공정제어실습 PCT-M2 PID 제어 설계 결과

본 내용은 " 공정제어실습 PCT-M2 결과레포트 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.06.10

문서 내 토픽

• 1. PID 제어기 설계

  PCT-M2 장치를 이용하여 PID 제어기를 설계하는 실험이다. FOPDT(First Order Plus Dead Time) 전달함수를 통해 K, τ, θ 값을 구하고, 이를 바탕으로 PID 제어 파라미터(P=0.5, I=0.005, D=0)를 도출하였다. Matlab/Simulink를 활용하여 최적의 P, I, D 값을 찾아 시스템의 정상상태 도달 시간을 최소화하였다.

• 2. FOPDT 전달함수 구성

  펌프와 밸브를 통해 저장 탱크에서 프로세스 탱크로 유체를 제어하는 시스템에서 레벨과 시간 데이터를 측정하였다. 측정된 데이터를 Excel에 입력하여 FOPDT 모델의 파라미터를 계산하였으며, 이는 시스템의 동적 특성을 나타내는 1차 지연 시스템으로 모델링되었다.

• 3. 프로세스 제어 시스템 구성

  PCT-M2는 저장 탱크, 프로세스 탱크, 펌프, 솔레노이드 밸브, 압력 변환기, 니들형 배수 밸브로 구성된다. 펌프로 유체를 공급하고 밸브로 유출을 제어하며, 압력 변환기로 수위를 측정하여 USB 연결을 통해 PC의 컨트롤러에 데이터를 전송한다.

• 4. 실험 오차 분석 및 개선

  초기 실험에서 그래프가 예측과 다르게 나타났으며, 원인으로는 정상상태 확인 부족, 실험 시간 부족, FOPDT 계산 오차 등이 있었다. I 값을 조정하여 그래프의 안정성을 개선하였으며, 이를 통해 시스템의 응답 특성을 최적화할 수 있음을 확인하였다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. PID 제어기 설계

  PID 제어기는 산업 제어 시스템에서 가장 널리 사용되는 제어 알고리즘으로, 비례, 적분, 미분 항의 조합을 통해 시스템의 안정성과 응답성을 효과적으로 개선할 수 있습니다. 제어기 설계 시 Ziegler-Nichols 방법이나 루트 궤적 분석 등의 고전적 기법과 현대적 최적화 기법을 병행하면 더욱 정교한 튜닝이 가능합니다. 다만 비선형 시스템이나 시간 지연이 큰 프로세스에서는 기본 PID만으로는 한계가 있으므로, 적응형 제어나 예측 제어 등의 고급 기법 도입을 고려할 필요가 있습니다.

• 2. FOPDT 전달함수 구성

  FOPDT(First Order Plus Dead Time) 모델은 실제 산업 프로세스의 동특성을 간단하면서도 효과적으로 표현할 수 있는 모델입니다. 계단 응답 실험을 통해 얻은 데이터로부터 이득, 시상수, 시간 지연을 추정하는 과정은 시스템 식별의 기초가 됩니다. 다만 고차 시스템을 저차 모델로 근사할 때 정보 손실이 발생할 수 있으므로, 모델의 타당성을 검증하고 필요시 SOPDT 등 더 복잡한 모델 사용을 검토해야 합니다.

• 3. 프로세스 제어 시스템 구성

  프로세스 제어 시스템의 구성은 센서, 제어기, 액추에이터의 통합으로 이루어지며, 각 요소의 특성과 상호작용을 정확히 파악하는 것이 중요합니다. 실시간 데이터 수집, 신호 처리, 제어 알고리즘 실행이 안정적으로 이루어져야 하며, 시스템의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위해 중복 장치와 모니터링 기능이 필수적입니다. 또한 산업 표준과 규제 요건을 준수하면서 비용 효율성을 고려한 설계가 요구됩니다.

• 4. 실험 오차 분석 및 개선

  실험 오차는 측정 오차, 모델링 오차, 계산 오차 등 다양한 원인에서 비롯되며, 각 오차의 특성을 파악하고 정량화하는 것이 중요합니다. 반복 실험을 통한 통계적 분석, 센서 캘리브레이션, 노이즈 필터링 등의 방법으로 오차를 최소화할 수 있습니다. 오차 개선을 위해서는 고정밀 계측 장비 도입, 실험 환경 제어, 데이터 처리 알고리즘 개선 등을 종합적으로 추진해야 하며, 오차 범위를 명확히 제시하여 결과의 신뢰도를 높여야 합니다.