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 ・PID制御について




  1. 基本的な制御動作      
  2. 動作方式      
  ①オンオフ動作      
  ②比例制御      
  a)オンオフ動作の欠点 b)比例動作  c)比例ゲイン  d)比例帯 
  e)オフセット f)積分動作 g)微分動作  
  3.オートチューニングとは      
  付録（当社型エアーヒーターやランプヒーターの制御について）   



１．基本的な制御動作

自動制御系における検出端からの信号と操作端への操作信号の間を結ぶものがコントローラであり、制御系全体が適切に作動するようにコントローラは動作します。
コントローラ自身の入力（制御偏差）と出力（操作信号）との関係を制御動作といい、一般に次のような動作方式に分類され、単独、または組み合せて用いられます。
これらの調整機能を要するコントローラとして代表的にはいわゆる温度や圧力、流量などを制御できる（温度）調節器があります。

　　・オンオフ動作　・比例動作　・積分動作　・微分動作
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２．動作方式

①オンオフ動作（二位置動作）

　　オンオフ動作とは、制御偏差εと出力Ｙとが次のように関係づけられる動作をいいます。

　　Ｙ＝Ａ　　ε≧０
　　Ｙ＝Ｂ　　ε≦０
　　　ＡおよびＢはある操作量の大きさ

このオンオフ動作は二位置動作とも呼ばれ、制御変数が設定点から一定量だけ外れた時に、例えば弁のような操作端やリレー接点を、二位置のうち片方へ急速に動かす動作といえます。

二位置動作を起こすのに必要な偏差量はコントローラによって異なりますが、１％以内でも可能であり、この性質を中立帯（Neutral Zone）と称し、この様な動作をすき間無しの二位置動作といいます。


対して、下図のように設定点に対して制御変数が動作すき間を横切ることにより制御動作が起こるようにした二位置動作をすき間のある二位置動作と称し、このすき間を動作すき間（Differential Gap）といいます。



以上の二位置動作によって得られる制御結果は下図のように制御変数が上がったり、下ったりの振動を繰り返し、これをサイクリングと称して、二位置動作ではどんなプロセスでも、制御変数は周期的に変動し、この振動の振幅と周期はプロセスの負荷及び無駄時間、抵抗、容量によ決まります

このオンオフ動作は、プロセスの時定数が大きく、無駄時間や伝達遅れの少ない場合には適しています。
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②比例制御

ａ）オンオフ動作の欠点

オンオフ動作では操作量が100%か０％の何れかの状態となり、これに検出遅れ等の影響が関係して行き過ぎ量が大きく出ますので、前述の通り、制御結果はサイクリングを繰り返します。
このようなサイクリングは、安定した制御結果を求める場合には、不都合を生じることがあります。

ｂ）比例動作

そこで、この不都合を改善する方法として、次の図のように操作量を100%と０％の２つの状態のみでなく、ある範囲内の制御量（温度等）の変化に応じて０～100%の間を連続的に変化させるように考えられたのが比例動作です。
この様な方式を取り入れることにより制御結果は安定します。
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付録（当社製エアーヒーター（小型熱風ヒーター）やハロゲンランプヒーターの制御について）

当社型エアーヒーター（小型熱風ヒーター）やハロゲンランプヒーターの制御を行う場合は、それらの特性を把握した上でPID値などを調整する必要があります。
特に当社製のエアーヒーター（小型熱風ヒーター）は、入力と出力の応答のバランスが、汎用のコントローラに搭載されているオートチューニングのアルゴリズムでは適切に演算されないことが多いようです。

一般的に、コントローラメーカーのオートチューニング演算アルゴリズムは、多くのアプリケーションを想定して幅広く汎用的に適合するように設計されているので、完全に適合することは少ないはずですが、当社製エアーヒーター（小型熱風ヒーター）は一般的な系（工業炉など）と比較すると応答速度が非常に速いことから明らかに適合しないことが多くなっているようです。

ランプヒーターについては、ワーク温度を測定できる場合などにフィードバック制御が出来るようになりますが、測定方法などにより様々な応答を示すので、PID値などは現場にて調整することになります。
ランプヒータについては、オートチューニングが効くことは多くありますが、やはり応答性は良いので安定性や精度を求めると微調整が必要になる場合が多くなります。

当社では、各種現場で多くの調整経験を持つ担当者が、お客様の現場にて調整をしたり、予めお客様のご使用方法をお聞きして、お客様自身が調整しやすいように機器を設定してから出荷することも出来ます。
是非ご相談下さい。

 


 
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