EZ-Japan BLOG since 2017 真・MFC千夜一夜物語

EZ-Japanブログは、真・MFC千夜一夜物語という流体制御機器=マスフローコントローラ(MFC)の解説記事をメインに、闘病復帰体験、猫達との生活が主なコンテンツです

I動作

真・MFC千夜一夜物語 第329話 MFCの応答性 その5

前回からマスフローコントローラー(MFC)の応答性に関して、調整計での制御方法の解説を始めました。
比例動作を制御する
P制御で、目標値と現在値との差に比例した操作量を調節する制御を行うと、ハンチングの小さい滑らかな制御が可能になります。
ただ、流量設定信号(
SV)に対して流量信号(PV)が近づくと、目標値にきわめて近い寄り添った状態で安定してしまう現象が起きてしまい、いつまでもSV=PVになってくれません。

 

201020_03
PI制御 

このままではMFCの設定信号通りには、流量が流れてくれないので困ります。

そこでPに加えて積分動作=I動作を用いたPI制御が用いられます。

 

P制御における問題点は、PVSVに近づくと、MVの伸びが鈍ってしまうことでした。

SVに近い状態でPVが安定はするが、永遠に「PV=SV値」にはならないのです。

このP制御における、PVSVの差を偏差と言います。

つまりP制御ではSVPVを近づけることまでできるが、SVPVとの偏差を0にできない」という問題があると言い換える事ができるのです。

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この偏差をなくすために考えられたのが、積分動作(I動作)です。
上図にあるようにI動作は偏差を時間的に蓄積し、蓄積量がある大きさになった所で、MVの操作量を増やして流量を増やし、偏差を解消させるという特別な動作をします。

 

このようにして、P動作にI動作を加えた制御をPI制御(比例・積分制御)と言い、一般的なMFCはこのPI動作で制御されいると言っていいのです。

 

「あれ?MFCの制御はPID動作じゃないの?」

とおっしゃる向きもあるかもしれませんね?
それに関しては、次でお話ししましょう。

 

あと、念のためですが、ここで説明したPI、最近はやりのPI-MFCPI=Pressure Insensitive、つまり圧力変動影響緩和型MFC)のPIとは全く別の意味ですから、ご用心ください。

 

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

 

真・MFC千夜一夜物語 第328話 MFCの応答性 その4

前回はマスフローコントローラー(MFCの応答性に関して、同じ熱式流量センサーでも、巻線型とMEMS型、インサーション型の差を比較してみました。

今回は、MFCを構成する流量センサーと流量制御バルブを制御する調整計の機能に関してお話ししましょう。機器間の関わりは下図を参照ください。


201020_03


MFCが搭載している調整計は、流量センサーからの流量信号(PV)と外部機器からの流量設定信号(SV)を比較、判断して、流量制御バルブの制御信号(MV)を操作する仕事をしています。

 

MFCの調整計の用いる制御方法として、PID制御という言葉をよく聞きますね?
ですが、MFCにとってのPID制御という解説にはなかなか適切なものが無いのです。
PID
は大別すると、P動作:Proportional(比例動作) 、I動作:Integral(積分動作)、D動作:Differential(微分動作)のことです。
連載ではPPIPIDと順に制御を解説していきますね。

 

P制御

P制御とは、目標値と現在値との差に比例した操作量を調節する制御方式です。
ある範囲内のMVが、制御対象のPVの変化に応じて0100%の間を連続的に変化させるように考えられた制御のことです。
ON-OFF制御に比べて、ハンチングの小さい滑らかな制御が可能になります。
SV
PVの差が大きければ加速度を上げてSVに接近させ、PVに近くなると徐々に加速度を下げる制御を行います。
このP制御でうまく制御できると良いのですが、SVPVが近づくと問題が生じます。

201102_01

 操作量が小さくなりすぎた為に、これ以上細かく制御できない状態になってしまい、目標値にきわめて近い寄り添った状態で安定してしまう現象が起きるのです。
手動操作する場合は、その辺りを上手く微調整して、目標値ピッタリに合わせる事が可能なのですが、調節器を使って電気的にコントロールする場合、目標値との差(偏差)が小さくなりすぎると測定誤差の範囲内に収まってしまうために、これ以上追い込む制御が不可能になってしまうのです。

しかし、MFCではそれは困ります。
SV
がフルスケール100SCCMに対して98SCCMPVが安定した状態は、フルスケールに対して-2%の値で制御を良しとすることであり、通常のMFCに求められる流量制御の要求値からは大きく外れてしまいます。

 

これでは困るので、解決手段としてPI制御が登場します。

 

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

EZ-Japan(イージージャパン)Deco こと 黒田です。 2014年6月開業です。流体制御機器マスフローコントローラーを中心に”流体制御関連の万(よろず)屋”として情報発信しています。 日本工業出版「計測技術」誌で”マスフロー千夜一夜物語”の連載中です。
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