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ＡＲＷ(Anti Reset Windup)式ＰＩＤ制御の場合

前回の「ブリリアントＰＩＤ制御での制御性向上」に続き、今回は「ＡＲＷ式ＰＩＤ制御での制御性向上」について解説します。 　ＡＲＷ式ＰＩＤ制御は、初めてディジタル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制御方式です。

★ 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）に合ったＰＩＤ定数を自動的に求める機能で、ＡＲＷ式ＰＩＤ搭載機種にも用意されています。 　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。 　ＡＲＷ式ＰＩＤ搭載機種でのＡＴは、エンハンストＡＴ（ブリリアントＰＩＤ制御用ＡＴ）に比べ緩やかなＰＩＤ定数（比例帯が広く、積分時間・微分時間が長め）が求まるようになっています。 　また、より正確なＰＩＤ定数を算出するためや、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を行いたいときに有効な「出力リミッタを変更してのＡＴ※１」は、ＡＲＷ式ＰＩＤの場合、出力リミッタ上下限値の設定がある機種（ＲＥＸ−Ｄシリーズ等）でしか対応できません。 ※１　詳細は「制御性向上のために 〜 その１ 〜」を参照してください。

図．一般的ＡＴ波形

★ 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、ＰＩＤ定数と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。

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

図．Ｐの設定と応答の関係

図．ＩＤの設定と応答の関係

★　ＳＶ変更時のオーバーシュート（アンダーシュート）を小さくする方法

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、オーバーシュート（アンダーシュート）を小さくするには、上記ＰＩＤ定数と応答の関係から考えると、比例帯（Ｐ）を小さくし、積分時間（Ｉ）及び微分時間（Ｄ）を大きくすることが有効です。 　しかし、この方法では応答自体が遅くなってしまうのであまり得策とは言えません。

図．Ｐを小さくＩＤを大きくした場合の応答

また、ＡＲＷ式ＰＩＤ搭載機種でのＡＴは、エンハンストＡＴ（ブリリアントＰＩＤ制御用ＡＴ）に比べ緩やかなＰＩＤ定数（比例帯が広く、積分時間・微分時間が長め）が求まる傾向にあり、元々ＩＤは大きめに算出されているので、ＡＴ結果からＩＤを大きくしていくと振動気味になる可能性があるので注意が必要です。 （ＡＴ結果から手動チューニングを開始する場合は、比例帯（Ｐ）を小さくするだけでも効果があります。）

★ 一口メモ 　ＡＲＷ式ＰＩＤ搭載機種のＡＴ結果が、エンハンストＡＴに比べてどの程度緩やか なＰＩＤ定数として求まるかを以下に示します。 （注：負荷率条件などにより定数が変化するため、大まかな範囲で示しています。） 比例帯　（Ｐ） 　→　 １．５ 〜 ２．５　倍 積分時間（Ｉ）及び 微分時間（Ｄ） 　→　 １．２ 〜 １．７　倍

一方、ＡＲＷ式ＰＩＤ制御搭載機種では、オーバーシュート（アンダーシュート）を防止する機能として、積分を働かせる範囲を指定する設定項目（アンチリセットワインドアップ：加熱側比例帯に対する％設定）があり、この値を小さくすることでもオーバーシュート（アンダーシュート）を抑制することが可能です。　（この方法も、基本的には応答が遅くなる傾向にあります。）

図．アンチリセットワインドアップ（ＡＲＷ）設定による応答比較

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、なるべく応答速度を落とさず、オーバーシュート（アンダーシュート）を小さくするには、比例帯（Ｐ）を小さくし、積分時間（Ｉ）及び微分時間（Ｄ）も小さくすることで実現できます。 　ＡＲＷ式ＰＩＤ搭載機種のＡＴ結果から手動チューニングを行う場合の目安としては、エンハンストＡＴ（ブリリアントＰＩＤ制御用ＡＴ）結果より少し緩やかなＰＩＤ定数（比例帯が広く、積分時間・微分時間が長め）になるようにチューニングすると良いでしょう。（ＡＲＷ式ＰＩＤ搭載機種のＡＴ結果とエンハンストＡＴ結果の違いについては「一口メモ」を参照して下さい。） 　下図は、ＡＲＷ式ＰＩＤ搭載機種でのＡＴ結果から「Ｐ／２．０，Ｉ／１．５，Ｄ／１．５」とＰＩＤ定数を補正してＡＲＷ式ＰＩＤ制御を行った場合のシミュレーション結果です。

図．ＰＩＤ定数を補正した場合の応答

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