PID制御器は、工学分野で最も一般的な制御ループです。比例項、積分項、微分項の3つの項から構成され、それぞれの項は目標設定値と測定出力との誤差に応じて動作します。これら3つの項の合計がアクチュエータを駆動します。

比例制御は現在の誤差に対応し、積分制御は過去に蓄積された誤差に対応し、微分制御は将来予測される誤差に対応します。これらが組み合わさることで、高速応答、定常状態誤差ゼロ、および減衰特性を実現します。この制御器は実装が容易で、幅広いシステムで優れた性能を発揮します。そのため、サーモスタット、ドローン、クルーズコントロール、産業プロセスなどに広く採用されています。

PIDチューニングパラメータ

• Kp：比例ゲイン。電流誤差に応じて変化する。
• Ki：積分ゲイン。定常状態誤差を排除します。
• Kd：微分ゲイン。オーバーシュートを低減します。
• サンプル時間：ループが実行される頻度。
• アンチワインドアップ：積分項が大きくなりすぎるのを防ぎます。

チューニングは難しい部分です。ジーグラー・ニコルス則は出発点を与えてくれます。手動チューニングでそれを微調整します。Kpが大きすぎるとシステムが振動します。Kiが大きすぎるとオーバーシュートします。Kdが大きすぎるとノイズが増幅されます。目標は、オーバーシュートを最小限に抑え、設定値に素早く到達し、その値を維持する応答です。一部のシステムは、ステップ入力を注入して応答を測定することで自動チューニングを行います。他のシステムはモデルベースのチューニングを使用します。適切にチューニングされたPIDコントローラは意識されません。システムはただ動作するだけです。チューニングが不十分なシステムは、振動したり、オーバーシュートしたり、応答が鈍くなったりします。PIDは必ずしも最良のコントローラではありませんが、ほとんどの場合、最初に試されるコントローラです。