自動制御25【電験3種 機械】プロセス制御におけるPID各動作の効果（穴埋め問題）！令和6年度下期 A問題13 完全解説

今回は令和6年度下期 機械科目 A問題13を解説します。プロセス制御でよく用いられるPID制御のうち、積分動作・微分動作・比例動作がそれぞれどの特性の改善に有効かを問う空所補充問題です。この章の最終問題にあたります。

積分動作は定常特性の改善、微分動作は過渡特性の改善に効き、比例動作は両方をある程度改善できるという、PID各動作の役割分担を押さえれば解けます。

令和6年度下期 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】 令和6年度下期 A問題13

　次の文章は，プロセス制御に関する記述である。

　プロセス制御にはPID制御が非常によく用いられている。その中で積分動作は主として（ア）特性の改善に，微分動作は（イ）特性の改善に有効であり，また，（ウ）動作は両方の特性を，ともにある程度改善することができる。これらの動作をディジタル処理を介して行う方法が最近よく用いられている。

　上記の記述中の空白箇所(ア)〜(ウ)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）
(1)	定常	過渡	加算
(2)	定常	過渡	比例
(3)	過渡	定常	比例
(4)	過渡	定常	加算
(5)	定常	過渡	減算

出題のポイント：PID各動作と改善する特性

PID制御では、積分動作Iが定常偏差を小さくして定常特性を改善し、微分動作Dが偏差の変化に反応して過渡特性を改善します。比例動作Pは定常・過渡の両方をある程度改善します。空欄は定常、過渡、比例です。

ポイント解説：P・I・Dを並列に組み合わせる

プロセス制御ではPID制御（比例＋積分＋微分）がよく用いられます。積分動作は主に定常特性の改善、微分動作は主に過渡特性の改善に効果があり、比例動作は両方の特性をある程度改善できます。

これらの動作をディジタル処理で行う方式はDDC（Direct Digital Control）と呼ばれ、近年よく用いられています。

問題の解説：（ア）定常、（イ）過渡、（ウ）比例

STEP1　（ア）積分動作が改善する特性を特定する

積分動作は偏差の時間積分に比例した操作量を出し、偏差が零になるまで動作し続けるため、主として定常特性（ア）の改善に有効です。

STEP2　（イ）微分動作が改善する特性を特定する

微分動作は偏差の変化速度に応じた操作量を出すため応答速度が速くなり、主として過渡特性（イ）の改善に有効です。

STEP3　（ウ）両方の特性を改善する動作を特定する

比例動作（ウ）は制御偏差に比例した操作量を出す基本動作で、積分・微分動作の欠点を補いながら両方の特性をある程度改善できます。

以上より（ア）定常（イ）過渡（ウ）比例の組合せである(2)が正解です。

答え：(2)

まとめ

(ア)	定常
(イ)	過渡
(ウ)	比例
答え	(2)

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