熱処理プロセスは、PID制御の必要性を例示しています。 一貫した製品品質を保障するためにはオーブンまたは炉の中の温度は狭い限界の内で保たれなければならない。 製品が追加または撤回された場合やランプ機能が適用された場合などの外乱は、適切に処理する必要があります。
概念は単純ですが、PID制御を支える数学は複雑であり、最適な性能を達成するには、相互作用するパラメータの範囲に対してプロセス固有の値を選
これらの値を見つけるプロセスは、”チューニング”と呼ばれます。”最適に調整すると、PID温度コントローラは設定点からの偏差を最小限に抑え、外乱や設定点の変化に迅速に応答しますが、オーバーシュートは最小限に抑え
OMEGA Engineeringのこのホワイトペーパーでは、PIDコントローラを調整する方法について説明します。 多くのコントローラが自動調整機能を提供していますが、PID調整の理解は最適なパフォーマンスを達成するのに役立ちます。 個々のセクションのアドレス:PID制御の基本
PIDコントローラのチューニング方法
○手動チューニング
○チューニングヒューリスティック
○自動チューニング
PID制御の一般的なアプ ヒータなどのデバイスまたはプロセスの出力が測定され、目標または設定点と比較されます。 差が検出されると、補正が計算されて適用されます。 出力が再び測定され、必要な補正が再計算されます。
PIDは比例積分微分の略です。 すべてのコントローラがこれらの数学関数の3つすべてを使用するわけではありません。 多くのプロセスは、比例積分項だけで許容可能なレベルまで処理することができます。 しかし、細かい制御、特にオーバーシュート回避には、微分制御の追加が必要です。
比例制御では、補正係数は設定値と測定値の差の大きさによって決定されます。 これの問題は、差がゼロに近づくにつれて、補正も行われ、エラーがゼロになることはないということです。
積分関数は、誤差の累積値を考慮することによってこれに対処します。 セットポイントと実際の値の差が長く続くほど、計算される補正係数のサイズが大きくなります。 しかし、補正に応答して遅延がある場合、これはオーバーシュートにつながり、設定点について発振する可能性があります。 これを回避することは、導関数の目的です。 これは、達成されている変化率を見て、設定点に近づくにつれてその効果を軽減するために補正係数を徐々に変更します。
PIDコントローラチューニングメソッド
すべてのプロセスは、機器が本質的に同一であっても、ユニークな特性を持っています。 オーブンの周りの気流は変化し、周囲温度は流体密度と粘度を変化させ、気圧は時間ごとに変化します。 PID設定（主に補正係数に適用されるゲインと、積分および微分計算で使用される時間、「リセット」および「レート」と呼ばれる）は、これらの局所的な差に合わせて選択する必要があります。
広義には、これらの設定の最適な組み合わせを決定するための三つのアプローチがあります：手動調整、チューニングヒューリスティックス、および自動化
Zeigler-Nichols(ZN)Rules
1942年に最初に出版されたZeiglerとNicholsは、PIDループを調整する二つの方法を説明しました。 最初の方法は、応答の遅れまたは遅延を測定し、次に新しい出力値に到達するのにかかる時間を測定することを伴います。 第二は、定常状態の振動の周期を確立することに依存する。 両方の方法では、これらの値をテーブルに入力して、ゲイン、リセット時間、およびレートの値を導出します。
ZNは問題がないわけではありません。 いくつかのアプリケーションでは、オーバーシュートと振動の点であまりにも積極的であると考えられる応答を生成します。 もう一つの欠点は、ゆっくりと反応するプロセスでは時間がかかることがあることです。 これらの理由から、いくつかの制御実務家は、Tyreus-LuybenやRivera、Morari、Skogestadなどの他のルールを好む。
手動チューニング
制御されているプロセスに関する十分な情報を使用すると、ゲイン、リセット、レートの最適値を計算することができます。 多くの場合、プロセスは複雑すぎますが、いくつかの知識、特にエラー訂正に応答する速度については、初歩的なレベルのチューニングを達成することが
手動チューニングは、リセット時間を最大値に、レートをゼロに設定し、ループが一定の振幅で振動するまでゲインを増加させることによって行われます。 (エラー訂正への応答がすぐに起こるときより大きい利益は使用することができる。 応答が遅い場合は、比較的小さなゲインが望ましい）。 次に、ゲインをその値の半分に設定し、許容期間内のオフセットを補正するようにリセット時間を調整します。 最後に、オーバーシュートが最小化されるまでレートを上げます。
PIDコントローラのチューニングを自動化する方法
今日販売されているほとんどのPIDコントローラは、自動チューニング機能を内蔵しています。 動作の詳細はメーカーによって異なりますが、すべてコントローラが外乱やセットポイントの変更にプロセスがどのように応答するかを”学習”し、適切なPID
オメガのPlatinumシリーズの温度コントローラやプロセスコントローラなど、より新しく洗練されたPIDコントローラには、自動調整機能を備えたファジィロジックが組み込まれています。 これにより、製造業やプロセス産業で頻繁に発生するような複雑な制御状況での不正確さと非線形性に対処する方法が提供され、最適化の調整に役
ヒューリスティックのチューニング
PIDループをチューニングする方法の問題に対処するために、多くのルールが長年にわたって進化してきました。 おそらく最初の、そして確かに最もよく知られているのは、Zeigler-Nichols（ZN）規則です。
1942年に最初に出版されたZeiglerとNicholsは、PIDループを調整する二つの方法を説明しました。 これらは、システムにステップ変更を適用し、結果の応答を観察することによって機能します。 最初の方法は、応答の遅れまたは遅延を測定し、次に新しい出力値に到達するのにかかる時間を測定することを伴います。 第二は、定常状態の振動の周期を確立することに依存する。 両方の方法では、これらの値をテーブルに入力して、ゲイン、リセット時間、およびレートの値を導出します。
ZNは問題がないわけではありません。 いくつかのアプリケーションでは、オーバーシュートと振動の点であまりにも積極的であると考えられる応答を生成します。 もう一つの欠点は、ゆっくりとしか反応しないプロセスでは時間がかかることがあるということです。 これらの理由から、いくつかの制御実務家は、Tyreus-LuybenやRivera、Morari、Skogestadなどの他のルールを好む。
PID Controller Gain Tuning
PID controller gain tuningは困難な場合があります。 比例法は理解するのが最も簡単です。 この例では、比例係数の出力は、利得と測定された誤差σの積である。 したがって、比例利得または誤差が大きいほど、比例係数からの出力が大きくなります。 比例ゲインを高く設定すると、コントローラは設定値を繰り返しオーバーシュートし、発振につながります。 比例ゲインを低く設定すると、ループ出力は無視できるようになります。 この定常状態誤差を相殺する1つの方法は、Zeigler-Nichols法を使用して、iゲインとDゲインをゼロに設定し、ループ出力が発振し始めるまでPゲインを増加さ
Auto Tune
今日販売されているほとんどのプロセスコントローラには、オートチューニング機能が組み込まれています。 作動の細部は製造業者の間で変わるが、すべては上記されているそれらと同じような規則に続く。 基本的に、コントローラは、プロセスが外乱または設定点の変化にどのように応答するかを”学習”し、適切なPID設定を計算します。 オメガのCni8シリーズのような温度調節器の場合には、”自動調子”が選ばれるときコントローラーは出力を活動化させる。 変更が行われる遅延とレートの両方を観察することによって、最適なP、I、およびD設定が計算され、必要に応じて手動で微調整することができます。 (このコントローラは、オートチューニングを実行するために、現在のプロセス値より少なくとも10°C上に設定ポイントを必要とすることに注意してくださ
オメガのPlatinumシリーズの温度コントローラやプロセスコントローラなど、より新しく洗練されたコントローラは、オートチューン機能を備えたファジィロジックを組み込んでいます。 これにより、製造業やプロセス産業で頻繁に発生するような複雑な制御状況での不正確さと非線形性に対処する方法が提供され、最適化の調整に役
PID制御の一般的な用途
PID制御シミュレータ
加熱される材料の質量と湿度がどのように変化するかにかかわらず、一貫した結果を得るためには、工業用熱処理に使用されるオーブンと炉が必要です。 これはPID制御のためのそのような装置の理想を作る。 流体の移動に使用されるポンプは、効果的なフィードバックループを実装しない限り、媒体特性の変化がシステム出力を変更する可能性がある同様の
モーションコントロールシステムもPID制御の形式を使用します。 しかし、応答は上記のシステムよりも桁違いに高速であるため、ここで説明したものとは異なる形式のコントローラが必要です。
PIDチューニングの理解
PID制御は、多くのプロセスを管理するために使用されます。 補正係数は、出力値を設定値と比較し、オーバーシュートと発振を最小限に抑えるゲインを適用しながら、可能な限り迅速に変更を行うことによって計算さ
PID調整は、制御されるプロセスに適切なゲイン値を確立することを伴います。 これは手動または制御ヒューリスティックによって行うことができますが、最新のコントローラのほとんどは自動調整機能を提供します。 しかし、コントロールの専門家は、ボタンが押された後に何が起こるかを理解することが重要です。