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ペルチェ素子によるPID制御のときの比例ゲイン

ペルチェ素子を用いて温度制御をしようと考えています。
ペルチェ素子は電流の方向を切り換えることで加熱・冷却を切り換えることが出来ますので、それを用いる予定です。
そこでふと気になったのですが、ペルチェ素子は冷却に比べて (通電によるジュール熱のため) 加熱の出力が大きいです。
そうすると、偏差が+1℃あったときの冷却出力と、偏差が-1℃あったときの加熱出力では、出力のエネルギーが異なります。
この場合、どうすれば良いのか、どのように行うのが一般的なのか、よくわかっていません。

とりあえず、いくつか考えました。

案1: 比例ゲインを2つ用意する

加熱用の比例ゲイン Kp_warm と、冷却用の比例ゲイン Kp_cool を用意し、
・SV > PV のとき、MV = Kp_warm * (e + Σe/Ti + Δe*Td )
・SV < PV のとき、MV = Kp_cool * (e + Σe/Ti + Δe*Td )
・ΔMV = MV(n) - MV(n - 1)
で計算する。
(なお、MV > 0 のときが加熱出力、MV < 0 のときは冷却出力、としています)



案2: 比例ゲイン1 (偏差だけ) で計算し、出力時に比例ゲインをかける

比例ゲイン Kp = 1 とし、
・MV = 1 * (e + Σe/Ti + Δe*Td )
・ΔMV = MV(n) - MV(n - 1)
で計算し、操作出力段階で
・MV > 0 のとき、MV * Kp_warm
・MV < 0 のとき、MV * Kp_cool
を出力する



案3: 制御上は別々のものとして制御する

ペルチェモジュールなので、加熱と冷却を同時に出力出来るわけではないが、加熱出力と冷却出力があるものとし、
・加熱用PID制御 (PIDw) と冷却用PID制御 (PIDc) を用意する
・それぞれでPID計算し、それぞれの操作出力を足し合わせ、最終的な操作出力とする



質問ですが、これらのうち、どれが一般的でしょうか?それとも、別の考え方があるのでしょうか?
どうぞよろしくお願いします。

投稿日時 - 2018-07-12 08:45:32

QNo.9517477

困ってます

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回答(2)

ANo.2

温度制御で熱源出力だけどうこう考えても何の意味もありません。
制御したい対象物の熱容量、熱伝導が関係しますので全体としてどのような熱伝導が起きるのか想定して設計します。
実際にはできるだけ早く制御できるようにすると同時にオーバーシュートしないようにプログラミングで解決します。

投稿日時 - 2018-07-14 08:04:54

補足

回答有り難うございます。

具体的に書いたので、逆に質問の意図が分かりにくくなってしまったかもしれません。
お聞きしたかったのは「正負の、比例ゲインが異なる出力があるとき、どのように制御すれば良いか?」です。

ペルチェ素子の場合、完全に独立はしていませんが、加熱出力と冷却出力で比例ゲインが大きく異なります。
比例ゲインとしては約2倍の違いがあるのですが、実際のところ、普通にPID制御をしていて、大きな問題は起きていません。
しかし、本来はどのようにするのが一般的なのか?と思った次第です、、

投稿日時 - 2018-07-17 05:58:10

ANo.1

案4: 気にしないって言うかぁ、気にする必要が無い

理由:ペルチェ素子に限らず温度制御の応答は非常に遅い
ペルチェ素子で何の温度を制御するの?
熱帯魚水槽とか?

まさかペルチェ単体だけで冷却、或いは発熱させるんじゃあないよね?
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00487/
「30A流した時266Wの吸熱を行います。このとき発熱側は1kWクラスの放熱が必要です。」
ペルチェ単体を加熱/冷却しても意味は無いだろうし


産業用温調器での事例
https://www.fa.omron.co.jp/products/family/3157/lineup.html
「加熱・冷却制御機能を使用する場合」
「PID制御を行う場合、加熱側PID、冷却側PIDそれぞれ独立で設定いただけます。 」

ですが、それが必要になる事例は少ない
「成形機の加熱冷却の制御性を向上 」
https://www.fa.omron.co.jp/products/applications/case/287.html

投稿日時 - 2018-07-12 21:18:47

補足

回答ありがとうございます。以前もお世話になりました、、

制御対象ですが、小さな金属のかたまりです。応答は割と速いです。
ペルチェ単体で制御します。
意味がない、と言われるとそうかも知れません。今もそれなりに良好に制御できています。
しかし、ここはひとつ「独立した正負の出力でPID制御を行うとしたら」としていただければと、、

オムロンの温度調節器で独立2出力あるのですね、、ということはこれが、独立した正負の出力があるときの、一般的な方法なのかもしれないですね、、

投稿日時 - 2018-07-17 05:45:57