CN111025896A - 控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实现一种即便主控制部目标值与副控制部目标值为不同种类的物理量也能加以运用的控制装置。本发明的控制装置由n个控制部、目标值转换部以及参数设定部构成。目标值转换部根据(i－1)次(i为2～n的整数)控制部的目标值或控制量、以及根据表示(i－1)次控制部控制量与i次控制部控制量的关系或者(i－1)次控制部目标值与i次控制部目标值的关系的近似式求出的基准量将(i－1)次控制部操作量转换为i次控制部目标值。设定部导出表示(i－1)次控制部控制量与i次控制部控制量的关系或者(i－1)次控制部目标值与i次控制部目标值的关系的近似式并设定至目标值转换部。
Description
技术领域
本发明涉及级联连接有多个控制部的级联控制系统的控制装置。
背景技术
作为对于无用时间、时间常数较大的控制对象(工序)较为有效的控制系统，已知有级联控制。级联控制系统是像图11那样由来自工序的多个测定值(控制量)和去往工序的1个操作量构成的控制系统。1次控制部1001以1次工序1011的控制量PV1与目标值SP1一致的方式算出操作量MV1。2次控制部1002将从1次控制部1001输出的操作量MV1作为目标值SP2、以2次工序1012的控制量PV2与目标值SP2一致的方式算出操作量MV2并输出至2次工序1012。在该图11的例子中，1次控制部1001、2次控制部1002、2次工序1012及1次工序1011构成1次侧的控制环路，2次控制部1002和2次工序1012构成2次侧的控制环路。
但是，要构成级联控制系统，像图11那样需要1次工序1011与2次工序1012的切分用的2次工序控制量PV2。此外，图11所示的级联控制系统为2级构成，但也可像图12那样设为多级构成。
在实际使用的级联控制系统中的n(n为2以上的整数)次之后的控制部中，由于将前一控制部的操作量MVn－1用作目标值SPn，因此，需要用于使该操作量MVn－1与目标值SPn的静态特性相匹配的缩放(スケーリング)。进而，由于级联控制容易发生波动，因此，大多会对n次之后的控制部的目标值SPn的值域设置限制(限制处理)。缩放和限制处理存在以下(I)～(III)这3种方式。再者，在以下的说明中，将前一级即(n－1)次的构成称为主(初级)，将后级即n次的构成称为副(次级)。
(I)副控制部目标值SPn的固定缩放/限制。
SPn＝(Hn－Ln)/100×MVn－1+Ln···(1)
式(1)中，MVn－1为从主控制部输出的操作量，Hn(％)为副控制部目标值缩放/限制上限值，Ln(％)为副控制部目标值缩放/限制下限值。
(II)以主控制部目标值SPn－1为补偿的副控制部目标值SPn的固定缩放/限制。
SPn＝(Hn－Ln)/100×MVn－1+Ln+SPn－1···(2)
(III)以主控制部控制量PVn－1为补偿的副控制部目标值SPn的固定缩放/限制。
SPn＝(Hn－Ln)/100×MVn－1+Ln+PVn－1···(3)
在上述(I)的方式中，在变更了主控制部目标值SPn－1的情况下，变更前后的主控制部操作量MVn－1的平衡点发生变化，由此使得副控制部目标值SPn的变化区域扩大。因而，必须以包含主控制部目标值SPn－1的变更带来的副控制部目标值SPn的整个变化区域的方式将副控制部目标值缩放/限制上限值Hn、下限值Ln(％)设定得较宽。结果，控制容易发生波动，级联控制系统的稳定性有可能受损。
在上述(II)的方式中，由于以副控制部目标值SPn的补偿的形式反映主控制部目标值SPn－1，因此，在变更了主控制部目标值SPn－1的情况下，可以在维持副控制部目标值SPn的变动幅度的状态下，在主控制部目标值SPn－1的变更前后维持相同程度的尺度比率，所以有容易使控制稳定这一优点。但是(II)的方式中，存在能够应对的限于主控制部目标值SPn－1与副控制部目标值SPn为同种物理量的情况(例如主控制部目标值SPn－1与副控制部目标值SPn均为温度的情况)这一问题。
在上述(III)的方式中，作为控制响应而获得的主控制部控制量PVn－1相较于有可能变为步骤性的动作的主控制部目标值SPn－1的变更而言更平缓地变化，因此，虽然相较于(II)的方式而言控制的响应性受损，但有更容易使控制稳定这一优点。然而，与(II)的方式一样，存在能够应对的限于主控制部目标值SPn－1与副控制部目标值SPn为同种物理量的情况这一问题。
另一方面，专利文献1揭示了如下技术：在将主控制部操作量MVn－1转换为副控制部目标值SPn时使衰减器动作，由此使控制稳定。专利文献1揭示的技术是按照控制状况(事件)来恰当地改换衰减器(变更衰减率)，相当于检测主控制部目标值SPn－1的变更等事件来切换Hn、Ln的技术。然而，在该专利文献1揭示的技术中，与(II)、(III)的方式一样，存在能够应对的限于主控制部目标值SPn－1与副控制部目标值SPn为同种物理量的情况这一问题。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利特开平7-219646号公报
发明内容
【发明要解决的问题】
本发明是为了解决上述问题而成，其目的在于提供一种即便主控制部目标值与副控制部目标值为不同种类的物理量也能加以运用的级联控制系统的控制装置。
【解决问题的技术手段】
本发明为一种控制装置，它是级联连接有n个控制部的级联控制系统的控制装置，n为2以上的整数，所述控制装置的特征在于，具备：n个所述控制部，它们分别构成为以目标值和控制量为输入来算出操作量；(n－1)个目标值转换部，它们设置在(i－1)次控制部与i次控制部之间，构成为将由(i－1)次控制部算出的操作量转换为i次控制部的目标值，i为2～n的整数；以及设定部，其构成为设定这些目标值转换部中使用的参数和近似式，n个所述控制部当中，1次至(n－1)次的各控制部将算出的操作量输出至紧接其后的所述目标值转换部，末级的n次控制部将算出的操作量输出至控制对象的操作端，各目标值转换部根据(i－1)次控制部的目标值或控制量、预先设定的目标值缩放/限制上下限值、以及根据表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式求出的基准量，将由(i－1)次控制部算出的操作量转换为i次控制部的目标值，所述设定部包含：操作量设定部，其构成为在用于近似式设定的测定时、使多个规定的测定用操作量从n次控制部依序输出至控制对象的操作端；控制量获取部，其构成为针对每一测定用操作量而获取对应于各测定用操作量的1次至n次的各控制部的整定时控制量；近似式导出部，其构成为根据由该控制量获取部获取到的整定时控制量，来针对每一目标值转换部导出表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式；以及近似式设定部，其构成为将由该近似式导出部针对每一目标值转换部导出的近似式分别设定至对应的目标值转换部。
此外，本发明为一种控制装置，它是级联连接有n个控制部的级联控制系统的控制装置，n为2以上的整数，所述控制装置的特征在于，具备：n个所述控制部，它们分别构成为以目标值和控制量为输入来算出操作量；(n－1)个目标值转换部，它们设置在(i－1)次控制部与i次控制部之间，构成为将由(i－1)次控制部算出的操作量转换为i次控制部的目标值，i为2～n的整数；以及设定部，其构成为设定这些目标值转换部中使用的参数和近似式，n个所述控制部当中，1次至(n－1)次的各控制部将算出的操作量输出至紧接其后的所述目标值转换部，末级的n次控制部将算出的操作量输出至控制对象的操作端，各目标值转换部根据(i－1)次控制部的目标值或控制量、目标值缩放/限制上下限值、以及根据表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式求出的基准量将由(i－1)次控制部算出的操作量转换为i次控制部的目标值，所述设定部包含：操作量设定部，其构成为在用于近似式设定的测定时、使多个规定的测定用操作量从n次控制部依序输出至控制对象的操作端；控制量获取部，其构成为针对每一测定用操作量而获取对应于各测定用操作量的1次至n次的各控制部的整定时控制量；近似式导出部，其构成为根据由该控制量获取部获取到的整定时控制量，来针对每一目标值转换部导出表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式；近似式设定部，其构成为将由该近似式导出部针对每一目标值转换部导出的近似式分别设定至对应的目标值转换部；上下限值决定部，其构成为以对初级的1次控制部的目标值的变更获得(i－1)次控制部的控制量的所期望的控制响应这一内容为条件、以目标值缩放/限制上下限幅度尽可能变窄的方式，来针对每一目标值转换部而决定所述目标值缩放/限制上下限值；以及上下限值设定部，其构成为将由该上下限值决定部针对每一目标值转换部决定的目标值缩放/限制上下限值分别设定至对应的目标值转换部。
此外，本发明的控制装置的1构成例的特征在于，在将(i－1)次控制部的目标值设为SPi－1、将(i－1)次控制部的控制量设为PVi－1、将(i－1)次控制部的操作量设为MVi－1、将i次控制部的目标值设为SPi、将i次控制部目标值缩放/限制上限值设为Hi、将i次控制部目标值缩放/限制下限值设为Li、将根据表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系的近似式求出的基准量设为f(PVi－1)、将根据表示(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式求出的基准量设为f(SPi－1)时，各目标值转换部通过SPi＝(Hi－Li)/100×MVi－1+Li+f(PVi－1)或SPi＝(Hi－Li)/100×MVi－1+Li+f(SPi－1)将(i－1)次控制部的操作量MVi－1转换为i次控制部的目标值SPi。
此外，本发明的控制装置的1构成例的特征在于，所述近似式导出部导出所述测定用操作量的全范围内的表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系的1个近似式或者所述测定用操作量的全范围内的表示(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的1个近似式。
此外，本发明的控制装置的1构成例的特征在于，所述近似式导出部针对所述测定用操作量的全范围当中每一邻接的值的测定用操作量的组，来导出表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式，近似式设定后的各目标值转换部使用设定的多个近似式当中与从n次控制部输出的操作量相对应的近似式将由(i－1)次控制部算出的操作量转换为i次控制部的目标值。
【发明的效果】
根据本发明，能够实现一种即便主控制部目标值与副控制部目标值为不同种类的物理量也能加以运用的控制装置。在现有技术中，对于主控制部目标值的变更需要事件检测，而根据本发明，对于主控制部目标值的变更，不需要基于事件的系数的转换，可以实现更为连续的控制的行为，因此能获得顺畅且稳定的控制响应。此外，在本发明中，由于导出表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式并设定至目标值转换部，因此，对于线性的控制对象、非线性的控制对象都能进行应对。
附图说明
图1为表示本发明的实施例的控制装置的构成的框图。
图2为表示本发明的实施例的控制装置的设定部的构成的框图。
图3为说明本发明的实施例的控制装置的控制动作的流程图。
图4为说明本发明的实施例的控制装置的设定部的动作的流程图。
图5为说明本发明的实施例中的整定时控制量测定时的操作量变更的图。
图6为表示本发明的实施例中的(i－1)次控制部控制量与i次控制部控制量的关系的1例的图。
图7为表示本发明的实施例中的(i－1)次控制部目标值与i次控制部目标值的关系的1例的图。
图8为说明本发明的实施例的控制装置的上下限值决定部的动作的流程图。
图9为表示本发明的实施例的控制对象的1例的图。
图10为表示本发明的实施例的实现控制装置的计算机的构成例的框图。
图11为表示以往的级联控制系统的构成的框图。
图12为表示以往的级联控制系统的另一构成的框图。
具体实施方式
本发明为如下控制装置：在将从主控制部输出的操作量MVi－1转换为副控制部目标值SPi时，在主控制部操作量MVi－1与副控制部目标值SPi存在依存关系的情况、也就是处于当作为自变量的主控制部操作量MVi－1决定下来时、作为因变量的副控制部目标值SPi就决定下来的关系的情况下，可以通过参数设定来吸收主控制部目标值SPi－1与副控制部目标值SPi的物理量的差异。
[实施例]
下面，参考附图，对本发明的实施例进行说明。图1为表示本发明的实施例的控制装置的构成的框图。控制装置级联连接在一起的n(n为2以上的整数)个控制部11～1n、(n－1)个目标值转换部22～2n、以及设定部3构成，所述(n－1)个目标值转换部22～2n设置在(i－1)次(i为2～n的整数)控制部1i－1与i次控制部1i之间，将由(i－1)次控制部1i－1算出的操作量MVi－1转换为i次控制部1i的目标值SPi，所述设定部3设定目标值转换部22～2n中使用的参数和近似式。
图2为表示设定部3的构成的框图。设定部3由操作量设定部30、控制量获取部31、近似式导出部32、近似式设定部33、上下限初始设定部34、上下限值决定部35、上下限值设定部36、以及PID参数调整部37构成，所述操作量设定部30在用于近似式设定的测定时使多个规定的测定用操作量MVn从n次控制部1n依序输出至控制对象的操作端，所述控制量获取部31针对每一测定用操作量MVn而获取对应于各测定用操作量MVn的各控制部11～1n的整定时控制量PV1～PVn，所述近似式导出部32根据由控制量获取部31获取到的整定时控制量PV1～PVn，针对每一目标值转换部而导出表示(i－1)次控制部控制量PVi－1与i次控制部控制量PVi的关系或者(i－1)次控制部目标值SPi－1与i次控制部目标值SPi的关系的近似式，所述近似式设定部33将由近似式导出部32针对每一目标值转换部导出的近似式分别设定至对应的目标值转换部22～2n，所述上下限初始设定部34对用于设定i次控制部1i的目标值SPi的上下限的i次控制部目标值缩放/限制上下限值的初始值进行设定，所述上下限值决定部35以对1次控制部11的目标值SP1的变更来获得(i－1)次控制部1i－1的控制量PVi－1的所期望的控制响应这一内容为条件、以i次目标值缩放/限制上下限幅度尽可能变窄的方式，针对每一目标值转换部而决定i次目标值缩放/限制上下限值，所述上下限值设定部36将由上下限值决定部35针对每一目标值转换部决定的i次目标值缩放/限制上下限值分别设定至对应的目标值转换部22～2n，所述PID参数调整部37调整各控制部11～1n的PID参数(比例带、积分时间、微分时间)。
上下限值决定部35由目标值输入部350、达到时间测量部351、振动量测量部352及上下限调整部353构成。
图3为说明本实施例的控制装置的控制动作的流程图。1次控制部11的目标值SP1由控制装置的用户来设定，并输入至1次控制部11(图3步骤S100)。
1次控制部11的控制量PV1由1次工序41中设置的传感器(未图示)来测量，并输入至1次控制部11(图3步骤S101)。
1次控制部11以目标值SP1和控制量PV1为输入，以控制量PV1与目标值SP1一致的方式通过公知的PID控制运算来算出操作量MV1(图3步骤S102)。
2次目标值转换部22通过式(4)的转换公式将从1次控制部11输出的操作量MV1转换为2次控制部12的目标值SP2，并输出至2次控制部12(图3步骤S103)。
SP2＝(H2－L2)/100×MV1+L2+f(SP1)···(4)
式(4)中，H2(％)为2次控制部目标值缩放/限制上限值，L2(％)为2次控制部目标值缩放/限制下限值，f(SP1)为根据表示1次控制部目标值SP1与2次控制部目标值SP2的关系的近似式求出的基准量。
再者，2次目标值转换部22也可通过使用1次控制部控制量PV1代替1次控制部目标值SP1的以下的式(5)，算出2次控制部目标值SP2。
SP2＝(H2－L2)/100×MV1+L2+f(PV1)···(5)
式(5)中，f(PV1)为根据表示1次控制部控制量PV1与2次控制部控制量PV2的关系的近似式求出的基准量。
2次控制部12的控制量PV2由2次工序42中设置的传感器(未图示)来测量，并输入至2次控制部12(图3步骤S104)。
2次控制部12以目标值SP2和控制量PV2为输入、以控制量PV2与目标值SP2一致的方式，通过公知的PID控制运算来算出操作量MV2(图3步骤S105)。
3次目标值转换部23通过式(6)的转换公式将从2次控制部12输出的操作量MV2转换为3次控制部13的目标值SP3，并输出至3次控制部13(图3步骤S106)。
SP3＝(H3－L3)/100×MV2+L3+f(SP2)···(6)
式(6)中，H3(％)为3次控制部目标值缩放/限制上限值，L3(％)为3次控制部目标值缩放/限制下限值，f(SP2)为根据表示2次控制部目标值SP2与3次控制部目标值SP3的关系的近似式求出的基准量。
再者，3次目标值转换部23也可通过使用2次控制部控制量PV2代替2次控制部目标值SP2的以下的式(7)，算出3次控制部目标值SP3。
SP3＝(H3－L3)/100×MV2+L3+f(PV2)···(7)
式(7)中，f(PV2)为根据表示2次控制部控制量PV2与3次控制部控制量PV3的关系的近似式求出的基准量。
如此，按照1次、2次、3次····的顺序来实施处理。接着，n次目标值转换部2n通过式(8)的转换公式，将从(n－1)次控制部(未图示)输出的操作量MVn－1转换为n次控制部1n的目标值SPn，并输出至n次控制部1n(图3步骤S107)。
SPn＝(Hn－Ln)/100×MVn－1+Ln+f(SPn－1)···(8)
式(8)中，Hn(％)为n次控制部目标值缩放/限制上限值，Ln(％)为n次控制部目标值缩放/限制下限值，f(SPn－1)为根据表示(n－1)次控制部目标值SPn－1与n次控制部目标值SPn的关系的近似式求出的基准量。
再者，n次目标值转换部2n也可通过使用(n－1)次控制部控制量PVn－1代替(n－1)次控制部目标值SPn－1的以下的式(9)，算出n次控制部目标值SPn。
SPn＝(Hn－Ln)/100×MVn－1+Ln+f(PVn－1)···(9)
式(9)中，f(PVn－1)为根据表示(n－1)次控制部控制量PVn－1与n次控制部控制量PVn的关系的近似式求出的基准量。
关于i(i为2～n的整数)次控制部1i的目标值SPi，若将式(4)～式(9)通式化，则变为以下的样子。
SPi＝(Hi－Li)/100×MVi－1+Li+f(SPi－1)···(10)
SPi＝(Hi－Li)/100×MVi－1+Li+f(PVi－1)···(11)
接着，n次控制部1n的控制量PVn由n次工序4n中设置的传感器(未图示)来测量，并输入至n次控制部1n(图3步骤S108)。
n次控制部1n以目标值SPn和控制量PVn为输入、以控制量PVn与目标值SPn一致的方式，通过公知的PID控制运算来算出操作量MVn，并输出至n次工序4n(图3步骤S109)。操作量MVn的输出目的地例如为阀门等操作端。
按每一控制周期反复执行如上那样的步骤S100～S109的处理，直至控制装置的动作结束为止(图3步骤S110中为是)。
接着，参考图4，对在如上那样的控制动作之前进行的、设定部3对参数H2～Hn、L2～Ln和近似式f(SPi－1)、f(PVi－1)的设定动作进行说明。
此处，将(i－1)次控制部1i－1(i为2～n的整数)作为主控制部、将后级的i次控制部1i作为副控制部来代表性地进行说明。
接着，设定部3在像以下那样在变更操作量MVn(测定用操作量)的值的同时测定整定时控制量PV1、PV2、····、PVn。
首先，设定部3的操作量设定部30对n次控制部1n指示输出规定的操作量MVn(例如MVn＝0％)(图4步骤S200)。通常，控制部具备输出从外部设定的值的操作量MV的手动模式，因此，通过利用这种手动模式，可以实现操作量MVn的固定输出。
然后，设定部3的控制量获取部31获取并存储对n次工序4n输出操作量MVn的情况下的整定时的控制量PV1、PV2、····、PVn(图4步骤S201)。
接着，在预先设定的操作量MVn的输出未结束的情况下(图4步骤S202中为否)，操作量设定部30对n次控制部1n指示变更为接下来应输出的操作量MVn的值(图4步骤S203)，并返回至步骤S201。将操作量MVn的变更的方法示于图5。如图5所示，操作量设定部30使操作量MVn呈阶梯状上升。
如此，操作量设定部30和控制量获取部31在变更操作量MVn的值的同时反复实施步骤S203、S201的处理。如此，可以获取对应于0～100％的各操作量MVn的整定时控制量PV1、PV2、····、PVn。
在针对操作量MVn＝0～100％的范围中的预先设定的各操作量MVn获取完整定时控制量PV1、PV2、····、PVn的时间点，测定结束(步骤S202中为是)，操作量设定部30对n次控制部1n指示停止操作量MVn的输出(图4步骤S204)。
接着，设定部3的近似式导出部32根据由控制量获取部31获取到的、对应于各操作量MVn的整定时控制量PVi－1、PVi，来导出表示(i－1)次控制部控制量PVi－1与i次控制部控制量PVi的关系的近似式PVi＝f(PVi－1)(图4步骤S205)。
图6中示出(i－1)次控制部控制量PVi－1与i次控制部控制量PVi的关系的1例。(i－1)次控制部控制量PVi－1(目标值SPi－1)与i次控制部控制量PVi(目标值SPi)的静态关系因控制对象而不同，但认为能通过近似式给出。因此，像上述那样在变更操作量MVn的值的同时获取对应于各操作量MVn的整定时控制量PVi－1、PVi(恒定值)，根据获取到的数据来导出近似式PVi＝f(PVi－1)即可。近似式的导出方法为公知技术，因此省略详细说明。
再者，由于整定时控制量PV1、PV2、····、PVn为与目标值SP1、SP2、····、SPn大致相同的值，因此，可以将整定时控制量PV1、PV2、····、PVn视为目标值SP1、SP2、····、SPn。图7中示出此时的(i－1)次控制部目标值SPi－1与i次控制部目标值SPi的关系的1例。
像根据图7而明确的那样，近似式导出部32也可根据对应于各操作量MVn的目标值SPi－1、SPi来导出表示(i－1)次控制部目标值SPi－1与i次控制部目标值SPi的关系的近似式SPi＝f(SPi－1)(步骤S205)。
近似式导出部32导出操作量MVn＝0～100％这一全范围内的表示控制量PVi－1(目标值SPi－1)与控制量PVi(目标值SPi)的关系的1个连续近似式PVi＝f(PVi－1)或SPi＝f(SPi－1)即可。
此外，近似式导出部32也可根据某一操作量MVn＝α％时的整定时控制量PVi－1、PVi(目标值SPi－1、SPi)和邻接于该操作量MVn＝α％的操作量MVn＝β％时的整定时控制量PVi－1、PVi(目标值SPi－1、SPi)，来导出操作量MVn＝α％与MVn＝β％之间的表示控制量PVi－1(目标值SPi－1)与控制量PVi(目标值SPi)的关系的近似式PVi＝f(PVi－1)或SPi＝f(SPi－1)。在该情况下，像根据图6、图7而明确的那样，针对上述的整定时控制量PV1、PV2、····、PVn的测定时输出的操作量MVn＝0～100％当中每一邻接的值的操作量MVn的组而导出近似式即可。
当然，近似式导出部32导出的近似式可为线性的近似式，也可为非线性的近似式。
接着，设定部3的近似式设定部33对i次目标值转换部2i设定由近似式导出部32导出的近似式f(PVi－1)或f(SPi－1)(图4步骤S206)。
近似式导出部32和近似式设定部33针对每一i次目标值转换部2i(i为2～n的整数)来实施步骤S205、S206的处理即可。
再者，在像上述那样近似式导出部32针对每一邻接的操作量MVn的组导出了近似式的情况下，多个近似式f(PVi－1)或多个近似式f(SPi－1)被设定至i次目标值转换部2i。在该情况下，近似式设定后的i次目标值转换部2i将所设定的多个近似式f(PVi－1)或多个近似式f(SPi－1)当中式(10)或式(11)中使用的近似式切换为与前一控制周期中输出的操作量MVn相对应的近似式f(PVi－1)或f(SPi－1)，由此将(i－1)次控制部操作量MVi－1转换为i次控制部目标值SPi。
接着，在像上述那样设定近似式f(PVi－1)或f(SPi－1)之后，设定部3的上下限初始设定部34对i次目标值转换部2i设定i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi和i次控制部目标值缩放/限制下限值Li各自的初始值(图4步骤S207)。
考虑到试行时间的缩短、装置的安全操作，将i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi的初始值设为i次控制部1i的控制量PVi的已知的上限值，将i次控制部目标值缩放/限制下限值Li的初始值设为i次控制部1i的控制量PVi的已知的下限值。
上下限初始设定部34(i为2～n的整数)针对每一i次目标值转换部2i来实施步骤S207的处理即可。
接着，设定部3的PID参数调整部37调整各控制部11～1n的PID参数(比例带、积分时间、微分时间)(图4步骤S208)。各控制部11～1n的PID参数调整方法为公知技术，因此省略详细说明。再者，在PID参数的调整时，需要按照n次控制部1n→(n－1)次控制部1n－1→····→2次控制部12→1次控制部11的顺序进行调整。此外，本实施例中，是将PID参数调整部37设置在控制装置的内部，但也可设置在外部。
接着，设定部3的上下限值决定部35以对1次控制部目标值SP1的变更获得(i－1)次控制部控制量PVi－1的所期望的控制响应这一内容为条件、以i次控制部目标值缩放/限制上下限幅度(Hi与Li的差)尽可能变窄的方式，决定i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi和i次控制部目标值缩放/限制下限值Li(图4步骤S209)。
缩窄i次控制部目标值缩放/限制上下限幅度使得(i－1)次控制部控制量PVi－1容易稳定，另一方面，会在减弱(i－1)次控制部控制量PVi－1的目标值达到时间缩短的可能性的方向上起作用。因而，是在获得(i－1)次控制部控制量PVi－1的所期望的控制响应的范围内尽可能缩窄i次控制部目标值缩放/限制上下限幅度。
所谓i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi和i次控制部目标值缩放/限制下限值Li，是应权衡作为主控制部的(i－1)次控制部1i－1的控制量PVi－1的稳定化与控制量PVi－1的目标值达到时间等控制特性、经时变化等环境变动等容许特性等来决定的值。若控制器增益在一定程度上不稳定，则难以设定该i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi和i次控制部目标值缩放/限制下限值Li。
例如，在(i－1)次控制部1i－1的控制器增益成为增加的调整结果的情况下，(i－1)次控制部控制量PVi－1的控制响应容易振动，在该状况下，若将i次控制部目标值缩放/限制上下限幅度选得较宽，则控制量PVi－1的控制响应更趋向于振动。因此，i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi和i次控制部目标值缩放/限制下限值Li需要根据控制量PVi－1的控制响应来决定。
图8为说明上下限值决定部35的动作的流程图。上下限值决定部35的目标值输入部350对1次控制部11输入规定的目标值SP1(图8步骤S300)，在经过一定时间后(例如经过足够控制系统进行整定的时间后)，对目标值SP1进行规定的目标值变更幅度程度的变更(图8步骤S301)。
上下限值决定部35的达到时间测量部351对从1次控制部目标值SP1发生了变更时起到(i－1)次控制部控制量PVi－1达到(i－1)次控制部目标值SPi－1为止的目标值达到时间Ti－1进行测量(图8步骤S302)。
上下限值决定部35的振动量测量部352对在1次控制部目标值SP1发生了变更之后、从(i－1)次控制部控制量PVi－1达到(i－1)次控制部目标值SPi－1时起到经过规定的振动量测量时间为止这一期间的(i－1)次控制部目标值SPi－1与(i－1)次控制部控制量PVi－1的偏差(SPi－1－PVi－1)的绝对值的累计值即振动量Di－1进行测量(图8步骤S303)。
在由振动量测量部352测量出的振动量Di－1为规定的振动量指标值以上的情况下(图8步骤S304中为是)，上下限值决定部35的上下限调整部353将i次目标值转换部2i的i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi降低规定的上下限值变更幅度程度，并将i次控制部目标值缩放/限制下限值Li提高规定的上下限值变更幅度程度，由此缩窄i次控制部目标值缩放/限制上下限幅度(图8步骤S306)，并返回至步骤S300。振动量指标值是根据控制对象装置的目的而预先设定的。
但是，在振动量Di－1为振动量指标值以上的情况下，在i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi达到可容许的最小值或者i次控制部目标值缩放/限制下限值Li达到可容许的最大值中的至少一方成立、且i次控制部目标值缩放/限制上下限值在容许范围外时(图8步骤S305中为否)，上下限调整部353无法进一步缩窄i次控制部目标值缩放/限制上下限幅度。
因此，上下限调整部353降低(i－1)次控制部1i－1的控制器增益(图8步骤S307)，并返回至步骤S300。具体而言，上下限调整部353对(i－1)次控制部1i－1中设定的比例带乘上大于1的规定系数，由此提高比例带而降低(i－1)次控制部1i－1的控制器增益即可。i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi的可容许的最小值、以及i次控制部目标值缩放/限制下限值Li的可容许的最大值是根据经时变化等环境变动等的容许特性而预先设定的。
此外，在振动量Di－1不足振动量指标值的情况下，在由达到时间测量部351测量出的目标值达到时间Ti－1为规定的时间指标值以上时(图8步骤S308中为是)，上下限调整部353将i次目标值转换部2i的i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi提高规定的上下限值变更幅度的程度，并将i次控制部目标值缩放/限制下限值Li降低规定的上下限值变更幅度的程度，由此扩展i次控制部目标值缩放/限制上下限幅度(图8步骤S310)，并返回至步骤S300。时间指标值是根据控制对象装置的目的而预先设定的。
但是，在目标值达到时间Ti－1为时间指标值以上的情况下，在i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi达到可容许的最大值或者i次控制部目标值缩放/限制下限值Li达到可容许的最小值中的至少一方成立、且i次控制部目标值缩放/限制上下限值在容许范围外时(图8步骤S309中为否)，上下限调整部353无法进一步加宽i次控制部目标值缩放/限制上下限幅度。
因此，上下限调整部353提高(i－1)次控制部1i－1的控制器增益(图8步骤S311)，并返回至步骤S300。具体而言，上下限调整部353对(i－1)次控制部1i－1中设定的比例带乘上小于1的规定系数而降低比例带、提高(i－1)次控制部1i－1的控制器增益即可。i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi的可容许的最大值与上限值Hi的上述初始值相同，i次控制部目标值缩放/限制下限值Li的可容许的最小值与下限值Li的上述初始值相同。
如此，反复执行步骤S300～S311的处理，直至振动量Di－1变为不到振动量指标值而且目标值达到时间Ti－1变为不到时间指标值为止，在振动量Di－1变为不到振动量指标值而且目标值达到时间Ti－1变为不到时间指标值的时间点，i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi和i次控制部目标值缩放/限制下限值Li的决定完毕，上下限值决定部35的处理结束。
接着，设定部3的上下限值设定部36对i次目标值转换部2i设定由上下限值决定部35决定的i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi和i次控制部目标值缩放/限制下限值Li(图4步骤S210)。
上下限值决定部35和上下限值设定部36按照i＝2、3、···、n的顺序(2次目标值转换部22→3次目标值转换部23→n次目标值转换部2n的顺序)、针对每一i次目标值转换部2i而实施以上的步骤S209(步骤S300～S311)、S210的处理。以该顺序加以实施的原因在于，认为若不抑制低次侧的控制部的振动，则难以使控制稳定。
在针对所有i次目标值转换部2i结束了步骤S209、S210的处理的时间点(图4步骤S211中为是)，设定部3的处理结束。
在本实施例中，可以消除上述(II)、(III)的方式以及专利文献1揭示的技术的问题，即便主控制部目标值SPi－1与副控制部目标值SPi为不同种类的物理量也能加以运用。在专利文献1揭示的技术中，是利用衰减率这一比率系数来进行(i－1)次控制部操作量的转换，但仅靠单纯的比率无法应对不同种类的物理量的转换，因此，需要以(i－1)次控制部的目标值变更等某种事件为触发的系数转换。
相对于此，在本实施例中，不需要基于事件的系数的转换，可以通过目标值缩放/限制上限值Hi、下限值Li和近似式f(PVi－1)或f(SPi－1)、根据i次控制部目标值SPi的物理量来转换(i－1)次控制部目标值SPi－1。此外，本实施例对于线性的控制对象、非线性的控制对象都能加以应对。
再者，在本实施例中，是由上下限值决定部35决定i次控制部目标值缩放/限制上限值Hi和i次控制部目标值缩放/限制下限值Li，但并不限于此，也可使用由用户预先决定的上限值Hi、下限值Li。
图9为表示本实施例的控制对象的1例的图。在该图9所示的级联控制系统中，由燃烧炉200内设置的温度计201测量出的温度(1次控制部控制量PV1)输入至1次控制部11。1次控制部11算出并输出操作量MV1。2次目标值转换部22将1次控制部操作量MV1转换为2次控制部目标值SP2。由流量变送器202测量出的燃料流量(2次控制部控制量PV2)输入至2次控制部12。2次控制部12算出操作量MV2并输出至阀门203。经阀门203调整流量后的燃料供给至燃烧炉200的燃烧器204。
本实施例中说明过的控制装置可以通过具备CPU(Central Processing Unit)、存储装置及接口的计算机和控制这些硬件资源的程序来实现。将该计算机的构成例示于图10。计算机具备CPU 300、存储装置301及接口装置(以下略记作I/F)302。例如温度计、流量变送器等传感器、阀门等操作端等连接至I/F 302。在这种计算机中，用于实现本发明的参数设定方法的程序存放在存储装置301中。CPU 300按照存储装置301中存放的程序来执行本实施例中说明过的处理。
再者，级联控制功能以多环路控制装置(调节计)的公知功能的形式搭载。即，通过使用在内部配备有多个控制部的调节计，可以像本发明这样实现串级连接有多个控制部的级联控制系统。此外，也可利用调节计来实现各控制部、将多个调节计串级连接来构成本发明的级联控制系统。
【产业上的可利用性】
本发明可以运用于级联控制系统。
符号说明
11～1n 控制部
22～2n 目标值转换部
3 设定部
41～4n 工序
30 操作量设定部
31 控制量获取部
32 近似式导出部
33 近似式设定部
34 上下限初始设定部
35 上下限值决定部
36 上下限值设定部
37 PID参数调整部
350 目标值输入部
351 达到时间测量部
352 振动量测量部
353 上下限调整部。
Claims (8)
1.一种控制装置，它是级联连接有n个控制部的级联控制系统的控制装置，n为2以上的整数，所述控制装置的特征在于，具备：
n个所述控制部，它们分别构成为以目标值和控制量为输入来算出操作量；
(n－1)个目标值转换部，它们设置在(i－1)次控制部与i次控制部之间，构成为将由(i－1)次控制部算出的操作量转换为i次控制部的目标值，i为2～n的整数；以及
设定部，其构成为设定这些目标值转换部中使用的参数和近似式，
n个所述控制部当中，1次至(n－1)次的各控制部将算出的操作量输出至紧接其后的所述目标值转换部，末级的n次控制部将算出的操作量输出至控制对象的操作端，
各目标值转换部根据(i－1)次控制部的目标值或控制量、预先设定的目标值缩放/限制上下限值、以及根据表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式求出的基准量，将由(i－1)次控制部算出的操作量转换为i次控制部的目标值，
所述设定部包含：
操作量设定部，其构成为在用于近似式设定的测定时、使多个规定的测定用操作量从n次控制部依序输出至控制对象的操作端；
控制量获取部，其构成为针对每一测定用操作量而获取对应于各测定用操作量的1次至n次的各控制部的整定时控制量；
近似式导出部，其构成为根据由该控制量获取部获取到的整定时控制量，来针对每一目标值转换部导出表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式；以及
近似式设定部，其构成为将由该近似式导出部针对每一目标值转换部导出的近似式分别设定至对应的目标值转换部。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
在将(i－1)次控制部的目标值设为SPi－1、将(i－1)次控制部的控制量设为PVi－1、将(i－1)次控制部的操作量设为MVi－1、将i次控制部的目标值设为SPi、将i次控制部目标值缩放/限制上限值设为Hi、将i次控制部目标值缩放/限制下限值设为Li、将根据表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系的近似式求出的基准量设为f(PVi－1)、将根据表示(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式求出的基准量设为f(SPi－1)时，各目标值转换部通过SPi＝(Hi－Li)/100×MVi－1+Li+f(PVi－1)或SPi＝(Hi－Li)/100×MVi－1+Li+f(SPi－1)，将(i－1)次控制部的操作量MVi－1转换为i次控制部的目标值SPi。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，
所述近似式导出部导出所述测定用操作量的全范围内的表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系的1个近似式或者所述测定用操作量的全范围内的表示(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的1个近似式。
4.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，
所述近似式导出部针对所述测定用操作量的全范围当中每一邻接的值的测定用操作量的组，来导出表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式，
近似式设定后的各目标值转换部使用设定的多个近似式当中与从n次控制部输出的操作量相对应的近似式，将由(i－1)次控制部算出的操作量转换为i次控制部的目标值。
5.一种控制装置，它是级联连接有n个控制部的级联控制系统的控制装置，n为2以上的整数，所述控制装置的特征在于，具备：
n个所述控制部，它们分别构成为以目标值和控制量为输入来算出操作量；
(n－1)个目标值转换部，它们设置在(i－1)次控制部与i次控制部之间，构成为将由(i－1)次控制部算出的操作量转换为i次控制部的目标值，i为2～n的整数；以及
设定部，其构成为设定这些目标值转换部中使用的参数和近似式，
n个所述控制部当中，1次至(n－1)次的各控制部将算出的操作量输出至紧接其后的所述目标值转换部，末级的n次控制部将算出的操作量输出至控制对象的操作端，
各目标值转换部根据(i－1)次控制部的目标值或控制量、目标值缩放/限制上下限值、以及根据表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式求出的基准量，将由(i－1)次控制部算出的操作量转换为i次控制部的目标值，
所述设定部包含：
操作量设定部，其构成为在用于近似式设定的测定时、使多个规定的测定用操作量从n次控制部依序输出至控制对象的操作端；
控制量获取部，其构成为针对每一测定用操作量而获取对应于各测定用操作量的1次至n次的各控制部的整定时控制量；
近似式导出部，其构成为根据由该控制量获取部获取到的整定时控制量，来针对每一目标值转换部导出表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式；
近似式设定部，其构成为将由该近似式导出部针对每一目标值转换部导出的近似式分别设定至对应的目标值转换部；
上下限值决定部，其构成为以对初级的1次控制部的目标值的变更获得(i－1)次控制部的控制量的所期望的控制响应这一内容为条件、以目标值缩放/限制上下限幅度尽可能变窄的方式，来针对每一目标值转换部而决定所述目标值缩放/限制上下限值；以及
上下限值设定部，其构成为将由该上下限值决定部针对每一目标值转换部决定的目标值缩放/限制上下限值分别设定至对应的目标值转换部。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，
在将(i－1)次控制部的目标值设为SPi－1、将(i－1)次控制部的控制量设为PVi－1、将(i－1)次控制部的操作量设为MVi－1、将i次控制部的目标值设为SPi、将i次控制部目标值缩放/限制上限值设为Hi、将i次控制部目标值缩放/限制下限值设为Li、将根据表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系的近似式求出的基准量设为f(PVi－1)、将根据表示(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式求出的基准量设为f(SPi－1)时，各目标值转换部通过SPi＝(Hi－Li)/100×MVi－1+Li+f(PVi－1)或SPi＝(Hi－Li)/100×MVi－1+Li+f(SPi－1)，将(i－1)次控制部的操作量MVi－1转换为i次控制部的目标值SPi。
7.根据权利要求5或6所述的控制装置，其特征在于，
所述近似式导出部导出所述测定用操作量的全范围内的表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系的1个近似式或者所述测定用操作量的全范围内的表示(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的1个近似式。
8.根据权利5或6所述的控制装置，其特征在于，
所述近似式导出部针对所述测定用操作量的全范围当中每一邻接的值的测定用操作量的组，来导出表示(i－1)次控制部的控制量与i次控制部的控制量的关系或者(i－1)次控制部的目标值与i次控制部的目标值的关系的近似式，
近似式设定后的各目标值转换部使用设定的多个近似式当中与从n次控制部输出的操作量相对应的近似式，将由(i－1)次控制部算出的操作量转换为i次控制部的目标值。
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