PID制御におけるオーバーシュートの解決方法
- オムロンの温調器「E5CN」を使用して小型炉の試験対象物の加熱を行っていますが、設定温度まで昇温する際にオーバーシュートが発生しています。
- 温調器がヒーターの出力を落とした後も炉の余熱が強く残っているため、試験対象物の温度が上昇し続けてしまいます。
- オーバーシュートを抑えるためには設定温度の手前から出力を抑える必要があり、P・I・Dの値を適切に調整することが求められます。
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PID制御時のオーバーシュート
オムロンの温調器「E5CN」を使用して、小型炉にて試験対象物（金属）の加熱を行っています。熱電対は、試験対象物に直接接触させ、耐熱布にて周囲を巻いています。 この状態でオートチューニングにて導き出したPID値（P：５、I：１２０、D：２０）で昇温加熱すると、ほぼ確実にオーバーシュートしてしまいます。例えば設定温度が３００℃だとすると、３５０℃くらいまでオーバーシュートします。 温度の上がり具合を見ている感じですと、温調器がヒーターへの出力を落としたあとも炉の余熱が強く残っているため、どんどん試験対象物の温度は上昇していってしまいます。 もっと早い時点でヒーターを弱めることができればオーバーシュートしにくいのではないかと思うのですが。。。 余熱での温度上昇も考え、設定温度の手前から出力を抑えていくには、P・I・Dそれぞれの値をどちらに振れば良いかご指導よろしくお願いいたします。
- fujikoro
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http://www.fa.omron.co.jp/guide/technicalguide/53/103/index.html Home>テクニカルガイド>技術解説>コントロール>電子温度調節器 概要 「P動作（比例動作）」 ここの動作グラフに示されている通り 比例帯を小さくするとハンチングします 大きくすると動作が遅くなります この比例帯と比例ゲインとは違います （同じものと誤解してる人は多い） http://www.fa.omron.co.jp/guide/glossary/meaning/3359.html http://fa-dic.mitsubishielectric.co.jp/faq/show/15721 http://www.miyazaki-gijutsu.com/series4/densi0932a.html この辺りを解説した資料は少ない 一般的に温度調節器に設定するのは比例帯です 圧力制御や流量制御に使うプロセス調節計には比例ゲインを設定します http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_control/9904/index.html http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_control/9809/index.html http://www.compoclub.com/products/knowledge/jidou_seigyo/jidou_seigyo2.html ＞オートチューニングにて導き出したPID値（P：５ 直感的には１０～２０くらいじゃあなかろうか？ ＞熱電対は、試験対象物に直接接触させ、耐熱布にて周囲を巻いています。 これはやってはいけない事です ＜制御性を悪くする原因 熱電対はヒーター直近に付けるべきでしょう 基本原則 制御するのはヒーター温度であってワーク表面温度ではない 熱慣性の問題でどうころんでもワーク表面温度は安定しない ワーク表面温度を厳密に制御したいのであれば カスケード制御する必要があります（温調器を2台使う） http://www.rkcinst.co.jp/techno/16/techno_16.htm 「３．カスケード制御による外乱応答の改善」 但し、カスケード対応の調節計はとてつもなく高価です
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- tance
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No.1の方の回答のとおりですが、ひとつだけ補足します。 オーバーシュートしないように調整すると、確かに遅くなることもありますが、本当はその方が速いということもあります。 オーバーシュートした場合としない場合で、目標値への到達時間を比べると、ゆっくり近づいても、一発で安定する方が、行き過ぎて戻ってくるより速いことがあるからです。特にハンティング（リンギング）を起こした場合は顕著になります。 きちんと応答特性を計測し、最も適したPIDを用いれば、いわゆるクリティカルダンピングの状態を作れて、最も速いセットリング時間を達成することができます。
お礼
作業の都合上、オーバーシュートは厳禁なので困っています。。。すこし時間がかかっても良いので、スムーズに設定温度に入るよう色々試してみます。ありがとうございました。
どのくらいの時間幅でオーバーシュートしているのか分からないのですが、 通常のヒータ昇温系ならハンチング（オーバー、アンダーの繰り返し振動）してないでしょうから、 300℃まで1分で高速昇温とかでなければ基本的にPI制御の範疇と考えていいと思います。 （まずはDは除外） その上で、まずは比例Pの値を小さくしてみるといいと思います。 最初は大きくずらして（今回の場合１ずつとか）あたりをつけてあとは微調整。 P値を小さくすることの副作用としては、 比例Pを小さくしすぎると、オフセットが生じます（目標値に達しないまま安定状態になってしまう）。 そのときに積分値Iが活躍します。 オフセットを埋めるためにIを大きくします。 このようにしてオーバーシュートをなくしつつ、目標値に近づけるという作業で いけると思います。 最後にこの方法でチューニングすると到達速度が遅くなるので アップさせたいときは、微分Dを小さくします。 が、温調器のサンプリング速度やヒータの応答が速くない場合が多いので オートチューニングの結果をいじらないことをおすすめします。 以上でこの制御系の限界だと思います。 ちなみにですが、PIDの各文字の意味を知っていると 調整の仕方がわかりやすいですよ。 P=Propotional 比例（目標値までの上昇傾き） I=Integral 積分 →入力電力積み上げ（目標値あわせ） D=Differntial 微分 →応答性（単独では意味がない、比例Pとの組合せで初めて意味を成す）
お礼
具体的なアドバイス、ありがとうございました。作業経験が未熟なもので、オートチューニングさえすれば上手くいくと簡単に考えていました。。。アドバイスを基にもう少しトライしてみます。ありがとうございました。
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