自動制御23【電験3種 機械】PID制御の3つの基本動作（比例・積分・微分）の穴埋め問題！平成28年度 A問題13 完全解説

今回は平成28年度 機械科目 A問題13を解説します。フィードバック制御における比例動作・積分動作・微分動作という3つの基本的な制御動作の特徴に関する空所補充問題です。

比例動作は偏差に比例した操作量を出すが定常偏差が残る、積分動作は偏差の積分値に応じて動作し定常偏差を無くせる、微分動作は偏差の微分値（変化速度）に応じて素早く反応する、という3動作それぞれの特徴を対応付けます。

平成28年度 機械科目 A問題13：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 機械科目 【自動制御】 平成28年度 A問題13

　次の文章は，フィードバック制御における三つの基本的な制御動作に関する記述である。

　目標値と制御量の差である偏差に（ア）して操作量を変化させる制御動作を（ア）動作という。この動作の場合，制御動作が働いて目標値と制御量の偏差が小さくなると操作量も小さくなるため，制御量を目標値に完全に一致させることができず，（イ）が生じる欠点がある。

　一方，偏差の（ウ）値に応じて操作量を変化させる制御動作を（ウ）動作という。この動作は偏差の起こり始めに大きな操作量を与える動作をするので，偏差を早く減衰させる効果があるが，制御のタイミング（位相）によっては偏差を増幅し不安定になることがある。

　また，偏差の（エ）値に応じて操作量を変化させる制御動作を（エ）動作という。この動作は偏差が零になるまで制御動作が行われるので，（イ）を無くすことができる。

　上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

	（ア）	（イ）	（ウ）	（エ）
(1)	積分	目標偏差	微分	比例
(2)	比例	定常偏差	微分	積分
(3)	微分	目標偏差	積分	比例
(4)	比例	定常偏差	積分	微分
(5)	微分	定常偏差	比例	積分

出題のポイント：P・I・Dの特徴を対応付ける

比例動作は偏差に比例した操作量を出しますが、一般に定常偏差が残ります。積分動作は偏差を時間で積み重ね、定常偏差を解消します。微分動作は偏差の変化速度に反応し、変化の始まりに素早く働きます。

ポイント解説：一定偏差に対するP・I・Dの応答

フィードバック制御の3つの基本動作は、比例動作（P動作）・積分動作（I動作）・微分動作（D動作）です。それぞれ動作方程式・ブロック線図・特徴が異なり、単独で使われることは少なく組み合わせて使われます。

比例動作は偏差に比例した操作量を出しますが、偏差が小さくなると操作量も小さくなるため定常偏差（オフセット）が残ります。積分動作は偏差の時間積分に応じて動作し続けるため、この定常偏差を解消できます。微分動作は偏差の変化速度に応じて素早く反応します。

問題の解説：比例・定常偏差・微分・積分の（2）

STEP1　（ア）（イ）比例動作とその欠点を特定する

偏差に比例して操作量を変化させる動作を比例動作（ア）といいます。偏差が小さくなると操作量も小さくなるため、制御量を完全には一致させられず定常偏差（イ）が生じます。

STEP2　（ウ）偏差の変化に素早く反応する動作を特定する

偏差の微分値（ウ）に応じて操作量を変化させる動作を微分動作といいます。偏差の起こり始めに大きな操作量を与えるため早く減衰させますが、位相によっては不安定要因になります。

STEP3　（エ）定常偏差を解消する動作を特定する

偏差の積分値（エ）に応じて操作量を変化させる動作を積分動作といいます。偏差が零になるまで動作し続けるため、定常偏差を無くすことができます。

以上より（ア）比例（イ）定常偏差（ウ）微分（エ）積分の組合せである(2)が正解です。

答え：(2)

まとめ

(ア)	比例
(イ)	定常偏差
(ウ)	微分
(エ)	積分
答え	(2)

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