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25.6 : PI制御の時間および周波数領域の解釈

比例積分 (PI) 制御は、多くの制御システムで安定性とパフォーマンスを向上させるために不可欠です。これらは、システムの減衰を強化し、定常誤差を減らすために、サーモスタットなどの日常的なデバイスでよく使用されます。制御の伝達関数のゼロが最適に配置されると、システムは安定性と精度の点で大きなメリットを得られます。

PI 制御はローパスフィルタとして動作し、システムの応答を遅くし、整定時間を長くします。このため、ゼロを先頭近くに、主要な極から離して、比例ゲインと積分ゲインを最小限に抑えて配置する慎重な設計が必要です。

PI 制御の伝達関数は、通常、ボード線図で表すことができます。視覚化により、比例コンポーネントと積分コンポーネントがシステムパフォーマンスに与える影響を理解するのに役立ちます。比例ゲインが不十分だと定常誤差が発生する可能性がありますが、適切な減衰と安定性の管理には比例と積分の両方の側面が関係します。

設計上の重要な考慮事項は、システムの安定性に悪影響を与える可能性がある制御の負位相です。これを軽減するには、帯域幅要件が許す限りコーナー周波数を左に配置し、位相遅れによってシステムの位相マージンが減少するのを防ぐ必要があります。最適なパフォーマンスを得るには、補正された伝達関数が新しいゲインクロスオーバー周波数でゼロデシベル軸と交差し、必要な位相マージンを確保する必要があります。

さらに、積分ゲインと比例ゲインの比率は、システムの応答性と安定性のバランスを取りながら、大幅に低い周波数を基準に設定する必要があります。

効果的な PI 制御を設計するには、積分ゲインと比例ゲインを慎重に選択する必要があります。この選択プロセスの目的は、PD 制御と比較して PI 制御でより重大な課題となる、大きなコンデンサの必要性を回避することです。大きなコンデンサが必要な場合、サイズとコストが増大するため、制御の物理的な実装が複雑になる可能性があります。

全体として、ゼロの慎重な配置、ゲインの戦略的な選択、位相マージンの考慮は、減衰を強化し、定常誤差を最小限に抑え、システムの安定性を維持する PI 制御の設計に不可欠です。

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PI ControllerProportional Integral ControlSystem StabilitySteady state ErrorTransfer FunctionBode PlotPhase MarginFrequency ResponseDesign ConsiderationsDamping EnhancementGain SelectionNegative PhaseControl Systems

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