1. PID制御
ロボット倶楽部資料No.1
資料作成日1月24日
松田 一晃

2. PID制御とは
フィードバック制御の１つで、あるシステムの操作量を出力値と目標値
との「差分」「積分」「微分」の3要素で制御する制御方法です。
主にロボット倶楽部では、モータ制御に用いられています。
モータの出力値を表すセンサは、ロータリーエンコーダやポテンション
メータや加速度センサ…様々なセンサで可能です。
←PID制御のブロック図
P（Proportional）比例
I（Integral）積分
D(derivative)微分

3. PID制御のイメージ
よくPID制御は自動車の運転に例えられます。
静止状態から、時速60㎞まで速度を上げたいと考えると
その差は60㎞なので当然たくさんアクセスを踏みます。目標値と
現在値の差に比例した操作を比例制御という。
自動車が坂道にさしかかったときに、時速60㎞を下回ってしまった場
合にアクセルを強く踏んで速度を60㎞にもどそうとします。
速度の変化を抑える操作を微分制御という。
時速60㎞ぴったりにアクセルを微調節する微妙な速度さをなくすため
の操作を積分制御という。

4. P制御
偏差の値によって比例して
操作量を決める。
利点…スムーズに目標値に近づ
けることができる。簡単に実装で
きる。
欠点…目標値には行きつかない
場合がある。理由は操作量が小
さすぎてアクチュエータが動作し
ない可能性があるからである。

5. PI制御
P制御に加えてI制御もすることに
よってP制御よりPI制御の方が目
標値に達成するのが早い。
利点…使える程度の制御方法で
なめらかに制御できる。目標値に
達成することができる。
欠点…外乱がよく入るシステムで
はPI制御は応答速度がある程度
かかるので、外乱に弱い。

6. PID制御
PID制御はPI制御では足りなかっ
た応答速度が速い制御方法です。
利点…システムにあった係数を決
めることができれば目標値に素
早く減衰し達成する。そして外乱
にも強い。
欠点…システムをオーバードライ
ブ気味に制御するため目標値の
周辺で少し振動したりする。

7. PID制御の操作量を求める式
𝐾 𝑝, 𝐾𝑖, 𝐾 𝑑は係数 𝑒 𝑛今回の偏差, 𝑒 𝑛−1前回の偏差,𝑒 𝑛−2前々回の偏差
操作量=𝐾𝑝 𝑒 𝑛 − 𝑒 𝑛−1 + 𝐾𝑖 𝑒 𝑛 + 𝐾 𝑑( 𝑒 𝑛 − 𝑒 𝑛−1 − (𝑒 𝑛−1 − 𝑒 𝑛−2))

8. PI制御の操作量
操作量=𝐾𝑝 𝑒 𝑛 − 𝑒 𝑛−1 + 𝐾𝑖 𝑒 𝑛
𝐾𝑝 = 0.6, 𝐾𝑖 = 0.3, 目標値 = 100とする。

9. PID制御とセンサ
ロータリエンコーダでの速度制御やポテンションメータや加速度センサ
での位置制御などは、PSoCのユーザーモジュールで簡単に目標値が
得られるのでPID制御をすることが簡単に出来るので覚えておくと便利
である。