統合プロセスと自己調整プロセスの基礎
本質的に統合的なプロセスは、入力値の現在の合計に比例する出力を生成する傾向があります。時間の経過とともに蓄積されてきました。入力が負になると、プロセスによって振幅が比例して減少し、出力が低下します。たとえば、水タンクの場合、入力は流入する液体の量であり、出力はタンクが維持している水のレベルです。入力が正である限り、水位は上昇し続けますが、入力が負になると（流入よりも流出が多い）、出力レベルは低下します。
サーボモーターの動作を考えてみましょう。モーターの両端の入力電圧がトルクを決定し、それが負荷を加速します。入力電圧がゼロ以外であり、負荷の位置が累積回転に依存している限り、回転は継続します。入力電圧が負になると、軸が逆回転し始め、出力位置が下がります。水タンクとサーボモーターの両方の動作は、入力が負でない限り、両方のエンティティが出力レベルを維持するため、類似しています。
すべての統合プロセスはこのように動作します。入力は蓄積され、周囲の環境に分散されます。これらの2つのプロセスが発生する速度は、制御対象の機械と、摩擦、抗力、慣性などの物理的要因によって異なります。ただし、入力がシステムに追加されると、負の値がそれをキャンセルするまで存在します。
非統合プロセス
漏れのある水タンクを考えてみましょう。入力が何であるかに関係なく、それは水を失い続けます。同様に、サーボモーター ねじりばねに逆らって回転するものは、電圧の値に関係なく位置を失い続けます。このようなプロセスは、予測できない損失によって追加が相殺される平衡点に達する可能性があります。たとえば、いくつかのリークがあるタンクが特定のポイントを超える出力レベルを持つことは不可能です。これらのプロセスは非統合的であり、入力を蓄積しますが、流入と流出の間の平衡である特定のポイントにのみ到達します。
自発的な損失を持たない統合プロセスは一部しかありませんが、一部の非統合プロセスはかなり長い時定数を持っているため、平衡点に到達するのが困難であることに注意する必要があります。これにより、2つの間の境界線が曖昧になります。
コントローラーの選択
制御エンジニアの仕事は、プロセスの性質と、プロセスがスペクトルのどちらの端に属しているかを特定することです。これにより、彼/彼女はプロセスに適した制御戦略を選択することができます。平衡点が出力に自然な制限を課すため、非統合プロセスの調整はより簡単です。コントローラーは、適切な入力を見つけるという面倒なプロセスを経る必要はありません。
このため、非統合プロセスは、コントローラーの介入を必要とせずに定常状態を達成できるため、自己調整と呼ばれることがあります。それでも、必要に応じてプロセスの入力を増減するには、フィードバックコントローラーの努力が必要です。
従来のPIおよびPIDコントローラー 統合プロセスと自己調整プロセスの両方で機能するように設計されています。ただし、構成は異なります。ほとんどのチューニングルールは、これらのプロセスの両方を考慮に入れており、コントローラーのP、I、およびDパラメーターを計算できる式を提供します。
場合によっては、単純なPコントローラーでも、蓄積が進むため、統合プロセスの要件を満たすことができます。これにより、コントローラーはPIまたはPIDコントローラーの積分器と同じ特性になります。また、コントローラーの目標が、出力を特定の設定値に一致させるために必要な入力の大きさを特定することである場合は、Pコントローラーが適しています。
出力が設定値に近づく前にPコントローラーが諦める可能性があるため、統合されていないプロセスについても同じことは言えません。これにより、コントローラーが負荷の外乱を補正しようとしても、定常状態のエラーが発生します。これらのエラーは、統合プロセスにも影響を与える可能性があり、流体の密度の変化などの物理的パラメータが原因です。
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