【制御】🧯 08. PIDにFSMを入れるべき「10%」の根拠

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はじめに

PID制御にFSM（Finite State Machine）を重ねる設計は、
理屈では正しそうに見える一方で、
現場・製品では失敗例も数多く存在します。

本記事では、

• なぜ FSM を常時動かす設計が危険なのか
• なぜ「10%のズレ」をFSM発動の閾値とするのか
• なぜ Reliability Guard（B-Type）が不可欠なのか

を、商業製品として成立する視点から整理します。

🧱 基本方針（ここを間違えると全部壊れる）

制御階層は、必ず次のように分離します。

1. PID：主制御（常時動作）
2. FSM：例外処理（非常時のみ）
3. Reliability Guard：FSMの暴走抑止

FSMは「賢い制御」ではありません。
FSMは 保険 です。

❌ FSMを最初から入れる設計が壊れる理由

摩擦劣化や経年変化に対して、

• FSMを常時切り替える
• 微小な変化で状態遷移する

こうした設計は、ほぼ確実に次を引き起こします。

• 波形の不連続
• 制御の過補償
• 状態遷移のチャタリング
• 顧客からの

  「なんか挙動おかしくない？」
  という問い合わせ

結果として、

劣化よりFSMの方が制御対象を壊す

という本末転倒が起こります。

⏱ FSMは「いつ」発動すべきか？

答えは単純です。

PIDが「もういつものPIDじゃない」と
定量的に言えるときだけ

そのためには、
感覚ではなく数値トリガーが必要です。

📉 なぜ「10%」なのか？

劣化モデルから自然に出てきた事実

本シリーズで用いた摩擦劣化モデルでは、

• PID単体で運転を継続した場合
• 約 5年相当の劣化 で
• 初期波形から おおよそ10%前後のズレ が発生

以下のいずれかに、明確な差が現れました。

• 振幅
• 位相（時間遅れ Δt）
• 制御エネルギー

この「10%」は、

• 経験則でも
• 方便でも

ありません。

モデルを回した結果、自然に現れた境界値

です。

📏 10%とは「何の」10%か？

FSMのトリガー条件は OR条件 とします。

以下のいずれかが、
初期PID比で10%超 となった場合：

• 振幅差
• 位相（Δt）差
• 制御エネルギー差

なぜ OR 条件なのか？

AND条件は、
現場では遅すぎるからです。

⚠ 想定外は、想定より早く来る

現実の装置では、

• 摩耗
• 異物混入
• 温度変化
• 部分破損

により、

「モデル上の5年劣化」が
数か月で起きる

ことがあります。

OR条件でなければ、
FSMは 間に合いません。

🛑 B-Type（Reliability Guard）の役割

FSMは万能ではありません。

FSMが介入することで、

• 制御が悪化する
• 出力が不安定になる
• 電流・電圧が過大になる

ケースは、普通に起こります。

そこで B-Type では：

• FSMの制御量を制限
• 努力量・効率を常時監視
• 悪化時は PID優勢にロールバック

という設計を取ります。

つまり、

FSMすら信用しすぎない

という立場です。

🧾 商業製品として見たときの「10%」

顧客目線で見れば、挙動はこうです。

• 数年間、PIDだけで安定 → 問題なし
• 明確な劣化が出てから補正 → 納得できる
• 初日から挙動が変わる → 不信感

10%ルールは、

• 説明できる
• 保証文書に書ける
• クレーム対応できる

という点で、極めて重要です。

まとめ

• PIDは主役
• FSMは非常用
• 10%はモデルに基づく現実的閾値
• トリガーは OR 条件
• Reliability GuardでFSMを制御する

FSMは知能ではありません。
FSMは 保険であり、最後の手段 です。

おわりに

もし FSM が day=0 から動いているなら、
それは PID設計が失敗している 可能性が高い。

FSMが 10%ズレたときだけ 動くなら、
それは 商業製品として正しい振る舞い です。