丁寧に学ぶエネルギー管理士試験対策 課目Ⅳ制御工学 from IT入門チャンネルaki@youtube

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--------------------------再生リスト------------------------------------
【C#講座】
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【C++講座】
https://www.youtube.com/playlist?list=PLcuLcFhI8wDCpZlr2J-MY5gHECi6RBn9o

～応用編（再生リスト参照）～
1⃣オブジェクト指向（初級）　2⃣関数編　3⃣構造体　4⃣vector編

【Python講座】
https://www.youtube.com/playlist?list=PLcuLcFhI8wDApYSNDeHpXq91W4RpMDGAw

【ITエンジニア入門講座　再生リスト】
https://www.youtube.com/playlist?list=PLcuLcFhI8wDDGqkNTkOMlyeAwJ8Dy27PN

■サーバ・Linux技術
https://www.youtube.com/playlist?list=PLcuLcFhI8wDCuwIkHRlhdHVs8Js1aN3nG
■テクノロジー解説
https://www.youtube.com/playlist?list=PLcuLcFhI8wDA8BKUF5laKKEcJDZ5G3vmD

【CFDプログラミング　再生リスト】
https://www.youtube.com/playlist?list=PLcuLcFhI8wDAyNpGvVcVjUxMepuBmMBsb

【CFD理論解説】
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Transcript

2. IT入門チャンネルでは他にプログラミング等の IT知識を提供しています。
3. 自動制御 シーケンス制御（フィードフォワード制御） 目標に対して予測的に制御信号を与える方式 〇 計測が不要 で、高速に応答できる ✕ 正確なモデルがないと効果が落ちる ✕ モデル誤差や未知の外乱には対応できない フィードバック制御 制御結果を測定し、誤差を使って制御量を調整 する方式 〇 誤差や外乱にも自動で補正可能 ✕ 外乱や目標値変更に対して遅れて応答 する ✕ 振動・オーバーシュートの可能性
4. フィードフォワードとフィードバックの流れ ・フィードフォワード制御 　予め入力が決まっている制御 ・フィードバック制御 　結果が狙いの出力と合うように、入力を調整する制御 入力 処理 結果 入力 処理 結果 狙いの結果との 差を調整する
5. フィードバック制御 閉ループ制御ともいう（フィードフォワード＝開ループ） 制御器 センサ 目標値 調節部 操作部 制御対象 外乱 制御量 検出部
6. カスケード制御 2つ以上の制御ループを階層的に組み合わせた制御方式 主ループ（例：温度、位置、液面等）が 従ループ（例：出力、流量、電流等）を制御する 〇 外乱に迅速に対応（従ループが先に反応する） 〇 非線形性や時定数の差に適応しやすい ✕ 制御系が複雑 コントローラＡ コントローラＢ 制御対象１ 制御対象２ 従ループ 主ループ
8. ブロック線図 制御系を表す場合はブロック線図を使うのが一般的 制御系の、入力信号に対して 出力信号のラプラス変換比 を伝達関数という G 1 G 1 G 2 G 2 G 1 G 2 G 1 G 2 G 1 ＋G 2 G 1 1+G 1 G 2 変換前 変換後 G(s) X(s) Y(s) 伝達関数 : G(s) = Y(s) / X(s) - +
9. ラプラス変換 物理的に意味はなく、時間の関数を微分や積分しやすくする 一時的な変換 時間(t)からsの関数に変換
10. ラプラス変換 物理的に意味はなく、時間の関数を微分や積分しやすくする 一時的な変換 tの関数 （微分方程式） tの関数（解） sの関数 sの関数（解） ラプラス 変換 逆ラプラス 変換 簡単な計算
11. タンクの水位 タンクに溜まる水量は V i - V d 水位の変化分の体積はA dh/dt より 積分すると ラプラス変換すると 流出V o 流入V i h 断面積A
12. タンクの水位 ブロック線図 流出V o 流入V i h 断面積A 伝達関数 - +
13. フィードバック線図のブロック線図 G 1 - + X U G 1 G 1 G 2 G 1 1+G 1 G 2 - + 一般的なフィードバック制御系 ラプラス変換後は以下のようになり、 G1（制御装置） の値が大きいと外乱の影響が減る 参考
15. G(s) X(s) Y(s) 一次遅れ系 入力信号に対してフィードバック応答がすぐには現れず、 時間とともに徐々に変化するシステム （制御をしない一般的な入出力） Kq 応答時間 0.63Kq 時定数T
16. むだ時間 操作をしてからの応答の遅れ むだ時間をLとすると伝達関数は以下 むだ時間を含む一次遅れ系は以下 応答時間 むだ時間L
17. 一次遅れ系と制御 通常は入力に対して出力に遅れ・誤差 があるため、 複雑な制御が必要となる 一次遅れは制御対象で発生する 一次遅れに対処できる制御を 行う（PID制御など） 目標値 調節部 操作部 制御対象 外乱 制御量 検出部
18. PID制御 現在値（PV）を設定値（SV）に近づけるように 操作量（MV）を調整する制御 Proportional（比例） 目標との差に応じた操作 目標値に近づきやすいが定常偏差が起きる Integral（積分） 定常特性（オフセット等） が良くなる 時間遅れや外乱に強くなる Defferential（微分） PI制御で十分な場合が多い。過渡特性 に良くなる 急激な応答に強くなり、安定する PV: Process Variable SV: Setting Value MV: Manipulated Value P制御 D制御 I制御 時間 オフセット
19. PＩＤ制御の目標パラメータ 比例ゲインを大きくすると修正は早いが振動する 減衰比と行き過ぎ量 を調整することで、 速く収束させることができる a 0 目標値 a 2 a 1 a 2 /a 1 ：減衰比 a 1 /a 0 ：行き過ぎ量 時間
20. PID制御の伝達関数 比例項 積分項 微分項
22. 周波数応答 閉ループでは周波数応答の問題により 振動を増幅してしまうことがある 変動に対して修正量が大きいと 振動が増幅して発散する 時間 安定判別には　ボード線図　ナイキスト線図 　が用いられる
23. ボード線図 制御系の周波数特性が安定かどうかを調べる手法 周波数 (log) 0 ゲイン [dB] + - -180 位相 [°] 0 -90 ゲイン余裕 位相余裕
24. ナイキスト線図 制御系の周波数特性が安定かどうかを調べる手法 ω=0 ω=∞ ゲイン 位相 位相余裕 ゲイン余裕