【制御:02】⚠ FSM制御が効かなかった実例

topics: [“制御”, “FSM”, “PID”]

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はじめに

離散時間 PID 制御系に対して、
FSM（Finite State Machine）による監督制御を追加するという試みを行いました。

結論から書くと、

今回の条件では、FSM 制御による明確な効果は見られませんでした。

本記事は、その事実と簡単な考察をまとめたものです。

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🔧 やったこと

検討した構成は次の通りです。

• 連続時間プラント
• 離散時間 PID 制御（ZOH 前提）
• サンプリング周期の揺れ（ジッタ）を導入
• サンプル間（intersample）で外乱が入るケースを想定
• 上位に FSM を配置し、制御モード切替を試行

FSM は、以下の指標を監視する構成としました。

• 誤差の増大
• 振動傾向
• 操作量の変動量

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🎯 期待していたこと

当初は、次のような挙動を期待していました。

• サンプリング条件が悪化した際に FSM が介入する
• 制御性能劣化時にモード切替が起きる
• 結果として、PID 単独よりも安定した挙動を示す

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📉 実際の結果

結果は、以下の通りでした。

• 多くのケースで FSM は発動しなかった
• FSM が発動しても、制御性能に明確な改善は見られなかった
• PID 単独の場合と大きな差が出ない条件が多かった

少なくとも今回の設定では、

「FSM を入れたから制御が良くなった」と言える結果は得られませんでした。

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🤔 考察

intersample 外乱は FSM の守備範囲外

サンプル間で発生する外乱は、
連続時間で状態を変化させる現象です。

FSM はサンプル点でしか判断できないため、

• 外乱そのものを抑え込む
• 発生直後に即応する

といった役割は持ちません。

これは設計ミスではなく、
FSM の構造上の制約です。

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FSM が沈黙するのは必ずしも失敗ではない

FSM は「異常があれば必ず動く装置」ではありません。

• 制御前提がまだ破綻していない
• 下位の PID で対処できている

場合、FSM が何もしないのは自然です。

今回の結果は、

FSM が不要な介入をしなかった

と解釈することもできます。

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🧾 まとめ

• FSM 制御を試したが、今回の条件では明確な効果は見られなかった
• intersample 外乱は FSM で直接扱える問題ではない
• FSM は制御性能を向上させる装置ではなく、運用判断のための仕組み
• 適用範囲を誤ると「効かない」ように見える

FSM や上位制御は万能ではありません。
どこまでが守備範囲かを見極めること自体が設計の一部だと感じました。

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📝 おわりに

「うまくいかなかった事例」ですが、
この結果は今後の設計判断に十分役立つものです。

同様の構成を検討している場合、
FSM に過剰な期待を持たないことの参考になれば幸いです。