6. 비례 적분 미분(PID) 제어기

PI 제어는 Offset을 0으로 만들어 목표값으로 제어할 수 있지만, 일정한 시간(시정수, 목표값의 63%에 도달하는데 걸리는 시간)이 필요하다. 이때 시정수 값이 크면 응답 성능이 나쁘다는 것을 의미한다. 이러한 응답속도를 개선하기 위해 D 제어의 도입을 필요로 하게 된다.

PID 제어에서 D 제어는 오차의 미분값에 해당하는 제어를 하여 제어성능을 향상시킬 수 있다. D 제어는 에러의 변화를 미리 예측하여 사전에 동작을 취하는 기능이므로 Preact라 불린다.

D 제어는 제어기를 빠르게 동작시켜 제어성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만 공정 및 제어 신호의 노이즈에 대단히 민감하게 작동하여 불필요한 제어기의 출력 변화를 가져오게 하며 결과적으로 시스템을 불안정하게 만들 수 있는 단점이 있다.

그림은 비례-적분-미분제어에서 출력값이 설정값에 어떻게 접근하는가, 제어량 변화, P 제어, PI 제어, PID 제어의 응답특성을 보여준다.

그림 6 PID 제어의 특성