電子機器、コンピューター、通信、障害診断、冗長チェック、グラフィックディスプレイテクノロジーの急速な発展により、産業自動化のレベルも増加しています。ただし、生産プロセスでは、複数の要因の干渉による製品の品質と自動化レベルの利点が劣っています。それ以来、PID制御理論が出現しています。
自動制御システムは、オープンループ制御システムと閉ループ制御システムに分割できます。制御システムには、PIDコントロールを使用して、PID制御機能（PLC）、およびPCシステムを実現できるプログラム可能なコントローラーを実現するために、PIDコントロールを使用して、コントローラー、センサー、送信機、アクチュエーター、出力および出力インターフェイスが含まれます。 PIDコントロールなどを実現できます。
PIDコントロール
エンジニアリングの実践では、PID制御と呼ばれる比例、積分、差動制御のために最も広く使用されている規制装置制御法則。それは、その単純な構造、良好な安定性、信頼性の高い動作、簡単な調整のための産業制御の主要な技術の1つになりました。
制御されたオブジェクトの構造とパラメーターを完全に習得できない、または正確な数学モデルにアクセスできない場合、他のテクノロジーの制御理論は使用が困難です。システムコントローラーの構造とパラメーターは、エクスペリエンスとフィールドデバッグに依存する必要があります。決定するために、PID制御技術の適用が最も便利である場合。
PIDコントロール、PI、およびPD制御実際には、PIDコントローラーは、システムのエラー、制御のための制御量の比例、積分、微分計算の使用に基づいています。最も理想的な制御3つの強さを組み合わせた比例統合誘導制御法則：タイムリーで迅速な比例的役割だけでなく、差別化能力における残留差の除去の統合の役割もまたオーバーライド制御機能の役割。
PID制御のリンク
1、比例（p）制御
比例制御は、最も単純な制御方法の1つです。コントローラーの出力は、入力エラー信号に比例します。比例制御のみが利用可能な場合、システム出力には定常状態エラーがあります。コントローラーの出力信号は偏差信号に比例します。つまり、偏差がある限り、コントローラーの出力が偏差に比例してすぐに変化するため、P調節の応答速度は非常に高速です。
P規制は、システムの時間内の変化を反映できますが、システムの偏差を完全に排除することはできません。したがって、実際の制御プロセスでP調節のみが使用される場合、システムは残差を生成し、K Pの増加はシステムを作成できます。偏差は減少しますが、実際には、k -dが大きすぎるとシステムの不安定性が生じます。
2、積分（i）制御
積分コントロールでは、コントローラーの出力は、入力エラー信号の積分に比例します。自動制御システムの場合、定常状態に入った後に定常状態のエラーがある場合、制御システムは定常状態のエラーまたは単に微分システムがあると言われます。
定常状態のエラーを排除するには、「積分用語」をコントローラーに導入する必要があります。積分用語は、時間に応じてエラーを統合し、時間が増えると増加します。したがって、たとえエラーが小さい場合でも、積分項は時間とともに増加し、コントローラーの出力を促進して増加し、定常状態のエラーがゼロに近づくまでさらに減少します。
したがって、比例 +積分（PI）コントローラーにより、システムは定常状態のエラーがほとんどなく定常状態に入ることができます。積分時間のサイズは、積分効果の強度、積分時間が大きくなるほど、積分効果が弱くなり、システムオーバーシュートの量が増加します。それどころか、積分効果が強いほど、システム振動を引き起こす傾向があります。
3、微分（d）コントロール
差動コントロールでは、コントローラーの出力と入力エラー信号の微分（つまり、エラーの変化率）は関係に比例します。規制プロセスのエラーを克服するための自動制御システムは、振動したり不安定化したりすることさえあります。この理由は、エラーを抑制する効果があり、その変化が常にエラーの変化の背後に遅れをとる効果を持つ、大きな慣性成分（リンク）またはヒステリシスコンポーネントの存在によるためです。
解決策は、エラーの抑制を「先に」変更することです。つまり、エラーがゼロに近い場合、エラーの抑制はゼロになります。つまり、コントローラーでは、「比例」用語の導入のみがしばしば十分ではないことが多く、比例項の役割はエラーの大きさを増幅することと、「微分用語」を増やす必要性だけです。エラーの変化の傾向を予測して、比例 +差を持つコントローラーが事前にエラー抑制の制御を行えるようにします。このようにして、比例 +差を持つコントローラーは、エラーの制御を抑制するために事前に作成できます。これは、制御された量の重大なオーバーシュートを回避するためです。
したがって、大きな慣性またはヒステリシスを備えた制御オブジェクトの場合、比例+微分（PD）コントローラーは、規制プロセスにおけるシステムの動的特性を改善できます。D規制の主な機能は、オーバーシュートの量を減らすこと、制御することです。制御されたオブジェクトの出力の振動、およびシステムの応答時間を短縮するため、システムの動的特性が向上します。ただし、TDが大きすぎると、干渉信号を抑制する能力が低下します。
4、PIDコントロール
最も理想的な制御3つの長さを設定する比例統合的微分制御法則：タイムリーで迅速な比例的役割だけでなく、差分を持つ能力の残留差の排除の積分的役割も両方ともコントロール機能の役割は事前に。
偏差の節約が現れると、差動性がすぐにかつ大いに作用することができ、この飛躍の偏差を阻害します。同時に比例して偏差を排除するのに役割を果たし、偏差振幅が低下します。制御法における役割。これにより、システムはより安定しています。残留差の統合的役割はゆっくりと克服されます。制御パラメーターの3つの役割が適切に選択されている限り、3つの制御法の利点に完全なプレイを行い、より理想的な制御効果を得ることができます。
したがって、3つの役割を合理的に一致させることができる限り、PID規制の魅力である優れた制御結果を得るために、高速かつ正確でスムーズな規制パフォーマンスを実現できます。
5、パラメーター化
PIDコントローラーパラメーター化は、制御システム設計の中核です。これは、PIDコントローラーのスケール係数、統合時間、差動時間のサイズを決定するために制御されるプロセスの特性に基づいています。
PIDコントローラーパラメーター設定メソッド、2つのカテゴリにまとめられています。1つは設定方法の理論計算です。これは主に、コントローラーパラメーターを決定するための理論計算後のシステムの数学モデルに基づいています。この方法で取得した計算データは、直接使用することはできませんが、実際のエンジニアリングの調整と変更を通じても使用できます。 2つ目はエンジニアリングキャリブレーション方法です。これは、主に制御システムテストで直接エンジニアリングエクスペリエンスに依存しており、エンジニアリングの実践において広く使用されている方法は簡単で簡単に把握できます。
エンジニアリングチューニング方法のPIDコントローラーパラメーター、主に重要な比率方法、応答曲線法、減衰法。 2つの方法には独自の特性があり、共通点はテストを通じて、次にコントローラーパラメーターを調整するための式のエンジニアリングエクスペリエンスに従ってです。ただし、コントローラーパラメーターを取得するためにどの方法を使用しても、最終的な調整と改善の実際の操作にある必要があります。通常、臨界比率が使用されます。 PIDコントローラーパラメーターの調整手順にこの方法を使用すると、次のとおりです。
（1）システムが動作するのに十分な短いサンプリング期間を最初に選択する。
（2）入力に対するシステムのステップ応答で重要な振動が発生するまで、比例制御リンクのみを追加し、この時点で比例増幅係数と重要な振動期間を書き留めます。
（3）PIDコントローラーのパラメーターを取得するために、式を介したある程度の制御の下で。
実際の試運転では、最初に経験的価値を大まかに設定し、次に規制効果に従って変更できます。
温度システムの場合：p（％）{{0}}、i（points）3 - 10、d（points）0。5 - 3
フローシステムの場合：p（％）{{0}}、i（min）0。1--1
圧力システムの場合：p（％）{{0}}、i（min）0。4--3
液体レベルシステムの場合：p（％）20--80、i（min）1-5
理解するのは少し難しいですか？ Mingに説明してみましょう。
Mingにはタスクが与えられています：水槽の漏れがあり、漏れ速度はさまざまですが、水面が低いことがわかったら、特定の位置に水面の高さを維持するために水面が必要です。必要な位置よりも、水タンクに水を追加する必要があります。
水を加えるためのディッパーでXiaomingの始まりには、タンクからの蛇口の距離は10メートル以上あり、多くの場合、十分な水を加えるために数回走らなければならないので、バケツを使用してバケツを使用してバケツを追加するために変更します。バケツであり、数回は走り、さらに水の速度も高速ですが、タンクに何度か与えられて、誤って濡れた人のオーバーフローを数回追加します。私はバケツではなくディッパーを使用せず、盆地を持つ老人は何度か下がって、それがちょうど正しいことを発見し、何度も走る必要がなく、水があふれさせないことを発見しました。私はそれがちょうどいいことであることがわかりました、私は何度も走る必要はありませんでした、そして私は水を溢れさせませんでした。このチェック時間はサンプリング期間と呼ばれます。
水を加えるためのディッパーでXiaomingの初めに、水タンクからの蛇口には10メートル以上の距離があり、十分な水を追加するために数回走らなければならないので、Xiaomingを使用してバケツを使用してバケツを追加して変更します、プラスはバケツで、より少ない回数、水の速度も速くなりますが、数回は数回与えられ、誤って濡れた人のオーバーフローを数回追加します。ブレーンストーミング、私はディッパーを使用せず、バレルを使用する必要はありません。盆地を持つ老人は何度か、それがちょうどいいことを発見し、何度も走る必要がないことを発見しました。オーバーフロー。私は何度も走る必要はありません、そして私は水を溢れさせたくありません。水を追加するためのこのツールのサイズは、比例係数と呼ばれます。
Xiaomingはまた、水があふれていないが、必要な位置よりも高くなることがあり、靴を濡らす危険がまだあることもあることを発見しました。彼は、水タンクに漏斗を設置する方法を思いつきました。水を追加するたびにタンクに直接注がれないが、漏斗に注ぎ、ゆっくりと追加します。このオーバーフローの問題は解決しましたが、水を追加して遅くする速度があり、時には漏れの速度に追いつくことができません。そこで彼は、水を追加する速度を制御するために、さまざまなサイズと直径の目標到達プロセスを変更しようとし、最終的に満足のいくファンネルを見つけました。漏斗の時間は積分時間と呼ばれます。
Xiaomingはついに安reliefのため息をついたが、タスクの要件は突然厳格で、水位制御要件の適時性が大幅に改善され、水位が低すぎると、すぐに必要な位置に水を追加する必要があり、できないし、高すぎるか、賃金を支払わないでください。 Xiaomingが再び難しい！そこで彼は脳を開き、最終的にそれが方法を考えさせ、しばしば水位が低いことがわかったら、漏斗を通るのではなく、水の鍋ではないので、適時性があるように、しばしば脇に予備の水を置きます保証されていますが、水位がはるかに高くなることがあります。彼はまた、地点の上の水の表面の位置を水に穴を開けるように要求し、その後、より多くの水が穴の上部から漏れるように、スペアバケツの底にパイプを接続します。この水が漏れる速度は、微分時間と呼ばれます。
Mingの実験のストーリーは段階的な独立したものですが、実際の水道具、ファンネルキャリバー、同時にオーバーフロー穴のサイズが水の速度、水位の大きさに影響します。実験の後ろでは、多くの場合、以前の実験の結果を変更する必要があります。
停止後に半分の水のスケールで印刷された水のカップにケトルを持つピドコントロールを持つ人々
値の設定：ウォーターカップのハーフカップスケール。
実際の価値：ウォーターカップ内の実際の水量。
出力値：ケトルから注がれた水の量とカップからすくい出した水の量。
測定：人間の目（センサーに相当）
実行オブジェクト：人間
肯定的な実行：注ぐ
反実行：スクープ
1p比例制御、つまり、カップの水の量が水カップスケールの半分のカップに達していないことがわかります。一杯の水の中の水の中の水、一杯の水から一定量の水がすくい出された水が流れ出されたため、この1つのアクションにより、停車中に半カップ未満または半カップ以上になる可能性があります。
注：P比例制御は、最も単純な制御方法の1つです。コントローラーの出力は、入力エラー信号に比例します。比例制御のみが利用可能な場合、システム出力には定常状態のエラーが存在します。
2piの積分制御、つまり、一定量の水がウォーターカップに入ることによると、カップの水の量がスケールを持っていないことがわかった場合、注ぎ続け、水の量が多いことがわかりました。カップの半分よりも、水はカップから外側にすくい、その後、水を注ぐのに十分ではなく、水の量がスケールに達するまでより多くのスクープをしました。
注：積分Iコントロールでは、コントローラーの出力は入力エラー信号の積分に比例します。自動制御システムの場合、定常状態に入った後に定常状態のエラーがある場合、制御システムは定常状態エラーまたは定常状態エラー（定常状態エラーのあるシステム）を備えたシステムがあると言われています。定常状態のエラーを排除するには、「積分用語」をコントローラーに導入する必要があります。積分用語は、時間に応じてエラーを統合し、時間とともに増加します。したがって、たとえエラーが小さい場合でも、積分項は時間とともに増加し、コントローラーの出力を促進して増加し、定常状態のエラーがゼロになるまでさらに減少します。したがって、比例 +積分（PI）コントローラーにより、システムは定常状態のエラーなしで定常状態に入ることができます。
3pid Diffidial Control、つまり、水のカップとスケールからの距離を見ている人間の目、ギャップが非常に大きい場合、大量の水を注ぐケトルは、人々が水の量を見るとき、スケールの近くで、ケトルの水の出力を減らし、スケールのカップで停止するまでゆっくりとスケールに近づきます。水がスケールの正確な位置で停止した場合、静的な微分制御はありません。スケールの近くで停止すると、静的な微分制御があります。
注：微分コントロールDでは、コントローラーの出力は、入力エラー信号の差に比例します（つまり、エラーの変化率）。
エンジニアリングの実践では、PID Regulationとも呼ばれるPID制御とも呼ばれる比例、積分、微分制御のための最も広く使用されている規制制御法則が、70年近くの歴史、それは単純な構造、良好な安定性、信頼性が高く、調整が簡単で、産業制御の主な技術の1つになりました。
制御されたオブジェクトの構造とパラメーターを完全に習得できない、または正確な数学モデルにアクセスできない場合、他のテクノロジーの制御理論は使用が困難です。システムコントローラーの構造とパラメーターは、エクスペリエンスとフィールドデバッグに依存する必要があります。決定するために、PID制御技術の適用が最も便利である場合。
PIDコントローラー
PIDコントローラーは、産業プロセス制御で広く使用されています。産業自動化における閉ループ操作の約95％は、PIDコントローラーを使用しています。コントローラーは、コントロール信号を生成するように組み合わされます。フィードバックコントローラーとして、コントロール出力を目的のレベルに配信します。マイクロプロセッサの発明の前に、アナログエレクトロニクスはPID制御を実装しました。しかし、今日、すべてのPIDコントローラーはマイクロプロセッサによって処理されています。プログラム可能なロジックコントローラーには、PIDコントローラーの組み込み命令もあります。
低コストの単純なスイッチングコントローラーを使用することにより、フルオンまたはフルオフなど、2つのコントロール状態のみが可能です。これらの2つの制御状態がターゲットを制御するのに十分な制限された制御アプリケーションに使用されます。ただし、このコントロールの振動性はその使用を制限するため、PIDコントローラーに置き換えられています。
PIDコントローラーは、プロセス変数と閉ループ操作を介してセットポイント/目的の出力の間にゼロエラーがあるように出力を維持します。
Pコントローラー：
比例またはpコントローラーは、現在の誤差E（t）に比例した出力を与えます。目的または設定値を実際の値またはフィードバックプロセス値と比較します。得られたエラーには、出力を取得するために比例定数を掛けます。エラー値がゼロの場合、このコントローラー出力はゼロです。
このコントローラーは、単独で使用する場合、バイアスまたは手動でリセットする必要があります。これは、定常状態に到達しないためです。安定した動作を提供しますが、常に定常状態のエラーを維持します。比例すると一定のKCが増加すると、応答速度が増加します。
i-controller
Pコントローラーは常にプロセス変数と設定ポイントの間に偏差があるため、i-controllerが必要であり、定常状態誤差を排除するために必要なアクションを提供します。エラー値がゼロになるまで、エラーを一定期間統合します。最終コントロールユニットのゼロエラーの値を維持します。
負の誤差が発生すると、積分制御が出力を減らします。応答の速度を制限し、システムの安定性に影響します。積分ゲインKIを減らすことにより、応答の速度が増加します。
上記の図では、Iコントローラーのゲインが減少すると、定常状態の誤差が減少します。ほとんどの場合、PIコントローラーは、高速応答が必要ない状況で特に役立ちます。
PIコントローラーを使用すると、Iコントローラー出力は、植物の非線形性の状態のためにゼロエラー状態が増加しても積分出力が微調整される積分飽和を克服する程度に制限されます。
Dコントローラー
I-Controllerには、間違った将来の行動を予測する能力はありません。そのため、設定ポイントが変更されると正常に反応します。 Dコントローラーは、誤った将来の行動を予測することにより、この問題を克服します。その出力は、時間に対するエラーの変化速度に依存し、異なる定数を掛けます。システムの応答を増加させる出力に起動を提供します。
上記の図では、DコントローラーはPIコントローラーよりも多くの応答があり、出力のビルドアップ時間が短縮されます。 Iコントローラーによって引き起こされる位相遅延を補正することにより、システムの安定性が向上します。差動ゲインを増やすと、応答が改善されます。
PIDコントローラーの役割
比例調節の役割
システムの偏差に対する比例応答は、システムが逸脱すると、偏差を減らすためにすぐに規制を生成します。比例量が大きいと、調整を加速してエラーを減らすことができますが、割合が大きすぎるとシステムの安定性が低下し、システムの不安定性さえ引き起こします。
統合規制
システムが定常状態のエラーを排除し、非差の程度を改善します。エラーがあるため、差がないまで積分規制が実行され、積分規制が停止し、積分規制が一定の値を出力します。積分効果の強度は、積分時定数Tiに依存し、tiが小さいほど、積分効果が強くなります。それどころか、TIが大きい場合、積分効果は弱く、積分調節を追加するとシステムの安定性が低下し、動的応答が遅くなります。
微分規制
微分動作は、システム偏差信号の変化率を予測可能性とともに反映しており、偏差の変化の傾向を予測できるため、偏差における制御の役割よりも先に生み出すことができ、微分規制によって排除されました。ノイズ干渉に対する微分作用には増幅効果があるため、強すぎると差動調節が強すぎるため、システムは干渉防止に適していません。
PID制御アプリケーション開発の方向
生産プロセスでは、製品の品質を向上させるために、生産、原材料の節約、生産管理、生産プロセスは常に最適な作業条件にあります。したがって、最適な制御の方法が生成され、適応制御と呼ばれます。このタイプの制御では、システムが常に最適な状態になるように、測定されたパラメーター、環境、および原材料のコストの変更に応じてシステムを自動的に調整できるようにシステムが必要です。適応制御は、パフォーマンスの推定（差別）、意思決定、および変更の3つのコンポーネントで構成されています。マイクロコンピューター制御システムの開発方向です。ただし、管理法は把握するのが難しいため、問題を解決するのが困難な昇進です。適応性のあるPID制御には、生き物が外部条件の変化に適応できるように、いくつかのインテリジェントな機能が備わっています。自己学習システムもあり、よりインテリジェントです。