積分制御

積分制御とは、目標値と現在の値のずれを無くすことを目的とした制御方法です。このずれのことを偏差と呼びます。偏差を時間と共に積み重ねていく、つまり積分することで、制御の入力を調整します。 例として車の速度制御を考えてみましょう。設定速度が時速60キロメートルなのに、現在の速度が時速50キロメートルだとします。この時、時速10キロメートルの偏差が生じています。積分制御では、この偏差を時間と共に積分していきます。偏差が続くほど、積分の値は大きくなり、アクセルを開ける量も増えていきます。最終的に時速60キロメートルに到達すると、偏差はゼロになり、積分の値も増加しなくなります。 積分制御の最大の利点は、偏差をゼロに収束させる能力です。偏差が少しでも存在すれば、積分値は増加し続け、制御入力を調整し続けるため、最終的には目標値に到達します。これは、一定の速度を維持したい車の速度制御にとって非常に重要です。 また、積分制御は外乱の影響を打ち消す効果も持っています。例えば、上り坂を走行中に速度が落ちたとします。この時、積分制御は速度の偏差を検知し、アクセルを開ける量を増やすことで、設定速度を維持しようとします。つまり、坂道による速度低下という外乱を自動的に補正してくれるのです。 しかし、積分制御は制御量が過剰に反応してしまう、オーバーシュートと呼ばれる現象を起こす可能性があります。目標値に近づくにつれて偏差が小さくなるにも関わらず、それまでの積分値が大きいため、制御入力が過剰になりすぎてしまうのです。この問題に対処するために、積分制御は単独で使用されることは少なく、比例制御や微分制御といった他の制御方式と組み合わせて使用されることが多いです。これらの制御方式を組み合わせることで、より精密で安定した制御を実現できます。