모터는 이미 실험대에 있습니다. 목표 속도와 인가 전압은 알지만 저항, 관성, 마찰 계수는 모릅니다. Kp를 만지기 전에 모든 미분방정식을 유도해야 할까요? 그럴 필요는 없습니다. 다만 무엇을 측정할 수 있고 구동기가 안전하게 낼 수 있는 입력이 얼마인지는 알아야 합니다.
‘모델 없이’의 정확한 뜻
경험적 PID 조정은 완전한 물리 방정식 대신 대상의 입출력 반응에서 시작합니다. 목표값 변화, 부하 변화, 반복 실험으로 지연·응답 속도·오버슈트·정상오차를 알 수 있습니다. A, B 행렬을 쓰지 않아도 이 측정값은 대상에 관한 정보입니다.
따라서 PID 설계가 오직 ‘노가다’인 것은 아닙니다. 식별한 전달함수, 주파수응답 데이터, 자동 조정 실험을 사용할 수도 있습니다. 어떤 방법을 쓸지는 데이터·시간·안전·요구 성능에 달려 있습니다.
근거를 남기는 실험 순서
먼저 센서 단위, 제어 주기, 전압·힘의 한계, 초기조건, 부하를 적어 둡니다. 작은 안전한 기준 실험에서 출력과 실제 적용 입력을 저장하세요. 제어기 설정은 한 번에 하나만 바꾸고 같은 외란으로 반복합니다. 요구 입력과 실제 입력이 다르면 게인뿐 아니라 포화도 분석 중인 것입니다.
P는 현재 오차에 반응하고, I는 지속 오차를 줄일 수 있지만 포화 중 누적될 수 있으며, D는 측정 변화에 반응해 잡음을 키울 수 있습니다. 이는 지정한 루프의 경향이지 모든 대상의 결과를 보장하는 법칙이 아닙니다. 추종 성능과 제어 노력 모두 보고 다른 목표값·부하에서도 확인하세요.
언제 모델을 만드는 편이 나을까?
모델이 있으면 한 번의 시험 밖에서 반응을 예측하고 안정 여유를 검토하며 하드웨어에 적용하기 전 설계를 비교할 수 있습니다. 물리식에서 얻을 수도, 시스템 식별로 얻을 수도 있으며 완벽한 1원리 유도일 필요는 없습니다. 지연·축 간 결합·엄격한 제약·안전 요구가 크다면 PID 몇 번 성공한 결과만으로 견고함을 주장하기 어렵습니다.
EIGENROOM 모터 실험에서 점선인 요구 전압과 ±12 V로 제한된 실제 전압을 비교하세요. 같은 조건에서 anti-windup을 켜고 끈 결과를 고정해 보세요. 중요한 것은 어느 곡선이 더 좋아 보이는지가 아니라 구동기가 명령을 따르지 못하는 동안 적분항이 무엇을 했는지 설명하는 것입니다.
전체 모델이 없으면 측정 반응에서 시작하되 한계와 실험 조건을 드러내세요. 빠른 첫 루프보다 예측과 견고성이 중요해지면 모델을 유도하거나 식별하세요.