CN112368651A - 控制装置以及控制方法 - Google Patents

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    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential

Abstract

在测定值变化了的情况之下，一边减小测定值与设定值之差一边将测定值收敛到设定值。具备：PID控制部(20)，其通过PID控制，控制控制对象的测定值变成预定的设定值；以及设定值变更部(10)，在测定值于设定值或设定值附近稳定了的状态之下而测定值变化了预定的阈值以上的情况下，将设定值朝向与测定值的变化方向相反的方向变更规定时间、规定量。变更设定值的规定量基于PID控制的比例幅宽而定，变更设定值的规定时间基于PID控制的积分时间而定。

Description

控制装置以及控制方法
技术领域
本发明涉及控制装置以及控制方法，尤其是涉及进行PID控制的控制装置以及控制方法。
背景技术
作为对控制对象进行控制的控制装置，已知一种具有比例(P)、积分(I)以及微分(D)这各个要素的PID控制装置。通过将针对PID控制装置的比例、积分以及微分这各个要素的参数设定成适当的值，来将来自控制对象的输出(测定值)维持在设定值。在利用了这样的PID控制装置的控制系统中，如果由于干扰的输入而导致测定值发生变化，则PID控制装置控制测定值回到设定值。
另外，在专利文献1中，公开了一种基于恒定速度偏差来对目标值进行修正的温度控制装置。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】国际公开2017/085781号公报
但是，在测定值(PV)发生变化而与设定值(SV)产生差值的情况下，希望该差值尽可能不变大地收敛到设定值。例如，在温度控制的情况即测定值为温度的情况下，此时存在如果温度的变化量较大则对生成物的完成结果带来影响的情况。另外，在温度控制等的停滞时间(dead time)长的系统中的PID控制之中，修正温度等测定值要花费时间，存在这期间测定值和设定值之差变大的情形。
发明内容
本发明鉴于以上的内容，其目的之一在于提供一种控制装置以及控制方法，在测定值变化了的情况下，一边减小测定值与设定值之差值一边将测定值收敛到设定值。
基于本发明的第一解决方法，一种提供控制装置，具备：(a)PID控制部，其通过PID控制，来控制控制对象的测定值变成预定的设定值；(b)设定值变更部，其在测定值于设定值或设定值附近稳定了的状态之下而测定值变化了预定的阈值以上的情况下，将设定值朝向与测定值的变化方向相反的方向，变更规定时间、规定量。
根据本发明的第二解决方法，提供一种设定值变更方法，是控制系统中的设定值变更方法，所述控制系统通过(A)PID控制来控制控制对象的测定值变成预定的设定值，具备如下步骤：(B)在测定值于设定值或设定值附近稳定的状态之下而测定值变化了预定的阈值以上变化的情况下，将设定值朝向与测定值的变化方向相反的方向，变更规定时间、规定量。
根据本发明，能够提供一种控制装置以及控制方法，在测定值变化了的情况下，一边减小测定值与设定值之差，一边将测定值收敛到设定值。
附图说明
图1是本实施方式中的控制系统的框图。
图2用于说明设定值的变更的图。
图3是本实施方式的变形例的控制系统的框图。
图4表示基于以往的控制手法的控制系统的的设定值和测定值的波形。
图5表示在本实施方式的控制系统中，通过设定值变更部变更了设定值的情况下的波形。
图6表示在本实施方式的控制系统中，通过设定值变更部变更了设定值，通过调整部变更了控制参数的情况下的波形。
具体实施方式
以下，参照附图，来说明本发明的实施方式。
(系统构成)
图1是本实施方式的控制系统的框图。
控制系统1具备设定值变更部(SV变更部)10、PID控制装置20以及控制对象40。控制系统1也可以还具备调整部50。另外，控制系统1还可具备限幅器30。控制系统1如图1所示，构成反馈控制系统。
PID控制装置20被设定比例要素(比例幅宽，P)20a、积分要素(积分时间，I)20b以及微分要素(微分时间，D)20c这各个参数，控制控制对象40。例如，PID控制装置20控制从控制对象40输出并以适当的测定器测定的测定值(PV)变成所给予的设定值(SV)。此外，设定值有时也称为目标值。
限幅器30对向控制对象40输入的操作量进行限制。例如，限幅器30在从PID控制装置20输出的操作量超过预先设定的上限值的情况下，将该上限值输出给控制对象40，在操作量低于下限值的情况下，将该下限值输出给控制对象40。
控制对象40是通过PID控制装置20控制的对象。例如，也可以控制控制对象40的所希望部分的温度。作为控制对象40，能够利用适当的装置，被控制的测定值(PV)也可以是适当的物理量。此外，在本实施方式中，主要说明测定值是温度的示例。
(设定值变更部)
设定值变更部10当从外部被输入触发信号时，变更设定值。在此，设定值变更部10将设定值朝向与测定值的变化方向相反的方向，变更规定时间、规定量。
触发信号例如在测定值于设定值或设定值附近稳定了的状态之下而测定值变化了预定的阈值以上变化的情况下，被输入设定值变更部10。在此，关于于设定值附近稳定了的状态，其并不是指测定值精确地等于设定值，而是指位于预定的允许误差的范围之内的状态。此外，除了被输入触发信号以外，设定值变更部10自身还可以检测出测定值变化了预定的阈值以上这一情形。这样的设定值的变化，作为示例是由于控制某种物体或材料接近或靠近对象或其他适当的干扰而产生。
图2是用于说明设定值的变更的图。
设定值变更部10如图中的实线101那样地改变设定值。变更设定值的量(设定值的变更量，变更幅度)102能够基于PID控制的比例幅宽而定。例如，变更设定值的量102是PID控制的比例幅宽的第1系数倍。第1系数α是预定的，例如可以采用比0大比1小的值。换而言之，变更设定值的量102小于比例幅宽的值。
变更设定值的方向与测定值的变化方向朝向相反。例如，设定值变更部10在测定值向减少的方向变化了的情况，对预定的设定值加上变更量102，另一方面，在测定值朝向増加了的方向变化的情况下，从预定的设定值(图1的SV)减去变更量。此外，减去变更量这与加上负的变更量含义相同。
通过如此地变更设定值，测定值减少(例如，温度下降)的情况下，测定值减少量被降低，另一方面，在测定值上升(例如，温度上升)的情况下，测定值上升量被降低。另外，设定值的变更以在例如测定值的变化被检测出的时机发出的触发信号为契机来进行，因此即便是停滞时间长的系统，也能够在较短时间得到效果。
另外，变更设定值的时间(变更时间)103能够基于PID控制的积分时间而定。例如，变更设定值的时间103是PID控制的积分时间的第2系数倍，第2系数β预定例如能够采用比0大比1小的值。设定值变更部10在经过了变更时间之后，使设定值回到到预定的当初的设定值(图1的SV)。
通过如此地规定变更设定值的时间，能够一边降低测定值的变化，最终地，能够将测定值收敛到当初的设定值。
(调整部)
调整部50也可以与基于设定值变更部10对设定值的变更一起变更PID控制的各个参数。调整部50的动作与设定值变更部10同样地，通过从外部输入触发信号来执行(图2的104)。对调整部50输入的触发信号能够与对设定值变更部10输入的触发信号相同。换而言之，调整部50在测定值于设定值或者测定值附近稳定了的状态之下而测定值变化了预定的阈值以上的情况下进行动作。
例如，调整部50进行(a)缩窄PID控制的比例幅宽、(b)延长积分时间以及(c)缩短微分时间中的一个或多个。此外，比例幅宽、积分时间以及微分时间根据适当的控制系统设计手法求出与控制对象对应的值，并被设定到PID控制装置20中。
例如，调整部50将PID控制中的比例幅宽变更到该比例幅宽的第3系数倍。第3系数γ是预定的，例如能够采用比0.1大比1小的值。另外，调整部50将PID控制中的积分时间变更到该积分时间的第4系数倍。第4系数θ是预定的，例如采用比1大比1.5小的值。调整部50能够将PID控制中的微分时间变更到该微分时间的第5系数倍。第5系数η是预定的，例如能够采用比1大比1.5小的值。
(检测部)
图3是本实施方式的变形例中的控制系统2的框图。
控制系统2除了上述控制系统1之外，还具备检测部60。检测部60监视测定值和设定值，检测测定值于设定值或设定值附近稳定了的状态之下而测定值变化了预定的阈值以上变化这一情形。检测部60当检测到测定值变化了预定的阈值以上变化这一情形时，对设定值变更部10给予触发信号。
其他构成与上述控制系统1相同，因此省略详细说明。
(效果)
根据本实施方式，在测定值变化了的情况下，能够一边减小测定值与设定值之差，一边将测定值收敛到设定值。另外，在测定值降低的情况下，能够减小测定值到波形上测定值上升变化的位置(底部)为止的变化量。测定值上升的情况也同样。并且，本实施方式在停滞时间长的系统中，尤其有效。根据本实施方式，即便是停滞时间长的系统，也能够快速地响应测定值的变化改善测定值的变化。此外，例如在将系统的停滞时间表示为L而将时间常数表示为T的情况下，停滞时间长的系统例如是L：T1：10或1：5这样的系统，但是不限于此。
另外，根据本实施方式，能够相对于测定值的变化加快得到操作量的完成结果，能够有效地适用存在上限的操作量。例如，在进行通常的PID控制的情况下，存在当操作量相对于测定值的变化而饱和时测定值到收敛为止的时间要花费比想定的时间要长的情况，根据本实施方式，例如，操作量能够相对于测定值的变化而快速地上升到最大上限值，避免操作量饱和，能够防止到测定值收敛为止的时间变长的情形。
图4～图6是表示本实施方式的控制系统的模拟结果的图。图4作为比较对象，表示基于现有的控制手法的控制系统的设定值31与测定值32的波形。换而言之，图4的波形是不具备本实施方式的设定值变更部10以及调整部50和上述变形例的检测部60的控制系统的波形。作为示例，将测定值作为温度，将设定值作为200度。在测定值在设定值200度稳定了的状态之下，通过施加干扰来降低温度。
图5以虚线表示在本实施方式的控制系统1中，通过设定值变更部10来变更设定值的情况的设定值(本来的设定值)，以实线表示测定值的波形。设定值被设定值变更部10变更，但是在图5中，表示向设定值变更部10输入的设定值(图1的SV)。图5表示将用于求出设定值的变更量(变更幅度)102的上述第1系数α、和用于求出设定值的变更时间103的上述第2系数β设定为各种值的情况的各波形。例如，表示作为第1系数α采用了0.10、0.25、0.50、0.80，而将作为第2系数β采用了0.25，0.50的情况的各波形。
如图5所示，在任意情况之下，测定值的底部(测定值的最小值)的位置与图4的例相比得到了改善。换而言之，测定值的下降幅度与图4相比变小了。另外，在用于求出设定值的变更量(变更幅度)102的第1系数α为0.1、0.25的情况以及第1系数α为0.5，0.8而用于求出设定值的变更时间103的第2系数β为0.25的情况下，过冲的振幅与图4的例相比，也被降低了。换而言之，测定值的下降幅度以及过冲的振幅这双方变小了，测定值的变动幅度被降低了。此外，如表示第1系数α为0.5、0.8且第2系数β为0.50的示例那样，当第2系数β变大时过冲的振幅变大。但是，在图5的示例中，过冲的振幅与图4的示例相比变大，但是过冲的振幅小于图4的示例的测定值降低幅度，若观察波形整体，则测定值与设定值的差(偏差)的绝对值与图4的示例相比变小了。换而言之，测定值的变动幅度被降低了。
在图6中，对于本实施方式的控制系统1，以虚线表示通过设定值变更部10来变更设定值，通过调整部50来变更控制参数的情况的设定值(本来的设定值)，以实线表示测定值的波形。该示例中，通过调整部50，用于变更比例幅宽的上述第3系数γ为0.6，用于变更积分时间的上述第4系数θ以及用于变更微分时间的上述第5系数η为1.4。换而言之，该示例是通过调整部50，将比例幅宽变更成设定的比例幅宽的0.6倍，将积分时间以及微分时间变更成设定的积分时间以及微分时间的1.4倍。另外，与图5同样地，示出了用于求出设定值的变更量(变更幅度)的上述第1系数α为0.10、0.25、0.50、0.80，用于求出设定值的变更时间的上述第2系数β为0.25，0.50的情况的各波形。
如图6所示，在任意的情况下，能够得到与图5等同以上的效果。另外，测定值收敛于设定值的时间与图4的示例相比，也要短。进一步地，在第2系数β为0.50的各例中过冲的振幅与图5相比降低了。
此外，在上述示例中，针对特定值的第1至第5系数，参照附图说明了效果，但是并不将第1至第5系数特别限定于这些值。第1至第5系数在上述范围即便是它们以外的值的情况下也能够获得同样效果。
(此外)
上述的设定值变更部10、调整部50以及检测部60还能够通过具有处理部和存储部的计算机来实现。处理部执行设定值变更部10、调整部50以及检测部60的各处理。存储部存储处理部所执行的程序。
上述处理，还能够作为处理部所执行的控制方法、设定值变更方法以及控制参数变更方法来加以实现。另外，包括使处理部执行上述处理所用的命令的程序或程序介质，能够读取存储了该程序的计算机可读介质以及非易失性存储介质等实现。
本发明能够使用于利用于通过PID控制对例如温度进行控制的装置等，进行PID控制的控制系统的产业。
【符号说明】
10设定值变更部；20PID控制装置；30限幅器；40控制对象；50调整部；60检测部。

Claims (11)

1.一种控制装置，其中，包括：
PID控制部，其通过PID控制，来控制控制对象的测定值变成预定的设定值；以及
设定值变更部，其在测定值于设定值或设定值附近稳定了的状态之下而测定值变化了预定的阈值以上的情况下，将设定值朝向与测定值的变化方向相反的方向，变更规定时间、规定量。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
变更设定值的所述规定量是基于所述PID控制的比例幅宽而定的。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
变更设定值的所述规定时间是基于所述PID控制的积分时间而定的。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
变更设定值的所述规定量是相对于所述PID控制的比例幅宽而预定的第1系数倍，
变更设定值的所述规定时间是相对于所述PID控制的积分时间而预定的第2系数倍，
所述第1系数以及所述第2系数大于0小于1。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
还包括调整部，在测定值于设定值或设定值附近稳定了状态之下而测定值变化了预定的阈值以上的情况下，所述调整部进行缩窄所述PID控制的比例幅宽、延长积分时间以及延长微分时间中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其中，
所述调整部将所述PID控制的比例幅宽变更成设定的比例幅宽的预定的第3系数倍，
所述第3系数大于0.1小于1。
7.根据权利要求5所述的控制装置，其中，
所述调整部将所述PID控制中的积分时间变更成设定的积分时间的预定的第4系数倍，
所述第4系数大于1小于1.5。
8.根据权利要求5所述的控制装置，其中，
所述调整部将所述PID控制中微分时间变更成设定的微分时间的预定的第5系数倍，
所述第5系数比1比1.5小。
9.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
当经过了所述规定时间后，所述设定值变更部将设定值回到到所述预定设定值。
10.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
还具备检测部，所述检测部检测到在测定值于设定值稳定了的状态之下而测定值变化了预定的阈值以上这一情形，来对所述设定值变更部给予触发信号，
所述设定值变更部响应于触发信号来变更设定值。
11.一种设定值变更方法，是通过PID控制来控制控制对象的测定值成为预定的设定值的控制系统中的设定值变更方法，包括如下步骤：
在测定值于设定值或设定值附近稳定的状态之下而测定值变化了预定的阈值以上的情况下，将设定值朝向与测定值的变化方向相反的方向，变更规定时间、规定量。
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