KR0120608B1 - 퍼지 추론을 적용한 pid 자기동조 제어방법 및 장치 - Google Patents

퍼지 추론을 적용한 pid 자기동조 제어방법 및 장치

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KR0120608B1 KR1019940038288A KR19940038288A KR0120608B1 KR 0120608 B1 KR0120608 B1 KR 0120608B1 KR 1019940038288 A KR1019940038288 A KR 1019940038288A KR 19940038288 A KR19940038288 A KR 19940038288A KR 0120608 B1 KR0120608 B1 KR 0120608B1
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Abstract

본 발명의 PID 자기동조 제어장치는 계전기,PID제어부 및 퍼지추론부를 포함한다. 계전기는, 대상 시스템의 진동 주기와 진폭을 구하기 위하여 진동 실험을 수행한다. PID 제어부는 진동 주기와 진폭에 따른 PID 파라메터에 의하여 대상 시스템을 제어한다. 퍼지 추론부는, PID 파라메터에 따른 대상 시스템의 단위 응답 특성이 사용자로부터의 사양에 맞지 않으면, 사용자로부터의 사양을 입력 변수로 하는 퍼지 추론에 의하여 PID 파라메터를 변경한다.

Description

퍼지 추론을 적용한 PID 자기동조 제어방법 및 장치
제1도는 종래의 PID 자기동조 제어장치를 도시한 개략적 블록도이다.
제2도는 종래의 PID 자기동조 제어방법에 따른 개략적 흐름도이다.
제3도는 본 발명에 따른 PID 자기동조 제어장치를 도시한 개략적 블록도이다.
제4도는 본 발명에 따른 PID 자기동조 제어방법에 따른 개략적 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1a,3a : 계전기 1b,3b : 대상 시스템
1c,3c : PID 제어부 3d : 퍼지 추론부
본 발명은 자기동조 제어방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 퍼지 추론을 적용한 PID 자기동조 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
PID(Proportional, Integarl Derivative)자기동조 제어방식이란, PID 제어에 있어서 사용자가 입력시킨 사양에 따라 PID 파라메터를 자동적으로 조정하는 제어방식을 말한다.
PID 제어방식이란, 연속되는 제어동작에 있어서 비례동작(Proportional action), 적분동작(Integral action) 그리고 미분동작(Derivative action)이 복합적으로 작용하는 제어방식이다. 통상적으로 미분동작은 큰 시정수가 있는 프로세스 제어 등에서 나타나는 오버 슈트(over-shoot)를 감소시키는 역할을 하고, 적분 동작은 잔류편차(off-set)를 감소시키는 역할을 한다.
제1도에는 종래의 PID 자기동조 제어장치가 도시되어 있다. 제1도에서 1a는 대상 시스템의 진동 주기와 진폭을 구하기 위하여 진동 실험을 수행하는 계전기(relay)를 나타낸다. 1b는 제어의 대상이 되는 대상 시스템을 나타낸다. 그리고 1c는 계산된 진동 주기와 진폭을 적용하여 PID 파라메터를 설정한 후, 설정된 PID 파라메터를 적용하여 PID제어를 수행하는 PID 제어부를 나타낸다. 제2도에는 종래의 PID 자기동조 제어방법이 도시되어 있다. 제1도와 제2도를 참조하면서 종래의 PID 자기동조 제어방식을 살펴보기로 한다.
먼저 PID 제어부(1c)는 사용자로부터 사용자가 원하는 사양 즉, 이득 여우와 위상 여유를 입력받게 된다(단계 21). 여기서 이득 여유와 위상 여유는 제어계(制御系)의 안정도를 결정하는 파라메터(paramater)이다. 사용자의 사양이 입력되면, 계산기(1a)와 대상 시스템(1b)을 연결하고(단계 22) 진동 실험을 하게 된다(단계 23). 진동 실험 중에 나타나는 진동 주기와 진폭을 계산하고(단계 24), 계산된 진동 주기와 진폭을 적용하여 PID 제어부(1c)의 파라메터를 설정한다(단계 25). 통상적으로 PID 파라메터를 설정할 때에 적용되는 위상 여유는 30°를 기준으로 한다. PID 파라메터가 설정되면, PID 제어부(1c)와 대상 시스템(1b)을 연결하고(단계 26) PID 제어를 실시한다(단계 27).
상기와 같은 동작 과정으로 이루어지는 종래의 PID자기동조 제어방식은, 사용자로부터 사양이 반영되었는지 확인할 수 없으므로, 제어의 정확도 및 정밀도가 떨어지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안해서 창안된 것으로, 사용자로부터의 사양이 반영되었는지를 확인하여 최대한 반영시킬 수 있는 PID 자기동조 제어방법 및 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 PID 자기 동조 제어방법은, 사용자로 부터의 사양에 따라 대상 시스템에 대하여 진동 실험을 수행한 후, 그 결과에 따라 PID 파라메터를 설정하여 제어하는 PID 자기동조 제어방법에 해당된다. (S1) 상기 진동 실험에 의하여 진동 주기와 진폭을 구한다. (S2) 구해진 진동 주기와 진폭을 적용하여 PID 파라메터를 설정한다. (S3) 설정된 PID 파라메터로써 단위 응답 실험을 하여, 구해진 단위 응답 특성이 상기 사용자로부터의 사양에 맞는지를 확인한다. (S4) 구해진 단위 응답 특성이 상기 사용자로부터의 사양에 맞는 경우에, PID 파라메터를 적용하여 PID 제어를 수행한다. (S5) 구해진 단위 응답 특성이 상기 사용자로부터의 사양에 맞지 않는 경우에, 상기 사용자로부터의 사양을 입력 변수로 하는 퍼지추론에 의하여 PID 파라메터를 변경하여, 상기 S4 단계부터 반복 수행한다.
본 발명의 S4 단계에서 설정된 PID 파라메터가 사용자로부터의 사양에 맞는지를 확인할 수 있고, S5 단계에서 사용자로부터의 사양을 최대한 반영할 수 있다.
바람직하게는, 상기 S5단계는, (S51) 상기 S4 단계부터 반복 수행하는 횟수를 설정하는 단계 ; (S52) 상기 반복 수행하는 횟수에 이를 때까지는 상기 퍼지 추론에 의하여 I와 D의 파라메터를 변경하여, 상기 S4 단계부터 반복 수행하는 단계 ; 및 (S53) 상기 반복 수행하는 횟수에 이를 때까지 상기 사용자로부터의 사양에 맞는 I와 D의 파라메터를 설정하지 못하면, P의 파라메터를 변경하여, 상기 S4 단계부터 반복 수행하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 단계 S52에서의 퍼지 추론은, 상기 입력 변수의 데이터에 관련되는 기준 학습 데이터를 구하는 단계 ; 및 구해진 기준 학습 데이터의 구조에 해당되는 소속 함수에 따라, 상기 적분 시간과 미분 시간을 추론하는 단계에 의하여 수행된다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 PID 자기동조 제어장치는, 계전기, PID 제어부 및 퍼지 추론부를 포함한다. 상기 계전기는, 대상 시스템의 진동 주기와 진폭을 구하기 위하여 진동 실험을 수행한다. 상기 PID 제어부는 상기 진동 주기와 진폭에 따른 PID 파라메터에 의하여 상기 대상 시스템을 제어한다. 상기 퍼지 추론부는, 상기 PID 파라메터에 따른 상기 대상 시스템의 단위 응답 특성이 사용자로부터의 사양에 맞지 않으면, 상기 사용자로부터 사양을 입력변수로 하는 퍼지 추론에 의하여 상기 PID 파라메터를 변경한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
제3도에는 본 발명에 따른 PID 자기동조 제어장치가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 PID 자기동조 제어장치는 계전기(3a), PID 제어부(3c) 및 퍼지 추론부(3d)를 포함한다. 계전기(3a)는, 대상 시스템(3b)의 진동 주기와 진폭을 구하기 위하여 진동 실험을 수행하기 위하여 마련된다. PID 제어부(3c)는 진동 주기와 진폭에 따른 PID 파라메터에 의하여 대상 시스템(3b)을 제어한다. 퍼지 추론부(3d)는, PID 파라메터에 따른 대상 시스템(3a)의 단위 응답 특성이 사용자로부터의 사양에 맞지 않으면, 사용자로부터의 사양을 입력 변수로 하는 퍼지 추론에 이하여 PID 파라메터를 변경한다.
제4도에는 본 발명에 따른 PID 자기동조 제어방법에 도시되어 있다. 제3도와 제4도를 참조하면서 본 발명에 따른 PID 자기동조 제어방식을 살펴보기로 한다.
먼저 사용자로부터 사용자가 원하는 사양 즉, 이득 여유, 위상 여유, 정착 시간, 오버 슈트, 감쇠비 등을 입력한다(단계41). 여기서 감쇠비(damping ratio)란, 과도응답(過渡應答, transient response)의 소멸되는 정도를 나타내는 양으로서, 최대 오버슈트와 다음 주기에 오는 제2 오버슈트의 비(감쇠비=제2 오버슈트의 크기/최대 오버슈트의 크기)를 말한다. 이득 여유와 위상 여유는 클수록 제어계의 안정성이 좋아지지만, 안정도를 너무 크게 하면 제어계의 속응성(速應性)이 떨어지게 된다. 따라서 위상 여유 40°~60°, 이득 여유 10~20dB가 일반적으로 사용된다.
사용자의 사양이 입력되면, 계전기(3a)와 대상 시스템(3b)을 연결하고(단계 42) 진동실험을 한다(단계 43). 계전기(3a)를 되먹임 제어 루프에 연결하고 사용자의 사양에 따른 최대 제어량을 인가하면, 대상 시스템(3b)의 출력은 진동하게 된다. 대상 시스템(3b)의 출력에서 나타나는 진동 주기와 진폭을 계산하고(단계 44), 계산된 진동 주기와 진폭을 적용하여 PID 파라메터를 설장한다(단계 45). 여기서 PID 파라메터를 설정하기 위하여, 진폭을 나이키스트 선도(Nyquist plot)상에 나타나는 제어계의 크기로 환산하는 과정이 필요하다. 나이키스트 선도상에 나타나는 제어계의 크기를 kc, 계전기(3a)자체의 진폭을 d, 진동 실험에 의하여 출력된 진폭을 A라고 한다면, kc=4d/πA의 식으로써 환산된다. 따라서 나이키스트 선도상에 나타나는 제어계의 크기(kc)와 진동 주기(tc)를 적용하여 PID 파라메터를 설정한다.
PID 파라메터가 설정되면, 설정된 PID 파라메터에 따른 제어계의 단위 응답 특성이 사용자의 사양을 만족시키는지를 확인하는 단위 응답 실험을 수행한다(단계 46). 즉, 설정된 PID 파라메터에 따른 단위 제어량을 대상 시스템(3b)에 인가하여, 대상 시스템(3b)으로부터 출력에 따른 이득 여유, 위상 여유, 정착시간, 오버슈트, 감쇠비 등을 측정한다. 단위 응답 특성이 사용자의 사양을 만족시키는 경우, 설정된 PID 파라메터로써 PID 제어를 수행한다(단계 51). 단위 응답 특성이 사용자의 사양을 만족시키지 못한 경우, 상기 사용자로부터의 사양을 입력 변수로 하는 퍼지 추론 과정을 수행하여(단계 47) 적합한 PID 파라메터를 찾는다.
퍼지 추론에 의하여 PID 파라메터를 변경시키는 과정에서 실제적으로 P(비례 제어) 파라메터의 변화는 제어계에 큰 영향을 미치게 되므로, 먼저 I(적분 제어)와 D(미분 제어) 파라메터를 변화시키면서(단계 48) 적합한 값을 찾는다. ID 파라메터의 변경(단계 48) 단계에서는, 적분 시간과 미분 시간을 변경함으로써 I와 D의 파라메터가 변경되게 한다. 따라서 상기 퍼지 추론 단계(47)에서는, 상기 입력 변수의 데이터에 관련되는 기준 학습 데이터를 구한 후, 구해진 기준 학습 데이터의 구조에 해당되는 소속 함수에 따라, 상기 적분 시간과 미분 시간을 추론한다.
이와 같은 퍼지 추론 과정에 있어서, 입력 횟수 즉, 반복 수행 횟수 X의 기준값을 N을 설정하여, N의 횟수동안 사용자 사양에 적합한 I와 D의 파라메터를 찾지 못하면(단계 49), 최종적으로 P 파라메터를 변화시키면서 적합한 PID 파라메터를 찾는다(단계50).
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 PID 자기동조 제어방법 및 장치에 의하면, 사용자로부터의 사양이 반영되었는지를 확인하여 최대한 반영시킬 수 있으므로, 제어의 정확도 및 정밀도가 높아진다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다.

Claims (5)

  1. 사용자로부터의 사양에 따라 대상 시스템에 대하여 진동 실험을 수행한 후, 그 결과에 따라 PID 파라메터를 설정하여 제어하는 PID 자기동조 제어방법에 있어서, (S1) 상기 진동 실험에 의하여 진동 주기와 진폭을 구하는 단계 ; (S2) 구해진 진동 주기와 진폭을 적용하여 PID 파라메터를 설정하는 단계 ; (S3) 상기 PID 파라메터로써 단위 응답 실험을 하여, 구해진 단위 응답 특성이 상기 사용자로부터의 사양에 맞는지를 확인하는 단계 ; (S4) 구해진 단위 응답 특성이 상기 사용자로부터의 사양에 맞는 경우에, PID 파라메터를 적용하여 PID 제어를 수행하는 단계 ; 및 (S5) 구해진 단위 응답 특성이 상기 사용자로부터의 사양에 맞지 않는 경우에, 상기 사용자로부터의 사양을 입력 변수로 하는 퍼지 추론에 의하여 PID 파라메터를 변경하여, 상기 S4 단계부터 반복 수행하는 단계를 포함한 것을 그 특징으로 하는 PID 자기동조 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 S5 단계는, (S51) 상기 S4 단계부터 반복 수행하는 횟수를 설정하는 단계 ; (S52) 상기 반복 수행하는 횟수에 이를 때까지는 상기 퍼지 추론에 의하여 I와 D의 파라메터를 변경하여, 상기 S4 단계부터 반복 수행하는 단계 ; 및 (S53) 상기 반복 수행하는 횟수에 이를 때까지 상기 사용자로부터의 사양에 맞는 I와 D의파라메터를 설정하지 못하면, P의 파라메터를 변경하여, 상기 S4 단계부터 반복 수행하는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 하는 PID 자기동조 제어방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단계 S52는, 적분 시간과 미분 시간을 변경함으로써 상기 I와 D의 파라메터가 변경되게 하는 것을 그 특징으로 하는 PID 자기동조 제어방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단계 S52에서의 퍼지 추론은, 상기 입력 변수의 데이터의 관련되는 기준 학습 데이터를 구하는 단계 ; 및 구해진 기준 학습 데이터의 구조에 해당하는 소속 함수에 따라, 상기 적분 시간과 미분 시간을 추론하는 단계에 의하여 수행되는 것을 그 특징으로 하는 PID 자기동조 제어방법.
  5. 대상 시스템의 진동주기와 진폭을 구하기 위하여 진동 실험을 수행하기 위한 계전기 ; 상기 진동 주기와 진폭에 따른 PID 파라메터에 의하여 상기 대상 시스템을 제어하기 위한 PID 제어부 ; 상기 PID 파라메터에 따른 상기 대상 시스템의 단위 응답 특성이 사용자로부터의 사양에 맞지 않으면, 상기 사용자로부터의 사양을 입력 변수로 하는 퍼지 추론에 의하여 상기 PID 파라메터를 변경하기 위한 퍼지 추론부를 포함한 것을 그 특징으로 하는 PID 자기동조 제어장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103439882A (zh) * 2013-09-02 2013-12-11 北京经纬恒润科技有限公司 一种控制器参数的调整方法和装置

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