PID 제어가 필요한 이유

PID 제어가 필요한 이유

일반적으로 두 개의 서로 다른 모터 A와 C를 사용하여 로봇을 직진시키려면 모터의 미세한 차이 때문에 정직진이 정확히 되지 않습니다. 따라서 정확한 직진을 위해서는 모터의 파워를 약간씩 조절하여 정직진하도록 만들어야 합니다. 일정 시점에서 모터의 회전각이나 회전 바퀴수를 비교하여 덜 회전한 모터를 더 회전하게 만들어 주면 정직진할 수 있을 것입니다. 하지만 이러한 과정을 수동적으로 조절하기란 매우 어렵습니다. 예를 들어, 모터 출력을 50으로 똑같이 설정하더라도, 서로 다른 모터 A와 C는 서로 다르게 회전할 것입니다. 모터의 출력이 서로 미세하게 다르기 때문에 모터 A가 파워 50의 출력 으로 회전하는 양과, 모터 C가 파워 50의 출력으로 회전하는 양은 다릅니다. 따라서 같은 값으로 출력을 준다고 하면 시간이 흐를수록 점점 그 차이가 더 커지게 되어있습니다. 따라서 모터가 정확한 비율로 회전하기 위해서는 모터에 입력되는 전 류의 양 만으로는 부족하고, 다른 방법이 필요합니다. 이 때 사용할 수 있는 방법이 PID 속도 제어입니다. 서보모터의 회전센서값을 활용하면 특정 기준에 맞는 회전 속도를 구현할 수 있습니다. 예를 들어 어떤 모터는 전류 46%를 공급하면 1분에 50바퀴 회전하고, 어떤 모터는 전류 51%를 공급 해야 1분에 50바퀴 회전한다고 합시다. 그렇다면 두 바퀴가 같은 속도나 같은 비율로 회전하기 위해서 한쪽 모터는 46%로 전기를 공급하고 다른 한쪽 모터는 51%로 전기를 공급하면 될 것입니다. 이러한 과정을 자동으로 해주는 제어방식이 조정해주는 것입니다. 모터의 전류값을 PID 속도 제어로서, 정확한 속도를 맞추기 위해서 자동적으로 모터의 전류값을 조정해주는 것입니다. PID 제어는 기계나 구조가 움직이는 값이 사람이 원하는 목표값과 다르게 작동하기 때문에 발생하는 오차를 제어하기 위한 방법입니다. PID 제어에서 P는 proportional(비례)을 뜻하는 것으로서 목표값과의 오차가 때문에 발생하는 오차를 제어하기 위한 방법입니다. 따라서 제어하는 것을 뜻합니다. 예를 들어 집의 난방 온도를 30도로 가정하고, 집의 난방 보일러는 가열되다가 어느 순간 30도를 넘어갈 것이고 30도를 넘어가면 보일러의 가동이 멈춥니다. 그러나 가열된 난방은 30도를 그 시간이 지나 30도 이하로 온도가 내려가면 보일러가 가동되어 온도를 올릴 때까지는 30도 보다 작은 온도로 P제어는 On/Off 제어라고도 불리는 것으로 계속적으로 맞추기 위해 시작, 정지를 반복하게 됩니다. I는 integral(적분)을 뜻하는 것으로 오차값들을 모아 어느 순간에 일정량의 오차가 누적되면 한번에 오차를 수정하는 방법입니다. 기계가 움직이기 시작한 후 어느 정도 시간이 지난 다음 누적된 오차가 일정 수준 이상일 때, 적당한 보정을 가해주는 에러값 수정 방법입니다. D는 differential(미분)을 뜻하는 것으로 일정 시간 동안에 발생한 오차의 크기에 따라 그 보정을 다르게 해주는 것입니다. 쉽게 이야기하면 같은 시간 동안 오차가 크게 발생하면 보정을 많이 하고 오차가 작으면 작은 만큼 보정한다는 의미입니다. 일정 시간 동안에 만들어진 오차의 크기에 따라서 보정의 크기를 다르 게 해주는 방법입니다. 따라서 어떠한 기계나 로봇이 작동하면서 발생되는 오차를 처리하기 위해 PID 제어의 각 방법을 모두 혹은 몇 가지를 복합적으로(P, PI, PID 등) 사용하게 됩니다. 기계나 로봇의 목적에 따라 적당한 에러 제어 방법을 선택하여 사용하면 됩니다.