微分制御は、誤差の変化率に応じて動作します。誤差が急速に減少している場合は、微分動作によって制御出力が減少します。誤差が増大している場合は、出力が増加します。これは予測的な要素であり、誤差がどの方向に向かうかを予測し、それに応じてブレーキまたはアクセルを作動させます。

PID制御器において、微分動作はDで表されます。これは減衰効果をもたらします。微分動作がない場合、比例ゲインの高いシステムは振動します。微分動作がある場合、システムはより速く安定し、オーバーシュートが少なくなります。微分項は、時間に対する誤差曲線の傾きから計算されます。

デリバティブ規制が役立つ理由

• 位置制御におけるオーバーシュートを低減します。
• 振動を抑制する。
• 高速システムにおける安定性を向上させます。
• エラーが大きくなる前に対応します。
• 正常に動作させるには、クリーンなセンサーデータが必要です。

微分制御には弱点があります。それはノイズです。ノイズの多い信号を微分すると、ノイズが増幅されます。不安定なセンサーの読み取り値は、急速に変化する誤差のように見え、コントローラーは過剰反応してしまいます。エンジニアは微分項をフィルタリングするか、センサーにローパスフィルターを適用します。システムによっては微分制御を完全に省略し、比例積分制御に頼るものもあります。しかし、ドローンの飛行制御やロボットアームの関節など、高速かつ正確な応答が求められるシステムでは、微分制御に勝るものはありません。それは、ぐらついて停止するシステムと、滑らかに所定の位置に収まるシステムとの違いを生み出すのです。