ON-OFF制御

熱帯魚の飼育を例に挙げますが、水槽内の温度が設定値25℃より低いときはヒータをONにして水温を上げます。水温上がり設定値25℃より高くなれば、ヒータをOFFにします。このようにヒータをON-OFFすることにより、温度を一定に保つ制御方式をON-OFF制御といいます。操作量が設定値を境に、0%と100%の2つの値で動作することから、2位置動作とも呼ばれます。

設定値25℃ちょうどでON-OFFさせると、水温が25℃ぴったりになった時、ヒーターはON-OFFを繰り返し、機械的にも電気的にもあまりよくありません。そのためにON-OFFの領域をオーバーラップさせます。このオーバーラップした動作隙間をデファレンシャルといいます。

オーバーシュートとサイクリング

ON-OFF制御は温度が設定値より高くなると、直ちにヒータを切ります。しかし、ヒータの余熱の影響で、ヒータを切った後も、一時的に温度は上昇します。逆に水温が下降してきて、ヒータをオンにしたときも、ヒータの熱伝達の遅れの影響で温度は一時的に下降します。また、センサ部分の検出遅れも無視することはできません。このように、行き過ぎた量のことを、オーバーシュートといいます。

また下図のように、設定値の周辺で温度の波が振動する現象は、外乱によって発生しているのではなく、ON-OFFを繰り返す制御動作に起因しています。このように、制御動作が原因で、実測値の変数が波打つことを「ハンチング」といいます。ON-OFF制御では、このハンチングを無くすことができないことが欠点とも言えます。そのため、ON-OFF制御は精度をあまり必要としない自動制御としてよく用いられています。

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