動画：ATC2000のPID制御はどのように機能するのか？
ATC2000は、実験手順中に動物の体温を維持するための低ノイズ加熱システムです。ATC2000はデジタルPIDコントローラーを使用して、加熱プレートへの電力供給を調整し、監視センサーで希望の温度を達成します。PIDとは比例（Proportional）、積分（Integral）、微分（Differential）の略です。PID制御の仕組みは以下の通りです：
デフォルトの設定温度は37°Cですが、設定変更が可能です。コントローラーは現在の温度と希望温度の差である誤差を計算します。
誤差 = 監視温度 – 設定温度
誤差に対して異なる関数を適用し、3つの成分が導き出されます。
- 誤差に比例ゲイン係数（P）を掛けます。これは調整可能です。
- 誤差を累積して積分を構成し、積分ゲイン係数（I）を掛けます。これも調整可能です。
- 誤差から前回の誤差を引いて差分を求め、それに微分ゲイン係数（D）を掛けます。こちらも調整可能です。
これら3つの成分を合計してシステムに入力される刺激信号を形成します。システムは温度値を出力し、それが再び設定温度と比較されます。このサイクルは誤差がゼロになるまで繰り返され、出力が希望の設定温度に達します。
比例ゲインの効果
比例ゲインは即効性があり、誤差が一定の場合は時間とともに変化しません。比例ゲインだけでもシステムは希望値に近づきます。比例制御はコントローラーが安定するにつれて設定温度周辺の温度変動を制限します。しかし、比例制御のみを使用すると、温度が安定した後も実際の温度は設定温度に近づくものの完全には到達しません。比例ゲインが大きすぎると、システムが設定温度の上下で振動してしまいます。
積分ゲインの効果
積分ゲインは誤差の累積に伴い時間とともに変化します。このゲインはシステムが設定温度に達するまで変化し、その後は誤差が増減するまで一定に保たれます。積分ゲインは長期的な安定性を担います。積分ゲインが大きすぎると振動を引き起こします。
微分ゲインの効果
微分ゲインはあまり使われません。この項目は主に急激に変化するシステムで初期のオーバーシュートを抑えるために使われます。工場出荷時の微分ゲインの設定はゼロです。機能は実装されており利用可能です。刺激に対する反応に遅延が大きいシステムでは効果的に使うのが難しい場合があります。
プロセスをまとめると、監視温度と設定温度を比較して誤差を求め、その誤差にP、I、Dのアルゴリズムを適用します。PIDの値を合計してヒーターに送る指令を決定します。出力が監視温度を変化させ、このサイクルが繰り返されます。
ご質問があれば、(866) 606-1974までお電話いただくか、wpi@wpiinc.comまでメールでお問い合わせください。
