비례 제어, 적분 제어, 미분 제어의 역할은 각각 무엇인가요?

PID는 영어 단어인 비례(Proportion), 적분(Integral), 미분(Differential coefficient)의 약자입니다.PID 제어는 실제로 비례, 적분, 미분이라는 세 가지 제어 방식으로 구성됩니다. 비례 조절: 시스템의 편차에 비례하여 반응하는 것으로, 시스템에 편차가 생기면 즉시 조절 작용을 통해 그 편차를 줄입니다.비례 작용이 크면 조절 속도가 빨라지고 오차가 줄어들지만, 비례율이 지나치게 클 경우 시스템의 안정성이 저하되어 심지어 시스템이 불안정해질 수 있습니다. 적분 조절: 시스템이 정상 상태 오차를 제거하고 무오차도를 향상시키는 것입니다.오차가 있기 때문에, 오차가 없어질 때까지 적분 조절이 이루어지고, 그 후에는 적분 조절이 중단되며 일정한 값이 출력됩니다.적분 작용의 강도는 적분 시간 상수 Ti에 따라 결정되며, Ti가 작을수록 적분 작용은 더욱 강해집니다.반대로 Ti가 클수록 적분 효과는 약해지며, 적분 조절을 추가하면 시스템의 안정성이 저하되고 동적 응답 속도가 느려집니다.적분 작용은 종종 다른 두 가지 조절 원리와 결합하여 PI 조절기나 PID 조절기를 형성합니다. 미분 조절: 미분 작용은 시스템의 편차 신호의 변화율을 반영하며, 예측 능력을 가지고 있어 편차의 변화 추세를 미리 파악할 수 있습니다. 따라서 선제적인 제어가 가능해져, 편차가 발생하기 전에 미분 조절 작용에 의해 이미 제거됩니다.따라서 시스템의 동적 성능을 향상시킬 수 있습니다.미분 시간을 적절히 선택하면 오버슈트를 줄이고 조정 시간을 단축할 수 있습니다.미분 작용은 노이즈 간섭을 증폭시키는 효과가 있으므로, 과도한 미분 조절은 시스템의 간섭 저항력에 해로울 수 있다.또한, 미분 반응은 변화율이며, 입력에 변화가 없을 때 미분 작용의 출력은 0이 됩니다.미분 작용은 단독으로 사용될 수 없으며, 다른 두 가지 제어 원리와 결합하여 PD 또는 PID 제어기를 구성해야 합니다.

간단히 말해 비율 조절이란 편차의 크기에 따라 조절하는 것으로, 편차가 클수록 조절 효과도 더 강해집니다； 적분 조절은 편차의 시간에 따라 조절되며, 편차가 있으면 출력이 발생하여 잔차를 제거하는 역할을 합니다； 미분 조절은 편차의 변화 속도에 따라 조절되며, 변화 속도가 빠를수록 출력값도 커집니다. 편차가 변하지 않으면 이 기능은 아무런 출력도 하지 않아 선제적 조절 역할을 합니다.