積分ワインドアップとは

正解：C. 操作量が上限に張り付いている間も積分項が偏差を積み重ね続けるため、偏差の符号が変わってもしばらく操作量が下がらず、大きなオーバーシュートが起こる現象

モータの電圧やバルブの開度のように、操作量には上限と下限があります。大きな偏差が続いて操作量が上限で飽和すると、操作量はそれ以上増えないのに、積分項は偏差を積み重ね続けて大きな値になります。制御量が目標値を超えて偏差の符号が変わっても、ためこんだ積分の値が減るまで操作量は上限に張り付いたままなので、大きなオーバーシュートと長い振動が起こります。対策として、飽和している間は積分を止めたり、積分の値を制限したりするアンチワインドアップが使われます。

正解：C. 出力が飽和している間は、偏差が飽和を深める向きなら積分を止めるか、制限した値との差を積分に戻して、積分の値を抑える

1つ目の方法は条件付き積分(クランプ)で、出力が飽和していて、偏差がさらに飽和を深める向きのときは積分を更新しません。2つ目はバックカリキュレーションで、制限する前の計算値と実際に出した値の差に係数を掛けて積分に戻し、積分の値を引き戻します。操作量の変化分を計算する速度形のPID制御では、出力を制限するだけでワインドアップが起こりにくくなります。整数の固定小数点で計算するときは、積分の変数そのものの桁あふれにも、飽和演算などで備えます。