PID制御の実用例や基礎を紹介

PID制御の実用例としては多くのバリエーションが使われてきました。簡単なPID制御の実用例としてはエアコンの温度調整があります。

PID制御の基礎は「ある値を目標値として設定し、それを保つために制御をすること」です。例としてはエアコンで２４度をキープしようとしても室内温度が３０度など暑すぎたり、５度など寒すぎたりして偏差が大きければ大きいほどPID制御のゲインを上げなければなりません。

ただし、ゲインを上げすぎると偏差は減少しますがオーバーシュートという「行き過ぎ」が起こります。これを補うために、Iの積分制御とDの微分制御を使うのです。

Pのゲインを最適に設定してもオフセットが出てしまいます。これを補うのがI動作です。ただし、PIの動作だけでは偏差が大きくなったときにパワーを追加できません。

偏差が拡大していることを検出するために偏差を微分しているのがD動作なのです。このようにエアコンの実用例でも制御する過程の特性に合わせてPID制御をしています。他のPID調節計を調べたり、制御プログラムやブロック線図を調べるには朝倉書店から出版されている「システム制御ライブラリーPID制御」という本がおすすめです。身近な応用例としてはパソコンのHDDの中のヘッターの位置を合わせる制御にPID制御が使われています。

一般的に温度制御からさまざまな制御に使われているのがPID制御です。PID制御の基礎を説明します。まず、PIDのPは比例制御(Proportional)、Iは積分制御(Integral)、Dは微分制御(Derivative)といいますが、ここではPID制御の基礎をわかりやすく車の運転に例をとって特徴を説明します。信号の停止線から時速６０キロまでの加速を想像してください。まずは速度０キロから、目標の６０キロまで加速するのにアクセルを大きく踏みます。この目標との差＝偏差と比例した操作をすることをPの比例制御と定義します。また、６０キロまで加速する途中で５０キロくらいでアクセルを緩めたり、坂道で６０キロに達するようにアクセルを調整することをDの微分制御と考えましょう。さらにぴったり６０キロで走行するためにより微妙なアクセルコントロールをすることをIの積分制御としましょう。このように車の運転を無意識で行っているようですが、PID制御は日常でも行われている人間の動作と置き換えるとわかりやすくもなります。