5. 비례 미분(PD) 제어기

비례-미분제어는 오차를 미분한 미분제어를 비례제어와 병렬로 연결하여 사용하는 제어기법이다. 비례제어와 미분제어를 함께 쓴다는 의미에서 비례-미분제어라 한다.

비례-미분제어는 오차신호의 변화를 억제하는 역할을 하기 때문에 감쇠비(Decay Ratio)를 증가시키고 초과를 억제하는데 효과적이다. 이러한 미분제어의 효과를 고려하여 PD제어기를 설계하면 시스템의 과도응답 특성(Overshoot가 커지는 현상)을 개선시킬 수 있다. 하지만 PD 제어를 사용하는 경우 P 제어의 응답특성인 Offset은 사라지지 않는다.

그림 5 오차의 선형 변화에 대한 PD 제어기의 응답

미분 제어 방식을 사용하려 한다면, 비례 제어 방식과 결합하여 제어 시스템에 적용한다. 이와 같은 관계로, 미분 제어 방식을 단독으로 응용한 제어 시스템보다 비례 미분 제어 방식을 적용한 제어 시스템이 많다.

비례 미분 제어는 비례 제어와 미분 제어의 이점을 결합한 것이다. 순간적으로 외란이 있거나 제어량이 변할 때에만 미분기의 출력이 발생한다. PD 제어기의 출력 신호는 즉각적으로 빨리 상승하지 않는다. 즉, 비례와 미분 전압에 대한 제동 효과를 제공한다. 제동 효과가 있는 제어 시스템은 단순한 비례 제어 시스템에서 생기는 진동의 위험없이 빠르게 오차 변화에 반응할 수 있는 능력이 있다.