温度調節計で遊ぶ 比例制御

投稿日 2011/10/23

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計装システムで使用される温度調節計を入手しPID制御の勉強をしています。

 

前回はオン/オフ制御の実験をしてみました。このオン/オフ制御では温度調節計の真価は発揮されません。

 

今回はPID制御のうち。P(Proportional)すなわち比例制御を試してみます。

 

オン/オフ制御はハンチング、すなわち脈流のような挙動になります。これは制御出力を0%か100%かの2値で制御しているためで、行き過ぎては戻し、下がりすぎては戻すことを繰り返しているからです。

 

ハンチングの幅を短くするためには、熱源を頻繁にオン/オフしなければならず、リレーなどがもちません。

 

比例制御は、比例帯というものを設けます。その幅は目標温度を中心として、たとえば±1.5℃というように決めておきます。

 

比例帯から下に外れている(温度が低すぎる)場合制御出力を100%。上に外れている(温度が高すぎる)場合0%とします。

 

温度が比例帯に入った場合、その偏差によって制御出力を0から100%の間で加減します。温度が目標値であった場合50%出力(温度調節計によっては変更可能)となります。

 

比例制御の利点は、オン/オフ制御の場合発生する、オーバーシュートやハンチングが起こりにくいことです。前回の実験オン/オフ制御では、豆電球があまり強い熱源ではないためオーバーシュートは起こっていませんが、熱源の種類によってはオーバーシュートが起こります。

 

実験装置はオン/オフ制御のときと同じです。

 

今回入手した温度調節計UT150の制御出力はリレー接点しかありません。この場合制御出力はリレーのオン時間とオフ時間の割合(時間比例)で制御されることになります。これはいわゆるPWMです。(制御出力が4-20mAカレントループや電圧出力などで、熱源もそれで制御可能なものであれば連続的な制御が可能なのですが)

 

さてどのような実験結果になるでしょうか。