一般の制御プロセスには、あちこちに時間的な遅れがあります。前に示した温水加熱装置の例でいうと、調節弁・水のタンク・温度検出部などすべて信号の遅れの原因となります。これらはおおむね一次遅れの特性をもっています。一次遅れ特性というのは図4．3に示す特性で、電気回路でいえばCR回路に見られる特性です。しかし、複数の一次遅れ特性の要素が直列につながっていると、特性がだんだん崩れてきて、図4．2のような特性になります。また純粋なむだ時間特性をもつ要素も制御システムに入っているかもしれません。純粋なむだ時間特性というのは、プロセスに何らかの信号を与えても、そのときから一定時間は何の変化もなく、その時間がすぎたら突然変化が現れる特性です。たとえば図4．4のようなプロセスでは、薬液を添加してから濃度調節計に指示が出るまでには、距離lを流速υで割っただけの時間がかかります。これは純粋のむだ時間特性であり、このようなプロセスを単なるPID制御で制御することは困難です。
それはとにかく、純粋なむだ時間をもつ要素があると、図4．2のLはその分だけ多くなります。すなわちLは、複数の一次遅れによる見かけ上のむだ時間と純粋のむだ時間の合計なのです。純粋な一次遅れ特性と純粋なむだ時間特性をもつプロセスに対し、階段状の調節弁開度変化を与えると、測定値は図4．5の変化をします。すなわち、図4．2に見られたような実際の測定値変化を、図4．5の形に近似するのが前記の数値化の方法なのです。このやり方はかなりおおざっぱなものですが、もっと詳しくやっても手間がかかる割合にさほど効果が上がらないので、一般にこの方法が使用されています。
なお、図4．2のY／Xは、調節弁開度変化量に対する測定値の変化の割合ですので、プロセスゲインといいます。たとえば調節弁開度が10％変化したとき、測定値が20％変化したとすれば、プロセスゲインは2です。なお、ここで測定値は調節計の測定スパンに対する％で表現します。
◆ 参考文献 ◆
松山 裕：だれでもわかる自動制御、省エネルギーセンター（1992）
松山 裕
松山技術コンサルタント事務所
所長
