読み方：ピーアイディーせいぎょ

PID制御【Proportional-Integral-Derivative control】

概要

PID制御とは、目標値と現在の値の差に基づいて制御量を計算し、対象を安定した状態に保つ制御方式。比例、積分、微分の3つの演算を組み合わせることで安定した制御を実現する。

まず目標値と実測値との差である「偏差」を求め、その大きさに応じて制御量を決定する。例えば、暖房機器の温度管理であれば目標値が設定温度、実測値が現在の室温であり、その差が偏差である。PID制御はこの偏差を継続的に算出し、ヒーターへの出力を調整し続ける。

比例制御（P：Proportional）は偏差の大きさに比例した出力を行う。偏差が大きければ出力を大きく、偏差が小さければ出力を小さくする。単純で応答が速い一方、偏差がゼロにならない「定常偏差」（オフセット）が残りやすい欠点がある。

積分制御（I：Integral）は偏差を時間方向に積み上げた値に比例した出力を行う。過去の偏差の蓄積を解消する方向に働くため、比例制御だけでは除去できない定常偏差をゼロに近づける効果がある。ただし、積分の蓄積が大きくなりすぎると応答が遅れたり振動が生じたりする「積分飽和」（integral windup）が問題になることがある。

微分制御（D：Derivative）は偏差の変化速度に比例した出力を行う。偏差が急激に変化しているときに先手を打って制御するため、オーバーシュート（目標値を超えて行き過ぎる現象）を抑制する効果がある。一方、ノイズに敏感で、センサーのばらつきが大きい環境では不安定になりやすい。

PID制御は産業用機械、空調設備、自動車のエンジン制御、モーターの回転制御、ロボットの関節制御、ドローンの姿勢制御など幅広い分野に応用されている。PID制御の性能は、各項の係数であるゲイン（Kp・Ki・Kd）の設定に依存する。適切な値を選定することで、応答速度、安定性、振動の抑制などを調整できる。ゲインの調整は試行や経験則、または自動調整アルゴリズムによって行われる。