PID制御をわかりやすく解説! 【制御工学】

フィードバック制御を用いた制御法のひとつにPID制御があります。

出力値に対して、目標値との偏差（Propotional）や偏差の積分値（Integral）、微分値（Differential）を用いて制御を行うことで理想的に目標値を得るものです。

P制御（比例制御）

P制御はもっとも基本となる制御です。

現在の出力値と目標値の偏差に比例した調節を行います。

偏差が大きければ出力値を目標値に向けて大きく操作し、偏差が小さくなれば、操作量も小さくなります。

P制御では、偏差が小さすぎる場合に誤差の範囲内となり、これ以上操作ができなくなる問題があります。

このときの偏差を定常偏差（オフセット）と呼びます。

PI制御（比例・積分制御）

PI制御ではP制御に加えて、積分動作のフィードバック（I制御）を行います。

（目標値に近づける制御自体はP制御がベースになっています。I制御単体で用いられることは基本的にありません。）

I制御は、定常偏差の除去を目的とした制御です。

P制御で問題となった定常偏差があった場合、I制御にて偏差の積分値に比例した操作をします。

PID制御（比例・積分・微分制御）

PI制御にさらに微分動作のフィードバック（D制御）を加えることで、応答時間を減らします。

D制御は応答性の向上を目的とした制御です。

微分動作では、前回の偏差と今回の偏差の差分に比例した操作を行います。

偏差の変化によって、操作量が大きく変化するので俊敏に応答するようになります。

また、外的要因で出力が変化した場合でも、瞬時に目標値に戻るよう制御するメリットもあります。

PD制御（比例・微分制御）

P制御に加えて、D制御を行う制御です。

応答性はよいですが、定常偏差が生じてしまいます。

むだ時間

操作を行っても、応答が全くないことがあります。

操作行ってから、何らかの応答があるまでの時間をむだ時間と呼びます。

むだ時間はあらゆる系に存在し、これを低減したり正確に予測することが行われています。

問題

問題画像は公益社団法人日本技術士会ホームページからダウンロードしたものです。

【令和3年度技術士一次試験[専門科目]　機械部門 Ⅲ-13】

【解答】

各制御の目的は以下の通りです。

PI制御：定常偏差の除去

PD制御：応答性の向上

PID制御：定常偏差の除去＆応答性の向上

正解は③です。

まとめ

今回は、PID制御について学習しました。

P制御やPI制御、PID制御、PD制御それぞれの特徴を理解して、問題演習を積みましょう。

過去問を完璧に解けるように繰り返し解くことが、技術士一次試験合格の近道です。