짐벌의 PID 제어에 대한 이해 (1)

미리 밝히는 것은 저는 전자 제어나 이런 쪽을 전공한 사람이 아닙니다.
따라서 제가 잘 못 알고 있는 내용도 있을겁니다.
잘 못된 정보가 전달되면 안되므로 틀린 부분 있으면 고수님들의 사정없는(?) 지적질 부탁드립니다.

앞으로 3회에 걸쳐서 PID제어에 대해서 알아 보도록 하겠습니다.
글의 순서는 다음과 같습니다.

1. 짐벌의 PID 제어에 대한 이해
2. 짐벌의 PID 제어에 대한 이해 – PI제어
3. 짐벌의 PID 제어에 대한 이해 – D제어

처음에 짐벌을 사서 전원을 넣었더니 혼자서 벌벌떨고 트위스트를 추면서 난리도 아니더군요.
고장날까봐 얼른 전원을 빼 버렸습니다. 그냥 사서 연결하면 되는 것인 줄 알았는데……
또 전원 넣으니 또 트위스트를 춥니다. 그래서 도저히 안되겠다 싶어 우스꽝스럽게도 음악을 틀어놓고 짐벌이 춤을 추는 동영상을 찍어서 해외 판매처에 보내고서는 “이거 고장이니 바꿔달라”고 했습니다. ㅎㅎㅎ~

아주 공손한 이메일을 판매 업체로부터 받았는데 말투는 더 할 나위없이 친절하고 공손했지만 내용은 “니가 무식한거다”더라구요. 그래서 연구에 돌입했습니다. 그리고 이것저것 연구를 해 보니 P.I.D. 값을 맞추어 주어야 한다는군요.

자 그럼 본격적으로 PID 제어에 대해서 알아 보겠습니다.

PID 제어란 여러가지 제어 방법 가운데서 목표 값에 신속하게 도달하기 위해 사용되는 대표적인 제어 방법입니다.
사실 우리는 살아가면서 여러 사안에서 본능적으로 PID제어를 하면서 살고 있습니다.
가장 대표적인 것이 샤워입니다.

“수도꼭지의 바보”라는 말이 있지요. 샤워를 하러 들어갑니다. 왼쪽으로 끝까지 샤워 꼭지를 돌립니다. 처음에는 괜찮다가 이내 뜨거운 물이 확 쏟아집니다. 그러면 앗 뜨거 하면서 이번에는 샤워 꼭지를 오른쪽으로 끝까지 돌립니다. 조금만 지나면 이번에는 찬물이 확 쏟아집니다. 그러면 앗 차거 하면서 또 이번에는 왼쪽으로 끝까지 샤워 꼭지를 돌립니다. 그걸 반복하지요. 그래서 수도꼭지의 바보라고 합니다. 이것이 바로 On-Off 제어입니다. 뜨거운 물과 차가운 물 사이를 왔다갔다 하는 것이지요. 샤워에 적당한 미지근 한 물, 즉 원하는 온도 값에는 도달 할 수 없습니다. 다행이 샤워 꼭지를 이렇게 조절하는 사람은 없습니다.

실제로는 이렇게 합니다. 처음에 약간 왼쪽으로 물을 틉니다. 그러고 샤워를 하는 중에 물이 차가우면 조금만 왼쪽으로 돌리거나 뜨거우면 조금만 오른쪽으로 돌립니다. 그리고 갈수록 그 조절의 크기는 작아지고 정밀해집니다. 결국 자신이 원하는 물 온도에 도달하게 됩니다. 이것이 PID 제어입니다. 원하는 값에 신속하게 도달하는 방법이지요. 늘 하는 단순한 행동이지만 그 안에는 이렇게 대단한 메카니즘이 숨어있습니다. 그리고 이러한 조절 원리를 그대로 응용하여 수학적으로 풀어 놓은 것이 PID 제어입니다.

그럼 PID가 무엇을 의미하기에 이런 조절이 가능한 것일까요.
PID는 Proportional Integral Derivative (Control) 의 머리 글자입니다.
비례적으로(Proportional), 적분(Integral)과 미분(Derivative) 값을 이용하여 제어하는 것입니다.
위의 글을 읽는 순간 머리가 띵~해 옵니다. 비례까지는 어찌어찌 알겠는데 미분과 적분이라니…… 헐~

다음회에서 아주 쉽게 차근차근 P제어부터 알아보도록 하겠습니다.