[환경 온습도 챔버] PID 제어란?(Environmental test chamber, temperature and humidity chamber, climatic chamber, thermal chamber, constant temperature humidity chamber)

 

목차

 

"관련제품 문의는 로고 클릭 또는 공지사항의 연락처를 통해 하실 수 있습니다."

 

 

 

PID 제어는 비례(Proportional), 적분(Integral), 미분(Derivative) 세 가지 동작이 결합된 제어 방식으로, 온도나 습도와 같은 물리량을 목표값에 정확하고 안정적으로 유지하기 위해 사용됩니다.
챔버와 같은 환경 제어 장비에서는 온도나 습도의 미세한 변화를 제어하기 위해 반드시 PID 알고리즘을 사용합니다.

 

 

1. PID 제어 기본 원리

 

PID 제어의 일반적인 수식은 다음과 같습니다.

 

PID 제어 수식, 팜테크

 

 

(1) 비례 제어 (Proportional Control)

 

비례 제어는 현재 시점의 오차에 비례하여 출력이 변화합니다. 오차가 크면 큰 힘으로, 작으면 작은 힘으로 제어를 수행합니다. 수식으로는 다음과 같습니다.

 

비례 제어만 사용할 경우 반응이 빠르지만, 오차가 완전히 0이 되지 않고 일정한 잔류 오차(steady-state error) 가 남는 단점이 있습니다.

 

 

(2) 적분 제어 (Integral Control)

 

적분 제어는 오차를 시간에 따라 누적하여 그동안 쌓인 오차를 보상합니다. 즉, 목표값에 도달하지 못한 상태가 지속되면 출력이 점점 커지면서 남은 오차를 없애 줍니다.

 

적분 제어 덕분에 잔류 오차가 제거되지만, 너무 크게 설정하면 시스템이 과도하게 반응하여 온도나 습도가 목표치를 넘는 오버슈트(Overshoot) 현상이 발생할 수 있습니다.

 

 

(3) 미분 제어 (Derivative Control)

 

미분 제어는 오차의 변화 속도를 감시합니다. 오차가 빠르게 줄어들면, 즉 시스템이 목표값에 접근하는 속도가 높으면 제어 출력을 줄여 과도한 제어를 억제합니다.

​

미분 제어는 진동과 오버슈트를 줄여 시스템의 안정성을 높이는 역할을 합니다.

 

 

2. 실제 제어 예시

 

목표 습도가 40%RH이고, 현재 습도가 60%RH인 챔버를 예로 들어 보겠습니다.

1. 비례 항 (P) 은 20%의 오차(60 - 40)에 즉각 반응하여 냉각기를 강하게 구동시킵니다.
   습도가 빠르게 떨어지기 시작합니다.
2. 적분 항 (I) 은 “아직도 목표보다 높았던 시간”을 기억하고, 출력에 조금씩 더 보태어 미세한 오차를 끝까지 제거하려고 합니다.
   덕분에 습도가 41~42%까지 내려가며 목표에 근접합니다.
3. 미분 항 (D) 은 습도가 빠르게 낮아지는 것을 감지하고 출력 감소를 유도하여 과도하게 건조해지는 것을 방지합니다.
   이로써 40%RH 근처에서 진동 없이 안정적으로 유지됩니다.

 

 

결과적으로 시스템은 냉동기와 히터를 함께 제어하여 습도는 일정하게 유지되고, 온도는 거의 변하지 않는 안정된 상태를 만듭니다.