PID制御

比例・積分・微分 (PID) 制御は、安定性とパフォーマンスを向上させるために、さまざまな制御システムで広く使用されています。サーモスタットでは、実際のレベルと希望するレベルの温度差に基づいて加熱または冷却を調整します。自動車の速度システムでよく使用され、さまざまな条件下で一定の速度を維持しながら突然の速度変化を効果的に管理します。一方、電圧調整でよく使用される PI 制御は、安定性を高め、定常誤差を減らしますが、希望する電圧に達するまでの時間が長くなります。

PID 制御は、PD 制御と PI 制御の両方の機能を組み合わせて、それぞれの利点のバランスを取り、制限に対処します。PID 制御を設計する場合、最初は PD 部分と直列に接続された PI 部分として扱われます。PID 制御に必要なパラメータは 3 つだけなので、PD セクションの比例定数は 1 に設定されます。

まず、PD コンポーネントのみがアクティブになります。微分ゲインは、時間領域での最大オーバーシュートと周波数領域での位相マージン測定を観察することによって評価される、望ましい安定性を達成するように調整されます。このステップにより、制御が十分な安定性を維持しながら変化に迅速に対応できるようになります。

次に、全体的な安定性要件を満たすように、PI セクションの積分ゲインと比例ゲインを選択します。積分ゲインは定常誤差を排除するのに役立ち、比例ゲインはシステム応答を調整して、制御が相対的な安定性基準を満たすようにします。

これらのコンポーネントを組み合わせることで、PID 制御は過渡状態と定常状態の両方の動作を効果的に管理し、より包括的な制御ソリューションを提供します。比例、積分、微分の各要素が連携してバランスの取れた応答を提供し、PD または PI 制御を単独で使用した場合の欠点を軽減します。この統合アプローチは、サーモスタットやさまざまな産業システムなど、正確で安定した制御を必要とするアプリケーションに不可欠です。