PID 제어기는 엔지니어링에서 가장 흔하게 사용되는 제어 회로입니다. 이는 비례(P), 적분(I), 미분(DM)의 세 가지 항으로 구성됩니다. 각 항은 목표 설정값과 측정된 출력값 사이의 오차에 반응합니다. 이 세 항의 합이 액추에이터를 구동합니다.

비례 제어는 현재 오차에 반응하고, 적분 제어는 누적된 과거 오차에 반응하며, 미분 제어는 예측된 미래 오차에 반응합니다. 이 세 가지 제어 방식이 결합되어 빠른 응답, 정상 상태 오차 제로, 그리고 감쇠 기능을 제공합니다. 이 제어기는 구현이 간단하고 다양한 시스템에 적용 가능하며, 온도 조절 장치, 드론, 크루즈 컨트롤, 산업 공정 등 여러 분야에서 널리 사용됩니다.

PID 튜닝 매개변수

• Kp: 비례 이득, 전류 오차에 반응합니다.
• Ki: 적분 이득, 정상 상태 오차를 제거합니다.
• Kd: 미분 이득, 오버슈트를 감소시킵니다.
• 샘플링 시간: 루프가 실행되는 빈도.
• 안티와인드업: 적분항이 지나치게 커지는 것을 방지합니다.

튜닝이 가장 어려운 부분입니다. 지글러-니콜스 법칙은 시작점을 제공하고, 수동 튜닝을 통해 이를 미세 조정합니다. Kp 값이 너무 크면 시스템이 진동하고, Ki 값이 너무 크면 오버슈트가 발생하며, Kd 값이 너무 크면 노이즈가 증폭됩니다. 목표는 오버슈트를 최소화하면서 설정값에 빠르게 도달하고 그 상태를 유지하는 응답을 얻는 것입니다. 일부 시스템은 스텝 입력을 가하고 응답을 측정하여 자동 튜닝을 수행합니다. 다른 시스템은 모델 기반 튜닝을 사용합니다. 잘 튜닝된 PID 컨트롤러는 눈에 띄지 않게 작동합니다. 시스템이 제대로 작동하는 것이죠. 반대로 튜닝이 잘못된 컨트롤러는 진동하거나, 오버슈트가 발생하거나, 응답이 느려집니다. PID가 항상 최고의 컨트롤러는 아니지만, 거의 항상 가장 먼저 시도되는 컨트롤러입니다.