JP2000516003A - 指令量が急速に変化した場合に積分器を飽和から保護するｐｉｄ制御器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 並列のＰ区分、Ｉ区分およびＤ区分を備えたＰＩＤ制御器と、準積分特性を備えた制御対象とから成る制御ループにおいて、指令量が急速に変化した場合の制御量の行き過ぎ量を減少させるために、制御量実際値の時間に関する導関数をマイナスの符号を付してＰＩＤ制御器のＩ区分に供給する。このＰＩＤ制御器は、例えばハイドロリック２次ユニットの回転数制御部と、ハイドロリック調整ポンプの回転数制御部とに対して有利である。このＰＩＤ制御器は、簡単な方法でデジタル調整器で実現可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 指令量が急速に変化した場合に積分器を 飽和から保護するＰＩＤ制御器 本発明は、請求項１の上位概念に基づく、並列に配置されたＰ区分、Ｉ区分お よびＤ区分を備えたＰＩＤ制御器に関する。 このようなＰＩＤ制御器は、例えばHeinz Unbehauenの著書"Klassische Verfa hren zur Analyse und Synthese linear kontinuierlicher Regelsysteme"，Ver lag Vieweg 1982の第１４１〜１４２ページから公知である。第１４２ページの 図５．３．１は、Ｐ区分、Ｉ区分およびＤ区分の並列回路から形成されたＰＩＤ 制御器を示している。このＰＩＤ制御器の入力信号は、指令量および制御量実際 値から形成された制御偏差である。Ｐ区分においては、制御偏差の係数Ｋ_pによ る重み付けだけが行われる。Ｉ区分は、制御偏差に係数Ｋ_Iを乗じる重み付けと 、この重みづけられた制御偏差を積分する積分器とから成る。Ｄ区分は、制御偏 差に係数Ｋ_Dを乗じる重み付けと、この重みづけられた制御偏差の時間に関する 導関数を形成する微分器とから成る。このＰＩＤ制御器においては、例えば指令 量をステップ形状で設定した場合またはランプ形状で設定した場合に発生する指 令量の急速な変化は、調整 偏差が大きくなるために、積分器の充電を引き起こす。制御量実際値が指令量に 到達すると直ちに、積分器は元のように放電しなければならない。これにより調 整偏差の符号は逆転する。すなわち行き過ぎが起こる。これは例えば準積分特性 を有する制御対象に対して当てはまることである。準積分特性を有する制御対象 とは、基本的にはＰ_TI特性を有するが、線形な初期領域だけが使用される制御対 象のことである。このような制御対象のステップ応答は、Mannesmann Rexroth G mbH編纂の刊行物"Der Hydraulik Trainer‐Band 6:Hydrostatische Antriebe mi t Sekundaerregelung"(RD 00 293/08.89)の第２９ページの線図６に示されてい る。準積分特性を有する制御対象は、例えばハイドロリック２次ユニットの回転 数制御部およびハイドロリック設定ポンプを備えた圧力制御部である。積分器の リセット時間をのばすことによってこのような制御ループの指令特性を最適化す ることは、指令量の急速な変化の際の振動傾向を減少させるが、制御ループの外 乱特性を悪化させる。 本発明の課題は、指令量が急速に変化した場合に制御量実際値がわずかな行き 過ぎ量しか生じない、したがって指令特性が向上され、外乱特性が悪化しない、 冒頭の述べた形態のＰＩＤ制御器を提供することを課題とする。 上記課題は、請求項１の特徴部分により解決される 。本発明では、制御偏差の急連な変化後に、引き続いて制御偏差が減少する際に 、ＰＩＤ制御器の積分器に供給される信号が減少される。この制御偏差の急速な 変化は、指令量の急速な変化によって引き起こされる。本発明によるＰＩＤ制御 器は、デジタル調整器で殊に簡単に実現可能である。 本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。 本発明を以下別の詳細を含め、図面に示した実施例を用いて詳しく説明する。 図１は、本発明によるＰＩＤ制御器のブロック線図を示す。このＰＩＤ制御器 では、制御偏差は、Ｐ区分、Ｉ区分ならびにＤ区分に供給されている。 図２は、本発明によるＰＩＤ制御器のブロック線図を示す。このＰＩＤ制御器 では、制御偏差は、Ｐ区分とＩ区分とにのみ供給されており、Ｄ区分には制御量 実際値が供給されている。 図３は、図２に示したブロック線図に相応し、２つの微分器が１つの微分器で 置き換えられているＰＩＤ制御器を示す。 図１から３において同一の構成要素は、同一の参照符号を有している。指令量 はｗで示され、制御量実際値はｙで示されている。指令量ｗと制御量実際値ｙと の差分から形成された制御偏差はｅで示されており、制御器出力量はｕで示され ている。 図１はＰＩＤ制御器１のブロック線図を示している。加え合わせ点２は、指令 量ｗと制御量実際値ｙとから制御偏差ｅを形成している。ＰＩＤ制御器１のＰ区 分には、重み付け部３が含まれており、この重み付け部３は制御偏差ｅに係数Ｋ_P を乗算する。ＰＩＤ制御器１のＤ区分は、重み付け部４と微分器５とから成っ ている。重み付け部４は制御偏差ｅに係数Ｋ_Dを乗算し、微分器５は重み付け部 ４の出力信号の時間に関する導関数を形成する。この微分器５は、その機能を表 すラプラス作用素ｓで示されている。ＰＩＤ制御器１のＩ区分は、重み付け部６ と積分器７とからなる。この重み付け部６は、制御偏差ｅに係数Ｋ_Iを乗算する 。この積分器７は、その機能を表す、ラプラス作用素ｓの逆数で示されている。 重み付け部６と積分器７との間には、加え合わせ点８が配置されている。加え合 わせ点９は、Ｐ区分の重み付け部３の出力信号と、Ｄ区分の微分器５の出力信号 と、Ｉ区分の積分器７の出力信号とを制御器出力量ｕに結合する。この制御器出 力量ｕは、図１に示されていない準積分特性を有する制御対象に導通される。こ のようなＰＩＤ制御器で加え合わせ点８のないものは公知である。 図１に示した、本発明によるＰＩＤ制御器の実施例では、付加的に重み付け部 １０と微分器１１が設けられている。制御量実際値ｙがこの重み付け部１０に供 給される。この重み付け部１０は、制御量実際値ｙに 係数Ｋ_DIを乗算する。微分器１１は、この重み付け部１０の出力信号の時間に関 する導関数を形成する。加え合わせ点８は、重み付け部６の出力信号と微分器１ １の出力信号とから差分を形成する。加え合わせ点８の出力信号は、積分器７に 入力信号として供給される。 この積分器７の入力信号は、公知の並列構成のＰＩＤとは違い、制御偏差ｅの 大きさにだけ依存するのではなく、付加的に制御量実際値の変化速度ｄｙ／ｄｔ にも依存する。制御量実際値ｙが一定であれば、微分器１１の出力信号は０に等 しく、ＰＩＤ制御器１は公知のＰＩＤ制御器と同様に振る舞う。公知のＰＩＤ制 御器では、Ｉ区分の重み付け部６は、積分器７に直接接続されており、加え合わ せ点８と、重み付け部１０ならびに微分器１１とは存在しない。重み付け部１０ と微分器１１とから成る付加的な部分ブロック線図は、制御量実際値ｙが変化し てはじめて効果を発揮する。制御量実際値の変化速度ｄｙ／ｄｔが大きくなれば なるほど、微分器１１の出力信号も大きくなる。加え合わせ点８の出力信号は相 応に減少する。したがって積分器７は、制御量実際値の変化速度ｄｙ／ｄｔが大 きくなればなるほど、制御器出力量ｕを減少させる。これにより制御偏差ｅが急 速に変化する際（すなわち制御量実際値の変化速度ｄｙ／ｄｔが０と異なる場合 ）に積分器７が過剰に充電することが回避される。こ の制御偏差ｅが急速に変化するのは、指令量ｗが急速に変化した後に引き続き、 制御量実際値ｙが追従することによって、制御偏差ｅが減少する場合である。ブ ロック１０，１１および７の直列接続にのみ着目すると、微分器１１の作用と積 分器７の作用は相殺され、これにより重み付け部１０だけが作用する。理論的に は、微分器１１を節約し、重み付け部１０の出力側をマイナスの符号を付けて、 加え合わせ点９の付加的な入力側に導通することは可能ではあるが、この場合に は積分器７は過剰に充電することになる。重み付け部６によって重み付けされた 制御偏差ｅを、微分器１１の出力信号分だけ減少させることによってまさに、積 分器７の過剰な充電が回避される。この過剰な充電は、制御偏差の符号が逆転し た際には、元のように減少させる必要がある。 重み付け部３，４，６および１０は、配属するパラメタが相互に関係し合わな いように構成する。パラメタＫ_P，Ｋ_D，Ｋ_IまたはＫ_DIのうちの１つを調整する 際には、他のそれぞれのパラメタは、それまでの値を保持する。 図２には本発明による別のＰＩＤ制御器１２のブロック線図が示されている。 このＰＩＤ制御器は、図１に示したＰＩＤ制御器１と次の点で異なっている。こ のＰＩＤ制御器では、重み付け部４と微分器５とから成るＤ区分に、制御偏差ｅ の代わりに制御量実際値ｙ が入力信号として供給されている。この実施例においてもＰＩＤ制御器１２の重 み付け部３から成るＰ区分と、重み付け部６ならびに積分器７から成るＩ区分に は、制御偏差ｅが入力信号として供給されている。この実施例においても微分器 １１の出力信号は、積分器７の充電を、制御量実際値の変化速度ｄｙ／ｄｔに応 じて減少させる。この実施例においても重み付け部３，４，６および１０は、配 属するパラメタが相互に関係し合わないように構成されている。パラメタＫ_P， Ｋ_D，Ｋ_IまたはＫ_DIのうちの１つの調整する際には、他のそれぞれのパラメタは 、それまでの値を保持する。 図３では、本発明によるまた別のＰＩＤ調整器１３が示されている。図２に示 したＰＩＤ調整器１２とは異なり、Ｄ区分の重み付け部４と、微分器５との順番 が入れ替わっており、まず制御量実際値の時間に関する導関数が形成され、その 後この信号の重み付けが行われる。微分器５の出力信号は重み付け部１０に供給 され、この重み付け部１０の出力側が加え合わせ点８に接続される。ＰＩＤ制御 器１３では、図２に示したＰＩＤ制御器１２に比して微分器１１が節約されてい る。この実施例においても重み付け部３，４，６および１０は、配属するパラメ タが相互に関係し合わないように構成されている。パラメタＫ_P，Ｋ_D，Ｋ_Iまた はＫ_DIのうちの１つの調整する際には、他のそれぞれ のパラメタは、それまでの値を保持する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 並列に配置されたＰ区分、Ｉ区分、Ｄ区分と、Ｐ区分、Ｉ区分、Ｄ区分の 出力信号の加算部とを備えたＰＩＤ制御器であって、 該ＰＩＤ制御器のＩ区分は、少なくとも１つの重み付け部と積分器とを有し、 該ＰＩＤ制御器は、例えばデジタル制御器である形式のＰＩＤ制御器において 、 制御量実際値の時間に関する導関数（（ｄｙ／ｄｔ）が、マイナスの符号を付 され、前記Ｉ区分（６および７）に供給される ことを特徴とするＰＩＤ制御器。 ２． 重み付けされた制御偏差（Ｋ_I×ｅ）と、重み付けされた、前記制御量実 際値の前記導関数（Ｋ_DI×ｄｙ／ｄｔ）との差分が、前記Ｉ区分（６および７） の前記積分器（７）に供給される 請求項１に記載のＰＩＤ制御器。 ３． 前記制御量の時間に関する導関数（ｄｙ／ｄｔ）の重み付けは、前記制御 偏差（ｅ）の重み付けには依存せずに行われる 請求項２に記載のＰＩＤ制御器。 ４． 前記Ｐ区分（３）と前記Ｄ区分（４および５）とにおいて信号の重み付け が行われ、該信号の重み付けは前記積分器（７）に供給された信号の重み付 けには依存しない 請求項２または３に記載のＰＩＤ制御器。 ５． 前記Ｐ区分（３）と前記Ｉ区分（６および７）とに前記制御偏差（ｅ）が 供給され、 前記Ｄ区分（４および５）に制御量実際値（ｙ）が供給される 請求項１から４までのいずれか１項に記載のＰＩＤ制御器。 ６． 前記積分器（７）に供給される、前記制御量実際値の時間に関する導関数 （ｄｙ／ｄｔ）の形成はＤ区分において行われ、 該制御量実際値の時間に関する導関数（ｄｙ／ｄｔ）は、別の重み付け部（１ ０）を介して前記積分器（７）に供給される 請求項５に記載のＰＩＤ制御器。