PIDコントローラーの調整には何が関係しますか？

比例積分微分コントローラー（PIDコントローラー）の調整は、プロセス制御を専門とするエンジニアにとって一般的な作業です。 この場合、「チューニング」とは、コントローラーの比例帯、積分アクション、および微分アクションに関連するパラメーターを変更することです。 手作業で調整パラメータを計算する方法と、化学プロセスでコントローラを自動的に調整するために使用できる多数のソフトウェアパッケージがあります。 調整を開始する前に、調整する制御ループと制御ループがシステム全体に及ぼす影響を調査することがエンジニアにとって重要です。

自動コントローラーのパフォーマンスは、コントローラーの調整パラメーターを変更することで調整および変更できます。 PIDコントローラーを調整する場合、通常、変更可能な3つの設定があります。比例帯域、積分動作、微分動作です。 これらは、古典的なPIDアルゴリズムの第1、第2、第3項、それぞれu = K _P e + K I∫e dt + K _D de / dtで表されます。

用語uは戻り信号を表します。 K _Pは比例ゲインです。 eは、現在の値とコントローラー設定値との差を表す誤差またはオフセット項です。 K _Iは積分ゲイン、 K _Dは微分ゲインです。 tは時間です。 この方程式のラプラス変換は、 K _P + K _I / s + K _D sで表されます。

PIDコントローラーを調整する前に、エンジニアはまず調整するプロセスを調べて、不適切な調整が混乱の原因であるか、誤動作や機器の破損などの別の割り当て可能な原因があるかを判断する必要があります。 可変性の真の原因が制御バルブの固着、機器の破損、または制御システムのロジックのエラーであることが判明した場合、チューニングの変更はほとんど意味を持ちません。 プロセスを徹底的に検査し、フィールド機器の機能が検証された場合にのみ、チューニングを検討する必要があります。

化学、電気、および機器のエンジニアがPIDコントローラーの調整に使用する方法は複数あります。 Ziegler-Nichols法は、プロセスの最終的なゲインと最終的な期間を使用して、Pのみ、PIのみ、およびPID制御スキームの積極的な調整パラメーターを計算する例です。 Tyreus-Luyben法などの他の制御方式は、システムの振動を低減するために策定されています。 PIDコントローラーの調整に使用される方法は、制御ループ自体の性質によって決まる場合があります。

一般に、コントローラーのゲイン項を増やすと、コントローラーがより積極的に動作します。 より統合されたアクションは、定常状態値と目的の設定値の間のオフセットを減らすのに役立ちますが、あまりに多く使用されると、振動を引き起こす可能性があります。 導関数の用語は、コントローラーの現在値の急激な動きを止めるのに役立ちます。 これらは、各クラシックチューニングパラメーターの効果の一般的な意味を提供するヒューリスティックのみです。

多くの分散制御システム（DCS）パッケージには、制御ループを自動的に調整するために使用できるソフトウェアが含まれています。 これらのソフトウェアパッケージは、多くの場合、過去のパフォーマンスを調べるか、確立されたチューニング手順で説明されているテスト方法を自動的に実行することにより、プロセスをチューニングします。 ほとんどの手順と同様に、主要な調整手順が完了した後、プロセスに合わせてエンジニアが微調整と小さな調整を行う必要があります。