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インバータ、モータのPID制御につきまして、おしえてください。
初心者のため、的外れや、間違いあるかもしれませんが、その場合はご指摘頂ければ幸いです。

1)ステッピングモータを用いたバルブと流量センサで、流量のPID制御を行いたいと考えて
います。流量センサの信号をマイコンにフィードバックさせ、目標値(目標流量)と流量センサ
の測定値が同じとなるように、制御する予定です。。。予定というかPID制御したいと思っています。
この場合、ステッピングモータの操作量は何になるのでしょうか?速度でしょうか?
PID制御は目標値と測定値から偏差を求めて操作量を変化させ動かすことは知っていますが、
この場合は、偏差が大きいときは、速度を速く、小さいときは速度を遅くして制御するという
認識で宜しいのでしょうか?

2)上記は流量センサをフィードバックしますが、DCモータ等では、ポテンショメータ等で位置
をフィードバックし目標開度とポテンショメータ測定開度が同じとなるように、制御する手法も
あると思います。
この場合、PID制御の操作量は何になるのでしょうか。またこの操作量は変化するのでしょうか?
目標開度とポテンショメータ位置が同じになるようにモータを回すだけだと思うので、操作量
の変化というもの自体がないと思うのですが(モータを回すか回さないかのみ??)、、、、
特にステッピングモータでポテンショをフィードバック制御した場合は、指定開度でピッタシ止まる
ので、操作量変化はないように思います。PID制御は偏差に応じて操作量が変化するものと思い
ますが、上記のような制御は(特にステッピングモータを用いて測定値をフィードバックし制御する
方法)PID制御とは言わないのでしょうか?

またインターネットで、位置型PID、速度型PIDがあることを知りましたが、どういったものか教えて
頂けないでしょうか?

3)インバータにもPID制御があると思います。その場合は回転数を制御しているものと思います。
例えばですが、流量センサをフィードバックし、目標流量と同じとなるようにポンプ周波数をPID
制御するとします。

その場合の目標流量=測定流量となるまでの周波数変化はどのようになるのでしょうか?
動き始めは、目標流量>測定流量(フィードバック値)が大きく、(例えば)100Hzとしたら、
目標流量と測定流量が近くなるにつれて、周波数はさがっていくという認識で宜しいでしょうか?
(75Hz・・・50Hzといった感じに)
そして、同じとなった周波数で回転数変化停止ということで宜しいでしょうか?

今一、ピンときていないのですが、目標流量と測定流量が近くなったとしても、まだ目標流量>測定流量が成り立っている場合に、周波数をさげてしまうと、逆に目標値と測定流量の差は大きく
なるものではないかとイメージ的に考えてしまうのですが。。。。動きはじめ100HZで動かしている
にも関わらず目標流量に到達していないところを周波数をさげてもよいのでしょうか?

的外れなことが多々あると思いますが、よろしくお願いいたします。

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A 回答 (6件)

>(1)(開度時間を設定できる弁があるとして、全閉→全開を10秒と設定したときと、全閉→全開を20秒


>  に設定した時のことです。)

一次遅れ要素と時定数
http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_co …
温度、流量、圧力、レベル測定とPID制御(1)と(2)
http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_co …
以上全部を読破した上で


PID調節計の採用条件
http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_co …
ここに「無駄時間」と言うのがあります
開閉動作時間を変えると言う事は無駄時間を変えると言う事
PIDパラメータの設定条件には無駄時間があります


ジーグラー・ニコルスのステップ応答法
http://www.geocities.jp/mmkan2004/page479.html
PID定数をマニュアル設定する場合の計算

http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/37/37131.htm
因みにこのサイトからPIDシミュレータをダウンロードできます

エムセスツデー 1997年7月号~1998年10月号
http://www.m-system.co.jp/mstoday1/index.html
自動制御入門  第4回
PID定数の調整(その1)~(その19)

全巻読破スルベシ!


>(2)立ち上がりから目標値へいくまでの制御量(流量)の傾きは変わるのでしょうか?
変わると言えば変わるし変わらないと言えば変わらない
それだけのこと

大径1000mm配管の大型バルブと10mm配管の小型バルブで動作時間は違って当たり前
流量レンジに見合った適切なバルブを選定する事が大事なのであって
適切でないバルブでのPID定数を選定するのはナンセンスである

この回答への補足

たくさんの資料ありがとうございます。

まだすべては読んだわけではありませんが、イメージはつかめました。

簡単にいうと、無駄時間/プロセス応答性でPIDが良好となるかがきまるのですね。
・・昨日、私があげたインバータ等は、プロセス量(制御量)の変化について、私のイメージ
と一致して理解できました。

10秒で開閉する弁は、上記式に当てはめると、開閉時間が無駄時間と教えて頂きましたが、
私的には、開閉時間10秒は、プロセス量応答性(時定数)のようにもかんじるのですが、、、
間違いでしょうか?(開閉中もプロセス量は変化していますので、、)

10秒を無駄時間に当てはめると10/○○となりますが、このプロセスの○○がどうしてもイメージ
がつきません。仮に動作中の各開度毎に、そのプロセス量が常に追いついているとしたら、
10/10となるのでしょうか?0.5~1程度が良好とありますので、OK??

読み切らずに質問ばかりして、申し訳ありません。

補足日時:2011/08/25 20:20
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>(1) めんどくさいので割愛


>(2)偏差がなくなる部分あたりで操作量が固定(若干のハンチングはあり)
その通りです

>(3)上記(2)で最初20mAから、徐々に12mAになるとすれば、最初から12mAを
これは所謂フィードフォワード制御になります
http://www.rkcinst.co.jp/techno/14/techno_14.htm
 4.フィードフォワード制御(FF制御)

ただ最終的に12mAになると言うことが、あらかじめ分かってる場合は無い
経験的に12mA付近に落ち着くであろうと言う予測は可能ではあるが
えてして12mA付近に落ち着かない場合が往々にしてある
そのような場合にフィードフォワードは返って邪魔になる
フィードフォワードが有効に機能する条件は多くはない


>(4)同じ弁で、全開‐全閉速度が違う場合、
そんなアホなバルブは存在しないので考慮する必要が無いのだが
バルブが故障していた場合、速度差が出る場合はあります


全開←全閉 10秒
全開→全閉 11秒
たったこれだけの誤差は問題とはなりません

全開←全閉 10秒
全開→全閉 20秒
ここまでくると誤差は問題とはなるかも知れないがならないかもしれない
実際のプラントでは概ね問題とはならないであろう
シビアに応答速度が問題になる例は少ない
多少ハンチングが大きくなるかもしれないが
せいぜいその程度

全開←全閉 10秒
全開→全閉 1000秒
とかになったら制御どころではない、非常停止させなければならない


>当然PIDのパラメータを変更する必要があるという認識で宜しいでしょうか?
それが可能な調節計は恐らく市販されていない
複数のPID定数を切替可能な調節計は存在するが
出力が増加方向と減少方向とでの条件変更が可能な調節計は無い
もしあったとしても超高価な高機能品
普及品
http://www.fa.omron.co.jp/product/family/165/ind …
高機能品
http://www.fa.omron.co.jp/product/family/1772/in …


PIDの解説
http://www.compoclub.com/products/knowledge/jido …
http://www.rkcinst.co.jp/techno/index.html
http://www.m-system.co.jp/rensai/rensai_top.htm

この回答への補足

いつも詳細なご説明、大変ありがとうございます。
少し、前の質問で私の文面が悪かった部分がありました。あと最後にどうしても(2)、(3)
の認識があっているか、教えて頂けないでしょうか?
(2)、(3)の質問ですが、説明が下手で分かりにくいようでしたら、教えてください。

(1)
前の質問(4)で、全閉‐全開時間の違いというのは、全く同じ弁で、スピードだけ変えて、
制御量を同じ特性とするには、P、I、Dのパラメータは変わりますか?という質問でした。
(開度時間を設定できる弁があるとして、全閉→全開を10秒と設定したときと、全閉→全開を20秒
 に設定した時のことです。)
当然、制御のハンチング量が変わってくることは想定できるので、同じ特性とするには、
パラメータが変わるという認識で宜しいでしょうか?

(2)
全閉→全開が10秒、全閉4mA,全開20mA制御の弁があるとしまして、目標値が入り全閉状態から、
開き始めると思います。

その際ですが、PID制御した場合でもON-OFF制御(4mAと20mAだけ仮に使う)の場合でも
、立ち上がりから目標値へいくまでの制御量(流量)の傾きは変わるのでしょうか?
PID制御の場合は、比例帯に入ると徐々に20mAから19、18、と減っていき、またON-OFF制御の
場合は、ずっと20mAで、制御量が目標値以上となるとOFF(4mA)になるとおもいますが、
モータ動作としては、どっちも開側へ同スピードで動いているので
(仮に20mAの場合でも12mAの場合でも、全閉―全開が10秒の弁であれば、操作信号に対する
開度に、実際の開度は追いついていない)、
目標値にまで、制御量(流量)が立ち上がる間は、どちらも一緒の制御量傾きとなるという認識で宜しい
でしょうか?

(3)
上記(2)で、立ち上がり時の傾きは同じではないか?と質問させていただいていますが、一般的に
例にあげられているインバータ等の制御では、ON-OFF制御と、PID制御では、やはり制御量(流量)の
立ち上がり傾きが違っており、ON-OFF制御の方が立ち上がり傾きが大きく(目標流量までの到達が早い)、PID制御を用いているのは、目標値付近で変化が小さくなっている資料(WEB等)をよく見ます。

これは、インバータのPID制御の場合、操作量(周波数指示)が入るとすぐ(速く)、その周波数に到達し、その後制御量(流量)が遅れて(追従して)増加してくるため、PID制御を使っている場合は、制御量が
目標値付近で小さくなってくるという認識で宜しいでしょうか?
弁は位置比例制御?インバータは別?

(逆に上記(2)のような弁の場合、操作信号が入ってから、その操作指示開度へ到達するまでに、時間
 があると(遅い)、制御量(流量)が、動作中の開度に対する流量に追いついてしまっているから、
 傾きが同じになるという認識で宜しいでしょうか?)

補足日時:2011/08/24 20:05
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>(1) 流量に対するPID制御では、どちらでも支障はないということで宜しいでしょうか?


その通りですが
ただ流体種類や流量レンジ、圧力等によって
アクチュエータ種類を色々と使い分けるのです
蒸気やガス等の気体系と水や油の液体系で違ってきます
もちろんコストも



>(2) 偏差が大きい場合は、80%開度、ちいさくなってくれば70%開度といったふうに。。
必ずしもそうではありません
ANo.1に既に回答してますが

目標流量は変わらなくとも圧力変動等で流量が変化します

>例えば50L/minの流量設定で50Hzだったとします
>でも流量は50L/minちょうどにはならず51L/minとかになります
>そうすると50L/minにしようとして49Hzに落とします
>その結果49L/minになったらまた51Hzに上げます
>所謂ハンチングです

ここでは周波数でしたがこれを49Hzが49%開度と読み替えてください



>(3) 開度を変化させなくてよいということでしょうか?
意味不明の質問文ですが
ただ質問文を以下のように校正すればそれなりに意味は通じる

「マスター調節計の操作量単位を開度ではなく流量にすることは出来ますか?」
回答:できます
但し、アクチュエータをバルブではなくて流量調節弁にする必要があります
http://www.azbil.com/jp/product/ba/bas/ic_ryuryo …
http://www.juntsu.co.jp/qa/qa0508.html
流量調節弁の指令入力は開度ではなくて流量です
でも流量調節弁の中身はバルブと圧力調整弁を組み合わせたようなものです

この回答への補足

いつも回答ありがとうございます。
大変、勉強になり助かっております。いつも質問ばかりで大変申し訳ありません。

(1)
前回質問(2)ですが、開度が操作量になる場合、開度操作量は変化することが
理解できました。
操作量が開度の場合も、以下webの【比例制御】のグラフにありますように、偏差
が小さくなるにつれて、操作量も小さくなるという認識であっていますでしょうか?
しつこくで申し訳ありません。

http://www.picfun.com/motor05.html

(2)
例えば、4-20mAで0~100%開度で動く弁があるとし、現在は全閉とします。
目標流量が決まり、最初は、目標流量と測定流量の差が大きいため、20mAの操作量
で動作し、目標流量と測定流量の差が小さくなる(比例帯範囲内)と、19、18、、12mA
と小さくなり、偏差がなくなる部分あたりで操作量が固定(若干のハンチングはあり)
になるという認識で宜しいでしょうか?(1)の質問と同じかもしれませんが。。。

(3)
上記(2)で最初20mAから、徐々に12mAになるとすれば、最初から12mAを
操作量としても問題ないような気がするのですが。。。
これは、目標流量に対する開度がどこか分からないから、偏差の大きさから操作量を
あわせているという認識で宜しいでしょうか?

いろいろと大変、申し訳ありませんが、宜しければお願いいたします。

補足日時:2011/08/23 21:29
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この回答へのお礼

すみません、一点追加させてください。

(4)
同じ弁で、全開‐全閉速度が違う場合、同じ特性とするには、当然PIDの
パラメータを変更する必要があるという認識で宜しいでしょうか?

お礼日時:2011/08/23 21:33

>上記は、開度は目標値でなく操作量となるという認識でいいのでしょうか?


操作量であり目標値でもある <禅問答でもある

先に挙げたカスケード制御のURLのループ図は見ましたか
マスター調節計の出力=操作量
スレーブ調節計の入力=目標値

マスター調節計の出力=本件の調節計の出力
スレーブ調節計の入力=本件のステッピングモータコントローラ(ドライバではない)

但し、↓のパル列入力のステッピングドライバはそのままでは使えません
http://www.orientalmotor.co.jp/products/st/index …
↓のドライバなら少々の工夫で使用可能になる
http://www.orientalmotor.co.jp/products/st/index …
この辺りのところが理解できない大きな障害でしょう
常識的にステッピングモータはパルス列制御 <調節計出力には接続できない
常識外れの調節計出力直結用ステッピングモータ
http://www.m-system.co.jp/products/actuator.html

取り敢えずステッピングモータとかサーボとかモータ種類は置いといて
「調節計出力直結型バルブアクチュエータ」
http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_ac …
と、言う認識で良いと思う
エア駆動式、油圧式、電動式等等色々あるが全部一括でアクチュエータ

で、アクチュエータ駆動装置が↑のスレーブ調節計に相当する

カスケード制御と言うと難しそうに聞こえるが 
昔は適当なアクチュエータが無かったと言うだけの事

昔は↓をするだけのために
>例えば、偏差が大きい場合は、80%開度、ちいさくなってくれば70%開度といったふうにです。。。
今では当たり前のサーボモータドライバでも昔は3~5個くらいのアンプを
組み合わせてサーボ機構を構成してした



100万kWの原子炉の出力を調節するのは制御棒の高さ
制御棒の高さは電動モータで上げ下げして調節する

調節計設定入力は100万kw 
調節計フィードバックはFs100万kw電力計
調節計出力は制御棒の上下位置指令
http://www.rist.or.jp/atomica/data/pict/02/02080 …
http://www.toshiba.co.jp/nuclearenergy/kangaeru/ …
http://www.jaea.go.jp/04/monju/category05/mj_kis …
もんじゅの制御棒の上下駆動モータは0.2kwとは記載されてる

0.2kwと小型とは言え調節計出力そのまんまでは駆動できない
駆動装置はサーボアンプかインバータかその類であろうと推測できる

この回答への補足

いろいろとありがとうございました。

勉強になりました。最後ですが、下記3点のみ教えて頂けないでしょうか?

>取り敢えずステッピングモータとかサーボとかモータ種類は置いといて
>「調節計出力直結型バルブアクチュエータ」
http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_ac
>と、言う認識で良いと思う
>エア駆動式、油圧式、電動式等等色々あるが全部一括でアクチュエータ

(1)目標値を流量、操作量が開度とした場合において、<a_ステッピングモータのような、
 開度をオープンループで制御する流量調整弁(ポテンショメータのような位置フィードバックセンサ
 が内蔵されていない弁)>でも、b<サーボモータのような、位置をフィードバックした流量調整弁>で  も、流量に対するPID制御では、どちらでも支障はないということで宜しいでしょうか?
 
>昔は↓をするだけのために
>例えば、偏差が大きい場合は、80%開度、ちいさくなってくれば70%開度といったふうにで
>す。。。
>今では当たり前のサーボモータドライバでも昔は3~5個くらいのアンプを
>組み合わせてサーボ機構を構成してした

(2)ということは、操作量が開度の場合も、偏差に応じて操作量開度が変化するという認識で宜しいで
 しょうか?偏差が大きい場合は、80%開度、ちいさくなってくれば70%開度といったふうに。。

(3)仮に、マスター側で流量と開度をリンクさせておけば、操作量が開度として、偏差に応じて、
 開度を変化させなくてよいということでしょうか?
 (ある開度=ある流量となることから、特に偏差に応じて、開度偏差させなくても、目標流量となる
  開度指示固定で、流量制御できる??)

いろいろとすみませんが、よろしくお願いいたします。

補足日時:2011/08/22 21:28
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この回答へのお礼

すみません。補足にミスがありました。

(3)の質問内、開度偏差とありますが、開度変化の間違いでした。申し訳ありません。

お礼日時:2011/08/22 21:32

>とありますが、開度の目標値はインバータ周波数のように、偏差に応じて変化するのでしょうか?


目標値は開度ではありません <ここが勘違いの大元か?

って言うかぁ
フィードバックに使うセンサは何?
流量計?圧力計?それとも開度計?

>1)ステッピングモータを用いたバルブと流量センサで、流量のPID制御を行いたいと考えて
とあるので、あくまで目標値は流量ですよね

流量計測に圧力センサを使う事はあります <圧力値から演算して流量換算する事は可能
でも開度センサを使って流量を正確に計測する事は出来ません<概算なら可能

もう少し分かりやすい例を挙げると

水道の蛇口を少しだけ開けば少ない流量で水が出る
水道の蛇口を大きく開けば沢山の流量で水が出る
水道の蛇口を中間で開けば中間の流量で水が出る

ここまでは開度制御です
恐らく質問者さんはバルブ開度一定なら流量も一定であると思い込んでるのでしょう
流量は圧力と比例関係にあります
http://www.ryutai.co.jp/shiryou/q-p-kankei/q-p-k …
つまりバルブ開度が一定でも流量が一定とは限りません

先の蛇口の例で言えば
例えば小学校の手洗い場のように蛇口が20個くらい付いてるときに
1番の蛇口1個だけ開いたときは圧力もほぼ一定なので流量もほぼ一定
他の蛇口を10個も開くと流石に圧力も落ちるので
1番の蛇口の流量は減る <減ったのをセンサで検出する
減ったままでは都合が悪いので蛇口をもっと開く
開きすぎたら流量も増えすぎるので蛇口を少し閉じる
流量が減りすぎたら蛇口を少し開く....<繰り返し

正確には例え蛇口が1つしか開いて無いとしても
圧力は常に変動しています <微細な変動ですが正確な流量制御には変動原因になりうる


そして更ににカスケード制御
http://www.rkcinst.co.jp/techno/16/techno_16.htm
(このサイトの例は温度制御です)
流量制御の場合もカスケード制御になります
流量制御の場合MASTER調節計には流量センサを接続します
SLAVE調節計はバルブ開度コントローラになります

SLAVE調節計はMASTER調節計からバルブ開度指令を受信して
バルブ開度何%開くのかだけを制御します(流量は気にしない)

ステッピングモータの場合はステッピングモータアンプを
SLAVE調節計とみなします

流量をインバータでモータ回転数を変えて制御する場合は
インバータをSLAVE調節計とみなします


>なぜバタフライバルブのみ、流量制御可能なのでしょうか?
どんなバルブでも流量制御は可能です 
但し、実用になるかならないかの問題(コストと実用精度に拠る)
先に示した通り水道の蛇口でだって流量制御可能

高精度な流量制御には専用の流量制御弁を使います
http://ww1.koganei.co.jp/jp/products/fluid_ctrl_ …
何を使うかは流量範囲と流量精度、そしてコストで概ね決まる

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。

ご指摘いただきましたとおり勘違いしていました。
いろいろと教えて頂きまして、ありがとうございます。

フィードバックに使うセンサは流量計を用いる予定です。
ご指摘頂きましたとおり、目標値は流量を予定しています。そのうえで、たびたびご迷惑をおかけいたします
が、以下につきまして教えて頂きたいのですが、宜しいでしょうか?

>とありますが、開度の×目標値×→操作量はインバータ周波数のように偏差に応じて変化するのでしょうか?
>目標値は開度ではありません <ここが勘違いの大元か?

上記は、開度は目標値でなく操作量となるという認識でいいのでしょうか?その場合は、ステッピングモータの操作量の開度は、偏差に応じて変化するのでしょうか?

例えば、インバータ等のPID制御では、操作量が周波数の場合、

回答No1で教えて頂きましたとおり、目標値流量と測定値流量の偏差で、周波数を変化させていると思います。目標値>測定値であっても、目標値と測定値の偏差が大きい場合は周波数を高く、小さい場合は周波数
を低くして、周波数を変えて制御していると思います。

ステッピングモータの場合、操作量が開度だとしたら、
目標値流量>測定値流量で、偏差が大きい場合と小さい場合で、操作量の開度は変わるのでしょうか?

例えば、偏差が大きい場合は、80%開度、ちいさくなってくれば70%開度といったふうにです。。。


いろいろとご迷惑をおかけいたしますが、お時間あるときにまた教えて頂ければ幸いです。

補足日時:2011/08/17 13:36
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>この場合、ステッピングモータの操作量は何になるのでしょうか?


http://www.m-system.co.jp/rensai/rensai_top.htm
http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_co …
http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_co …
http://www.compoclub.com/products/knowledge/jido …

ステッピングモータ式バルブアクチュエータ
http://www.m-system.co.jp/products/actuator.html
恐らく質問者さんは想定外でしょうけれど入力は4~20mA
(アナログ-パルス変換アンプ及びドライバ内臓)
因みに回転速度は固定(一定速度で回る)
よーするに位置比例式
例えば開度0~100%として、
調節計から20%開度指令が来たら20%開くだけ

バタフライバルブですが
http://www.kitz.co.jp/product/oprt_electric_exc. …
流量制御にも使える比例制御型(4~20mA)


この手の質問に良くあるのですが
本質問に使う調節計は市販品を使うのでしょうか?
それとも自作ワンボードマイコン?
制御目的は?学校の宿題?
それとも、まさかの実プラント?


実プラントに使うのに自作ボード制御は有り得ない
何故なら市販品の半分の性能の物を作ろうとしても
市販品の数倍以上のコストは掛かるから

億単位のプラントに数千円の部品で作った自作ボードに
自社の命運を委ねる社長も居ない


>2)上記は流量センサをフィードバックしますが、DCモータ等では、
>ポテンショメータ等で位置をフィードバックし
>この場合、PID制御の操作量は何になるのでしょうか

上記の如くもちろん開度です


>3)インバータにもPID制御があると思います。その場合は回転数を制御しているものと思います。
>目標流量と測定流量が近くなるにつれて、周波数はさがっていくという認識で宜しいでしょうか?
その通りです

>(75Hz・・・50Hzといった感じに)
PID制御した場合実際には
例えば50L/minの流量設定で50Hzだったとします
でも流量は50L/minちょうどにはならず51L/minとかになります
そうすると50L/minにしようとして49Hzに落とします
その結果49L/minになったらまた51Hzに上げます
所謂ハンチングです
この変動幅が許容精度内に入ってさえいればそれで良いので気にしません
許容精度が厳しく0.001L/minとかの場合もあるでしょうが
あくまで0.001L/minの許容範囲の幅で変動します
変動幅ゼロと言うのはありません

それはステッピングモータの場合でも同様です
開度一定でも流量に変動が無いとは限らないから
温度や圧力も変動原因の一つですが乱流の問題は避けれません
乱流=圧力変動

この回答への補足

早速のご連絡ありがとうございます。
社会人一年目で知識もなく質問させて頂きました。

ご回答、添付資料確認させて頂きました。
聞いてばかりで大変申し訳ありませんが、以下につきまして教えて頂けないでしょうか?

1)
>>よーするに位置比例式
>>例えば開度0~100%として、
>>調節計から20%開度指令が来たら20%開くだけ

また、
>>上記の如くもちろん開度です

とありますが、開度の目標値はインバータ周波数のように、偏差に応じて変化するのでしょうか?
インバータ周波数の場合は、偏差が大きい場合は、操作量を周波数高く、小さい場合は操作量を
小さくなりますが、開度の場合も偏差が大きいとき、小さいときで操作量が変わるのでしょうか?
それとも、変化しませんでしょうか?
変化しないのであれば、位置比例式は、PID制御のP動作、I動作、D動作はないということになる
のでしょうか?

2)
添付していただきました、ステッピングモータバルブアクチュエータとバタフライバルブですが、
なぜバタフライバルブのみ、流量制御可能なのでしょうか?
どちらもポテンショメータを内蔵していて位置を制御しているように思えるのですが。。

位置比例式と速度式でフィードバック制御で制御が異なるのでしょうか?

いろいろと質問しまして、申し訳ありませんが、教えてください。
よろしくお願いいたします。

補足日時:2011/08/14 10:36
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詳しくは、以下のURLを参照のこと。

参考URL:http://www.compoclub.com/products/knowledge/jidou_seigyo/jidou_seigyo4.html

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つまりPLCにするメリットは無くなる

PLCでPID制御する場合の多くはワンループ調節計では出来ない場合に使います
PID定数を数十種類のワーク品種により自動的に変更するような場合とか

ワンループ調節計ででも可能な制御ならワンループ調節計の方が保守上はラク
(予備品確保とか、予備品との交換作業とか)


>2.シーケンサーにPIDカードがあればそれも可能と思いますが、三菱Qシリーズはありますか?
ループコントロールユニット Q62HLC
http://wwwf2.mitsubishielectric.co.jp/melfansweb/plcq_spec/plcqProductInfoServlet.do?formNM=Q62HLC



>3.PIDカードが無くてもプログラムの中にPID機能があればそれでも可能と思うのですが。
PID命令はあります
http://wwwf2.mitsubishielectric.co.jp/melfansweb/documentsearch/manualinfo.do?kisyu=/plcq
TOP > シーケンサ MELSEC > MELSEC-Q > マニュアル > CPU・電源・ベース
MELSEC-Q/L/QnA プログラミングマニュアル(PID制御命令編)SH-080022

欠点としては
オートチューニング機能が無い
ワンループ調節計であっても圧力制御はオートチューニングは無理なので
本件では関係ないことですが
他にはCPU負荷が大きいので高性能のCPUが必要になる
(コストメリットが無くなる)

>1.専用コントローラをシーケンサーに置き換えることは一般でしょうか?
一般的ではありません
その理由はAN1,2さんに同じ
ワンループ調節計の最大の利点はワンループで完結してること
10台ポンプがあっても1台のみ切り離して調節計交換とか可能
もちろんそれが可能な回路設計していればの話ですが

PLCでそれが可能な設計も出来なくはないが
それをするとPLCの最大のメリット「低コスト」でなくなる
つまりPLCにするメリットは無くなる

PLCでPID制御する場合の多くはワンループ調節計...続きを読む

QPIDの調整のコツ

PIDの現場での調整のコツを教えていただけませんか?
教材ではいろいろ書いていますが
タッチパネルPLCでは現状が見えるだけで目視確認しかできませんので
教材で書いてあるようなことは役に立ちません。
現状ではやみくもにトライアンドエラーを繰り返しています。

Aベストアンサー

応答の速い系だとどんなパラメータでもそこそこですが、温度調節のように応答が遅いと結構面倒ですよね。

PID制御はP(比例制御)が基本ですが、それだけ必ず目標値との間にオフセットができてしまうので、それをリセットするためにI(積分)を入れるわけです。Dはスピードアップのためで、一旦値が落ち着いてしまえば全く効きません。このことを踏まえて、私は次のようにやっています。

まず、IもDも使わずにPだけにして、観測値がオーバーシュートしないで一定値に近づく位の値を探します。これくらいであれば現状だけしか見えなくてもできると思います。この段階では目標値との間にオフセットがあるはずなので、次に少しずつIを増やしていき、オフセットがだんだん小さくなる様子を観察します。あまりIを入れすぎると発振してしまうのでオフセットが消えたら適当なところでやめます。Dはほとんど使いません。

これだけだと「最適」ではありませんが、後は微調整でなんとかなると思います。

Q回転数と流量、揚程、動力の関係について

こんにちは。
ポンプで回転数nと流量Q、回転数nと揚程H、回転数nと軸動力Lの関係について回転数n1、n2としたときQ1/Q2=n1/n2、H1/H2=(n1/n2)^2、L1/L2=(n1/n2)^3とそれぞれ1乗、2乗、3乗の関係がある
解説を見るのですがこの根拠を教えて下さい。

Aベストアンサー

 
根拠は「運動とエネルギーの関係」です。
ポンプを理想化した原理的な表現です。


1.流量。
直径Dの車輪がn回転/秒で回ってる場合の外周の速度は
  V = πD・n  です。
外周に羽根を付けて水を掻くと、水も同じ速度Vで動きますから、

(1) 流量Qは 『 回転数に比例 』 します。
(2) Q = k・n  比例式で表した。kは比例係数。
(3) Q1/Q2 = n1/n2 係数を使わない形の比例式。

 (3)は、(2)の適当な2カ所、Q1=k・n1、Q2=k・n2 を分数にしただけのものです。分数にするとkが消えますよね。kは水車の寸法とか水の抵抗などが絡む現実的なものだから、抽象的な話をするときには出て欲しくない、そこで(3)のように「出てこない形」にするのです。
さらに、分数にすればメートルとかkgとかの次元も約分されて消えてしまうので「ただの数」になります。10rpmと20rpm、1000rpmと2000rpm、分数ならどちらも「2倍」となり、理論的、抽象的に説明をやりやすいのです。



2.揚程
物理の「運動エネルギと位置エネルギの関係」そのものです。物理の教科書にある式、
  1/2・mV^2 = mgH  Hは高さ
これを上記の(3)をマネして、V1のときH1、V2のときH2、の記号を使って分数にすると、gもmも1/2もみんな消えて、
  (V1/V2)^2 = H1/H2
となりますね、見やすいでしょう?
Hは揚程そのものだし、回転数と流速Vは上記1から分かるように比例です(この比例計数も分数で消えてしまうことが理解できますか?)。
  (n1/n2)^2 = H1/H2
となります。



3.動力
動力(ワットとか馬力)は、単位時間のエネルギ量(ジュール)、すなわち ジュール/秒 です。
単位時間に運ばれる流体の質量は
  m =ρQ kg/s
ρは流体の密度kg/m^3、Qはm^3/s
連続して毎秒、位置エネルギmgHを与え続けるから、その動力は
  L = mgH = ρQgH J/s
これもまた分数化すると、
  L1/L2 = (Q1H1)/(Q2H2)
これにQとHの式を入れると、
(以降は自分で。)



(分数にしてただの数にする方法を、無次元化や基準化などとも言います)

 
根拠は「運動とエネルギーの関係」です。
ポンプを理想化した原理的な表現です。


1.流量。
直径Dの車輪がn回転/秒で回ってる場合の外周の速度は
  V = πD・n  です。
外周に羽根を付けて水を掻くと、水も同じ速度Vで動きますから、

(1) 流量Qは 『 回転数に比例 』 します。
(2) Q = k・n  比例式で表した。kは比例係数。
(3) Q1/Q2 = n1/n2 係数を使わない形の比例式。

 (3)は、(2)の適当な2カ所、Q1=k・n1、Q2=k・n2 を分数にしただけのものです。分数にするとkが...続きを読む

Qステップ応答法と限界感度法:(PID制御)

インターネットで調べましたがピンとくる説明に出会えませんでした。
それぞれどのような制御法なのでしょうか。
わかりやすい説明をしていただくと助かります。

Aベストアンサー

いずれも制御理論のオーソドックスな方法で解説など山のように出ています。
自分で納得できる説明は自分で探しましょう。
下記は一例です。


ステップ応答法
http://alk.fam.cx/tfunc_030.html

PID制御
http://ja.wikipedia.org/wiki/PID%E5%88%B6%E5%BE%A1

Qモーターの定格電流の出し方

三相200v5.5kw定格電流22Aのモーターなんですが全負荷運転で22Aの電流が流れるって事で良いのでしょうか?
ちなみに定格電流が分からないモーターの電流値の出し方は5500/200×√3なのでしょうか?
そうすると定格電流が違ってくるので・・・
勝手な考えなんですが力率を70%って考えればよいのでしょうか?
調べていくうちにだんだん分からなくなってきちゃいました
もし宜しければ教えていただきたいのですが

Aベストアンサー

・全負荷運転で22Aの電流が流れる
で、OKです。

・定格電流が分からないモーターの電流値
5.5kWは軸出力なので、電気入力(有効電力)に換算するために、効率で割る必要があります。
次に、皮相電力に換算するために力率で割る必要があります。
結果、
{出力/(力率*効率)}/(√3*電圧)
ということになります。

モータの力率や効率が不明の場合には、
JISC4203 一般用単相誘導電動機
JISC4210 一般用低圧三相かご形誘導電動機
JISC4212 高効率低圧三相かご形誘導電動機
で規定されている効率や力率を使うことになるかと。
(これらの規格には、各容量について電流が参考値として記載されていますが)

Qインバータについておしえてください

インバータについて以下につきましてご教授いただければ幸いです。初心者です。

  現在、PLC → インバータ → ポンプ というシステムを検討しています。
  PLCは、あるセンサからの信号を受け、ポンプ回転周波数を決定するための演算部、及び
  インバータへの演算結果(回転周波数信号)をインバータへ出力するのに、用いること
  を考えています。

  ですが、センサからのアナログ入力1点と、インバータへの回転周波数出力(アナログ出力)1点
  、簡単な演算の3点だけのためなので、できるのであれば、PLCを使いたくないと考えています。
 (PLCは高いので。。。)

(1)そこで質問なのですが、インバータには、汎用の入力ポートはあるのでしょうか。あるのであれ
 ば、汎用入力ポートの入力値をインバータ内部(若しくはオプション増設部)で演算させ演算結果を
 回転周波数としてポンプを回す、、、っといったことはできるのでしょうか?
 (それをやるのが、PLCといわれればそれまでですが、オプション等でもいいので、汎用入出力、オ
 ンボードマイコン(ユーザー側でプログラミング可能)等の増設等で、センサ入力、演算部もすべて
 インバータで、行わさせるといったことは可能でしょうか?

(2)上記を確認している際、単純に気になった内容ですが、インバータには出力ポートもありますが、  この出力はモニタ用のみなのでしょうか?
 例えば、アナログ出力ポートもあり、一般的には回転周波数のモニタ用などを設定で出力させる
 ことができると思いますが、インバータ側で演算可能であれば、回転周波数から少し演算した値
 を出力させ、まったく別系統の小型モータの開度信号等で用いるといったことは可能でしょうか? 

 よろしくお願いいたします。


 

インバータについて以下につきましてご教授いただければ幸いです。初心者です。

  現在、PLC → インバータ → ポンプ というシステムを検討しています。
  PLCは、あるセンサからの信号を受け、ポンプ回転周波数を決定するための演算部、及び
  インバータへの演算結果(回転周波数信号)をインバータへ出力するのに、用いること
  を考えています。

  ですが、センサからのアナログ入力1点と、インバータへの回転周波数出力(アナログ出力)1点
  、簡単な演算の3点だけのためなので、できるのであ...続きを読む

Aベストアンサー

>>カスタム制御できるのでは、、
>汎用インバータはカスタムできるものではありませんし、

カスタム制御可能な機種は以下にあります
(”カスタム”と言う用語自体の意味にも拠ります)

安川電機
http://www.e-mechatronics.com/product/inverter/a1000/index.jsp
// お好みのインバータにカスタマイズ
// ビジュアルプログラミング機能DriveWorksEZを標準搭載

富士電機
http://www.fujielectric.co.jp/products/inverter/frenic-mega/products/index2_2.html
// インバータ本体にカスタマイズロジックインタフェース機能を搭載


三菱電機にはそのような自由編集可能なカスタム機能を持ったインバータは有りません
その代わりオリエント機能(簡易位置決め機能)やブレーキシーケンス機能
のような固定シーケンス機能を内蔵してる機種はあります(A700シリーズ)
(ユーザー側で自由に動作シーケンスを編集できないがカスタム機能の一種でもある)

安川電機や富士電機にしても、所謂ロジックリレー程度のシーケンス機能は有りますが
三菱が内臓してる固定シーケンス以上の長いプログラムは無理でしょう
それほど十分なメモリ容量があるわけでは無い <よーするに実機で使えない
その他、明電舎や住友重機、東洋電機も似たりよったりですね

それらの機能が何処まで使えるのかはここで質問するよりも
お使いのインバータメーカの営業技術課に聞く方が遥かに早いでしょう

三菱のインバータを採用してるのに安川の話をしても無意味だし
三菱に対して安川に変えるぞと値切りのネタには使えるが


>周波数に反比例、また測定値の2乗で周波数にきいてくる信号であれば、
流量制御には2乗や開閉演算は憑き物、それらの高度な演算機能を
持っているかどうかはお使いのインバータメーカに聞くしかない

>周波数に比例していない信号でないとPID制御のフィードバックとして入力してはいけないのでしょうか?
運転する条件にも拠ります
一般的には流量制御等では0~100%流量までフルレンジで設定流量を変更する事は無い
例えば、事実上のSP値が30~40%の範囲でしか使わないとか
概ね、それくらいの範囲限定であればフィードバックが直線比例していなくとも
ほぼ直線の範囲にあるとみなしてしまえばそれで済む話でもある
たとえ少々、ハンチングしたとしても

もちろん、わずかなハンチングでも許されないのなら話は別です

よーするに、ただ単に許容誤差が大きければなんら問題とはならない
許容誤差範囲を決めるのは貴殿であってこちらではないし

>>カスタム制御できるのでは、、
>汎用インバータはカスタムできるものではありませんし、

カスタム制御可能な機種は以下にあります
(”カスタム”と言う用語自体の意味にも拠ります)

安川電機
http://www.e-mechatronics.com/product/inverter/a1000/index.jsp
// お好みのインバータにカスタマイズ
// ビジュアルプログラミング機能DriveWorksEZを標準搭載

富士電機
http://www.fujielectric.co.jp/products/inverter/frenic-mega/products/index2_2.html
// インバータ本体にカスタマイズロジックインタフ...続きを読む

Qブレーカー容量のだしかた

ブレーカーの定格電流のだしかたを教えていただきたいのですが?
単相100/200Vのときと、三相200Vのときです。
例えば20Kwのときはどうすればいいのでしょうか?のように例えを入れてくだされば幸いです。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>12000/(200/1.732)=34.64Aでいいのでしょうか?このような場合ブレーカー容量は40Aでいいのでしょうか…

ブレーカー容量は電線の太さで決まり、電線の太さは許容電流と電圧降下で決まります。
許容される電圧降下を1%とすれば、電線こう長12mまでVVケーブル8mm2でよく、ブレーカーは40Aです。
電線こう長が12mを超え21mまでなら14mm2で50A、21mを超え33mまでなら22mm2で75Aとなります。
電圧降下が2%とか3%とかまで許されるなら、電線こう長はそれぞれ2倍、3倍となります。

Q単相モーターと三相モーターの違い。その利点と欠点。を教えてください。

位相の数が違う。といってもその「位相」って言葉から複雑怪奇。バカにでも理解できるようにわかりやすい言葉で教えてください。
単相と三相の利点と欠点。使い分け方。マメ知識なんぞ教えてください。
恥ずかしくて誰にも聞けないんです。

Aベストアンサー

一番大きな違いは、簡単な構造で、起動できるか(自分で回転を始められるか)どうかだと思います。一番簡単な構造である 誘導電動機で三相の場合はスイッチを入れるだけで回転を始めますが、単層の場合は、唸っているだけで回転を始められません。単相電動機でも何らかの方法で回転させれば、(例えば手で回しても良い、回転方向は、回してやった方向で決まる。)回転を続けます。この方法には、コンデンサー起動、反発起動等がありますが 1/2HPぐらいまでの小さなものに限られます。町工場など住宅地では、三相交流の供給が受けられませんので苦労したこともありました。


hp

Q熱交換の基礎式を教えてください。

熱交換器における基礎式を教えてください。
蒸気と水での熱交換を行う際に、入口温度と出口温度の関係、
それに流速等も計算のデータとして必要なんだと思うんですが、
どういう計算で熱量、流速を決めればいいのか熱力学の知識がないので
分かりません。
いろんな書籍を買って勉強していますが、難しくて分かりません。
それに独学ですので、聞ける人がいなくて困っています。
どなたか、簡単に熱交換の基礎式などを教えてください。

Aベストアンサー

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2種類有る。
 L:伝熱面厚み
 kav:伝熱面の熱伝導率の異種温度の平均、熱伝面内外で温度が異なり、温度によって変化する熱伝導率を平均して用いる。
 hは、流体の種類や流れる速さ(主な指標はレイノルズ数)によって変化します。
 hsは、どの程度見積もるか、、、設備が新品ならZeroとしても良いのですが、使い込むとだんだん増加します。
 更には、Aも円管で厚みが有る場合は、内外を平均したり、Δtも入り口と出口の各温度差を対数平均するとか、色々工夫すべきところがあります。

>冷却管はステンレス製(SUS304)です。
 →熱伝導度の値が必要です。
>冷却管の中の水の温度は入口が32℃で出口が37℃です。>流量は200t/Hr程度流れております。
 →冷却水が受け取る熱量は、200t/Hr×水の比熱×(37-32)になります。この熱量が被冷却流体から奪われる熱量です。=Q
>冷却管の外径はφ34で長さが4mのものが60本
>冷却管の外径での総面積は25.6m2あります。
 →冷却管の壁厚みの数値が計算に必要です。
 伝熱面積も外側と内側を平均するか、小さい値の内側の面積を用いるべきです。

 まあしかし、現場的な検討としては#1の方もおっしゃっているように、各種条件で運転した時のU値を算出しておけば、能力を推し測る事が出来ると思います。
 更には、熱交換機を設備改造せずに能力余裕を持たせるには、冷却水の温度を下げるか、流量を増やすか、くらいしか無いのではないでしょうか。

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2...続きを読む


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