시가 가능하다는
차이점이 MPU로 된 PID 제어회로의 장점입니다.

출력설정은 12V전원에서 Rail to Rail인 경우를 제외하고는 10V가 최대값이며
+인경우 정방향, -인 경우 역방향으로 출력을 설정하게 됩니다.

오차 검출기(U1)는 표준적인 차동증폭기로 이루어져 출력하려는 설정값과
출력회로에서 제어장치(여기서는 직류모터의 방향과 회전속도)의 제어결과를
센서에서 입력받은 피드백값과 비교하여 그 오차를 출력합니다.

오차검출기(U1)의 출력은 3개의 PID제어기(U2,U3,U4)로 병렬로 입력되어 각각의 PID 제어량을
출력회로(U4)에 전달하게 되고, 출력회로는 제어장치의 종류에 따라
직류전압, 직류전류, 교류전압, 교류전류등으로 제어요소를 달리한 전용설계(U4,Q1,Q2)데로
출력할 목표장치인 제어장치(DC MOTOR)로 전기신호를 출력하게 됩니다.

모터에 인가된 전기신호인 제어출력은 모터를 움직이고
모터의 움직임인 물리량은 TACHO GENERATOR를 통하여 회전속도와 방향의 정보를
아날로그 신호인 -10~ +10V로 피드백(부궤환-반대로 되먹임)하게 됩니다.

비례(P), 적분(I), 미분(D)제어는 경험적인 제어이론에 따라서 일찌기 확립된 알고리듬으로
비례값은 출력의 목표를 정하되 그 감도가 1을 넘지 않도록 100% 이하로 제어값을
출력단으로 전달합니다. 적분이 없는 비례값 만의 제어계는 오차를 수반하며,
작은 오차를 비례출력 만으로는 줄이기 어렵습니다.
무리해서 비례출력만으로 오차를 줄이기 위해서 비례출력을 높이면,
피드백 장치는 커다란 언더-오버슈트에 시달리며, 제어계의 반응속도를 느리게 합니다.

적분값은 비례값이 100% 이하이므로 비례값을 높이면 나타나는 오버슈트를 효과적으로 줄이면서,
비례값이 높은 것처럼 피드백 제어계의 제어 이득을 효과적으로 높혀 주는 부가장치입니다.
이 값은 주로 오차 검출량이 일정해도 시간과 더불어 그 값을 적분하여 출력으로 가산시켜,
오차 검출량을 크게 해주는 시간적인 트릭으로 비례감도를 높이지 않고 제어계의 감도를 올려 주어,
설정값 부근에서의 제어오차를 줄이는 역할을 합니다.

미분값은 주로 모터나 서보, 실린더와 같은 Robotics분야의 엑튜에이터를 안정적으로 제어하기 위한
제어요소로서 기구적인 느린반응에서 제어계가 탈조(제어범위를 이탈하여 난조를 보이는 현상)되어
원하지 않는 이상한 흔들림(난조, 헌팅 등)을 보상(난조를 억제)하기 위해 사용합니다.

전원장치(전기-직류,교류,전압,전류-서보), 가열장치(+온도서보), 냉각장치(-온도서보) 등
제어계의 반응이 무척 빠르거나, 오히려 너무 느린 장치들은 미분제어를 전혀 필요로 하지 않으며,
미분 제어회로를 생략 하거나, 어차피 구성되어 있는 회로는, 제거하지 않고,
미분 제어량을 0%로 세팅하여 무효하게 만듭니다. 회로에서 미분출력은 출력을 낮추는
(비례,적분제어 오차출력과는 반대로 제어신호를 낮춤) 방향으로 작동합니다.
즉 피드백 신호중에서 일정한 주파수 성분을 비례, 적분계에서 제거하는 역할을 담당합니다. 

AVRTOOLS™
   
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