KR100872985B1 - Output control method of proportional-integrate-derivative controller - Google Patents

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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P.I., P.I.D.

Abstract

본 발명은 비례적분미분(Proportional-Integrate-Derivative, 이하 'PID'라 함) 제어기의 출력값 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 와인드업(Windup) 현상을 억제시키며 신속하게 제어 대상을 안정화시키기 위한 PID 제어기의 출력값 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of controlling the output value of a proportional integral derivative (PID) controller, and more particularly, to suppress a windup phenomenon and to quickly stabilize a PID control target. It relates to a method of controlling the output value of the controller.

본 발명에 따르면, PID 제어기는 제어 대상의 상태가 안정상태에서 과도상태로 변경되는 경우, 입력되는 에러값을 적용하여 적분 요소의 값을 계산하지 않고, 이전 안정상태에 계산된 적분 요소의 값을 계속 유지시킴으로써 적분 요소의 값의 변화를 제한시킨다. 그에 따라, 본 발명은 적분 요소의 값의 변화에 의해 발생하는 와인드업 현상을 보다 효과적으로 억제시켜 신속하게 제어 대상을 안정화하는 PID 제어가 이루어지게 한다. According to the present invention, when the state of the control object is changed from the stable state to the transient state, the PID controller does not calculate the integral element value by applying an input error value, and calculates the integral element value calculated in the previous stable state. It keeps on limiting the change in the value of the integral element. Accordingly, the present invention more effectively suppresses the wind-up phenomenon caused by the change in the value of the integral element, thereby allowing PID control to be stabilized quickly.

비례적분미분, PID, 와인드업, windup, 방지 Proportional integral, PID, windup, windup, prevention

Description

비례적분미분 제어기의 출력값 제어 방법{OUTPUT CONTROL METHOD OF PROPORTIONAL-INTEGRATE-DERIVATIVE CONTROLLER}Output value control method of proportional integral derivative controller {OUTPUT CONTROL METHOD OF PROPORTIONAL-INTEGRATE-DERIVATIVE CONTROLLER}

도 1은 일반적인 궤한(Feed-Back) 제어계통의 제어 시스템의 구성을 도시한 블럭도,1 is a block diagram showing the configuration of a control system of a general feed-back control system;

도 2는 와인드업 현상을 억제시키기 위해 제안된 PID 제어기의 출력값 제어 방법을 도시한 흐름도, 및 2 is a flowchart illustrating an output value control method of a PID controller proposed to suppress a windup phenomenon; and

도 3은 본 발명에 따른 PID 제어기의 출력값 제어 방법을 도시한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of controlling an output value of a PID controller according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : 감산기 102 : 제어기100: subtractor 102: controller

104 : 제어 대상104: control target

본 발명은 비례적분미분(Proportional-Integrate-Derivative, 이하 'PID'라 함) 제어기의 출력값 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 와인드업(Windup) 현상을 억제시키며 신속하게 제어 대상을 안정화시키기 위한 PID 제어기의 출력값 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of controlling the output value of a proportional integral derivative (PID) controller, and more particularly, to suppress a windup phenomenon and to quickly stabilize a PID control target. It relates to a method of controlling the output value of the controller.

일반적으로 제어시스템은 제어 대상이 신속하게 지령에 응답하도록 제어하여 그에 따른 응답 결과를 얻을 수 있도록 하는 시스템으로, 각종 산업용 기기들에 널리 사용되고 있다.In general, the control system is a system for controlling the control object to respond to the command quickly to obtain a response result, and is widely used in various industrial devices.

도 1은 일반적인 궤한(Feed-Back) 제어계통의 제어 시스템의 구성을 도시한 블럭도로, 궤한 제어계통의 제어 시스템은 도시된 바와 같이 감산기(100)와, 제어기(102)와, 제어 대상(104)으로 구성되어 진다.1 is a block diagram showing the configuration of a control system of a general feed-back control system. The control system of the track control system includes a subtractor 100, a controller 102, and a control object 104 as shown. It consists of).

각 부의 동작을 살펴보면, 감산기(100)는 외부에서 입력되는 지령치(R)과 궤환된 출력값(Y)을 비교하여 에러값(e)을 산출한다. 제어기(102)는 감산기(100)에서 산출한 에러값(e)에 따라 제어 대상(104)의 동작을 제어하는 출력값(ｕ)을 산출하여 제어 대상(104)으로 출력하게 되고, 제어 대상(104)은 제어기(102)로부터 입력받은 출력값(ｕ)에 따라 동작하며 그 동작 결과값(Y)을 출력한다.Looking at the operation of each part, the subtractor 100 compares the command value (R) input from the outside and the feedback output value (Y) to calculate the error value (e). The controller 102 calculates an output value u controlling the operation of the control object 104 according to the error value e calculated by the subtractor 100, and outputs the output value u to the control object 104. ) Operates according to the output value u received from the controller 102 and outputs the operation result value Y.

여기서, 보통 사용되는 제어기(102)의 역할은 제어 대상(104)의 출력값(Y)을 감지하여 지령치(R)를 신속하게 추종하도록 하는 것으로, 비례제어기 또는 비례적분미분 제어기 등이 대표적으로 사용된다.Here, the commonly used role of the controller 102 is to detect the output value Y of the control object 104 to quickly follow the command value R. A proportional controller or a proportional integral derivative controller is typically used. .

그래서 제어기(102)가 비례적분미분(PID) 제어기인 경우, PID 제어기는 감산기(100)가 산출한 에러값(e)에 대한 하기 수학식과 같은 연산을 수행하며 제어 대상(104)을 제어하는 출력값(ｕ)을 산출하고 제어 대상(104)으로 출력한다.Thus, when the controller 102 is a proportional integral derivative (PID) controller, the PID controller performs an operation such as the following equation for the error value e calculated by the subtractor 100 and outputs the control value 104. (u) is calculated and output to the control object 104.

<수학식>Equation

Figure 112007016226963-pat00001
Figure 112007016226963-pat00001

여기서, Kp는 비례이득, KI는 적분이득, 그리고 KD는 미분이득이다.Where K p is proportional gain, K I is integral gain, and K D is differential gain.

그에 따라, PID 제어기는 감산기(100)가 산출한 에러값에 대한 비례 요소(

Figure 112007016226963-pat00002
)를 계산하는 비례계산부, 상기 에러값에 대한 적분 요소(
Figure 112007016226963-pat00003
)를 계산하는 적분계산부, 및 상기 에러값에 대한 미분 요소(
Figure 112007016226963-pat00004
)를 계산하는 미분계산부를 구비하며, 비례계산부, 적분계산부, 및 미분계산부에서 계산된 비례요소, 적분 요소, 미분 요소의 값을 합산하여 제어 대상을 제어하는 출력값(ｕ)을 산출한다.Accordingly, the PID controller uses a proportional factor (i) for the error value calculated by the subtractor 100.
Figure 112007016226963-pat00002
A proportional calculation unit that calculates the
Figure 112007016226963-pat00003
Integrating calculation unit for calculating the &lt; RTI ID = 0.0 &gt; and &lt; / RTI &gt;
Figure 112007016226963-pat00004
Calculates the output value u controlling the control target by summing the values of the proportional element, the integral element, and the derivative element calculated in the proportional calculation unit, the integral calculation unit, and the differential calculation unit. .

그래서 PID 제어기 내 적분계산부는 지령치(R)와 제어 대상(104)의 출력값(Y)의 차이, 즉 감산기(100)에서 산출한 에러값(e)이 음 또는 양의 값으로 클 경우, 빠른 속도로 적분되며 적분 요소의 값이 너무 커지거나 작아지게 된다. 이렇게 커지거나 작아진 적분 요소의 값은 감산기(100)에서 산출된 에러값(e)이 그 반대 부호의 값으로 충분히 지속될 때까지는 없어지지 않기 때문에 제어 대상(104)의 출력값(Y)이 긴 시간 동안에 걸쳐 안정되지 못하고 과도상태를 가지는 결과를 낮게 된다. Therefore, the integral calculation unit in the PID controller has a high speed when the difference between the command value R and the output value Y of the control object 104, that is, the error value e calculated by the subtractor 100 is large as a negative or positive value. The integral element becomes too large or too small. The value of the integral or reduced integral element does not disappear until the error value e calculated by the subtractor 100 is sufficiently sustained as the opposite sign, so that the output value Y of the control object 104 is long for a long time. It is not stable over time and results in a transient state.

이와 같은 현상을 PID 제어기의 와인드업(Windup) 현상이라 한다.This phenomenon is called a windup phenomenon of the PID controller.

결국, 와인드업 현상은 지령치(R)에 따라 PID 제어기가 제어 대상(104)을 제 어하는데 있어서, 제어 대상(104)의 출력값(Y)이 지령치(R)에 도달하게 되는 안정상태로 진입하는데 긴 시간이 걸리게 하는 것이다. As a result, the wind-up phenomenon is long when the PID controller controls the control target 104 according to the command value R, and enters a stable state in which the output value Y of the control target 104 reaches the command value R. It takes time.

따라서, PID 제어기를 이용하여 제어를 수행하는 제어 시스템이 보다 효과적인 제어 동작을 수행하기 위해서는, PID 제어기에서 이러한 와인드업 현상을 억제시키며 신속하게 제어 대상을 안정화시키는 PID 제어가 이루어져야 한다.Therefore, in order for a control system that performs control using a PID controller to perform a more effective control operation, PID control that suppresses such a windup phenomenon and quickly stabilizes a control target must be made in the PID controller.

그러므로 본 발명의 목적은 와인드업(Windup) 현상을 억제시키며 신속하게 제어 대상을 안정화시키는 PID 제어가 이루어지게 하는 비례적분미분 제어기의 출력값 제어 방법을 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a method for controlling the output value of a proportional integral derivative controller which suppresses windup and enables PID control to stabilize a control object quickly.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 비례적분미분 제어기의 출력값 제어 방법은 비례적분미분(PID : Proportional-Integrate-Derivative) 제어기가 지령치와 제어 대상의 출력값 간의 에러값을 입력받고 상기 입력받은 에러값에 대한 비례 요소 및 미분 요소의 값을 계산하는 단계; 상기 계산한 비례 요소의 값을 이용하여 상기 제어 대상의 상태가 안정상태인지 과도상태인지를 판단하는 단계; 상기 판단 결과, 상기 제어 대상의 상태가 과도상태인 경우 상기 과도 상태 이전 상기 제어 대상의 상태가 안정상태인 경우에 입력된 에러값으로 기 계산해 놓은 적분 요소의 값을 확인하는 단계; 및 상기 확인한 적분 요소의 값과 상기 계산한 비례 요소 및 미분 요소의 값을 합산하여 출력값을 계산하는 단계;를 포함하여 이루어진다. In order to achieve the above object, the output value control method of the proportional integral derivative controller according to the present invention is a Proportional-Integrate-Derivative (PID) controller receives the error value between the command value and the output value of the control target, Calculating values of proportional and derivative elements with respect to the received error value; Determining whether the state of the control target is in a stable state or a transient state using the calculated proportional element value; As a result of the determination, when the state of the control object is a transient state, checking a value of an integral element previously calculated as an error value input when the state of the control object before the transient state is a stable state; And calculating an output value by summing values of the checked integral element and the calculated proportional and derivative elements.

여기서, 상기 제어 대상의 상태가 안정상태인지 과도상태인지의 판단은, 상기 비례적분미분 제어기가 상기 계산한 비례 요소의 값을 기 설정해 놓은 상기 비례적분미분 제어기의 최소 출력값 및 최대 출력값과 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과, 상기 비례 요소의 값이 상기 비례적분미분 제어기의 최대 출력값보다 크거가 같고 또는 상기 비례적분미분 제어기의 최소 출력값보다 작거나 같은 경우에 상기 제어 대상의 상태가 과도상태인 것으로 판단하고, 그렇지 않은 경우에 상기 제어 대상의 상태가 안정상태인 것으로 판단하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.Here, the determination of whether the state of the control object is a stable state or a transient state, comparing the proportional integral derivative controller with the minimum output value and the maximum output value of the proportional integral derivative controller which have previously set the calculated value of the proportional element. ; And when the value of the proportional component is greater than or equal to the maximum output value of the proportional integral derivative controller or less than or equal to the minimum output value of the proportional integral derivative controller, determine that the state of the control object is a transient state. Otherwise, determining that the state of the control object is a stable state.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail. However, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 와인드업 현상을 억제시키기 위해 제안된 PID 제어기의 출력값 제어 방법을 도시한 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating an output value control method of a PID controller proposed to suppress a windup phenomenon.

PID 제어기는 와인드업 현상으로 인해 제어 대상의 출력값이 지령치에 도달하도록 제어하는데 있어서 신속한 PID 제어가 수행되지 않는 것을 해소하고자, 도면에 도시된 바와 같은 방법으로 적분 요소의 값의 범위에 제한을 가하였다.In order to eliminate the rapid PID control in controlling the output value of the control target to reach the setpoint due to the windup phenomenon, the PID controller limited the range of values of the integral elements in the manner as shown in the figure.

상세하게 살펴보면, PID 제어기는 지령치와 제어 대상의 현재 출력값의 차이, 즉 에러값을 입력받은 경우, 그 에러값에 대한 비례 요소, 적분 요소, 및 미분 요소의 값들(P값, I값, D값)을 계산한다(S200).In detail, when the PID controller receives the difference between the command value and the current output value of the control object, that is, an error value, the PID controller proportional, integral, and derivative values (P, I, and D) of the error value are input. ) Is calculated (S200).

그리고 상기 계산한 적분 요소의 값(I값)이 기 설정해 놓은 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin)보다 작은 경우, 적분 요소의 값(I값)을 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin)으로 변경(S202,S206), 또는 상기 계산한 적분 요소의 값(I값)이 기 설정해 놓은 PID 제어기의 최대 출력값(ｕmax)보다 큰 경우, 적분 요소의 값(I값)을 PID 제어기의 최대 출력값(ｕmax)으로 변경한다(S204,S208).When the calculated integral value (I value) is smaller than the preset minimum output value (u min ) of the PID controller, the integral component value (I value) is changed to the minimum output value (u min ) of the PID controller ( S202, S206), or when the calculated integral value (I value) is larger than the preset maximum output value (u max ) of the PID controller, the integral component value (I value) is set to the maximum output value (U value) of the PID controller. max ) (S204, S208).

PID 제어기는 비례 요소, 적분 요소, 및 미분 요소의 값들(P값, I값, D값)을 합산하여 제어 대상의 동작을 제어하기 위한 출력값(ｕ)을 계산하고(S210), 그 계산한 출력값(ｕ)을 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin) 및 최대 출력값(ｕmax) 범위 내에 값으로 제한시키고자 출력값(ｕ)이 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin)보다 작으면 출력값(ｕ) 대신 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin)을 출력하였다(S212,S218). 그리고 출력값(ｕ)이 PID 제어기의 최대 출력값(ｕmax)보다 크면 출력값(ｕ) 대신 PID 제어기의 최대 출력값(ｕmax)을 출력하였고(S214,S220), 그 외의 경우, 즉 상기 계산한 출력값(ｕ)이 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin) 및 최대 출력값 범위 내 값인 경우에는 출력값(ｕ)을 출력하며(S212,S214,S216) 제어 대상에 대한 PID 제어를 수행하였다.The PID controller calculates an output value u for controlling the operation of the control target by summing values (P value, I value and D value) of the proportional element, the integral element, and the derivative element (S210), and calculates the calculated output value. If you want to limit (u) to a value within the range of the minimum output value (u min ) and maximum output value (u max ) of the PID controller, if the output value (u) is less than the minimum output value (u min ) of the PID controller, then PID The minimum output value u min of the controller was output (S212, S218). And the output value (u) the maximum output value (u max) which is greater than the output value (u) instead was outputs the maximum output value (u max) of the PID controller (S214, S220), otherwise, that is, the calculated output value of the PID controller ( When u) is within the minimum output value (u min ) and the maximum output value range of the PID controller, the output value (u) is output (S212, S214, S216) and PID control for the control target is performed.

그에 따라, PID 제어기는 지령치와 제어 대상의 출력값 간의 차이, 즉 에러 값을 입력받고 그에 따른 제어 대상의 동작을 제어하기 위한 출력값(ｕ)을 출력할 시에, 그 출력값(ｕ)에 포함되는 적분 요소의 값(I값)을 PID 제어기의 최소 출력값 (ｕmin) 및 최대 출력값(ｕmax)을 이용하여 제한시킴으로써 적분 요소의 값(I값)에 의해 발생하는 와인드업 현상을 억제시키고자 하였다.Accordingly, when the PID controller receives the difference between the command value and the output value of the control object, that is, the error value and outputs the output value u for controlling the operation of the control object accordingly, the integral included in the output value u By limiting the value of the element (I value) using the minimum output value (u min ) and the maximum output value (u max ) of the PID controller, the windup phenomenon caused by the value of the integral element (I value) was tried to be suppressed.

하지만, PID 제어기의 적분 요소의 값(I값)을 PID 제어기의 최소 출력값 (ｕmin) 및 최대 출력값(ｕmax) 범위 내의 값으로 제한하더라도 와인드업 현상을 억제시키지 못하고 제어 대상의 출력값이 지령치 도달하는 안정상태로 진입하는데 오랜 시간이 걸릴 수 있다.However, even if the value (I value) of the integral element of the PID controller is limited to a value within the range of the minimum output value (u min ) and maximum output value (u max ) of the PID controller, the windup phenomenon cannot be suppressed and the output value of the control target reaches the setpoint. It may take a long time to enter into a stable state.

이에 따라, 본 발명은 와인드업(Windup) 현상을 억제시키며 보다 신속하게 제어 대상을 안정화시키는 PID 제어가 이루어지게 하는 또 다른 PID 제어기의 출력값 제어 방법을 제시한다.Accordingly, the present invention provides an output value control method of another PID controller that suppresses windup and enables PID control to stabilize a control object more quickly.

도 3은 본 발명에 따른 PID 제어기의 출력값 제어 방법을 도시한 흐름도로, PID 제어기는 지령치와 제어 대상의 현재 출력값의 차이, 즉 에러값을 입력받은 경우, 그 입력받은 에러값에 대한 비례 요소의 값(P값) 및 미분 요소의 값(D값)만을 우선 계산한다(S300).3 is a flowchart illustrating a method of controlling an output value of a PID controller according to the present invention, in which a PID controller has a difference between a command value and a current output value of a control object, that is, an error value, Only the value (P value) and the value of the derivative element (D value) are first calculated (S300).

그리고 PID 제어기는 상기 계산한 비례 요소의 값(P값)을 PID 제어기의 최소 출력값 (ｕmin) 및 최대 출력값(ｕmax)과 비교하는 동작을 수행하는데, 이를 통해 현재 제어 대상의 출력값이 지령치와 큰 차이를 가지는 과도상태인지 아니면 작은 차이를 가지는 안정상태인지를 확인하고 과도상태와 안정상태를 구분하여 달리 적분 요소의 값(I값)을 제한한다.The PID controller compares the calculated proportional element value (P value) with the minimum output value (u min ) and maximum output value (u max ) of the PID controller. Check whether the transient state has a large difference or a stable state with a small difference, and restricts the value of the integral element (I value) by distinguishing between the transient state and the stable state.

즉, 본 발명에서는 PID 제어기가 비례 요소의 값(P값)을 기 설정되어 있는 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin) 및 최대 출력값(ｕmax)과 비교하고(S302,S304), 비례 요소의 값(P값)이 PID 제어기의 최대 출력값(ｕmax) 이상이거나 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin) 이하의 값인 경우, 현재 제어 대상의 상태를 과도상태로 인식하여 현재 입력된 에러값에 따른 적분 요소의 값(I값)을 계산하지 않는다. 그 대신 이전 안정상태의 적분 요소의 값(I값)을 그대로 이용한다. That is, in the present invention, the PID controller compares the value (P value) of the proportional element with the minimum output value u min and maximum output value u max of the preset PID controller (S302, S304), and the value of the proportional element. If (P value) is greater than or equal to the maximum output value (u max ) of the PID controller or less than or equal to the minimum output value (u min ) of the PID controller, the integral element according to the currently entered error value is recognized as a transient state. Do not calculate the value of (I). Instead, the value of the integral component of the previous stable state (I value) is used as it is.

이와 같이 PID 제어기는 제어 대상의 상태가 안정상태에서 과도상태로 변경되는 경우, 입력되는 에러값을 적용하여 적분 요소의 값을 계산하지 않고, 이전 안정상태에 계산된 적분 요소의 값(I값)을 계속 유지시킴으로써 적분 요소의 값(I값)의 변화를 제한시킨다.In this way, when the state of the control object is changed from the stable state to the transient state, the PID controller does not calculate the integral element value by applying the input error value, but the integral element value (I value) calculated in the previous stable state. By continuing to limit the change in the value (I value) of the integral element.

그리고 PID 제어기는 비례 요소의 값(P값)이 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin) 및 최대 출력값(ｕmax) 범위 내에 존재할 경우(S302,S304), 현재 제어 대상의 상태를 안정상태로 인식하여 현재 입력된 에러값을 적용한 적분 요소의 값(I값)을 계산하도록 한다(S306).If the value of the proportional element (P value) is within the range of the minimum output value (u min ) and the maximum output value (u max ) of the PID controller (S302, S304), the PID controller recognizes the current control target as a stable state. The value (I value) of the integral element to which the currently input error value is applied is calculated (S306).

그에 따라, 본 발명에 따르면 PID 제어기는 현재 제어 대상의 과도상태를 구분지어, 과도상태인 경우에는 입력된 에러값이 적분 요소의 값(I값)에 적용되지 않도록 이전 적분 요소의 값(I값)을 유지시킴으로써 적분 요소의 값(I값)이 크게 변화되는 것을 제한하여 PID 제어에 있어서 발생하는 와인드업 현상이 억제되도록 한 다.Accordingly, according to the present invention, the PID controller distinguishes the transient state of the current control target, and in the case of the transient state, the value of the previous integral element (I value) so that the input error value is not applied to the integral element value (I value). By restricting the change of the integral element (I value) significantly, the windup phenomenon occurring in PID control is suppressed.

여기서, PID 제어기가 초기 동작을 수행할 시에는 이전 제어 대상의 안정상태에 계산해 놓은 적분 요소의 값(I값)이 존재하지 않으므로, 미리 초기 적분 요소의 값(I값)으로 기 설정해 놓은 상기 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin) 및 최대 출력값(ｕmax) 범위 내에 존재하는 임의의 값을 이용한다.In this case, when the PID controller performs the initial operation, since the value (I value) of the integral element calculated in the stable state of the previous control target does not exist, the PID previously set as the value (I value) of the initial integration element is present. Any value existing within the controller's minimum output value u min and maximum output value u max is used.

그리고 PID 제어기는 상기와 같이 적분 요소의 값(I값)의 변화를 일차적으로 제한시킨 후, 이차적으로 도 2를 통해 설명한 방식과 동일한 방식으로 적분 요소의 값(I값)을 제한하는 동작을 수행한다.The PID controller first restricts the change in the value (I value) of the integral element as described above, and then secondarily limits the value (I value) of the integral element in the same manner as described with reference to FIG. 2. do.

다시 말해서, PID 제어기는 최종 출력값(ｕ)을 산출하는데 이용할 적분 요소의 값(I값)이 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin)보다 작은 경우, 적분 요소의 값(I값)을 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin)으로 변경하고(S308,S310), 또는 상기 계산한 적분 요소의 값(I값)이 기 설정해 놓은 PID 제어기의 최대 출력값(ｕmax)보다 큰 경우, 적분 요소의 값(I값)을 PID 제어기의 최대 출력값(ｕmax)으로 변경한다(S312,S314).In other words, if the value of the integral element (I value) to be used for calculating the final output value u is smaller than the minimum output value u min of the PID controller, the PID controller is set to the minimum value of the PID controller. If the value is changed to the output value u min (S308, S310), or the value (I value) of the calculated integral element is larger than the maximum output value (u max ) of the preset PID controller, the value of the integral element (I value) ) Is changed to the maximum output value (u max ) of the PID controller (S312, S314).

그리고 PID 제어기는 비례 요소, 적분 요소, 및 미분 요소의 값들(P값, I값, D값)을 합산하여 제어 대상의 동작을 제어하기 위한 출력값(ｕ)을 계산하고(S316), 그 계산한 출력값(ｕ)을 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin) 및 최대 출력값(ｕmax) 범위 내에 값으로 제한시키고자 출력값(ｕ)이 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin)보다 작으면 출력값(ｕ) 대신 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin)을 출력한다(S318,S320). The PID controller calculates an output value u for controlling the operation of the control target by summing values (P value, I value, D value) of the proportional element, the integral element, and the derivative element (S316), and calculates the calculated value. If the output value u is less than the minimum output value u min of the PID controller, try to limit the output value u to the range within the minimum output value u min and maximum output value u max . The minimum output value u min of the PID controller is output (S318 and S320).

이에 반면, 출력값(ｕ)이 PID 제어기의 최대 출력값(ｕmax)보다 크면 출력값(ｕ) 대신 PID 제어기의 최대 출력값(ｕmax)을 출력한다(S322,S324). In contrast, the output value (u) and outputs the maximum output value (u max) for the PID controller instead of the larger output value (u) than the maximum output value (u max) of the PID controller (S322, S324).

그리고 그 외의 경우, 즉 상기 계산한 출력값(ｕ)이 PID 제어기의 최소 출력값(ｕmin) 및 최대 출력값 범위 내 값인 경우에는 출력값(ｕ)을 출력하며(S318,S322,S326) 제어 대상에 대한 PID 제어를 수행한다.In other cases, that is, when the calculated output value u is within the minimum output value u min and the maximum output value range of the PID controller, the output value u is output (S318, S322, S326) and the PID for the control target. Perform control.

본 발명은 상기와 같이 적분 요소의 값(I값)을 제한함으로써 PID 제어기의 출력값(ｕ)을 제어하여 와인드업 현상이 발생하지 않는 보다 신속한 PID 제어가 수행되도록 해 준다. The present invention controls the output value u of the PID controller by limiting the value (I value) of the integral element as described above, so that the PID control can be performed more quickly without a windup phenomenon.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Although the present invention has been described in detail with reference to exemplary embodiments above, those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. I will understand. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.

본 발명에 따르면, PID 제어기는 제어 대상의 상태가 안정상태에서 과도상태로 변경되는 경우, 입력되는 에러값을 적용하여 적분 요소의 값을 계산하지 않고, 이전 안정상태에 계산된 적분 요소의 값을 계속 유지시킴으로써 적분 요소의 값의 변화를 제한시킨다.According to the present invention, when the state of the control object is changed from the stable state to the transient state, the PID controller does not calculate the integral element value by applying an input error value, and calculates the integral element value calculated in the previous stable state. It keeps on limiting the change in the value of the integral element.

그에 따라, 본 발명은 적분 요소의 값의 변화에 의해 발생하는 와인드업 현상을 보다 능동적이고 효과적으로 억제시키며 제어 대상을 안정상태로 진입시키는 PID 제어가 이루어지도록 해 준다.Accordingly, the present invention enables the PID control to more actively and effectively suppress the windup phenomenon caused by the change of the value of the integral element and to enter the control object into a stable state.

Claims (6)

(a) 비례적분미분(PID : Proportional-Integrate-Derivative) 제어기가 지령치와 제어 대상의 출력값 간의 에러값을 입력받고 상기 입력받은 에러값에 대한 비례 요소 및 미분 요소의 값을 계산하는 단계;(a) Proportional-Integrate-Derivative (PID) controller receives an error value between a command value and an output value of a control object and calculates values of proportional and derivative elements with respect to the received error value; (b) 상기 계산한 비례 요소의 값을 이용하여 상기 제어 대상의 상태가 안정상태인지 과도상태인지를 판단하는 단계; (b) determining whether the state of the control object is in a stable state or a transient state using the calculated proportional element value; (c) 상기 판단 결과, 상기 제어 대상의 상태가 안정상태인 경우, 상기 입력받은 에러값으로 적분 요소의 값을 계산하고, 상기 제어 대상의 상태가 과도상태인 경우 상기 과도 상태 이전 상기 제어 대상의 상태가 안정상태인 경우에 입력된 에러값으로 기 계산해 놓은 적분 요소의 값을 확인하는 단계; 및(c) when the control object is in a stable state as a result of the determination, a value of an integral element is calculated based on the received error value, and when the control object is in a transient state, the control object before the transient state is calculated. Checking a value of an integral element previously calculated with an error value input when the state is stable; And (d) 상기 제어 대상의 상태가 안정상태인 경우에는 상기 계산한 적분 요소의 값을 상기 계산한 비례 요소 및 미분 요소의 값과 합산하여 출력값을 계산하고, 또는 상기 제어 대상의 상태가 과도상태인 경우에는 상기 확인한 적분 요소의 값을 상기 계산한 비례 요소 및 미분 요소의 값과 합산하여 출력값을 계산하는 단계;로 이루어지는 비례적분미분 제어기의 출력값 제어 방법.(d) when the state of the control object is stable, calculates an output value by summing the calculated integral element values with the calculated proportional and derivative elements, or the state of the control object is a transient state. And calculating the output value by summing the checked integral component values with the calculated proportional and derivative components. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제어 대상의 상태가 안정상태인지 과도상태인지의 판단은,The determination of whether the state of the control target is a stable state or a transient state, 상기 비례적분미분 제어기가 상기 계산한 비례 요소의 값을 기 설정해 놓은 상기 비례적분미분 제어기의 최소 출력값 및 최대 출력값과 비교하는 단계; 및Comparing, by the proportional integral derivative controller, the calculated value of the proportional element with a minimum output value and a maximum output value of the proportional integral derivative controller previously set; And 상기 비교 결과, 상기 비례 요소의 값이 상기 비례적분미분 제어기의 최대 출력값보다 크거가 같고 또는 상기 비례적분미분 제어기의 최소 출력값보다 작거나 같은 경우에 상기 제어 대상의 상태가 과도상태인 것으로 판단하고, 그렇지 않은 경우에 상기 제어 대상의 상태가 안정상태인 것으로 판단하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비례적분미분 제어기의 출력값 제어 방법.As a result of the comparison, when the value of the proportional element is greater than or equal to the maximum output value of the proportional integral derivative controller or less than or equal to the minimum output value of the proportional integral derivative controller, it is determined that the state of the control object is a transient state. And if not, determining that the state of the control target is a stable state. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 (c) 단계 이후이며, 상기 (d) 단계 이전에,After step (c) and before step (d), (c-1) 상기 기 계산해 놓은 적분 요소의 값을 확인할 시,(c-1) When checking the value of the calculated integral element, 상기 기 계산해 놓은 적분 요소의 값이 존재하지 않은 경우, 상기 비례적분미분 제어기가 미리 설정해 놓은 초기 적분 요소의 값을 확인하는 단계;를 더 포함하고,If there is no value of the pre-calculated integral element, checking the value of the initial integral element set by the proportional integral derivative controller in advance; 상기 출력값 계산은,The output value calculation, 상기 비례적분미분 제어기가 상기 확인한 초기 적분 요소의 값과 상기 계산한 비례 요소 및 미분 요소의 값을 합산하여 출력값을 계산하는 것을 특징으로 하는 비례적분미분 제어기의 출력값 제어 방법.And the proportional integral derivative controller calculates an output value by summing the values of the identified initial integral component and the calculated proportional and differential components. 삭제delete 제3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 (c-1) 단계 이후이며, 상기 (d) 단계 이전에,After the step (c-1), and before the step (d), (c-2) 상기 출력값 계산을 위해 합산하는 상기 초기 적분 요소의 값을 기 설정해 놓은 상기 비례적분미분 제어기의 최소 출력값 및 최대 출력값과 비교하는 단계; 및(c-2) comparing the values of the initial integration component summed for the output value calculation with the minimum and maximum output values of the proportional integral derivative controller; And 상기 비교 결과, 상기 초기 적분 요소의 값이 상기 비례적분미분 제어기의 최소 출력값보다 작은 경우 상기 초기 적분 요소의 값을 상기 비례적분미분 제어기의 최소 출력값으로, 상기 초기 적분 요소의 값이 상기 비례적분미분 제어기의 최대 출력값보다 큰 경우 상기 초기 적분 요소의 값을 상기 비례적분미분 제어기의 최대 출력값으로 변경하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비례적분미분 제어기의 출력값 제어 방법.As a result of the comparison, when the value of the initial integral component is smaller than the minimum output value of the proportional integral derivative controller, the value of the initial integral component is the minimum output value of the proportional integral derivative controller, and the value of the initial integral component is the proportional integral derivative. And changing the value of the initial integral element to the maximum output value of the proportional integral derivative controller when the controller is larger than the maximum output value of the controller. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 출력값을 계산한 이후에,After calculating the output value, 상기 비례적분미분 제어기가 상기 계산한 출력값이 기 설정해 놓은 상기 비례적분미분 제어기의 최소 출력값보다 작은 경우, 상기 비례적분미분 제어기의 최소 출력값을 상기 제어 대상으로 출력하는 단계; Outputting, by the proportional integral derivative controller, the minimum output value of the proportional integral derivative controller to the control object when the calculated output value is smaller than a preset minimum output value of the proportional integral derivative controller; 상기 비례적분미분 제어기가 상기 계산한 출력값이 기 설정해 놓은 상기 비 례적분미분 제어기의 최대 출력값보다 큰 경우, 상기 비례적분미분 제어기의 최대 출력값을 상기 제어 대상으로 출력하는 단계; 및Outputting, by the proportional integral derivative controller, the maximum output value of the proportional integral derivative controller to the control object when the calculated output value is larger than a preset maximum output value of the proportional integral derivative controller; And 상기 비례적분미분 제어기가 상기 계산한 출력값이 상기 비례적분미분 제어기의 최소 출력값보다 크거가 같고 상기 비례적분미분 제어기의 최대 출력값보다 작거나 같은 경우, 상기 계산한 출력값을 상기 제어 대상으로 출력하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비례적분미분 제어기의 출력값 제어 방법.Outputting, by the proportional integral derivative controller, the calculated output value to the control object when the calculated output value is greater than or equal to the minimum output value of the proportional integral derivative controller and less than or equal to the maximum output value of the proportional integral derivative controller; Output value control method of proportional integral differential controller characterized in that it further comprises.
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