比例制御器とは何か

比例制御器とは何ですか？

比例制御器は、自動制御システムで最も基本的な制御アルゴリズムの一つであり、通常「P」という文字で表されます。比例制御器は、エラーシグナルに比例するように出力信号を調整することで、システムの応答を制御します。

基本原理

比例制御器の基本的な考え方は、制御器の出力信号を調整することでシステムの誤差を減らすことです。誤差は期待値と実際の測定値の差です。

u(t)は制御器の出力信号です。

Kpは比例ゲインで、出力信号がエラーに対してどの程度増幅されるかを決定します。

e(t)はエラーシグナルで、e(t)=r(t)−y(t)として定義され、r(t)は設定値、y(t)は実際の測定値です。

利点

• 高速な応答: 比例制御器はエラーの変化に素早く応答できます。

• シンプル: 構造が単純で理解しやすく、実装もしやすいです。

• 柔軟性: 比例ゲインを調整することで、システムの応答速度を柔軟に調整できます。

欠点

• 定常状態の誤差: 比例制御器は現在の誤差のみを考えるため、システムには一定の定常状態の誤差が生じることがあります。

• オーバーシュート: 比例ゲインを選択しなければ、システムがオーバーシュートする可能性があります。つまり、出力値が設定値の近くで振動します。

• 安定性の問題: 過度な比例ゲインは、システムの不安定性を引き起こす可能性があります。

適用

• 温度制御システム: ヒーターの電力を調整して設定温度を維持します。

• 流量制御システム: バルブの開度を調整して流体の流量を制御します。

• 圧力制御システム: ポンプの出力を調整してパイプライン内の圧力を維持します。

• モータ制御システム: モータの速度を調整して必要な出力パワーを達成します。