seegongsik

공조냉동기계기사 시운전 및 안전관리 · 조절계와 PID 제어동작

Controllers and PID Action

조절계는 편차(목표값 − 제어량)를 받아 조작량을 정하는 기기이고, 그 셈법이 비례(P) · 적분(I) · 미분(D) 세 동작이다. 비례 동작은 편차에 비례해 바로 움직이지만 그것만으로는 잔류 편차(오프셋)가 남고, 적분 동작은 편차를 시간으로 쌓아 그 잔류 편차를 없앤다. 미분 동작은 편차가 변하는 빠르기에 반응해 앞질러 움직이므로 오버슈트와 흔들림을 줄이지만, 측정값의 잡음에도 민감하다. 그림은 2차 지연 공정을 설명용 모델로 두고 목표값을 0 에서 1 로 바꿨을 때의 제어량 응답이고, Kp · Ki · Kd 슬라이더를 옮기면 곡선과 맨 위의 끝값 · 최고값이 바뀐다.

세 이득 바꾸기

2
2
0
💡 관찰
①지금 끝값 1.00 · 최고값 1.16
②Ki 를 0 으로 두면 끝값이 Kp ÷ (1 + Kp)(이 모델 기준)에 머물러 잔류 편차가 남는다
③Ki 를 키우면 잔류 편차는 사라지지만, 지나치면 오버슈트가 커진다
④Kd 를 키우면 오버슈트가 줄고 곡선이 차분해진다

식과 제어용 기기

PID 조작량
u = Kp·e + Ki∫e dt + Kd·de/dt
비례 · 적분 · 미분 세 항의 합이다. 흔히 Kp(e + (1/Ti)∫e dt + Td·de/dt) 처럼 적분 시간 Ti 와 미분 시간 Td 로도 쓴다
📏 제어용 기기
①변환기(컨버터): 전류 · 전압 · 공기압 같은 신호를 다른 종류로 바꾼다
②검출 변환기: 검출기 출력을 표준 신호(예: 직류 4 ~ 20 mA)로 바꿔 멀리 보낸다
③조절계: 편차를 받아 P · PI · PD · PID 동작으로 조작량을 낸다
④조절계 출력은 조작부(전동 밸브 · 포지셔너)로 이어진다

동작의 조합

👀 동작 기구
①비례 동작(P): 빠르지만 잔류 편차가 남는다
②비례 적분 동작(PI): 잔류 편차를 없애지만 응답이 늦어지고 오버슈트가 생기기 쉽다
③비례 미분 동작(PD): 응답이 빨라지고 오버슈트가 줄지만 잔류 편차는 남는다
④비례 적분 미분 동작(PID): 잔류 편차를 없애면서 응답도 빠르게 하려는 조합이다
⑤2위치(온오프) 동작: 켜고 끄기만 하는 불연속 동작이라 제어량이 목표값 위아래로 오르내린다

시험 포인트와 기출 유형

🎯 시험 포인트
①P 는 잔류 편차가 남고, I 는 이를 없앤다
②D 는 변화 속도에 반응해 오버슈트를 줄이지만 잡음에 민감하다
③PI 는 잔류 편차를 없애고, PD 는 응답을 빠르게 한다
④조절계는 편차를 받아 조작량을 내는 기기다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 잔류 편차(오프셋)를 없애는 동작은? (답: 적분 동작, I)
②[기출유형] 비례 동작만 쓰면 남는 것은? (답: 잔류 편차)
③[기출유형] 오버슈트를 줄이고 응답을 빠르게 하는 동작은? (답: 미분 동작, D)
← 이전
조작용·검출용 기기
다음 →
냉동공조기 설치·유지보수 관련법규

마지막 수정