制御性向上のために　その１

　現在、RKCの製品に搭載されているPID制御方式は、大きく分けて2種類あります。
　一つは、初めてデジタルPIDコントローラとして販売されて以来、今でも比較的安価な製品に搭載されているＡＲＷ式PID制御です。
　もう一つは、ブリリアントPIDと呼ばれる、高機能機種に搭載されている制御方式です。
それぞれのPID制御方式やオートチューニング結果から、より制御性を向上させるためにどのようなことを行えば良いかについて、２回に分けて解説いたします。

　今回は、ブリリアントPID制御での制御性向上を取り上げ、次回はＡＲＷ式PID制御について解説する予定です。（９月中旬～９月下旬掲載予定）

★ オートチューニングについて

　オートチューニング（ＡＴ）とは、制御したいもの（制御対象）にあったPID定数を自動的に求める機能で、ブリリアントPID搭載機種に用意されているのはエンハンストＡＴと呼ばれるオートチューニングです。
　動作としては、出力０－１００％によるＯｎ/Ｏｆｆ制御での温度測定値（ＰＶ）の動きからPID定数を求めます。

図．一般的ＡＴ波形

　本来ＡＴは、制御が安定したときの出力値（負荷率）が５０％になるような設定値（ＳＶ）で行われると、より正確なPID定数が算出できます。
　しかし、現実には負荷率５０％となるようなＳＶを選べない場合が多く、このようなときには、負荷率が中心になるように出力リミッタ上下限値を設定してＡＴを行うと、より正確なPID定数が求まります。
（例えば、負荷率２０％の場合、出力リミッタ上限値を４０％に設定すると良い）
　ブリリアントPID搭載機種では、出力リミッタ上下限値の設定が可能で、エンハンストＡＴのPID定数算出に際して出力リミッタの情報も加味しているため、出力リミッタを変更してのＡＴが可能です。

※ ARW方式調節計では、出力リミッタを設定しオートチューニングを実行すると正確なPID定数を得られませんのでご注意願います。

図．出力リミッタを調整して行ったＡＴ波形

　この応用として、出力の急変（０－１００％変動）が好ましくない制御対象に対してＡＴを行いたいときも、負荷率を中心に数％～数十％の幅で出力を変動させてＡＴを行うことができます。（例えば、負荷率２０％のときに出力変動幅１０％でＡＴを行うには、出力リミッタ上限値に２５％、同下限値に１５％を設定すればよい）

　但し、ＡＴの際に設定した出力リミッタ上下限値は、実際に制御を行うときには元の値（出力リミッタ上限値：１００％，出力リミッタ下限値：０％）に戻すのを忘れないように注意して下さい。

　★ 一口メモ

０－１００％でＡＴを行った結果から、負荷率によりPID定数を補正するには
積分時間（Ｉ），微分時間（Ｄ）を以下の値を目安に変更すると良い。

負荷率　２０％	→	I，D：約２０％減
負荷率　１０％	→	I，D：約３０％減

★ ＳＶ変更時の応答とPID定数の関係について

　ＳＶ変更によって出力が１００％（又は０％）に飽和するような場合には、PID定数と出力の動きには次のような関係があります。

I，D	→	出力が飽和から外れるタイミングを変えることができるＩＤが大きいと出力が飽和から外れるのが速くなるＩＤが小さいと出力が飽和から外れるのが遅くなる

P	→	出力が飽和から外れた後の出力の変化速度を変えることができるＰが小さいと出力の変化速度が速くなるＰが大きいと出力の変化速度が遅くなる

図．ＩＤの設定と出力飽和から外れるタイミングの関係

図．Ｐの設定と出力の変化速度の関係

　これらの関係から、ＳＶ変更によって出力が１００％（又は０％）に飽和するような場合のＰＶの応答速度やオーバーシュート量（又はアンダーシュート量）には、次のような傾向が見られます。

ＩＤ：大　→	オーバーシュート：小　，	応答速度：遅い
ＩＤ：小　→	オーバーシュート：大　，	応答速度：速い
Ｐ：小　→	オーバーシュート：小　，	応答速度：やや遅い
Ｐ：大　→	オーバーシュート：大　，	応答速度：やや速い

　ＳＶ変更により出力が飽和するような、大きなＳＶ変更を行う場合に、応答速度を落とさずオーバーシュートを抑えるには、出力をなるべく長く飽和させておき、急激に出力を下げるようなチューニングを行えば良く、具体的には、Ｐ，ＩＤを、それぞれ小さくする方向に修正します。
　但し、あまり小さくしすぎると、ＰＶが振動的になることがありますので、ご注意ください。

図．応答速度を速めてオーバーシュートを少なくするチューニング結果

↑このページのトップへ戻る↑

★他のトピックス★

　制御関連

　ハード関連

　センサ関連

理化工業株式会社
RKC INSTRUMENT INC.