조작량이 액추에이터의 상한이나 하한에서 포화되어 있는 동안에도 PID 제어의 적분항이 편차를 계속 누적하여 과대해지는 현상. 편차의 부호가 바뀌어도 쌓아 둔 적분이 줄어들 때까지 조작량이 포화된 채로 남아, 큰 오버슈트나 긴 진동을 일으킨다. 포화 중에는 적분을 멈추는 조건부 적분(클램핑), 제한 전과 제한 후의 차이를 적분으로 되돌리는 역계산(back-calculation), 속도형 PID의 사용 등의 안티 와인드업으로 막는다.
일본어 명칭: 積分ワインドアップ
적분 와인드업(Integral Windup)은(는) 제어 공학의 기초 등 1개 분야의 연습 문제 2개에 나와요.
분야: 제어 공학의 기초
정답: C. 조작량이 상한에 붙어 있는 동안에도 적분항이 편차를 계속 누적하기 때문에, 편차의 부호가 바뀌어도 한동안 조작량이 내려가지 않아 큰 오버슈트가 일어나는 현상
모터의 전압이나 밸브의 개도처럼 조작량에는 상한과 하한이 있습니다. 큰 편차가 계속되어 조작량이 상한에서 포화되면, 조작량은 더 이상 늘어나지 않는데도 적분항은 편차를 계속 누적하여 큰 값이 됩니다. 제어량이 목표값을 넘어 편차의 부호가 바뀌어도, 쌓아 둔 적분값이 줄어들 때까지 조작량은 상한에 붙은 채이므로 큰 오버슈트와 긴 진동이 일어납니다. 대책으로 포화되어 있는 동안 적분을 멈추거나 적분값을 제한하는 안티 와인드업이 쓰입니다.
정답: C. 출력이 포화되어 있는 동안에는 편차가 포화를 깊게 하는 방향이면 적분을 멈추거나, 제한한 값과의 차이를 적분으로 되돌려 적분값을 억제한다
1번째 방법은 조건부 적분(클램핑)으로, 출력이 포화되어 있고 편차가 포화를 더 깊게 하는 방향일 때는 적분을 갱신하지 않습니다. 2번째는 역계산(back-calculation)으로, 제한하기 전의 계산값과 실제로 출력한 값의 차이에 계수를 곱해 적분으로 되돌려 적분값을 끌어내립니다. 조작량의 변화분을 계산하는 속도형 PID 제어에서는 출력을 제한하는 것만으로 와인드업이 잘 일어나지 않게 됩니다. 정수 고정 소수점으로 계산할 때는 적분 변수 자체의 오버플로에도 포화 연산 등으로 대비합니다.
대책으로 포화되어 있는 동안 적분을 멈추거나 적분값을 제한하는 안티 와인드업이 쓰입니다.
적분 와인드업의 설명으로 올바른 것은?조작량의 변화분을 계산하는 속도형 PID 제어에서는 출력을 제한하는 것만으로 와인드업이 잘 일어나지 않게 됩니다.
마이컴으로 위치형 PI 제어를 구현하고, PWM의 듀티비(0~100%)를 조작량으로 한다. 적분 와인드업의…오버슈트(Overshoot) 마이컴(마이크로컨트롤러) PID 제어(PID Control) PWM(펄스 폭 변조) 듀티비(Duty Ratio) 고정 소수점(Fixed-point) 포화 연산(Saturating Arithmetic) 1차 지연계(First-order System) 2차 지연계(Second-order System) 라우스-후르비츠 안정 판별법(Routh–Hurwitz Stability Criterion)