비선형 PID 제어는 전통적인 선형 PID 제어가 비선형 시스템에 적용되었을 때 성능이 저하되는 문제를 해결하기 위한 기법이다. 비선형 시스템은 입력과 출력 사이의 관계가 선형적이지 않기 때문에, 선형 PID 제어기만으로는 정확한 제어가 어려울 수 있다. 이를 해결하기 위해 비선형 특성을 반영한 PID 제어 알고리즘을 사용하며, 시스템의 동적 특성에 맞춰 제어기 매개변수가 변하도록 설계된다.
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