脱公務員電子回路設計エンジニア

omron製コントローラ制御

E5CD温調期の温度制御プログラム

　手動でONさせて温度制御して実験するという手法でもありなのですが、いかんせん後々の事を考えると、パソコンでリアルタイムで測定したデータを表示させて、グラフィカルに温度変化の様子を見たいという欲求があります。
　以前、Excel VBAにて、RS232の制御プログラムをとある必要性が生じ、本当にできるのか半分疑心暗鬼になりながら作成していたのですが、それがうまくできて（かなり時間かかりました）これを、こいつの制御に応用できないかと思っておりました。
　詳しい理屈はこのサイトのここに記載しておりますので、気になる人は見てみてください。

VBAで作成した通信プログラムから取得したExcelデータ

　以降の項目で何を行っているのか、分からないと思いますので、OMRONのコントローラとExcelVBAを使用して、パソコンで取得した生データです。 　このデータを取得するためのVBAのソースプログラムを後ほど掲載する予定です。

作成したプログラムテスト

　完成度としてはまだ100％満足の行くものではないですが、試しに100Vセメント抵抗に電圧を印可した場合の温度変化をパソコンモニタ上二表示させてみました（Excel VBAってすごいですよね！）。

テスト結果

　何とかうまくデータが取れました。以下のような変化になります。 縦軸が炭素被膜抵抗の表面温度で、横軸が電圧以下した直後からの経過時間です。
　経過時間は0.4s～0.6sスパンで測定しているので、測定時間対して、十分測定間隔（所謂サンプリング周期）が短いので、連続した測定結果としてみることが出来ます（これは重要。サンプリング間隔が無視できない程荒いとラプラス変換が使用できない可能性がある）。
　グラフだとわかりにくいですが、これはExcelで測定しておりますので、細かい測定データはありまして、約432秒以降定常状態に入り、温度は172℃で一定になりました。

テストグラフの結果からわかること

ここまで実際にシステムを組んで、測定できた方はかなり色々なことの勉強になってるのではないかと思います。
　このグラフから読み取れることを私なりに整理したいと思います。

このグラフにある直線を挿入

　このグラフの温度が変化し始める経過時間から波形の立ち上がりにに接す陵な直線を一本追加します。それが舌のグラフになります。
　これは何をやりたいかは、後に説明するとして、

制御工学の理屈を応用してみる

　ここまで来ると、理論と実際を見てみたくなります。
この対象の、数学モデルを算出してみたいということです。
最終値が172℃でしたので、この63.2%に相当する温度を計算すると

172×0.632=108.704℃

になります。 　それでは、この直線と最終値との交点の時間は何秒になるかというと、ｙに172を代入します。 　172＝0.8289ｘ+9.2665
　　x=196.324〔s〕 この時間が所謂時定数ですよ。
　時定数秒後の温度はというと、測定データから約133℃です。もちろんこれは先ほど計算した、最終値の63.2%になっているはずだというのが、制御工学の言っていることでもありますが、若干ずれています。
　これはおそらく応答の遅れ時間が影響している可能性があります。

遅れ時時間は

　先に示しあtExcelnの計測データから直接時間遅れを読み取ると（初期値が20度だったので、20℃上昇する直前までの時間をもって遅れ時間とします）。
　正確には、6.641〔s〕の時点で、20℃で6.969〔s〕の時点で21度にってます。 とりあえず、6.641〔s〕がこの温度上昇波形の遅れ時間とします。かっこいい言い方をするとこの制御対象の遅れ時間は6.641〔s〕ってことですね。