개념 한 쪽
공조냉동기계기사 조절계 및 기본 동작 — P·I·D·온오프·PID
이 세트는 조절계가 편차를 어떻게 조작량으로 바꾸는지를 다룬다. 편차에 비례하는 P동작, 편차를 쌓는 I동작, 편차의 변화율을 쓰는 D동작, 켜고 끄는 온-오프 동작과 이들을 합친 PID가 중심이다.
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뜻
조절계는 목표값과 실제값의 차이인 편차를 받아 조작량을 만든다. 편차를 어떻게 쓰는지에 따라 기본 동작이 나뉜다.
비례동작(P)은 편차에 비례해 조작량을 정한다. 편차가 크면 조작량도 크다. 다만 정상 상태에서 잔류편차가 남는다. 적분동작(I)은 편차를 시간에 따라 쌓아 잔류편차를 없앤다. 미분동작(D)은 편차가 변하는 속도, 곧 변화율에 비례해 조작량을 가감한다. 오차가 급격히 커지려 할 때 미리 대응하므로 안정성을 높인다.
PI 제어는 적분 항으로 정상 상태 오차를 줄이는 데 쓴다. 비례동작만으로는 남는 편차를 적분동작이 없애기 때문이다. PD 제어는 미분 항이 응답을 빠르게 하지만 적분 항이 없어 정상편차는 남는다.
온-오프 동작은 설정값을 기준으로 출력을 켜고 끄는 방식이다. 출력이 연속적으로 변하지 않고 이산적으로 바뀌므로 불연속 제어다. 그래서 설정값 주변에서 상태가 반복해서 바뀌는 사이클링이 생긴다. 비례·적분·미분 동작은 출력이 연속적으로 변하는 연속 제어다.
PID 제어는 세 동작을 모두 쓴다. 적분으로 정상편차를 없애고 미분으로 응답을 빠르게 하며 비례로 기본 조작량을 정한다.
예제
출제 패턴은 네 가지다. ① P동작 — 편차에 비례하며 잔류편차가 남는다. ② I동작 — 편차를 쌓아 정상편차를 없앤다. ③ D동작 — 편차의 변화율에 비례해 오차가 커지는 것을 미리 막는다. ④ 온-오프 — 불연속 제어이며 사이클링이 생기고, PID는 연속 제어다.
자주 묻는 물음
- P동작과 I동작은 어떻게 다른가요?
- P동작은 편차에 비례해 조작량을 정하므로 응답이 빠르지만 잔류편차가 남는다. I동작은 편차를 시간에 따라 쌓아 그 잔류편차를 없앤다. 그래서 PI 제어는 정상 상태 오차를 줄이는 데 쓴다.
- 미분동작은 무엇을 이용하나요?
- 편차의 변화율을 이용한다. 편차가 급격히 변할 때 조작량을 가감해 오차가 커지는 것을 미리 막고 안정성을 높인다. 편차의 크기가 아니라 변화 속도를 보는 것이 비례동작과 다르다.
- 온-오프 제어와 PID 제어는 어떻게 구분하나요?
- 온-오프 제어는 설정값을 기준으로 출력을 켜고 끄므로 불연속 제어이고 사이클링이 생긴다. PID 제어는 비례·적분·미분을 조합해 출력을 연속적으로 바꾸므로 연속 제어다.
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