PIDコントローラと制御システムにおけるPID制御

PID制御は比例-積分-微分制御を意味します。PID制御は、制御システムにおけるフィードバックメカニズムです。このタイプの制御はまた三項制御とも呼ばれ、PIDコントローラによって実装されます。プロセス変数が目的の設定値からどれだけずれるかの比例、積分、微分の3つのパラメータを計算および制御することで、特定の作業に適した異なる制御動作を達成することができます。

PIDコントローラは、制御システムの家族の中で最高のコントローラと考えられています。Nicholas MinorskyがPIDコントローラに関する理論解析論文を発表しました。PID制御の場合、アクチュエーション信号は比例誤差信号と誤差信号の微分および積分を加えたものです。したがって、PID制御のためのアクチュエーション信号は次のようになります：

PID制御を含むアクチュエーション信号のラプラス変換は

PIDコントローラの2つのパラメータを使用して達成できるいくつかの制御動作があります。2つのパラメータは、残りの1つをゼロに保ちながら機能します。したがって、PIDコントローラはPI（比例-積分）、PD（比例-微分）またはPまたはIになることがあります。微分項Dはノイズ測定に責任があり、積分項はシステムの目標値に到達することを意図しています。初期にはPIDコントローラは機械的な装置として使用されていました。これらは空気で圧縮された気動式コントローラでした。機械的コントローラにはばね、レバー、または質量が含まれます。多くの複雑な電子システムにはPID制御ループが提供されています。現代では、産業界のPLC（プログラマブルロジックコントローラ）でPIDコントローラが使用されています。比例、微分、積分パラメータはKp、Kd、Kiと表すことができます。これらの3つのパラメータはすべて、閉ループ制御システムに影響を与えます。上昇時間、収束時間、オーバーシュート、定常状態誤差にも影響を与えます。

PID制御は比例、微分、積分制御動作の利点を組み合わせています。これらの制御動作について簡単に説明しましょう。

比例制御：ここでの制御システムにおける制御動作のためのアクチュエーション信号は、誤差信号に比例しています。誤差信号は参照入力信号とフィードバック信号の間の差です。

微分制御：アクチュエーション信号は、誤差信号の比例部分とその微分を加えたものです。したがって、微分制御動作のためのアクチュエーション信号は次のようになります：

積分制御：積分制御動作の場合、アクチュエーション信号は誤差信号の比例部分とその積分を加えたものです。したがって、積分制御動作のためのアクチュエーション信号は次のようになります：

PIDコントローラは制御動作システムで最高のコントローラの1つですが、いくつかの制限もあります。PID制御は多くの制御動作に適用できますが、最適制御ではうまく機能しません。主な欠点はフィードバックパスです。PIDにはプロセスのモデルが提供されていません。他の欠点は、PIDが線形システムであり、微分部分がノイズに敏感であることです。少量のノイズでも出力に大きな変化を引き起こす可能性があります。

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