3動作調節計とは？わかりやすく解説
家電を知りたい
3動作調節計について教えてください。
家電製品マニア
3動作調節計は、プロセス制御計のコントロールに使用される調節計で、PID調節計とも呼ばれます。
家電を知りたい
PIDって何ですか？
家電製品マニア
PIDは、比例、積分、微分という3つの調節動作の頭文字を取ったものです。制御対象の特性に応じて、これらの動作を組み合わせて制御を行います。
3動作調節計とは。
家電製品に関する用語「3動作調節器」とは、プロセス制御における調節を目的とするもので、基本的な3種類の調節動作を備えています。
この3種類の動作は、比例動作、積分動作、微分動作です。調節対象の特性に合わせて、「比例+積分」動作、「比例+微分」動作、「比例+積分+微分」動作の組み合わせを選択することで、調節が行われます。
3動作調節計の基本動作とは
3動作調節計の基本動作
3動作調節計は、3種類の基本動作で制御を行います。1つ目は比例動作で、プロセス変数が設定値から外れる量に比例して制御出力を調整します。2つ目は積分動作で、プロセスの変動が長時間続く場合、徐々に制御出力を調整して最終的に変動を解決します。3つ目は微分動作で、プロセス変数の変化率に比例して制御出力を調整し、変動の発生を先回りして抑えます。この3つの動作が組み合わされて、プロセスを安定して設定値に追従させることができます。
比例動作の特徴と役割
比例動作は、プロセス変数の変化量に応じて出力値を変化させる調整方式です。プロセス変数が設定値よりも低い場合、出力値は比例的に増加し、逆に高い場合、出力値は減少します。この動作により、プロセス変数が設定値に近づくように調整が行われます。比例動作の主な役割は、プロセス変数の変動に対して迅速かつ継続的に応答することです。これにより、プロセスが安定し、設定値を確実に維持することができます。
積分動作の特徴と役割
積分動作は、制御システムの応答を安定させるために使用されます。時間の経過とともに発生した制御誤差の積分値を使用して、制御出力を調整します。これにより、定常状態誤差（制御値が目標値に追従できない状態）を排除することができます。
積分動作の特徴として、制御出力が誤差に比例して増加または減少すること挙げられます。誤差が大きいほど、制御出力は増加し、反対に誤差が小さいほど、制御出力は減少します。これにより、制御値が目標値に近づくと、制御出力が減少し、目標値との誤差がより小さくなります。また、積分動作は、負荷変動や外乱に対して robustness（堅牢性）を高める効果もあります。
微分動作の特徴と役割
微分動作の特徴と役割
微分動作は、調節器の出力の変化率に応じて制御信号を調整します。制御対象の変動速度が速い場合に効果を発揮し、変動を素早く抑えます。例えば、自動車の速度制御で、急加速時にエンジン出力を素早く上げることができます。また、安定性の向上にも役立ちます。制御対象の出力の変化が速すぎると不安定になりやすいですが、微分動作が変化率を検出して素早く制御することで、安定性を保ちます。
調節動作の組み合わせによる制御方法
調節動作の組み合わせによる制御方法
調節動作の組み合わせにより、制御方法に柔軟性を持たせることができます。最も一般的な組み合わせには、以下が含まれます。
* -P制御（比例制御）-出力値を誤差に比例して制御します。この制御方法は応答が遅く、過渡状態の振動を伴う傾向があります。
* -I制御（積分制御）-出力値を誤差の積分値に比例して制御します。この制御方法は安定した応答を提供しますが、過剰な制御を引き起こす可能性があります。
* -D制御（微分制御）-出力値を誤差の微分値に比例して制御します。この制御方法は応答を高速化しますが、ノイズの影響を受けやすくなります。
これらの制御動作を組み合わせることで、特定の要件に最適な制御方法を設計できます。たとえば、P制御とI制御を組み合わせた-PI制御-は、応答を高速化しながら過剰な制御を低減します。また、P制御とD制御を組み合わせた-PD制御-は、振動を抑制しながら応答を高速化します。
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