JP2001249703A - Ｐｉｄ制御器 - Google Patents
Ｐｉｄ制御器Info
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- JP2001249703A JP2001249703A JP2000062351A JP2000062351A JP2001249703A JP 2001249703 A JP2001249703 A JP 2001249703A JP 2000062351 A JP2000062351 A JP 2000062351A JP 2000062351 A JP2000062351 A JP 2000062351A JP 2001249703 A JP2001249703 A JP 2001249703A
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- JP
- Japan
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- time
- gain
- coefficient
- control
- proportional gain
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 時間をかけずに速やかに最適な制御パラ
メータを決定することにある。 【解決手段】 一般の制御系を適用して限界感度テスト
および当該限界感度テストのボード線図を用いて、限界
感度、限界周期，位相勾配，減衰係数，ゲイン勾配等を
求めた後、限界感度、限界周期，位相勾配，減衰係数，
ゲイン勾配等を制御パラメータ発生機構１０に入力す
る。この制御パラメータ発生機構１０は、位相勾配と既
知または推定される減衰係数とを用いて、比例ゲイン用
２次元関数要素１２から比例ゲイン比率係数を算出し、
また位相勾配と既知または推定される減衰係数とを用い
て、積分時間用２次元関数要素１３，微分時間用２次元
関数要素１４から積分時間比率係数，微分時間比率係数
を算出する。さらに、算出された比例ゲイン比率係数に
限界感度を乗算し比例ゲインＫP，積分時間比率係数，
微分時間比率係数にそれぞれ限界周期を乗じて積分時間
ＴI，微分時間ＴDを求め、これらをＰＩＤ制御演算機構
２０に設定し、ＰＩＤ制御演算を実行し操作量を取り出
すＰＩＤ制御器である。
メータを決定することにある。 【解決手段】 一般の制御系を適用して限界感度テスト
および当該限界感度テストのボード線図を用いて、限界
感度、限界周期，位相勾配，減衰係数，ゲイン勾配等を
求めた後、限界感度、限界周期，位相勾配，減衰係数，
ゲイン勾配等を制御パラメータ発生機構１０に入力す
る。この制御パラメータ発生機構１０は、位相勾配と既
知または推定される減衰係数とを用いて、比例ゲイン用
２次元関数要素１２から比例ゲイン比率係数を算出し、
また位相勾配と既知または推定される減衰係数とを用い
て、積分時間用２次元関数要素１３，微分時間用２次元
関数要素１４から積分時間比率係数，微分時間比率係数
を算出する。さらに、算出された比例ゲイン比率係数に
限界感度を乗算し比例ゲインＫP，積分時間比率係数，
微分時間比率係数にそれぞれ限界周期を乗じて積分時間
ＴI，微分時間ＴDを求め、これらをＰＩＤ制御演算機構
２０に設定し、ＰＩＤ制御演算を実行し操作量を取り出
すＰＩＤ制御器である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、石油，化学，鉄
鋼，電力，製紙等の各種プラント制御やサーボ制御等に
利用されるＰＩＤ制御器に関する。
鋼，電力，製紙等の各種プラント制御やサーボ制御等に
利用されるＰＩＤ制御器に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＰＩＤ制御器は、Ｐ（比例）動
作、Ｉ（積分）動作、Ｄ（微分）動作を組み合わせた制
御器であって、定常特性および速応性を同時に改善でき
ることから広く用いられている。
作、Ｉ（積分）動作、Ｄ（微分）動作を組み合わせた制
御器であって、定常特性および速応性を同時に改善でき
ることから広く用いられている。
【０００３】従来の多くのＰＩＤ制御器においては、Ｐ
制御動作、Ｉ制御動作、Ｄ制御動作の強さについて、比
例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間ＴD等の制御パラ
メータを設定し調整するのが一般的である。
制御動作、Ｉ制御動作、Ｄ制御動作の強さについて、比
例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間ＴD等の制御パラ
メータを設定し調整するのが一般的である。
【０００４】これら制御パラメータを求める方法は、制
御対象の応答特性から種々の調整公式を用いて計算によ
り求める方法、或いはステップ入力に対する実際の制御
系の制御応答波形を観察して探索により求める方法等が
挙げられる。
御対象の応答特性から種々の調整公式を用いて計算によ
り求める方法、或いはステップ入力に対する実際の制御
系の制御応答波形を観察して探索により求める方法等が
挙げられる。
【０００５】例えば制御対象の限界感度Ｋｃと限界周期
Ｔｃとを用いて、制御パラメータを決めるZiegler and
Nicholsの限界感度法が知られているが、制御対象の
特性を表すために限界感度Ｋｃおよび限界感度Ｔｃと２
個のパラメータしか用いられていないので、現実に存在
する種々の制御対象の特性を的確に表現することが難し
く、満足な制御性が得られない場合が多い。
Ｔｃとを用いて、制御パラメータを決めるZiegler and
Nicholsの限界感度法が知られているが、制御対象の
特性を表すために限界感度Ｋｃおよび限界感度Ｔｃと２
個のパラメータしか用いられていないので、現実に存在
する種々の制御対象の特性を的確に表現することが難し
く、満足な制御性が得られない場合が多い。
【０００６】そこで、以上の改善策として、さらに制御
対象の伝達関数パターンとむだ時間とを用いて制御パラ
メータを求める方法が提案されている。この方法は、種
々の制御対象を良好に制御できるパラメータを求めるこ
とが可能であるが、特に進み特性をもつ系や振動系など
の場合、適切なむだ時間を推定するために試行錯誤を繰
り返しことから、制御パラメータを求めるために多くの
時間を要する問題がある。
対象の伝達関数パターンとむだ時間とを用いて制御パラ
メータを求める方法が提案されている。この方法は、種
々の制御対象を良好に制御できるパラメータを求めるこ
とが可能であるが、特に進み特性をもつ系や振動系など
の場合、適切なむだ時間を推定するために試行錯誤を繰
り返しことから、制御パラメータを求めるために多くの
時間を要する問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、以上のように
して制御パラメータを求める方法では、実際の制御対象
の特性を的確に表現できないとか、制御パラメータを求
めるのに非常に多くの時間を要する不都合がある。
して制御パラメータを求める方法では、実際の制御対象
の特性を的確に表現できないとか、制御パラメータを求
めるのに非常に多くの時間を要する不都合がある。
【０００８】本発明は上記事情にかんがみてなされたも
ので、時間をかけずに速やかに最適な制御パラメータを
決定し、汎用性ある優れた制御性能を発揮できるＰＩＤ
制御器を提供することを目的とする。
ので、時間をかけずに速やかに最適な制御パラメータを
決定し、汎用性ある優れた制御性能を発揮できるＰＩＤ
制御器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るＰＩＤ制御器は、ＰＩ制御演算または
ＰＩＤ制御演算により、制御量を目標値に一致させるよ
うな操作量を求めて制御対象を制御するＰＩＤ制御器に
おいて、予め限界感度テスト等により求められる制御対
象の位相勾配、限界感度、限界周期、減衰係数またはゲ
イン勾配を入力とし、前記ＰＩまたはＰＩＤ制御演算に
用いる比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時間を
算出する制御パラメータ発生機構を備えることにより、
時間をかけずに迅速に比例ゲイン、積分時間および微分
時間に求めることが可能である。
に、本発明に係るＰＩＤ制御器は、ＰＩ制御演算または
ＰＩＤ制御演算により、制御量を目標値に一致させるよ
うな操作量を求めて制御対象を制御するＰＩＤ制御器に
おいて、予め限界感度テスト等により求められる制御対
象の位相勾配、限界感度、限界周期、減衰係数またはゲ
イン勾配を入力とし、前記ＰＩまたはＰＩＤ制御演算に
用いる比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時間を
算出する制御パラメータ発生機構を備えることにより、
時間をかけずに迅速に比例ゲイン、積分時間および微分
時間に求めることが可能である。
【００１０】なお、前記制御パラメータ発生機構として
は、既知または前記位相勾配と前記ゲイン勾配から推定
される減衰係数をパラメータとし、前記位相勾配に基づ
いて、比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時間に
それぞれ対応する各比率係数を取り出す２次元関数要素
と、前記限界感度に前記比例ゲイン比率係数を乗じて前
記比例ゲインを算出する比例ゲイン用乗算要素と、前記
限界周期に前記積分時間比率係数、微分時間係数をそれ
ぞれ乗じて前記積分時間、微分時間を算出する積分時間
・微分時間用乗算要素とを設けることにより、試行錯誤
を繰り返すことなく、合理的に比例ゲイン，積分時間，
微分時間を生成でき、これら生成された比例ゲイン，積
分時間，微分時間を用いてＰＩＤ制御演算機構に設定す
れば、ＰＩまたはＰＩＤ制御演算を実行して得られる操
作量を制御対象に印加することにより、汎用性に優れた
制御性能を発揮させることが可能である。
は、既知または前記位相勾配と前記ゲイン勾配から推定
される減衰係数をパラメータとし、前記位相勾配に基づ
いて、比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時間に
それぞれ対応する各比率係数を取り出す２次元関数要素
と、前記限界感度に前記比例ゲイン比率係数を乗じて前
記比例ゲインを算出する比例ゲイン用乗算要素と、前記
限界周期に前記積分時間比率係数、微分時間係数をそれ
ぞれ乗じて前記積分時間、微分時間を算出する積分時間
・微分時間用乗算要素とを設けることにより、試行錯誤
を繰り返すことなく、合理的に比例ゲイン，積分時間，
微分時間を生成でき、これら生成された比例ゲイン，積
分時間，微分時間を用いてＰＩＤ制御演算機構に設定す
れば、ＰＩまたはＰＩＤ制御演算を実行して得られる操
作量を制御対象に印加することにより、汎用性に優れた
制御性能を発揮させることが可能である。
【００１１】さらに、前記各比率係数を取り出す２次元
関数要素に代えて各比率係数を取り出す３次元関数要素
を用いても、同様に比例ゲイン比率係数，積分時間比率
係数、微分時間係数を取り出すことが可能であり、同様
に限界感度，限界周期を乗じて比例ゲイン、積分時間お
よび微分時間に求めることが可能である。
関数要素に代えて各比率係数を取り出す３次元関数要素
を用いても、同様に比例ゲイン比率係数，積分時間比率
係数、微分時間係数を取り出すことが可能であり、同様
に限界感度，限界周期を乗じて比例ゲイン、積分時間お
よび微分時間に求めることが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するに先立ち、本制御器に入力するためのパラメ
ータである制御対象の限界感度Ｋｃ、限界周期Ｔｃ、位
相勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄ、減衰係数ζ等を取得する
例およびこれらパラメータを用いて比例ゲインＫP、積
分時間ＴI、微分時間ＴD等の制御パラメータを算出する
例について説明する。
て説明するに先立ち、本制御器に入力するためのパラメ
ータである制御対象の限界感度Ｋｃ、限界周期Ｔｃ、位
相勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄ、減衰係数ζ等を取得する
例およびこれらパラメータを用いて比例ゲインＫP、積
分時間ＴI、微分時間ＴD等の制御パラメータを算出する
例について説明する。
【００１３】先ず、本発明に係るＰＩＤ制御に用いる限
界感度Ｋｃ、限界周期Ｔｃは、図１（ａ）に示す比例制
御系を用いて限界感度テストによって実測する。同図に
おいて１は目標値ＳＶと制御量ＰＶとの偏差を演算する
偏差演算要素、２は比例ゲインＫ、３は比例ゲインＫの
出力からの操作量ＭＶに外乱を加えて調節信号を取り出
す加算要素、４は制御対象である。
界感度Ｋｃ、限界周期Ｔｃは、図１（ａ）に示す比例制
御系を用いて限界感度テストによって実測する。同図に
おいて１は目標値ＳＶと制御量ＰＶとの偏差を演算する
偏差演算要素、２は比例ゲインＫ、３は比例ゲインＫの
出力からの操作量ＭＶに外乱を加えて調節信号を取り出
す加算要素、４は制御対象である。
【００１４】このような比例制御系における限界感度テ
ストは、ゲインＫを徐々に大きくしつつステップ状の目
標値または外乱を入力したときの制御量の応答から実測
するものであって、ゲインＫを大きくしていくと、図２
に示すように次第に振動的となり、ついには安定限界を
越えて発振状態となる。このときの一定振幅の持続振動
を継続する状態の比例ゲインＫを見つけ、この比例ゲイ
ンＫを限界感度Ｋｃ、持続振動の周期を限界周期Ｔｃと
して実測する。
ストは、ゲインＫを徐々に大きくしつつステップ状の目
標値または外乱を入力したときの制御量の応答から実測
するものであって、ゲインＫを大きくしていくと、図２
に示すように次第に振動的となり、ついには安定限界を
越えて発振状態となる。このときの一定振幅の持続振動
を継続する状態の比例ゲインＫを見つけ、この比例ゲイ
ンＫを限界感度Ｋｃ、持続振動の周期を限界周期Ｔｃと
して実測する。
【００１５】さらに、図１（ｂ）に示すように、制御対
象４に含まれるむだ時間の１０％程度のむだ時間Ｌをむ
だ時間要素５として設定し、同様に限界感度テストを実
施したときの一定振幅の持続振動継続時の比例ゲインＫ
をむだ時間付加時の限界感度Ｋｃ’、持続振動の周期を
むだ時間付加時の限界周期Ｔｃ’と呼ぶ。
象４に含まれるむだ時間の１０％程度のむだ時間Ｌをむ
だ時間要素５として設定し、同様に限界感度テストを実
施したときの一定振幅の持続振動継続時の比例ゲインＫ
をむだ時間付加時の限界感度Ｋｃ’、持続振動の周期を
むだ時間付加時の限界周期Ｔｃ’と呼ぶ。
【００１６】次に、位相勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄは、
図３に示す限界感度テストのボード線図から決定する。
今、制御対象の特性を表す代表的な伝達関数を用いたテ
ストバッチとして、下式のような２次遅れ＋むだ時間系
を用いる Ｋｅ‐Lｓ／（１＋２ζＴｓ＋Ｔ2ｓ2） ……（１） 但し、Ｋはプロセスゲイン、Ｌはむだ時間、Ｔは遅れ時
間である。ここで、制御対象の限界感度Ｋｃ＝１、限界
周期Ｔｃ＝１であるときのむだ時間を基準化むだ時間Ｌ
N（＝Ｌ／Ｔｃ）、遅れ時間を基準化遅れ時間ＴN（＝Ｔ
／Ｔｃ）、プロセスゲインを基準化プロセスゲインＫN
（＝Ｋ／Ｋｃ）とすると 基準化遅れ時間ＴN＝｛−β＋（β2＋１）0.5｝／２π ……（２） 基準化プロセスゲインＫN＝[{１−（２πＴN）2｝2＋（４ζπＴN）2］0.5 ……（３） で表される。但し、β＝ζ／ｔａｎ（１−２ＬN）πで
ある。
図３に示す限界感度テストのボード線図から決定する。
今、制御対象の特性を表す代表的な伝達関数を用いたテ
ストバッチとして、下式のような２次遅れ＋むだ時間系
を用いる Ｋｅ‐Lｓ／（１＋２ζＴｓ＋Ｔ2ｓ2） ……（１） 但し、Ｋはプロセスゲイン、Ｌはむだ時間、Ｔは遅れ時
間である。ここで、制御対象の限界感度Ｋｃ＝１、限界
周期Ｔｃ＝１であるときのむだ時間を基準化むだ時間Ｌ
N（＝Ｌ／Ｔｃ）、遅れ時間を基準化遅れ時間ＴN（＝Ｔ
／Ｔｃ）、プロセスゲインを基準化プロセスゲインＫN
（＝Ｋ／Ｋｃ）とすると 基準化遅れ時間ＴN＝｛−β＋（β2＋１）0.5｝／２π ……（２） 基準化プロセスゲインＫN＝[{１−（２πＴN）2｝2＋（４ζπＴN）2］0.5 ……（３） で表される。但し、β＝ζ／ｔａｎ（１−２ＬN）πで
ある。
【００１７】一方、位相交点の角周波数をω（＝２π／
Ｔｃ）、むだ時間Ｌを付加したときの位相交点の角周波
数をω’（＝２π／Ｔｃ’）とすると、ωで基準化した
周波数差Δωとしては、 Δω＝（ω−ω’）ω＝１−（Ｔｃ／Ｔｃ’） ……（４） 得られる。そこで、むだ時間Ｌによる角周波数ω’での
位相ΦＬは、 ΦＬ＝−（１８０／π）Ｌω’＝−３６０Ｌ／Ｔｃ’ ……（５） である。従って、減衰係数ζとして、基準化むだ時間Ｌ
Nを０から０．５まで変えたときの位相交点における位
相勾配Φｄ（度／基準化周波数）は、図３に示すボード
線図から Φｄ（度／基準化周波数）＝−（２πＬ／Ｔｃ’）・（１−Ｔｃ／Ｔｃ’） ……（６） を推定でき、また制御対象のω，ω’におけるゲイン
は、それぞれ（１／Ｔｃ）、（１／Ｔｃ’）であるの
で、同様に位相交点におけるゲイン勾配Ｇｄ（ｄＢ／基
準化周波数）は、 Ｇｄ（ｄＢ／基準化周波数）＝２０ｌｏｇＫｃ’−２０ｌｏｇＫｃ） ／（１−Ｔｃ／Ｔｃ’） ……（７） を推定できる。
Ｔｃ）、むだ時間Ｌを付加したときの位相交点の角周波
数をω’（＝２π／Ｔｃ’）とすると、ωで基準化した
周波数差Δωとしては、 Δω＝（ω−ω’）ω＝１−（Ｔｃ／Ｔｃ’） ……（４） 得られる。そこで、むだ時間Ｌによる角周波数ω’での
位相ΦＬは、 ΦＬ＝−（１８０／π）Ｌω’＝−３６０Ｌ／Ｔｃ’ ……（５） である。従って、減衰係数ζとして、基準化むだ時間Ｌ
Nを０から０．５まで変えたときの位相交点における位
相勾配Φｄ（度／基準化周波数）は、図３に示すボード
線図から Φｄ（度／基準化周波数）＝−（２πＬ／Ｔｃ’）・（１−Ｔｃ／Ｔｃ’） ……（６） を推定でき、また制御対象のω，ω’におけるゲイン
は、それぞれ（１／Ｔｃ）、（１／Ｔｃ’）であるの
で、同様に位相交点におけるゲイン勾配Ｇｄ（ｄＢ／基
準化周波数）は、 Ｇｄ（ｄＢ／基準化周波数）＝２０ｌｏｇＫｃ’−２０ｌｏｇＫｃ） ／（１−Ｔｃ／Ｔｃ’） ……（７） を推定できる。
【００１８】以上のようにして位相勾配Φｄおよびゲイ
ン勾配Ｇｄを推定したならば、位相勾配を横軸、ゲイン
勾配を縦軸とする図４に示す２次元関数グラフを描くこ
とができる。従って、位相勾配とゲイン勾配とを入力
し、かかる２次元関数グラフ画面上に表示させることに
より、減衰係数ζを推定することが可能となる。なお、
ΦｄとＧｄとから減衰係数ζが得られる３次元関数グラ
フも容易に作成でき、この３次元関数グラフ画面から一
義的に減衰係数ζを得ることもできる。
ン勾配Ｇｄを推定したならば、位相勾配を横軸、ゲイン
勾配を縦軸とする図４に示す２次元関数グラフを描くこ
とができる。従って、位相勾配とゲイン勾配とを入力
し、かかる２次元関数グラフ画面上に表示させることに
より、減衰係数ζを推定することが可能となる。なお、
ΦｄとＧｄとから減衰係数ζが得られる３次元関数グラ
フも容易に作成でき、この３次元関数グラフ画面から一
義的に減衰係数ζを得ることもできる。
【００１９】次に、制御対象の伝達関数式である（１）
式を分母系列表現伝達関数に変換すると、次式のように
なる。 １／（ａ0＋ａ1ｓ＋ａ2ｓ2＋ａ3ｓ3＋……） ……（８） 但し、ａ０＝１／Ｋ、ａ１＝（２ζＴ＋Ｌ）／Ｋ、ａ２
＝（２Ｔ2＋４ζＴＬ＋Ｌ2）／２Ｋ、ａ３＝（６Ｔ2＋
６ζＴＬ＋Ｌ2）Ｌ／６Ｋである。そこで、今、制御対
象に対し、Ｉ−ＰＤフィードバック制御を行ったときの
目標値に対する制御量の伝達特性が下式に示す規範モデ
ル特性 １／（１＋σｓ＋α２σ2ｓ2＋α3σ3ｓ3＋α4σ4ｓ4＋…） ……（９） （但し、σは立上り時間であって、例えばα２＝０．
５，α3＝０．１５、α4＝０．０３）に等しくするＰＩ
Ｄ値（Ｔｃ＝Ｋｃ＝１のとき、比率係数はｆｋ、ｆI，
ｆD）は、 ｆｋ＝a２／（α３σ2）−ａ０ ……（１０） ｆI＝｛１−α３（ａ０／ａ２）σ2｝σ ……（１１） ｆD＝（α２ａ２−α３ａ１σ）σ／（ａ２−α３ａ０σ2） ……（１２） となる。但し、σ＝α３ａ３／（α４ａ２）である。
式を分母系列表現伝達関数に変換すると、次式のように
なる。 １／（ａ0＋ａ1ｓ＋ａ2ｓ2＋ａ3ｓ3＋……） ……（８） 但し、ａ０＝１／Ｋ、ａ１＝（２ζＴ＋Ｌ）／Ｋ、ａ２
＝（２Ｔ2＋４ζＴＬ＋Ｌ2）／２Ｋ、ａ３＝（６Ｔ2＋
６ζＴＬ＋Ｌ2）Ｌ／６Ｋである。そこで、今、制御対
象に対し、Ｉ−ＰＤフィードバック制御を行ったときの
目標値に対する制御量の伝達特性が下式に示す規範モデ
ル特性 １／（１＋σｓ＋α２σ2ｓ2＋α3σ3ｓ3＋α4σ4ｓ4＋…） ……（９） （但し、σは立上り時間であって、例えばα２＝０．
５，α3＝０．１５、α4＝０．０３）に等しくするＰＩ
Ｄ値（Ｔｃ＝Ｋｃ＝１のとき、比率係数はｆｋ、ｆI，
ｆD）は、 ｆｋ＝a２／（α３σ2）−ａ０ ……（１０） ｆI＝｛１−α３（ａ０／ａ２）σ2｝σ ……（１１） ｆD＝（α２ａ２−α３ａ１σ）σ／（ａ２−α３ａ０σ2） ……（１２） となる。但し、σ＝α３ａ３／（α４ａ２）である。
【００２０】そこで、前述と同様に減衰係数ζをパラメ
ータとし、ＬN値が０から０．５まで変えたときのｆ
ｋ、ｆI，ｆDを前記（１０）式〜（１２）式で求めた
後、位相勾配Φｄを横軸、各ｆｋ、ｆI，ｆDをそれぞれ
縦軸とする２次元関数グラフを描くと、図５（ａ）〜
（ｃ）となる。従って、Φｄとζとを与えれば、関数要
素からｆｋ、ｆI，ｆDの値を決定できる。
ータとし、ＬN値が０から０．５まで変えたときのｆ
ｋ、ｆI，ｆDを前記（１０）式〜（１２）式で求めた
後、位相勾配Φｄを横軸、各ｆｋ、ｆI，ｆDをそれぞれ
縦軸とする２次元関数グラフを描くと、図５（ａ）〜
（ｃ）となる。従って、Φｄとζとを与えれば、関数要
素からｆｋ、ｆI，ｆDの値を決定できる。
【００２１】よって、Ｔｃ、Ｋｃ、Φｄとζ（またはＧ
ｄ）の値を入力すれば、次式で示すような最適なＰＩＤ
値を決定することが可能である。
ｄ）の値を入力すれば、次式で示すような最適なＰＩＤ
値を決定することが可能である。
【００２２】 比例ゲイン：ＫP＝ｆｋ・Ｋｃ ……（１３） 積分時間 ：ＴI＝ｆI・Ｔｃ ……（１４） 微分時間 ：ＴD＝ｆD・Ｔｃ ……（１５） さらに、減衰係数ζをパラメータとしたΦｄとＬNとの
関係は図６で表され、Φｄとζとから制御対象の基準化
むだ時間ＬNを決定でき、またＬN，ζとｆｋ、ｆI，ｆD
との関係を表す３次元関数グラフは図７、図８（ａ），
（ｂ）となるから、この関数要素を用い場合にも前記
（１３）式〜（１５）式に基づいて最適なＰＩＤ値を決
定できる。
関係は図６で表され、Φｄとζとから制御対象の基準化
むだ時間ＬNを決定でき、またＬN，ζとｆｋ、ｆI，ｆD
との関係を表す３次元関数グラフは図７、図８（ａ），
（ｂ）となるから、この関数要素を用い場合にも前記
（１３）式〜（１５）式に基づいて最適なＰＩＤ値を決
定できる。
【００２３】なお、テストバッチとして（１）式の２次
遅れ＋むだ時間系を用いたが、これは次の理由からであ
る。 （１） 振動系がζ<０．７で近似できること。 （２） ζを大きな値（約２０以上）とすれば、次のよ
うな関係を近似できること。 ２．１） −９０度>Φｄ>−１８０度（０．２５
<ＬN<０．５）で１次遅れ＋むだ時間を近似できる。 ２．２） Φｄ＝−９０度（ＬN＝０．２５）で
積分＋むだ時間系を近似できる。 ２．３） ０度>Φｄ>−９０度（０<ＬN<０．２
５）で積分＋遅れ＋むだ時間系を近似できる。 （３） Φｄ＝−１８０度（ＬN＝０．５）で純粋むだ
時間系を近似できること。
遅れ＋むだ時間系を用いたが、これは次の理由からであ
る。 （１） 振動系がζ<０．７で近似できること。 （２） ζを大きな値（約２０以上）とすれば、次のよ
うな関係を近似できること。 ２．１） −９０度>Φｄ>−１８０度（０．２５
<ＬN<０．５）で１次遅れ＋むだ時間を近似できる。 ２．２） Φｄ＝−９０度（ＬN＝０．２５）で
積分＋むだ時間系を近似できる。 ２．３） ０度>Φｄ>−９０度（０<ＬN<０．２
５）で積分＋遅れ＋むだ時間系を近似できる。 （３） Φｄ＝−１８０度（ＬN＝０．５）で純粋むだ
時間系を近似できること。
【００２４】すなわち、広範囲な制御対象の位相交点近
傍における周波数特性を近似でき、汎用性があるためで
ある。
傍における周波数特性を近似でき、汎用性があるためで
ある。
【００２５】以下、以上のようにして得られる制御対象
の限界感度Ｋｃ、限界周期Ｔｃ、位相勾配Φｄ、ゲイン
勾配Ｇｄ、減衰係数ζ等から制御パラメータを決定し、
これら制御パラメータを用いてＰＩまたはＰＩＤ制御演
算を実行する本発明に係るＰＩＤ制御器の実施の形態に
ついて説明する。
の限界感度Ｋｃ、限界周期Ｔｃ、位相勾配Φｄ、ゲイン
勾配Ｇｄ、減衰係数ζ等から制御パラメータを決定し、
これら制御パラメータを用いてＰＩまたはＰＩＤ制御演
算を実行する本発明に係るＰＩＤ制御器の実施の形態に
ついて説明する。
【００２６】図９は本発明に係るＰＩＤ制御器の一実施
の形態を示す構成図である。
の形態を示す構成図である。
【００２７】このＰＩＤ制御器は、制御パラメータを発
生する制御パラメータ発生機構０とこの発生機構１０か
ら発生される制御パラメータを用いてＰＩＤ制御演算を
実行するＰＩＤ制御演算機構２０とで構成されている。
生する制御パラメータ発生機構０とこの発生機構１０か
ら発生される制御パラメータを用いてＰＩＤ制御演算を
実行するＰＩＤ制御演算機構２０とで構成されている。
【００２８】この制御パラメータ発生機構１０は、前述
のごとく実測された限界周期Ｔｃ、限界感度Ｋｃ、位相
勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄ或いは減衰係数ζ等を用い
て、制御パラメータである比例ゲインＫP，積分時間
ＴI，微分時間ＴDを算出し、ここで算出された比例ゲイ
ンＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDをＰＩＤ制御演算機
構２０に設定する。
のごとく実測された限界周期Ｔｃ、限界感度Ｋｃ、位相
勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄ或いは減衰係数ζ等を用い
て、制御パラメータである比例ゲインＫP，積分時間
ＴI，微分時間ＴDを算出し、ここで算出された比例ゲイ
ンＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDをＰＩＤ制御演算機
構２０に設定する。
【００２９】前記ＰＩＤ制御演算機構２０は、目標値Ｓ
Ｖと制御対象（図示せず）からの制御量ＰＶとが入力さ
れ、前記制御パラメータ発生機構１０から設定される比
例ゲインＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDを用いて、目
標値ＳＶと制御量ＰＶとの偏差を零とするようなＰ制御
演算、Ｉ制御演算、必要に応じてＤ制御演算を実行し、
これら制御演算によって得られた操作量ＭＶを用いて制
御対象を制御する機能をもっている。
Ｖと制御対象（図示せず）からの制御量ＰＶとが入力さ
れ、前記制御パラメータ発生機構１０から設定される比
例ゲインＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDを用いて、目
標値ＳＶと制御量ＰＶとの偏差を零とするようなＰ制御
演算、Ｉ制御演算、必要に応じてＤ制御演算を実行し、
これら制御演算によって得られた操作量ＭＶを用いて制
御対象を制御する機能をもっている。
【００３０】従って、この実施の形態によれば、一般の
制御系に限界感度テスト等を適用して得られる限界周期
Ｔｃ、限界感度Ｋｃ、位相勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄ或
いは減衰係数ζ等を入力すれば、試行錯誤を繰り返すこ
となく最適な制御パラメータを取り出すことができる。
制御系に限界感度テスト等を適用して得られる限界周期
Ｔｃ、限界感度Ｋｃ、位相勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄ或
いは減衰係数ζ等を入力すれば、試行錯誤を繰り返すこ
となく最適な制御パラメータを取り出すことができる。
【００３１】図１０は制御パラメータ発生機構１０の一
構成例を示す図である。この発生機構１０は、予め減衰
係数ζが既知として入力されている場合には当該減衰係
数ζを用いるが、この減衰係数ζを入力できない場合に
は外部から入力される位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇｄと
に基づいて減衰係数ζを推定し出力する減衰係数推定要
素１１と、比例ゲイン用２次元関数要素１２と、積分時
間用２次元関数要素１３と、微分時間用２次元関数要素
１４と、これら各関数要素１２〜１４の出力側に接続さ
れる乗算要素１５〜１７とによって構成されている。
構成例を示す図である。この発生機構１０は、予め減衰
係数ζが既知として入力されている場合には当該減衰係
数ζを用いるが、この減衰係数ζを入力できない場合に
は外部から入力される位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇｄと
に基づいて減衰係数ζを推定し出力する減衰係数推定要
素１１と、比例ゲイン用２次元関数要素１２と、積分時
間用２次元関数要素１３と、微分時間用２次元関数要素
１４と、これら各関数要素１２〜１４の出力側に接続さ
れる乗算要素１５〜１７とによって構成されている。
【００３２】前記比例ゲイン用２次元関数要素１２は、
位相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて比例ゲイン比率
係数ｆKを取り出するものであって、外部から入力され
る位相勾配Φｄに対し、例えば図５（ａ）に示す特性に
基づき、減数係数ζをパラメータとする関数から比例ゲ
イン比率係数ｆKを取り出し、乗算要素１５に送出す
る。この乗算要素１５は比例ゲイン用２次元関数要素１
２からの比例ゲイン比率係数ｆKに限界感度Ｋｃを乗じ
て比例ゲインＫPを生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に
設定する。
位相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて比例ゲイン比率
係数ｆKを取り出するものであって、外部から入力され
る位相勾配Φｄに対し、例えば図５（ａ）に示す特性に
基づき、減数係数ζをパラメータとする関数から比例ゲ
イン比率係数ｆKを取り出し、乗算要素１５に送出す
る。この乗算要素１５は比例ゲイン用２次元関数要素１
２からの比例ゲイン比率係数ｆKに限界感度Ｋｃを乗じ
て比例ゲインＫPを生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に
設定する。
【００３３】前記積分時間用２次元関数要素１３は、位
相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて積分時間比率係数
ｆIを取り出するものであって、外部から入力される位
相勾配Φｄに対し、例えば図５（ｂ）に示す特性に基づ
き、減数係数ζをパラメータとする関数から積分時間比
率係数ｆIを取り出し、乗算要素１６に送出する。この
乗算要素１６は積分時間用２次元関数要素１３からの積
分時間比率係数ｆIに限界周期Ｔｃを乗じて積分時間ＴI
を生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に設定する。
相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて積分時間比率係数
ｆIを取り出するものであって、外部から入力される位
相勾配Φｄに対し、例えば図５（ｂ）に示す特性に基づ
き、減数係数ζをパラメータとする関数から積分時間比
率係数ｆIを取り出し、乗算要素１６に送出する。この
乗算要素１６は積分時間用２次元関数要素１３からの積
分時間比率係数ｆIに限界周期Ｔｃを乗じて積分時間ＴI
を生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に設定する。
【００３４】前記微分時間用２次元関数要素１４は、位
相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて微分時間比率係数
ｆDを取り出するものであって、同じく外部から入力さ
れる位相勾配Φｄに対し、例えば図５（ｃ）に示す特性
に基づき、減数係数ζをパラメータとする関数から微分
時間比率係数ｆDを取り出し、乗算要素１７に送出す
る。この乗算要素１７は微分時間用２次元関数要素１４
からの微分時間比率係数ｆDに限界周期Ｔｃを乗じて微
分時間ＴDを生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に設定す
る。
相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて微分時間比率係数
ｆDを取り出するものであって、同じく外部から入力さ
れる位相勾配Φｄに対し、例えば図５（ｃ）に示す特性
に基づき、減数係数ζをパラメータとする関数から微分
時間比率係数ｆDを取り出し、乗算要素１７に送出す
る。この乗算要素１７は微分時間用２次元関数要素１４
からの微分時間比率係数ｆDに限界周期Ｔｃを乗じて微
分時間ＴDを生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に設定す
る。
【００３５】なお、前記減衰係数推定要素１１による減
衰係数ζの推定手段は図４に示す特性を画面に表示し、
外部から入力される位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇｄとの
点を表示させれば、その点から減衰係数ζを推定でき
る。
衰係数ζの推定手段は図４に示す特性を画面に表示し、
外部から入力される位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇｄとの
点を表示させれば、その点から減衰係数ζを推定でき
る。
【００３６】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、一般の制御系から求められる位相勾配Φｄと既知ま
たは推定される減衰係数ζとから簡単に比例ゲイン比率
係数ｆK，積分時間比率係数ｆI，微分時間比率係数ｆD
を得ることができ、さらにこれら比率係数に限界感度，
限界周期を乗算すれば、特に試行錯誤を繰り返すことな
く、合理的に比例ゲインＫP，積分時間ＴI，微分時間Ｔ
Dを生成でき、これら生成された比例ゲインＫP，積分時
間ＴI，微分時間ＴDを用いてＰ制御演算、Ｉ制御演算お
よびＤ制御演算を実行し、得られる操作量を制御対象に
印加することにより、汎用性に優れた制御性能を発揮さ
せることができる。
ば、一般の制御系から求められる位相勾配Φｄと既知ま
たは推定される減衰係数ζとから簡単に比例ゲイン比率
係数ｆK，積分時間比率係数ｆI，微分時間比率係数ｆD
を得ることができ、さらにこれら比率係数に限界感度，
限界周期を乗算すれば、特に試行錯誤を繰り返すことな
く、合理的に比例ゲインＫP，積分時間ＴI，微分時間Ｔ
Dを生成でき、これら生成された比例ゲインＫP，積分時
間ＴI，微分時間ＴDを用いてＰ制御演算、Ｉ制御演算お
よびＤ制御演算を実行し、得られる操作量を制御対象に
印加することにより、汎用性に優れた制御性能を発揮さ
せることができる。
【００３７】図１１は制御パラメータ発生機構１０の他
の実施形態例を示す構成図である。この発生機構１０
は、図１０と同様に必要に応じて設けられる減衰係数推
定要素１１と、位相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて
基準化むだ時間ＬNを求める関数要素２１と、この関数
要素２１の出力側に設けられた図１０に示す２次元関数
要素１２〜１４に代わる比例ゲイン用３次元関数要素２
２、積分時間用３次元関数要素２３および微分時間用３
次元関数要素２４と、乗算要素１５〜１７とによって構
成されている。
の実施形態例を示す構成図である。この発生機構１０
は、図１０と同様に必要に応じて設けられる減衰係数推
定要素１１と、位相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて
基準化むだ時間ＬNを求める関数要素２１と、この関数
要素２１の出力側に設けられた図１０に示す２次元関数
要素１２〜１４に代わる比例ゲイン用３次元関数要素２
２、積分時間用３次元関数要素２３および微分時間用３
次元関数要素２４と、乗算要素１５〜１７とによって構
成されている。
【００３８】この基準化むだ時間関数要素２１は、図６
に示す特性に基づき、外部から入力される位相勾配Φｄ
に対し、減衰係数ζをパラメータとする関数により基準
化むだ時間ＬNを取り出すものである。
に示す特性に基づき、外部から入力される位相勾配Φｄ
に対し、減衰係数ζをパラメータとする関数により基準
化むだ時間ＬNを取り出すものである。
【００３９】前記比例ゲイン用３次元関数要素２２は、
基準化むだ時間関数要素２１からの基準化むだ時間ＬN
と既知または推定要素１１で推定される減衰係数ζとに
基づいて比例ゲイン比率係数ｆKを取り出し、乗算要素
１５に送出する。この乗算要素１５は比例ゲイン３次元
関数要素２２からの比例ゲイン比率係数ｆKに限界感度
Ｋｃを乗じて比例ゲインＫPを生成し、ＰＩＤ制御演算
機構２０に設定する。なお、比例ゲイン比率係数ｆKを
取り出す手段としては、入力される基準化むだ時間ＬN
と減衰係数ζとに対し、図７（ａ）に示す特性上の交点
に対応する縦軸の値をもって比例ゲイン比率係数ｆKを
得るものである。
基準化むだ時間関数要素２１からの基準化むだ時間ＬN
と既知または推定要素１１で推定される減衰係数ζとに
基づいて比例ゲイン比率係数ｆKを取り出し、乗算要素
１５に送出する。この乗算要素１５は比例ゲイン３次元
関数要素２２からの比例ゲイン比率係数ｆKに限界感度
Ｋｃを乗じて比例ゲインＫPを生成し、ＰＩＤ制御演算
機構２０に設定する。なお、比例ゲイン比率係数ｆKを
取り出す手段としては、入力される基準化むだ時間ＬN
と減衰係数ζとに対し、図７（ａ）に示す特性上の交点
に対応する縦軸の値をもって比例ゲイン比率係数ｆKを
得るものである。
【００４０】前記積分時間用３次元関数要素２３は、基
準化むだ時間ＬNと既知または推定要素１１で推定され
る減衰係数ζとに基づいて積分時間比率係数ｆIを取り
出し、乗算要素１６に送出する。この乗算要素１６は積
分時間用３次元関数要素２３からの積分時間比率係数ｆ
Iに限界周期Ｔｃを乗じて積分時間ＴIを生成し、ＰＩＤ
制御演算機構２０に設定する。なお、積分時間比率係数
ｆIを取り出す手段としては、入力される基準化むだ時
間ＬNと減衰係数ζとに対し、図８（ａ）に示す特性上
の交点に対応する縦軸の値をもって積分時間比率係数ｆ
Iを得るものである。
準化むだ時間ＬNと既知または推定要素１１で推定され
る減衰係数ζとに基づいて積分時間比率係数ｆIを取り
出し、乗算要素１６に送出する。この乗算要素１６は積
分時間用３次元関数要素２３からの積分時間比率係数ｆ
Iに限界周期Ｔｃを乗じて積分時間ＴIを生成し、ＰＩＤ
制御演算機構２０に設定する。なお、積分時間比率係数
ｆIを取り出す手段としては、入力される基準化むだ時
間ＬNと減衰係数ζとに対し、図８（ａ）に示す特性上
の交点に対応する縦軸の値をもって積分時間比率係数ｆ
Iを得るものである。
【００４１】前記微分時間用３次元関数要素２４は、基
準化むだ時間ＬNと既知または推定要素１１で推定され
る減衰係数ζとに基づいて微分時間比率係数ｆDを取り
出し、乗算要素１７に送出する。この乗算要素１７は微
分時間用３次元関数要素２４からの微分時間比率係数ｆ
Dに限界周期Ｔｃを乗じて微分時間ＴDを生成し、ＰＩＤ
制御演算機構２０に設定する。なお、微分時間比率係数
ｆDを取り出す手段としては、入力される基準化むだ時
間ＬNと減衰係数ζとに対し、図８（ｂ）に示す特性上
の交点に対応する縦軸の値をもって微分時間比率係数ｆ
Dを得るものである。
準化むだ時間ＬNと既知または推定要素１１で推定され
る減衰係数ζとに基づいて微分時間比率係数ｆDを取り
出し、乗算要素１７に送出する。この乗算要素１７は微
分時間用３次元関数要素２４からの微分時間比率係数ｆ
Dに限界周期Ｔｃを乗じて微分時間ＴDを生成し、ＰＩＤ
制御演算機構２０に設定する。なお、微分時間比率係数
ｆDを取り出す手段としては、入力される基準化むだ時
間ＬNと減衰係数ζとに対し、図８（ｂ）に示す特性上
の交点に対応する縦軸の値をもって微分時間比率係数ｆ
Dを得るものである。
【００４２】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、位相勾配Φｄと既知または推定要素１１で推定され
る減衰係数ζとから図６に基づいて基準化むだ時間を算
出し、この基準化むだ時間と前記減衰係数とから３次元
関数要素２２〜２４を用いて比例ゲイン，積分時間，微
分時間等の適切な比率係数を求めることができ、その結
果、特に試行錯誤を繰り返すことなく、合理的に比例ゲ
インＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDを容易に生成で
き、汎用性に優れた制御性能を発揮させることができ
る。
ば、位相勾配Φｄと既知または推定要素１１で推定され
る減衰係数ζとから図６に基づいて基準化むだ時間を算
出し、この基準化むだ時間と前記減衰係数とから３次元
関数要素２２〜２４を用いて比例ゲイン，積分時間，微
分時間等の適切な比率係数を求めることができ、その結
果、特に試行錯誤を繰り返すことなく、合理的に比例ゲ
インＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDを容易に生成で
き、汎用性に優れた制御性能を発揮させることができ
る。
【００４３】図１２は制御パラメータ発生機構１０の更
に他の実施形態例を示す構成図である。この発生機構１
０は、位相勾配Φｄと減衰係数ζに代わるゲイン勾配Ｇ
dとを用いて、比率係数ｆK，ｆI，ｆDを求める比例ゲイ
ン用３次元関数要素３１、積分時間用３次元関数要素３
２、微分時間用３次元関数要素３３と、これら関数要素
３１〜３３の出力側に接続される乗算要素１５〜１７と
によって構成されている。
に他の実施形態例を示す構成図である。この発生機構１
０は、位相勾配Φｄと減衰係数ζに代わるゲイン勾配Ｇ
dとを用いて、比率係数ｆK，ｆI，ｆDを求める比例ゲイ
ン用３次元関数要素３１、積分時間用３次元関数要素３
２、微分時間用３次元関数要素３３と、これら関数要素
３１〜３３の出力側に接続される乗算要素１５〜１７と
によって構成されている。
【００４４】すなわち、この発生機構１０は、比例ゲイ
ン用３次元関数要素３１が外部から入力される位相勾配
Φｄとゲイン勾配Ｇdとに基づいて比例ゲイン比率係数
ｆKを取り出し、また積分時間用３次元関数要素３２が
同じく位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇdとを用いて積分時
間比率係数ｆIを取り出し、さらに微分時間用３次元関
数要素３３が位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇdとを用いて
微分時間比率係数ｆDを取り出し、それぞれ対応する乗
算要素１５，１６，１７に送出する。これら乗算要素１
５，１６，１７は、それぞれ対応する関数要素３１，３
２，３３から得られる比例ゲイン比率係数ｆK，積分時
間比率係数ｆI，微分時間比率係数ｆDに個別に限界周期
Ｔｃを乗算し、制御パラメータである比例ゲインＫP、
積分時間ＴI、微分時間ＴDを生成し、ＰＩＤ制御演算機
構２０に設定する。
ン用３次元関数要素３１が外部から入力される位相勾配
Φｄとゲイン勾配Ｇdとに基づいて比例ゲイン比率係数
ｆKを取り出し、また積分時間用３次元関数要素３２が
同じく位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇdとを用いて積分時
間比率係数ｆIを取り出し、さらに微分時間用３次元関
数要素３３が位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇdとを用いて
微分時間比率係数ｆDを取り出し、それぞれ対応する乗
算要素１５，１６，１７に送出する。これら乗算要素１
５，１６，１７は、それぞれ対応する関数要素３１，３
２，３３から得られる比例ゲイン比率係数ｆK，積分時
間比率係数ｆI，微分時間比率係数ｆDに個別に限界周期
Ｔｃを乗算し、制御パラメータである比例ゲインＫP、
積分時間ＴI、微分時間ＴDを生成し、ＰＩＤ制御演算機
構２０に設定する。
【００４５】従って、ＰＩＤ制御演算機構２０は、発生
機構１０からの比例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間
ＴDを用いて、制御量ＰＶが目標値ＰＶと一致するよう
な制御演算を実行し、得られた操作量ＭＶに基づいて制
御対象を制御するものである。
機構１０からの比例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間
ＴDを用いて、制御量ＰＶが目標値ＰＶと一致するよう
な制御演算を実行し、得られた操作量ＭＶに基づいて制
御対象を制御するものである。
【００４６】なお、前述する限界感度テストにおいて限
界感度Ｋｃ，むだ時間付加時の限界感度Ｋｃ’，限界周
期Ｔｃ，むだ時間付加時の限界周期Ｔｃ’を求めた場
合、図１３に示すようにそれらＫｃ，Ｋｃ’，Ｔｃ，Ｔ
ｃ’を用いて、勾配算出演算要素４１が前記（６）式お
よび（７）式に基づいて位相勾配Φｄおよびゲイン勾配
Ｇdを算出することができ、ここで算出された位相勾配
Φｄおよびゲイン勾配Ｇdを図１２に適用してもよい。
界感度Ｋｃ，むだ時間付加時の限界感度Ｋｃ’，限界周
期Ｔｃ，むだ時間付加時の限界周期Ｔｃ’を求めた場
合、図１３に示すようにそれらＫｃ，Ｋｃ’，Ｔｃ，Ｔ
ｃ’を用いて、勾配算出演算要素４１が前記（６）式お
よび（７）式に基づいて位相勾配Φｄおよびゲイン勾配
Ｇdを算出することができ、ここで算出された位相勾配
Φｄおよびゲイン勾配Ｇdを図１２に適用してもよい。
【００４７】従って、以上のような実施の形態全般につ
いて言えることは、ＰＩＤ制御演算機構２０に制御パラ
メータ発生機構１０を設け、一般の制御系を適用して制
御対象の位相交点付近の周波数特性を代表する位相勾
配，減衰係数またはゲイン勾配等を用いて、所要とする
演算により比例ゲイン比率係数、積分時間比率係数およ
び微分時間比率係数を求めた後、同じく予め求められる
限界感度，限界周期を乗じることによりＰＩＤ調整が難
しい制御ループであっても、適切、制御パラメータであ
る比例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間ＴDを生成す
ることができる。
いて言えることは、ＰＩＤ制御演算機構２０に制御パラ
メータ発生機構１０を設け、一般の制御系を適用して制
御対象の位相交点付近の周波数特性を代表する位相勾
配，減衰係数またはゲイン勾配等を用いて、所要とする
演算により比例ゲイン比率係数、積分時間比率係数およ
び微分時間比率係数を求めた後、同じく予め求められる
限界感度，限界周期を乗じることによりＰＩＤ調整が難
しい制御ループであっても、適切、制御パラメータであ
る比例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間ＴDを生成す
ることができる。
【００４８】そして、このような制御パラメータ発生機
構１０で得られたある比例ゲインＫ P、積分時間ＴI、微
分時間ＴDをＰＩＤ制御演算機構２０に設定し、例えば
進み特性を持つ伝達関数が １３０（３ｓ＋２）／｛（ｓ＋１）（５ｓ＋２）（４ｓ
＋１）（ｓ＋４）｝ なる制御対象に適用したとき、図１４に示すごとくステ
ップ状目標値の入力に対し、同図に示すように最適な制
御性能を得ることができ、ひいては制御対象を良好に制
御することができる。
構１０で得られたある比例ゲインＫ P、積分時間ＴI、微
分時間ＴDをＰＩＤ制御演算機構２０に設定し、例えば
進み特性を持つ伝達関数が １３０（３ｓ＋２）／｛（ｓ＋１）（５ｓ＋２）（４ｓ
＋１）（ｓ＋４）｝ なる制御対象に適用したとき、図１４に示すごとくステ
ップ状目標値の入力に対し、同図に示すように最適な制
御性能を得ることができ、ひいては制御対象を良好に制
御することができる。
【００４９】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ずにその要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施可能
である。
ずにその要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施可能
である。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、予
め求められる限界感度，限界周期、位相勾配，減衰係数
またはゲイン勾配等を用いて、時間をかけずに速やかに
最適な制御パラメータを決定でき、これら制御パラメー
タを制御演算に用いることにより汎用性ある優れた制御
性能を発揮させることができるＰＩＤ制御器を提供でき
る。
め求められる限界感度，限界周期、位相勾配，減衰係数
またはゲイン勾配等を用いて、時間をかけずに速やかに
最適な制御パラメータを決定でき、これら制御パラメー
タを制御演算に用いることにより汎用性ある優れた制御
性能を発揮させることができるＰＩＤ制御器を提供でき
る。
【図１】 限界感度，限界周期、位相勾配，減衰係数ま
たはゲイン勾配等を取得するための限界感度テストに用
いる制御系を示す図。
たはゲイン勾配等を取得するための限界感度テストに用
いる制御系を示す図。
【図２】 限界感度テストにより得られる時間応答例を
示す図。
示す図。
【図３】 限界感度テスト系一巡伝達関数の周波数特性
例を示すボード線図。
例を示すボード線図。
【図４】 位相勾配とゲイン勾配とから減衰係数を推定
する関数要素の特性を示す図。
する関数要素の特性を示す図。
【図５】 位相勾配から比例ゲイン，積分時間，微分時
間等の比率係数を得る２次元関数要素の特性を示す図。
間等の比率係数を得る２次元関数要素の特性を示す図。
【図６】 位相勾配から基準化むだ時間を得る関数要素
の特性を示す図。
の特性を示す図。
【図７】 基準化むだ時間と減衰係数とから比例ゲイン
比率係数を得る３次元関数要素の特性を示す図。
比率係数を得る３次元関数要素の特性を示す図。
【図８】 基準化むだ時間と減衰係数とから積分時間お
よび微分時間の比率係数を得る３次元関数要素の特性を
示す図。
よび微分時間の比率係数を得る３次元関数要素の特性を
示す図。
【図９】 本発明に係るＰＩＤ制御器の概略構成を示す
図。
図。
【図１０】 図９に示す制御パラメータ発生機構の一実
施の形態を示す構成図。
施の形態を示す構成図。
【図１１】 図９に示す制御パラメータ発生機構の他の
実施形態を示す構成図。
実施形態を示す構成図。
【図１２】 図９に示す制御パラメータ発生機構のさら
に他の実施形態を示す構成図。
に他の実施形態を示す構成図。
【図１３】 位相勾配およびゲイン勾配を取得するため
の勾配算出演算要素を説明する図。
の勾配算出演算要素を説明する図。
【図１４】 本発明に係るＰＩＤ制御器を適用した場合
の制御応答の一例を説明する図。
の制御応答の一例を説明する図。
１…偏差演算要素 ２…比例ゲイン ４…制御対象 ５…むだ時間要素 １０…制御パラメータ発生機構 １１…減衰係数推定要素 １２…比例ゲイン用２次元関数要素 １３…積分時間用２次元関数要素 １４…微分時間用２次元関数要素 １５〜１７…乗算要素 ２２，３１…比例ゲイン用３次元関数要素 ２３，３２…積分時間用３次元関数要素 ２４，３３…微分時間用３次元関数要素 ４１…勾配算出演算要素
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Claims (6)
- 【請求項１】 ＰＩ（Ｐ：比例，Ｉ：積分）制御演算ま
たはＰＩＤ（Ｄ：微分）制御演算により、制御量を目標
値に一致させるような操作量を求めて制御対象を制御す
るＰＩＤ制御器において、 前記制御対象の位相勾配、限界感度、限界周期、減衰係
数またはゲイン勾配を入力とし、前記ＰＩまたはＰＩＤ
制御演算に用いる比例ゲイン、積分時間、必要に応じて
微分時間を算出する制御パラメータ発生機構を備えたこ
とを特徴とするＰＩＤ制御器。 - 【請求項２】 請求項１に記載のＰＩＤ制御器におい
て、 前記制御パラメータ発生機構は、既知または前記位相勾
配と前記ゲイン勾配から推定される減衰係数をパラメー
タとし、前記位相勾配に基づいて、比例ゲイン、積分時
間、必要に応じて微分時間にそれぞれ対応する各比率係
数を取り出す２次元関数要素と、 前記限界感度に前記比例ゲイン比率係数を乗じて前記比
例ゲインを算出する比例ゲイン用乗算要素と、 前記限界周期に前記積分時間比率係数、微分時間係数を
それぞれ乗じて前記積分時間、微分時間を算出する積分
時間・微分時間用乗算要素とを設けたことを特徴とする
ＰＩＤ制御器。 - 【請求項３】 請求項１に記載のＰＩＤ制御器におい
て、 前記制御パラメータ発生機構は、既知または前記位相勾
配と前記ゲイン勾配から推定される減衰係数をパラメー
タとし、前記位相勾配に基づいて関数グラフから基準化
むだ時間を推定する基準化むだ時間関数要素と、 この関数要素からの基準化むだ時間と前記減衰係数とに
基づいて、比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時
間にそれぞれ対応する各比率係数を取り出す３次元関数
要素と、 前記限界感度に前記比例ゲイン比率係数を乗じて前記比
例ゲインを算出する比例ゲイン用乗算要素と、 前記限界周期に前記積分時間比率係数、微分時間係数を
それぞれ乗じて前記積分時間、微分時間を算出する積分
時間・微分時間用乗算要素とを設けたことを特徴とする
ＰＩＤ制御器。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３の何れかに記載
のＰＩＤ制御器において、 前記位相勾配および前記ゲイン勾配は、位相が−１８０
度になる位相交点周波数或いはそれよりも低い周波数に
対する位相およびゲインの変化率であることを特徴とす
るＰＩＤ制御器。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項３の何れかに記載
のＰＩＤ制御器において、 前記前記位相勾配および前記ゲイン勾配の算出は、限界
感度テスト時にむだ時間を付加し、当該むだ時間有無に
応じてそれぞれ複数の限界感度および限界周期を取り出
す手段と、この手段により取り出される複数の限界感度
および限界周期を入力とし、位相勾配およびゲイン勾配
を算出する演算要素とを有することを特徴とするＰＩＤ
制御器。 - 【請求項６】 請求項１に記載のＰＩＤ制御器におい
て、 前記制御パラメータ発生機構は、前記位相勾配と前記ゲ
イン勾配とに基づいて、比例ゲイン、積分時間、必要に
応じて微分時間にそれぞれ対応する各比率係数を取り出
す３次元関数要素と、 前記限界感度に前記比例ゲイン比率係数を乗じて前記比
例ゲインを算出する比例ゲイン用乗算要素と、 前記限界周期に前記積分時間比率係数、微分時間係数を
それぞれ乗じて前記積分時間、微分時間を算出する積分
時間・微分時間用乗算要素とを設けたことを特徴とする
ＰＩＤ制御器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000062351A JP3641181B2 (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Ｐｉｄ制御器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000062351A JP3641181B2 (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Ｐｉｄ制御器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001249703A true JP2001249703A (ja) | 2001-09-14 |
| JP3641181B2 JP3641181B2 (ja) | 2005-04-20 |
Family
ID=18582375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000062351A Expired - Fee Related JP3641181B2 (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Ｐｉｄ制御器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3641181B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004086702A (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Yaskawa Electric Corp | 振動抑制フィルタの自動設定方法 |
| KR101086128B1 (ko) | 2008-03-25 | 2011-11-25 | 가부시키가이샤 야마다케 | 제어 기기 및 전력 추정 방법 |
-
2000
- 2000-03-07 JP JP2000062351A patent/JP3641181B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004086702A (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Yaskawa Electric Corp | 振動抑制フィルタの自動設定方法 |
| KR101086128B1 (ko) | 2008-03-25 | 2011-11-25 | 가부시키가이샤 야마다케 | 제어 기기 및 전력 추정 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3641181B2 (ja) | 2005-04-20 |
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