JP2007286895A - Pid controller - Google Patents

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博文 平山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PID controller for shortening a termination time of automatic tuning. <P>SOLUTION: An automatic tuning execution means 13 is provided with a manipulated variable output means outputting a manipulated variable with a fixed amplitude to a control target, an acquisition means acquiring a dead time, as a duration required for a controlled variable to reach a maximum/minimum value after the manipulated variable is changed, and amplitude of the controlled variable as a difference between the maximum/minimum value and a set value, a determination means making the manipulated variable output means finish a limit cycle when the dead time substantially matches its value of a previous cycle and the amplitude of the controlled variable acquired simultaneously with the dead time matches its value of a previous cycle, and a PID parameter calculation means calculating a PID parameter based on the dead time and the amplitude given when the manipulated variable is changed from ON to OFF and those given when the controlled variable is changed from OFF to ON. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、プロセス制御技術に関するものであり、特に制御対象に一定振幅の操作量を繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて、この操作量の出力に応じた制御対象の応答に基づいてPIDパラメータを算出するオートチューニングの機能を備えたPID制御装置に関するものである。   The present invention relates to a process control technique, and in particular, generates a limit cycle that repeatedly outputs a manipulated variable having a constant amplitude to a controlled object, and sets a PID parameter based on a response of the controlled object according to the output of the manipulated variable. The present invention relates to a PID control device having an auto-tuning function to be calculated.

従来より、PID制御装置のPIDパラメータを適切な値に設定する技術としてオートチューニング機能が提案されている(例えば特許文献1、特許文献2参照)。   Conventionally, an auto-tuning function has been proposed as a technique for setting a PID parameter of a PID control device to an appropriate value (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

特開2004−13542号公報JP 2004-13542 A 特許第2588202号公報Japanese Patent No. 2588202

オートチューニングによれば、制御対象の特性に合わせてPIDパラメータを最適な値に設定することができる。しかしながら、例えば電気炉などの温度制御のように制御対象の応答が遅い場合、オートチューニングを一度実行すると終了するまでに多大な時間を要するという問題点があった。特に、最近は省エネルギーが謳われ、電気炉などでも断熱性が高いために昇温は速いが降温が非常に遅い装置が増えてきており、オートチューニングの終了までに例えば数時間かかるため、オートチューニングが早く終了することが望まれていた。   According to auto-tuning, the PID parameter can be set to an optimum value in accordance with the characteristics of the controlled object. However, when the response of the controlled object is slow, such as temperature control of an electric furnace or the like, there is a problem that it takes a long time to finish once auto-tuning is executed. In recent years, energy saving has been emphasized, and even in electric furnaces, etc., heat insulation is high, so there is an increasing number of devices that heat up quickly but have a very slow temperature drop. Was desired to finish early.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、オートチューニングの終了時間を短縮することができるPID制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a PID control device that can shorten the end time of auto-tuning.

本発明は、制御対象に一定振幅の操作量を繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて、この操作量の出力に応じた前記制御対象の応答に基づいてPIDパラメータを算出するオートチューニングの機能を備えたPID制御装置において、前記オートチューニングの実行時に前記制御対象に一定振幅の操作量を出力する操作量出力手段と、前記オートチューニングの実行時の制御量を観測して、前記操作量が変化したときから前記制御量が極大値又は極小値に達するまでの所要時間であるむだ時間、及び前記極大値又は極小値と制御の設定値との差である前記制御量の振幅を取得する取得手段と、前記むだ時間が1サイクル前の値と略一致し、かつこのむだ時間と同時に取得した前記制御量の振幅が1サイクル前の値と略一致した場合に、前記操作量出力手段に前記リミットサイクルを終了させる判定手段と、前記リミットサイクルが終了したときに、前記操作量がオンからオフに変化したときの前記むだ時間及び振幅と前記操作量がオフからオンに変化したときの前記むだ時間及び振幅に基づいて、PIDパラメータを算出するPIDパラメータ算出手段とを備えるものである。
また、本発明のPID制御装置の1構成例において、前記取得手段は、前記オートチューニングの実行時に前記操作量が最初の値から変化した初回変化時と前記操作量が前記初回変化時と同極性の変化をした時の前記制御量の傾きを取得し、前記判定手段は、前記制御量の傾きが1サイクル前の値と略一致した場合に、前記操作量出力手段に前記リミットサイクルを終了させるものである。
The present invention has an auto-tuning function that generates a limit cycle that repeatedly outputs a manipulated variable having a constant amplitude to a controlled object, and calculates a PID parameter based on the response of the controlled object according to the output of the manipulated variable. In the PID control device, an operation amount output means for outputting an operation amount having a constant amplitude to the controlled object at the time of execution of the auto tuning, and an amount of operation changed by observing the control amount at the time of execution of the auto tuning. Acquisition means for acquiring a dead time that is a time required until the control amount reaches a maximum value or a minimum value from time to time, and an amplitude of the control amount that is a difference between the maximum value or the minimum value and a set value of control; When the dead time substantially coincides with the value one cycle before, and the amplitude of the control amount acquired simultaneously with the dead time substantially coincides with the value one cycle before A determination means for causing the manipulated variable output means to end the limit cycle; and the dead time and amplitude when the manipulated variable changes from on to off when the limit cycle is completed, and the manipulated variable is turned on from off. And a PID parameter calculating means for calculating a PID parameter based on the dead time and amplitude when changed to.
Further, in one configuration example of the PID control device according to the present invention, the acquisition means has the same polarity as that at the first change when the operation amount is changed from an initial value and the operation amount is changed at the first change when the auto tuning is executed. The control unit obtains the slope of the control amount when the change is made, and the determination unit causes the manipulated variable output unit to end the limit cycle when the slope of the control amount substantially coincides with a value one cycle before. Is.

また、本発明のPID制御装置は、前記オートチューニングの実行時に前記制御対象に一定振幅の操作量を出力する操作量出力手段と、前記オートチューニングの実行時の制御量を観測して、前記オートチューニングの実行時に前記操作量が最初の値から変化した初回変化時と前記操作量が前記初回変化時と同極性の変化をした時の前記制御量の傾き、前記操作量が変化したときから前記制御量が極大値又は極小値に達するまでの所要時間であるむだ時間、及び前記極大値又は極小値と制御の設定値との差である前記制御量の振幅を取得する取得手段と、前記リミットサイクルが所定のサイクル数に達したときに、前記操作量出力手段に前記リミットサイクルを終了させる判定手段と、前記リミットサイクルの終了時に取得した前記制御量の傾きと、前記操作量が過去に前記終了時と同極性の変化をしたときの前記むだ時間とから、前記終了時の後に現れるはずの前記制御量の振幅を推定する推定手段と、前記リミットサイクルが終了したときに、前記過去のむだ時間と前記推定した制御量の振幅と、前記操作量が前記終了時と逆極性の変化をしたときの前記むだ時間及び振幅に基づいて、PIDパラメータを算出するPIDパラメータ算出手段とを備えるものである。
また、本発明のPID制御装置の1構成例において、前記推定手段は、前記リミットサイクルの終了時に取得した前記制御量の傾きから、前記終了時における前記制御量の接線を求め、前記終了時から前記過去のむだ時間分だけ経過したときの前記接線上の点の高さを求めて、この高さに所定の割合をかけた値を推定すべき前記制御量の振幅とするものである。
In addition, the PID control device of the present invention includes an operation amount output means for outputting an operation amount having a constant amplitude to the controlled object at the time of execution of the auto tuning, and a control amount at the time of execution of the auto tuning. The slope of the control amount when the manipulated variable changes from the initial value at the time of tuning, the slope of the controlled variable when the manipulated variable has the same polarity as the initial change, and when the manipulated variable changes An acquisition means for acquiring a dead time, which is a time required for the control amount to reach a maximum value or a minimum value, and an amplitude of the control amount, which is a difference between the maximum value or the minimum value and a control set value; and the limit When the number of cycles reaches a predetermined number of cycles, a determination unit that causes the operation amount output unit to end the limit cycle, and a control amount acquired at the end of the limit cycle. And an estimation means for estimating an amplitude of the control amount that should appear after the end time from the dead time when the manipulated variable has changed in the same polarity as the end time in the past, and the limit cycle PID parameters are calculated on the basis of the past dead time, the amplitude of the estimated control amount, and the dead time and amplitude when the manipulated variable has the opposite polarity to that at the end. And a PID parameter calculation means.
Further, in one configuration example of the PID control device of the present invention, the estimation means obtains a tangent line of the control amount at the end from the slope of the control amount acquired at the end of the limit cycle, and from the end A height of the point on the tangent line when the past dead time has elapsed is obtained, and a value obtained by multiplying the height by a predetermined ratio is set as the amplitude of the control amount to be estimated.

本発明によれば、オートチューニングの実行時に取得したむだ時間が1サイクル前の値と略一致し、かつこのむだ時間と同時に取得した制御量の振幅が1サイクル前の値と略一致した場合に、リミットサイクルを終了させて、操作量がオンからオフに変化したときのむだ時間及び振幅と操作量がオフからオンに変化したときのむだ時間及び振幅に基づいてPIDパラメータを算出するようにしたので、オートチューニングに要する時間を短縮することができる。   According to the present invention, when the dead time acquired at the time of execution of auto-tuning substantially matches the value one cycle before, and the amplitude of the control amount acquired simultaneously with the dead time substantially matches the value one cycle before. The PID parameter is calculated based on the dead time and amplitude when the manipulated variable changes from on to off and the dead time and amplitude when the manipulated variable changes from off to on after the limit cycle is completed. Therefore, the time required for auto-tuning can be shortened.

また、本発明では、オートチューニングの実行時に取得した制御量の傾きが1サイクル前の値と略一致した場合に、リミットサイクルを終了させるようにしたので、オートチューニングに要する時間を更に短縮することができる。   In the present invention, the limit cycle is terminated when the slope of the control amount acquired at the time of executing the auto-tuning substantially coincides with the value one cycle before, so that the time required for auto-tuning can be further shortened. Can do.

また、本発明では、リミットサイクルが所定のサイクル数に達したときにリミットサイクルを終了させて、リミットサイクルの終了時に取得した制御量の傾きと、操作量が過去に終了時と同極性の変化をしたときのむだ時間とから、終了時の後に現れるはずの制御量の振幅を推定し、過去のむだ時間と推定した制御量の振幅と、操作量が終了時と逆極性の変化をしたときのむだ時間及び振幅に基づいてPIDパラメータを算出するようにしたので、オートチューニングに要する時間を短縮することができる。   Further, in the present invention, the limit cycle is terminated when the limit cycle reaches a predetermined number of cycles, and the gradient of the control amount acquired at the end of the limit cycle and the manipulated variable change in the same polarity as at the end of the past. When the amplitude of the controlled variable that should appear after the end is estimated from the dead time at the end of the operation, the amplitude of the estimated amount of control past the dead time, and when the manipulated variable changes in reverse polarity from the end Since the PID parameter is calculated based on the dead time and amplitude, the time required for auto-tuning can be shortened.

また、本発明では、リミットサイクルの終了時に取得した制御量の傾きから、終了時における制御量の接線を求め、終了時から過去のむだ時間分だけ経過したときの接線上の点の高さを求めて、この高さに所定の割合をかけた値を推定すべき制御量の振幅とすることにより、この推定した振幅を用いて実用上問題のないPIDパラメータを算出することができる。   In the present invention, the tangent of the control amount at the end is obtained from the slope of the control amount acquired at the end of the limit cycle, and the height of the point on the tangent when the past dead time has elapsed from the end is obtained. By obtaining the value obtained by multiplying the height by a predetermined ratio as the amplitude of the control amount to be estimated, a PID parameter having no practical problem can be calculated using the estimated amplitude.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係るPID制御装置の構成を示すブロック図である。PID制御装置1は、制御量PVと設定値SPとの偏差を算出する減算手段10と、偏差を零にすべく操作量MVを算出するPID演算手段11と、PID演算手段11で使用されるPIDパラメータを記憶するパラメータ格納手段12と、オートチューニングを行なうことで最適なPIDパラメータをパラメータ格納手段12に記憶させるオートチューニング実行手段13と、通常のPID制御とオートチューニングのいずれかを選択する切替器14と、切替器14から出力された操作量を電気信号に変換して制御対象であるヒータHに出力する操作量変換手段15と、外部から設定された制御の設定値SPを記憶する設定値格納手段16とを備えている。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the PID control apparatus according to the first embodiment of the present invention. The PID control device 1 is used by a subtracting means 10 for calculating a deviation between the control amount PV and the set value SP, a PID calculating means 11 for calculating an operation amount MV so as to make the deviation zero, and a PID calculating means 11. Parameter storage means 12 for storing PID parameters, auto-tuning execution means 13 for storing optimum PID parameters in the parameter storage means 12 by performing auto-tuning, and switching for selecting either normal PID control or auto-tuning , The operation amount conversion means 15 that converts the operation amount output from the switching device 14 into an electrical signal and outputs it to the heater H to be controlled, and the setting for storing the control set value SP set from the outside Value storage means 16.

本実施の形態のPID制御装置1は、制御対象である加熱炉2内の温度を制御するものである。温度センサSは、制御対象の制御量PV(加熱炉2内の温度)を測定する。設定値格納手段16には、例えばPID制御装置1のオペレータによって設定値SP(温度設定値)が設定されている。減算手段10は、制御量PVと設定値SPとの偏差を算出し、PID演算手段11は、偏差を零にすべくPID制御演算を行って操作量MVを算出する。通常の制御時において切替器14は、PID演算手段11の出力を選択している。操作量変換手段15は、PID演算手段11から切替器14を介して出力された操作量MVを電気信号に変換してヒータHに出力する。こうして、加熱炉2内の温度を温度設定値に一致させるようにヒータHの加熱量が制御される。   The PID control device 1 of the present embodiment controls the temperature in the heating furnace 2 that is a control target. The temperature sensor S measures a control amount PV (temperature in the heating furnace 2) to be controlled. A set value SP (temperature set value) is set in the set value storage means 16 by, for example, an operator of the PID control device 1. The subtracting means 10 calculates the deviation between the control amount PV and the set value SP, and the PID calculating means 11 calculates the manipulated variable MV by performing PID control calculation so that the deviation becomes zero. During normal control, the switch 14 selects the output of the PID calculation means 11. The operation amount conversion means 15 converts the operation amount MV output from the PID calculation means 11 via the switch 14 into an electric signal and outputs it to the heater H. Thus, the heating amount of the heater H is controlled so that the temperature in the heating furnace 2 matches the temperature set value.

次に、PID制御装置1のオートチューニング実行時の動作を図2〜図4を用いて説明する。図2はオートチューニング実行手段13の構成例を示すブロック図、図3はPID制御装置1のオートチューニング実行時の動作を示すフローチャート、図4はオートチューニング実行時にオートチューニング実行手段13が出力する操作量MVとこの操作量MVに応じた制御量PVの変化の1例を示す波形図である。   Next, the operation of the PID control device 1 when executing auto-tuning will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the auto-tuning execution means 13, FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the PID control device 1 when auto-tuning is executed, and FIG. 4 is an operation output by the auto-tuning execution means 13 when auto-tuning is executed. It is a wave form diagram showing an example of change of amount of control MV according to amount MV and this amount of operation MV.

オートチューニング実行手段13は、オートチューニングの実行時に制御対象に一定振幅の操作量MVを繰り返し出力するリミットサイクルを発生させる操作量出力手段130と、オートチューニングの実行時に制御量PVの傾き、むだ時間及び振幅を取得する取得手段131と、リミットサイクルの終了条件が成立したときにリミットサイクルを終了させる判定手段(取得手段)132と、判定手段132が取得した制御量PVの傾き、むだ時間及び振幅を記憶する記憶手段133と、リミットサイクルが終了したときに、記憶手段133に記憶されているむだ時間と振幅に基づいてPIDパラメータを算出するPIDパラメータ算出手段134とから構成される。   The auto-tuning execution means 13 includes an operation amount output means 130 for generating a limit cycle for repeatedly outputting an operation amount MV having a constant amplitude to the controlled object when auto-tuning is executed, and the slope and dead time of the control amount PV when executing auto-tuning. And the acquisition means 131 for acquiring the amplitude, the determination means (acquisition means) 132 for ending the limit cycle when the limit cycle end condition is satisfied, and the slope, dead time and amplitude of the control amount PV acquired by the determination means 132 And a PID parameter calculation unit 134 for calculating a PID parameter based on the dead time and amplitude stored in the storage unit 133 when the limit cycle is completed.

オートチューニング実行手段13は、例えばオペレータの指示に応じてオートチューニングを開始する。
操作量出力手段130は、オートチューニング実行時、センサSによって測定された制御量PVと設定値格納手段16に設定された設定値SPとを比較し(図3ステップS100)、制御量PVが設定値SP以下の場合、予め設定された操作量上限値MVH(例えば100%)を操作量MVとして出力し(ステップS101)、制御量PVが設定値SPより大きい場合、予め設定された操作量下限値MVL(例えば0%)を操作量MVとして出力する(ステップS102)。図4の例では、オートチューニングの開始時刻t1において制御量PVが設定値SP以下のため、操作量出力手段130は、操作量MV=MVHを出力する。
The auto-tuning executing unit 13 starts auto-tuning in accordance with, for example, an operator instruction.
The operation amount output means 130 compares the control amount PV measured by the sensor S with the set value SP set in the set value storage means 16 during execution of auto-tuning (step S100 in FIG. 3), and the control amount PV is set. When the value is equal to or less than the value SP, a preset operation amount upper limit value MVH (for example, 100%) is output as the operation amount MV (step S101), and when the control amount PV is greater than the set value SP, a preset operation amount lower limit The value MVL (for example, 0%) is output as the manipulated variable MV (step S102). In the example of FIG. 4, since the control amount PV is equal to or less than the set value SP at the auto tuning start time t1, the operation amount output means 130 outputs the operation amount MV = MVH.

オートチューニング実行時には切替器14は、オートチューニング実行手段13の出力を選択する。これにより、操作量出力手段130から出力された操作量MVが切替器14を介して操作量変換手段15に出力される。   When executing the auto tuning, the switcher 14 selects the output of the auto tuning executing means 13. As a result, the operation amount MV output from the operation amount output means 130 is output to the operation amount conversion means 15 via the switch 14.

次に、判定手段132は、制御量PVの傾きを求める傾き取得条件が成立したかどうかを判定する(ステップS103)。傾き取得条件は、オートチューニングの開始後に操作量MVが最初の値(図4の例ではMVH)から変化した初回変化時と、操作量MVが初回変化時と同極性の変化をしたときに成立する。図4の例では、オートチューニング開始後の時刻t2で操作量MVがMVHからMVL(オンからオフ)に変化しているため、傾き取得条件が成立する。同様に、時刻t6においても傾き取得条件が成立する。
取得手段131は、傾き取得条件が成立したときに制御量PVの傾きを求め、求めた傾きの値を記憶手段133に格納する(ステップS104)。
Next, the determination unit 132 determines whether or not an inclination acquisition condition for obtaining the inclination of the control amount PV is satisfied (step S103). The inclination acquisition condition is satisfied when the manipulated variable MV changes from the initial value (MVH in the example of FIG. 4) after the start of auto-tuning and when the manipulated variable MV changes in the same polarity as the first changed value. To do. In the example of FIG. 4, since the manipulated variable MV changes from MVH to MVL (on to off) at time t2 after the start of auto-tuning, the slope acquisition condition is satisfied. Similarly, the inclination acquisition condition is satisfied at time t6.
The obtaining unit 131 obtains the slope of the control amount PV when the slope obtaining condition is satisfied, and stores the obtained slope value in the storage unit 133 (step S104).

また、判定手段132は、制御対象のむだ時間Lを求めるむだ時間取得条件、及び制御量PVの振幅Aを求める振幅取得条件が成立したかどうかを判定する(ステップS105)。むだ時間取得条件及び振幅取得条件は、制御量PVが極大値又は極小値をとるときに成立する。ただし、オートチューニング開始後の最初の極値については、これらの条件が成立しないものとする。最初の極値を除外する理由は、最初の極値がパラメータ算出にとって不適切な値の可能性があるからである。
取得手段131は、むだ時間取得条件及び振幅取得条件が成立したときに、むだ時間Lと制御量PVの振幅Aとを求め、求めたむだ時間Lと振幅Aとを記憶手段133に格納する(ステップS106)。
In addition, the determination unit 132 determines whether a dead time acquisition condition for obtaining the dead time L of the control target and an amplitude acquisition condition for obtaining the amplitude A of the control amount PV are satisfied (step S105). The dead time acquisition condition and the amplitude acquisition condition are satisfied when the control amount PV takes a maximum value or a minimum value. However, these conditions are not satisfied for the first extreme value after the start of auto-tuning. The reason for excluding the first extreme value is that the first extreme value may be an inappropriate value for parameter calculation.
The acquisition unit 131 obtains the dead time L and the amplitude A of the control amount PV when the dead time acquisition condition and the amplitude acquisition condition are satisfied, and stores the obtained dead time L and the amplitude A in the storage unit 133 ( Step S106).

図4の例では、時刻t3において制御量PVが極大値に達するため、取得手段131は、操作量MVがオンからオフに移行した時刻t2から制御量PVが極大値に達した時刻t3までの所要時間をむだ時間L1として取得し、また時刻t3における制御量PVの振幅A1を取得して、むだ時間L1と振幅A1とを記憶手段133に格納する。   In the example of FIG. 4, since the control amount PV reaches the maximum value at time t3, the acquisition unit 131 performs the operation from time t2 when the operation amount MV shifts from on to off to time t3 when the control amount PV reaches the maximum value. The required time is acquired as the dead time L1, and the amplitude A1 of the control amount PV at the time t3 is obtained, and the dead time L1 and the amplitude A1 are stored in the storage unit 133.

続いて、判定手段132は、リミットサイクル終了条件が成立したかどうかを判定する(ステップS107)。リミットサイクル終了条件は、ステップS106で取得したむだ時間Lと1サイクル前に取得したむだ時間Lとが略一致し、かつステップS106で取得した振幅Aと1サイクル前に取得した振幅Aとが略一致したときに成立する。また、リミットサイクル終了条件は、ステップS104で取得した制御量PVの傾きと1サイクル前に取得した制御量PVの傾きとが略一致したときに成立する。なお、判定手段132は、ステップS106で取得したむだ時間と1サイクル前に取得したむだ時間との差の絶対値が所定の範囲内であるときにむだ時間が略一致したと判定し、ステップS106で取得した振幅と1サイクル前に取得した振幅との差の絶対値が所定の範囲内であるときに振幅が略一致したと判定し、ステップS104で取得した制御量PVの傾きと1サイクル前に取得した制御量PVの傾きとの差の絶対値が所定の範囲内であるときに傾きが略一致したと判定する。   Subsequently, the determination unit 132 determines whether or not the limit cycle end condition is satisfied (step S107). The limit cycle end condition is that the dead time L acquired in step S106 substantially coincides with the dead time L acquired one cycle before, and the amplitude A acquired in step S106 is substantially the same as the amplitude A acquired one cycle ago. It is established when they match. The limit cycle end condition is satisfied when the slope of the control amount PV acquired in step S104 substantially coincides with the slope of the control amount PV acquired one cycle before. Note that the determination unit 132 determines that the dead time substantially matches when the absolute value of the difference between the dead time acquired in step S106 and the dead time acquired one cycle before is within a predetermined range, and step S106. When the absolute value of the difference between the amplitude acquired in step 1 and the amplitude acquired one cycle before is within a predetermined range, it is determined that the amplitudes are substantially the same, and the slope of the control amount PV acquired in step S104 is one cycle before When the absolute value of the difference from the acquired control amount PV is within a predetermined range, it is determined that the inclinations are substantially the same.

時刻t3では制御量PVの傾き、むだ時間L、振幅Aのいずれについても1つずつしか取得できていない。つまり、時刻t3の時点では、信頼に足り得るむだ時間Lと振幅Aとが得られたかどうかが定かではない。そこで、判定手段132は、ステップS107においてリミットサイクル終了条件が成立していないと判定し、次のサイクルに移るべくステップS100に戻る。こうして、リミットサイクル終了条件が成立するまでステップS100〜S107の処理が一定の周期毎に繰り返し実行される。   At time t3, only one can be acquired for each of the slope of the control amount PV, the dead time L, and the amplitude A. That is, at the time t3, it is not certain whether the dead time L and the amplitude A that are sufficient for reliability have been obtained. Therefore, the determination unit 132 determines in step S107 that the limit cycle end condition is not satisfied, and returns to step S100 to move to the next cycle. In this way, the processing of steps S100 to S107 is repeatedly executed at regular intervals until the limit cycle end condition is satisfied.

次に、時刻t5において制御量PVが極小値に達するため、取得手段131は、操作量MVがMVLからMVH(オフからオン)に移行した時刻t4から制御量PVが極小値に達した時刻t5までの所要時間をむだ時間L2として取得し、また時刻t5における制御量PVの振幅A2を取得して、むだ時間L2と振幅A2とを記憶手段133に格納する(ステップS106)。時刻t5で得られるむだ時間L2と振幅A2とは一般に安定しているため、リミットサイクルの測定結果として採用することが可能である。時刻t5の時点では、1サイクル前のむだ時間L及び振幅Aが取得できておらず、制御量PVの傾きも時刻t2で求めた値だけなので、リミットサイクル終了条件は成立しない。   Next, since the control amount PV reaches the minimum value at time t5, the acquisition unit 131 performs time t5 when the control amount PV reaches the minimum value from time t4 when the operation amount MV shifts from MVL to MVH (off to on). The time required up to is acquired as the dead time L2, and the amplitude A2 of the control amount PV at the time t5 is obtained, and the dead time L2 and the amplitude A2 are stored in the storage means 133 (step S106). Since the dead time L2 and the amplitude A2 obtained at time t5 are generally stable, they can be adopted as the measurement results of the limit cycle. At time t5, the dead time L and amplitude A one cycle before are not acquired, and the slope of the control amount PV is only the value obtained at time t2, so the limit cycle end condition is not satisfied.

時刻t6に達すると、操作量MVがオンからオフに移行するため、傾き取得条件が成立する。取得手段131は、時刻t6における制御量PVの傾きを求め、求めた傾きの値を記憶手段133に格納する(ステップS104)。判定手段132は、時刻t6で取得した制御量PVの傾きと1サイクル前の時刻t2で取得した制御量PVの傾きとを比較して、リミットサイクル終了条件が成立するかどうかを判定するが(ステップS107)、ここでは仮に傾きが一致しないものとする。   When the time t6 is reached, the manipulated variable MV shifts from on to off, and the inclination acquisition condition is satisfied. The obtaining unit 131 obtains the slope of the control amount PV at time t6, and stores the obtained slope value in the storage unit 133 (step S104). The determination unit 132 compares the slope of the control amount PV acquired at time t6 with the slope of the control amount PV acquired at time t2 one cycle before, and determines whether or not the limit cycle end condition is satisfied ( Step S107), here, it is assumed that the inclinations do not match.

次に、時刻t7において制御量PVが極大値に達するため、取得手段131は、操作量MVがオンからオフに移行した時刻t6から制御量PVが極大値に達した時刻t7までの所要時間をむだ時間L3として取得し、また時刻t7における制御量PVの振幅A3を取得して、むだ時間L3と振幅A3とを記憶手段133に格納する(ステップS106)。そして、判定手段132は、時刻t7で取得したむだ時間L3と1サイクル前の時刻t3で取得したむだ時間L1とが略一致し、かつ時刻t7で取得した振幅A3と時刻t3で取得した振幅A1とが略一致した場合、リミットサイクル終了条件が成立したと判定し(ステップS107においてYES)、操作量出力手段130とPIDパラメータ算出手段134に対してリミットサイクルの終了を指示する。   Next, since the control amount PV reaches the maximum value at time t7, the acquisition unit 131 calculates the required time from time t6 when the operation amount MV shifts from on to off to time t7 when the control amount PV reaches the maximum value. The dead time L3 is acquired, and the amplitude A3 of the control amount PV at the time t7 is obtained, and the dead time L3 and the amplitude A3 are stored in the storage means 133 (step S106). Then, the determination unit 132 substantially matches the dead time L3 acquired at time t7 with the dead time L1 acquired at time t3 one cycle before, and the amplitude A3 acquired at time t7 and the amplitude A1 acquired at time t3. Are substantially the same, it is determined that the limit cycle end condition is satisfied (YES in step S107), and the operation amount output means 130 and the PID parameter calculation means 134 are instructed to end the limit cycle.

PIDパラメータ算出手段134は、リミットサイクルが終了した場合、記憶手段133に格納されているむだ時間L1又はL3と、むだ時間L2と、振幅A1又はA3と、振幅A2とを用いてPIDパラメータを算出し、このPIDパラメータをパラメータ格納手段12に格納する(ステップS108)。PIDパラメータとしては、ゲインと積分時間と微分時間とがある。以上でオートチューニングが終了する。
ステップS107においてむだ時間L1とL3とが略一致して振幅A1とA3とが略一致した場合には、むだ時間L1とL3のうちどちらかを用いればよく、同様に振幅A1とA3のうちどちらかを用いればよい。むだ時間Lと振幅AからPIDパラメータを算出する方法は、例えば上記の特許文献2に開示されている。
When the limit cycle is completed, the PID parameter calculation unit 134 calculates the PID parameter using the dead time L1 or L3, the dead time L2, the amplitude A1 or A3, and the amplitude A2 stored in the storage unit 133. Then, this PID parameter is stored in the parameter storage means 12 (step S108). PID parameters include gain, integration time, and differentiation time. This completes the auto tuning.
When the dead times L1 and L3 substantially coincide with each other and the amplitudes A1 and A3 substantially coincide with each other in step S107, either one of the dead times L1 and L3 may be used. Can be used. A method for calculating the PID parameter from the dead time L and the amplitude A is disclosed in, for example, Patent Document 2 described above.

むだ時間L1とL3とが略一致し、かつ振幅A1とA3とが略一致するということは、制御応答が安定しているということであり、信頼に足り得る測定結果が得られたということである。つまり、時刻t7以降のリミットサイクルを実行したとしても、同じ結果が得られることになり、これ以上のリミットサイクルを繰り返してもむだな時間を浪費するだけである。そこで、本実施の形態では、時刻t7でリミットサイクル終了条件が成立した時点でリミットサイクルを終了し、それまでのリミットサイクルで得られた測定結果を用いてPIDパラメータを算出することで、オートチューニングに要する時間を短縮することができる。したがって、例えば2.5サイクルや3サイクルのリミットサイクルのサイクル数が予め指定されている場合でも、明らかに再現性の高いむだ時間Lと振幅Aとが得られた時点で、以降のリミットサイクルを省略してオートチューニングを終了することができる。時刻t7でリミットサイクルを終了した場合には、最短で2サイクル弱でオートチューニングを終了できることになる。   The dead time L1 and L3 substantially coincide with each other and the amplitudes A1 and A3 substantially coincide with each other means that the control response is stable, and that a reliable measurement result is obtained. is there. That is, even if a limit cycle after time t7 is executed, the same result is obtained, and even if the limit cycle is repeated more than that, only a waste of time is wasted. Therefore, in the present embodiment, when the limit cycle end condition is satisfied at time t7, the limit cycle is ended, and the PID parameter is calculated using the measurement results obtained in the previous limit cycle, thereby performing auto tuning. Can be shortened. Therefore, for example, even when the number of limit cycles of 2.5 cycles or 3 cycles is specified in advance, when the dead time L and the amplitude A with clearly high reproducibility are obtained, the subsequent limit cycles are changed. Auto-tuning can be terminated by omitting it. When the limit cycle is completed at time t7, the auto-tuning can be completed in the shortest two cycles.

また、時刻t6で取得した制御量PVの傾きと1サイクル前の時刻t2で取得した制御量PVの傾きとが略一致した場合には、時刻t7においてむだ時間L3と振幅A3とを求めるまでリミットサイクルを続けるまでも無く、測定結果が同じになることは明白である。そこで、判定手段132は、時刻t6で取得した制御量PVの傾きと時刻t2で取得した制御量PVの傾きとが略一致した場合、リミットサイクル終了条件が成立した判定し(ステップS107においてYES)、操作量出力手段130とPIDパラメータ算出手段134に対してリミットサイクルの終了を指示する。この場合、PIDパラメータ算出手段134は、むだ時間L1,L2と振幅A1,A2とを用いてPIDパラメータを算出することになる。   Further, when the slope of the control amount PV acquired at time t6 and the slope of the control amount PV acquired at time t2 one cycle before are substantially coincident, a limit is obtained until the dead time L3 and the amplitude A3 are obtained at time t7. Obviously, the measurement results will be the same without having to continue the cycle. Therefore, when the slope of the control amount PV acquired at time t6 and the slope of the control amount PV acquired at time t2 substantially coincide with each other, the determination unit 132 determines that the limit cycle end condition is satisfied (YES in step S107). The operation amount output means 130 and the PID parameter calculation means 134 are instructed to end the limit cycle. In this case, the PID parameter calculation unit 134 calculates the PID parameter using the dead times L1 and L2 and the amplitudes A1 and A2.

このように、本実施の形態では、制御量PVの傾きの一致をリミットサイクルの終了条件とすることにより、オートチューニングに要する時間を更に短縮することができる。時刻t6でリミットサイクルを終了した場合には、最短で1.5サイクルでオートチューニングを終了できることになる。実行すべきリミットサイクルのサイクル数として最初から1.5サイクルが指定されている場合とサイクル数は結果的に同じになるが、1.5サイクルでは確実に再現性のある測定結果が得られるとは限らないため、安全のため2.5サイクルもしくは3サイクルを指定するのが一般的である。このような指定を行った場合に、1.5〜2サイクルで安定した測定結果が得られていることが明らかな場合、それ以降のむだなリミットサイクルを繰り返すことなく、最小限のサイクル数でオートチューニングを終了することが可能である。   Thus, in the present embodiment, the time required for auto-tuning can be further shortened by setting the coincidence of the gradients of the control amount PV as the end condition of the limit cycle. When the limit cycle is completed at time t6, the auto-tuning can be completed in 1.5 cycles at the shortest. When 1.5 cycles is specified as the number of limit cycles to be executed from the beginning, the number of cycles will be the same as the result, but with 1.5 cycles, a reproducible measurement result will be obtained. For safety reasons, it is common to specify 2.5 or 3 cycles. If it is clear that a stable measurement result is obtained in 1.5 to 2 cycles when such designation is made, the minimum number of cycles can be achieved without repeating unnecessary limit cycles thereafter. Auto tuning can be terminated.

本実施の形態では、オートチューニングに要する時間を短縮することで調整工数を大幅に減らすことができ、また従来のオートチューニングの時間と同じ時間でPIDパラメータの値を変更した実験回数を増やすことができるため、制御品質の向上を図ることができる。   In this embodiment, the time required for auto-tuning can be shortened to greatly reduce the adjustment man-hours, and the number of experiments in which the value of the PID parameter is changed in the same time as the time of conventional auto-tuning can be increased. Therefore, the control quality can be improved.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態においてもPID制御装置1の全体構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1の符号を用いて説明する。図5はオートチューニング実行手段13の構成例を示すブロック図、図6はPID制御装置1のオートチューニング実行時の動作を示すフローチャート、図7はオートチューニング実行時にオートチューニング実行手段13が出力する操作量MVとこの操作量MVに応じた制御量PVの変化の1例を示す波形図である。
本実施の形態のオートチューニング実行手段13は、第1の実施の形態の構成に対して、制御量PVの振幅を推定する推定手段135を追加したものである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Also in the present embodiment, the overall configuration of the PID control device 1 is the same as that of the first embodiment, and therefore will be described using the reference numerals in FIG. FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the auto-tuning execution means 13, FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the PID control device 1 during execution of auto-tuning, and FIG. 7 shows the operation output by the auto-tuning execution means 13 during execution of auto-tuning. It is a wave form diagram showing an example of change of amount of control MV according to amount MV and this amount of operation MV.
The auto-tuning execution means 13 of the present embodiment is obtained by adding an estimation means 135 that estimates the amplitude of the control amount PV to the configuration of the first embodiment.

次に、本実施の形態のPID制御装置1のオートチューニング実行時の動作を説明する。図6のステップS200〜S206の動作は、それぞれ第1の実施の形態で説明したステップS100〜S106の動作と同じである。
続いて、判定手段132は、リミットサイクル終了条件が成立したかどうかを判定する(ステップS207)。本実施の形態のリミットサイクル終了条件は、リミットサイクルのサイクル数が1.5サイクルに達したときに成立する。したがって、図7の例では時刻t6に達したときにリミットサイクル終了条件が成立する。
Next, the operation at the time of auto tuning execution of the PID control device 1 of the present embodiment will be described. The operations in steps S200 to S206 in FIG. 6 are the same as the operations in steps S100 to S106 described in the first embodiment, respectively.
Subsequently, the determination unit 132 determines whether the limit cycle end condition is satisfied (step S207). The limit cycle end condition of the present embodiment is satisfied when the number of limit cycles reaches 1.5. Therefore, in the example of FIG. 7, the limit cycle end condition is satisfied when time t6 is reached.

推定手段135は、リミットサイクル終了条件が成立した場合、時刻t6で取得した制御量PVの傾きと時刻t3で取得したむだ時間L1とから、時刻t6の後に現れるはずの制御量PVの振幅A3を推定し、推定した振幅A3を記憶手段133に格納する(ステップS208)。
本実施の形態では、時刻t3で取得した制御量PVの振幅A1を、信頼に足り得る値かどうか定かでない値としている。これに対して、時刻t3で取得したむだ時間L1については、信頼に足り得る値であるとしている。むだ時間L1が信頼に足り得る値である理由は、オートチューニング開始時に制御量PVが制御可能な範囲内にあれば、制御量PVがどのような過渡状態であってもむだ時間を測定できるからである。
When the limit cycle end condition is satisfied, the estimation unit 135 calculates the amplitude A3 of the control amount PV that should appear after the time t6 from the slope of the control amount PV acquired at the time t6 and the dead time L1 acquired at the time t3. The estimated amplitude A3 is stored in the storage means 133 (step S208).
In the present embodiment, the amplitude A1 of the control amount PV acquired at time t3 is an uncertain value as to whether it is a value that can be reliably met. On the other hand, the dead time L1 acquired at time t3 is assumed to be a value that is reliable. The reason why the dead time L1 is a reliable value is that if the controlled variable PV is within a controllable range at the start of auto-tuning, the dead time can be measured regardless of the transient state of the controlled variable PV. It is.

時刻t3でむだ時間L1を正しく測定することができれば、むだ時間L1と同様に、操作量MVがオンからオフに移行した時刻t6から制御量PVが極大値に達した時刻t7までの所要時間であるむだ時間L3は、むだ時間L1と同じ値となる。したがって、むだ時間L3や振幅A3を測定しなくても、むだ時間L1を用いることで制御量PVの振幅A3を高い精度で推定することが可能である。   If the dead time L1 can be correctly measured at the time t3, the time required from the time t6 when the manipulated variable MV shifts from on to off to the time t7 when the controlled variable PV reaches the maximum value, as with the dead time L1. The dead time L3 has the same value as the dead time L1. Therefore, it is possible to estimate the amplitude A3 of the controlled variable PV with high accuracy by using the dead time L1 without measuring the dead time L3 and the amplitude A3.

制御量PVの振幅A3を推定するには、時刻t6で取得した制御量PVの傾きから、図7に示すように時刻t6の時点で制御量PVの波形と接する接線Cを計算する。このとき、時刻t6からL1時間後には制御量PVの上昇が終わって下降に移行しているはずなので、時刻t6からむだ時間L1が経過したときの接線C上の点の高さH(設定値SPとの差)を計算すれば、この高さHよりも小さい値が制御量PVの振幅A3になることが分かる。振幅A3は制御対象の応答特性によっても異なるが、高さHの80〜90%の値となる場合が一般的であり、例えば振幅A3を高さHの80%として決めて計算しても、実用的なPIDパラメータを求めるにあたって、この値で問題ないことが経験的に分かっている。こうして、推定手段135は、制御量PVの振幅A3を推定することができる。   In order to estimate the amplitude A3 of the control amount PV, a tangent C that contacts the waveform of the control amount PV at the time t6 is calculated from the slope of the control amount PV acquired at time t6, as shown in FIG. At this time, since the increase in the control amount PV should end after the time L1 from the time t6, the point H on the tangent line C when the dead time L1 has elapsed from the time t6 (set value) If the difference from SP) is calculated, it can be seen that a value smaller than the height H is the amplitude A3 of the control amount PV. The amplitude A3 differs depending on the response characteristics of the controlled object, but is generally 80 to 90% of the height H. For example, even if the amplitude A3 is determined as 80% of the height H and calculated, It has been empirically known that there is no problem with this value in determining a practical PID parameter. In this way, the estimation means 135 can estimate the amplitude A3 of the control amount PV.

PIDパラメータ算出手段134は、推定手段135による振幅A3の推定後に、記憶手段133に格納されているむだ時間L1,L2と振幅A2,A3とを用いてPIDパラメータを算出し、このPIDパラメータをパラメータ格納手段12に格納する(ステップS209)。   After estimating the amplitude A3 by the estimating unit 135, the PID parameter calculating unit 134 calculates the PID parameter using the dead times L1 and L2 and the amplitudes A2 and A3 stored in the storage unit 133, and this PID parameter is used as the parameter. The data is stored in the storage unit 12 (step S209).

図7に示した波形は実際に制御量PVを測定した結果であるが、高さHの80%の値を振幅A3として採用しても、PIDのパラメータを求めるにあたって実用上の問題が無いことが分かる。図7の例の場合、制御対象の応答特性G(s)が式(1)の伝達関数式で表されるとすると、制御量PVのレンジ=0〜600℃、設定値SP=300℃、制御対象のゲインG=2、制御対象の時定数T1=60秒、T2=2秒、むだ時間L=3秒の場合、従来のオートチューニング機能でPIDパラメータを求めると、比例帯=57.6%、積分時間=29秒、微分時間=7秒となった。
G(s)=(Ge−Ls)/{(1+T1s)(1+T2s)} ・・・(1)
The waveform shown in FIG. 7 is a result of actually measuring the control amount PV, but even if a value of 80% of the height H is adopted as the amplitude A3, there is no practical problem in obtaining the PID parameter. I understand. In the case of the example in FIG. 7, if the response characteristic G (s) to be controlled is expressed by the transfer function expression of Expression (1), the range of the control amount PV = 0 to 600 ° C., the set value SP = 300 ° C., When the control target gain G = 2, the control target time constant T1 = 60 seconds, T2 = 2 seconds, and the dead time L = 3 seconds, when the PID parameter is obtained by the conventional auto-tuning function, the proportional band = 57.6. %, Integration time = 29 seconds, differentiation time = 7 seconds.
G (s) = (Ge− Ls ) / {(1 + T1s) (1 + T2s)} (1)

これに対して、本実施の形態のPID制御装置1によりPIDパラメータを求めた場合には、比例帯=55.0%、積分時間=29秒、微分時間=7秒となり、PID演算の実用上問題のない値を得ることができた。この程度の誤差の場合、PIDによる制御結果は実用上の差が無い。   On the other hand, when the PID parameter is obtained by the PID control device 1 of the present embodiment, the proportional band is 55.0%, the integration time is 29 seconds, and the differentiation time is 7 seconds. It was possible to obtain a value without any problems. In the case of such an error, there is no practical difference in the control result by PID.

以上のように、本実施の形態では、リミットサイクルを1.5サイクルで自動的に終了し、1.5サイクルより後の時刻t7で現れるはずの制御量PVの振幅A3を推定して、PIDパラメータを算出するので、オートチューニングに要する時間を更に短縮することができる。実行すべきリミットサイクルのサイクル数として最初から1.5サイクルが指定されている場合とサイクル数は結果的に同じになるが、最初の1サイクル目で取得する制御量PVの振幅A1が信頼に足り得る値かどうか定かではないため、安全のため2.5サイクルもしくは3サイクルを指定するのが一般的である。これに対して、本実施の形態では、信頼に足り得る値と考えられるむだ時間L1と時刻t6の制御量PVの傾きとを用いて振幅A3を推定するので、振幅A1が信頼に足り得る値か否かに関係なく、最小限のサイクル数でオートチューニングを終了することが可能である。   As described above, in the present embodiment, the limit cycle is automatically terminated at 1.5 cycles, the amplitude A3 of the control amount PV that should appear at time t7 after 1.5 cycles is estimated, and PID Since the parameter is calculated, the time required for auto tuning can be further shortened. As a result, the number of cycles is the same as when 1.5 cycles is specified as the number of limit cycles to be executed, but the amplitude A1 of the control amount PV obtained in the first cycle is reliable. Since it is not certain whether the value is sufficient, it is common to specify 2.5 or 3 cycles for safety. On the other hand, in the present embodiment, the amplitude A3 is estimated using the dead time L1 that is considered to be a reliable value and the slope of the control amount PV at the time t6. Regardless of whether or not, auto-tuning can be completed with a minimum number of cycles.

本実施の形態では、オートチューニングに要する時間を短縮することで調整工数を大幅に減らすことができ、また従来のオートチューニングの時間と同じ時間でPIDパラメータの値を変更した実験回数を増やすことができるため、制御品質の向上を図ることができる。   In this embodiment, the time required for auto-tuning can be shortened to greatly reduce the adjustment man-hours, and the number of experiments in which the value of the PID parameter is changed in the same time as the time of conventional auto-tuning can be increased. Therefore, the control quality can be improved.

なお、本実施の形態では、振幅A3を推定する際に高さHにかける割合を80%としたが、制御対象の応答特性が極端な場合などに応じて、この割合を80%から適宜設定変更できるようにしても良い。
また、予め制御量PVの代表的な応答波形を推定手段135に登録しておき、推定手段135が時刻t6の制御量PVの傾きに当てはまる制御量PVの波形を検索して、検索した波形から制御量PVの振幅A3を推定するようにしてもよい。
また、振幅A3の推定が困難と判断した場合(例えばノイズなどの影響でむだ時間L1の測定に失敗した場合)、推定をあきらめて振幅A3の実測を行ってもよい。
In the present embodiment, the ratio applied to the height H when estimating the amplitude A3 is set to 80%, but this ratio is appropriately set from 80% depending on the case where the response characteristic of the control target is extreme. It may be possible to change it.
Further, a typical response waveform of the control amount PV is registered in the estimation unit 135 in advance, and the estimation unit 135 searches for a waveform of the control amount PV that matches the slope of the control amount PV at time t6, and from the searched waveform. The amplitude A3 of the control amount PV may be estimated.
Further, when it is determined that the estimation of the amplitude A3 is difficult (for example, when the measurement of the dead time L1 fails due to the influence of noise or the like), the estimation may be given up and the amplitude A3 may be actually measured.

また、第1、第2の実施の形態において、オートチューニングの進捗状況を表示し、さらにPIDパラメータが算出できた時点で、PIDパラメータが決定した旨を知らせる表示を行うようにしてもよい。
なお、第1、第2の実施の形態では、オートチューニングの開始時の操作量MVがMVH(オン)から始まっているが、制御量PVと設定値SPとの関係によってはMVL(オフ)から始まることは言うまでもない。
In the first and second embodiments, the progress of auto-tuning may be displayed, and when the PID parameter can be calculated, a display notifying that the PID parameter has been determined may be performed.
In the first and second embodiments, the manipulated variable MV at the start of auto-tuning starts from MVH (on), but from MVL (off) depending on the relationship between the controlled variable PV and the set value SP. Needless to say, it begins.

第1、第2の実施の形態で説明したPID制御装置は、CPU、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。CPUは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第1、第2の実施の形態で説明した処理を実行する。   The PID control apparatus described in the first and second embodiments can be realized by a computer having a CPU, a storage device, and an interface, and a program for controlling these hardware resources. The CPU executes the processing described in the first and second embodiments in accordance with a program stored in the storage device.

本発明は、オートチューニング機能を備えたPID制御装置に適用することができる。   The present invention can be applied to a PID control device having an auto-tuning function.

本発明の第1の実施の形態に係るPID制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the PID control apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1のPID制御装置のオートチューニング実行手段の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the auto tuning execution means of the PID control apparatus of FIG. 図1のPID制御装置のオートチューニング実行時の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of auto-tuning execution of the PID control apparatus of FIG. 本発明の第1の実施の形態においてオートチューニング実行時にオートチューニング実行手段が出力する操作量とこの操作量に応じた制御量の変化の1例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the change of the control amount according to the operation amount which an auto tuning execution means outputs at the time of auto tuning execution in the 1st Embodiment of this invention, and this operation amount. 本発明の第2の実施の形態に係るPID制御装置のオートチューニング実行手段の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the auto tuning execution means of the PID control apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るPID制御装置のオートチューニング実行時の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of auto-tuning execution of the PID control apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態においてオートチューニング実行時にオートチューニング実行手段が出力する操作量とこの操作量に応じた制御量の変化の1例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows one example of the operation amount which an auto tuning execution means outputs at the time of auto tuning execution in the 2nd Embodiment of this invention, and the change of the control amount according to this operation amount.

符号の説明Explanation of symbols

1…PID制御装置、2…加熱炉、10…減算手段、11…PID演算手段、12…パラメータ格納手段、13…オートチューニング実行手段、14…切替器、15…操作量変換手段、16…設定値格納手段、130…操作量出力手段、131…取得手段、132…判定手段、133…記憶手段、134…PIDパラメータ算出手段、135…推定手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... PID control apparatus, 2 ... Heating furnace, 10 ... Subtraction means, 11 ... PID calculating means, 12 ... Parameter storage means, 13 ... Auto-tuning execution means, 14 ... Switch, 15 ... Manipulation amount conversion means, 16 ... Setting Value storage means, 130 ... operation amount output means, 131 ... acquisition means, 132 ... determination means, 133 ... storage means, 134 ... PID parameter calculation means, 135 ... estimation means.

Claims (4)

制御対象に一定振幅の操作量を繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて、この操作量の出力に応じた前記制御対象の応答に基づいてPIDパラメータを算出するオートチューニングの機能を備えたPID制御装置において、
前記オートチューニングの実行時に前記制御対象に一定振幅の操作量を出力する操作量出力手段と、
前記オートチューニングの実行時の制御量を観測して、前記操作量が変化したときから前記制御量が極大値又は極小値に達するまでの所要時間であるむだ時間、及び前記極大値又は極小値と制御の設定値との差である前記制御量の振幅を取得する取得手段と、
前記むだ時間が1サイクル前の値と略一致し、かつこのむだ時間と同時に取得した前記制御量の振幅が1サイクル前の値と略一致した場合に、前記操作量出力手段に前記リミットサイクルを終了させる判定手段と、
前記リミットサイクルが終了したときに、前記操作量がオンからオフに変化したときの前記むだ時間及び振幅と前記操作量がオフからオンに変化したときの前記むだ時間及び振幅に基づいて、PIDパラメータを算出するPIDパラメータ算出手段とを備えることを特徴とするPID制御装置。
A PID control device having an auto-tuning function for generating a limit cycle for repeatedly outputting a manipulated variable having a constant amplitude to a controlled object and calculating a PID parameter based on the response of the controlled object according to the output of the manipulated variable In
An operation amount output means for outputting an operation amount having a constant amplitude to the controlled object when the auto-tuning is executed;
Observe the control amount at the time of execution of the auto-tuning, the dead time which is the time required for the control amount to reach the maximum value or the minimum value from when the manipulated variable changes, and the maximum value or the minimum value An acquisition means for acquiring an amplitude of the control amount that is a difference from a control set value;
When the dead time substantially coincides with the value one cycle before and the amplitude of the control amount acquired simultaneously with the dead time substantially coincides with the value one cycle before, the limit cycle is sent to the manipulated variable output means. Determining means for terminating;
Based on the dead time and amplitude when the manipulated variable changes from on to off and the dead time and amplitude when the manipulated variable changes from off to on when the limit cycle ends, PID parameters A PID control device comprising: PID parameter calculation means for calculating
請求項1記載のPID制御装置において、
前記取得手段は、前記オートチューニングの実行時に前記操作量が最初の値から変化した初回変化時と前記操作量が前記初回変化時と同極性の変化をした時の前記制御量の傾きを取得し、
前記判定手段は、前記制御量の傾きが1サイクル前の値と略一致した場合に、前記操作量出力手段に前記リミットサイクルを終了させることを特徴とするPID制御装置。
The PID control device according to claim 1,
The acquisition means acquires an inclination of the control amount when the operation amount changes from an initial value when the auto-tuning is performed and when the operation amount changes in the same polarity as the initial change. ,
The determination means causes the manipulated variable output means to end the limit cycle when the slope of the control amount substantially coincides with the value one cycle before.
制御対象に一定振幅の操作量を繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて、この操作量の出力に応じた前記制御対象の応答に基づいてPIDパラメータを算出するオートチューニングの機能を備えたPID制御装置において、
前記オートチューニングの実行時に前記制御対象に一定振幅の操作量を出力する操作量出力手段と、
前記オートチューニングの実行時の制御量を観測して、前記オートチューニングの実行時に前記操作量が最初の値から変化した初回変化時と前記操作量が前記初回変化時と同極性の変化をした時の前記制御量の傾き、前記操作量が変化したときから前記制御量が極大値又は極小値に達するまでの所要時間であるむだ時間、及び前記極大値又は極小値と制御の設定値との差である前記制御量の振幅を取得する取得手段と、
前記リミットサイクルが所定のサイクル数に達したときに、前記操作量出力手段に前記リミットサイクルを終了させる判定手段と、
前記リミットサイクルの終了時に取得した前記制御量の傾きと、前記操作量が過去に前記終了時と同極性の変化をしたときの前記むだ時間とから、前記終了時の後に現れるはずの前記制御量の振幅を推定する推定手段と、
前記リミットサイクルが終了したときに、前記過去のむだ時間と前記推定した制御量の振幅と、前記操作量が前記終了時と逆極性の変化をしたときの前記むだ時間及び振幅に基づいて、PIDパラメータを算出するPIDパラメータ算出手段とを備えることを特徴とするPID制御装置。
A PID control device having an auto-tuning function for generating a limit cycle for repeatedly outputting a manipulated variable having a constant amplitude to a controlled object and calculating a PID parameter based on the response of the controlled object according to the output of the manipulated variable In
An operation amount output means for outputting an operation amount having a constant amplitude to the controlled object when the auto-tuning is executed;
When the control amount at the time of execution of the auto-tuning is observed, when the operation amount changes from the initial value when the auto-tuning is executed, and when the operation amount changes in the same polarity as at the time of the initial change Slope of the control amount, dead time that is the time required for the control amount to reach the maximum value or minimum value from when the manipulated variable changes, and the difference between the maximum value or minimum value and the control set value Obtaining means for obtaining the amplitude of the control amount;
When the limit cycle reaches a predetermined number of cycles, a determination unit that causes the operation amount output unit to end the limit cycle;
The control amount that should appear after the end from the slope of the control amount acquired at the end of the limit cycle and the dead time when the manipulated variable has the same polarity as that at the end in the past. Estimating means for estimating the amplitude of
When the limit cycle is finished, based on the past dead time and the amplitude of the estimated control amount, and the dead time and amplitude when the manipulated variable has the opposite polarity to that at the end, PID A PID control device comprising PID parameter calculation means for calculating a parameter.
請求項3記載のPID制御装置において、
前記推定手段は、前記リミットサイクルの終了時に取得した前記制御量の傾きから、前記終了時における前記制御量の接線を求め、前記終了時から前記過去のむだ時間分だけ経過したときの前記接線上の点の高さを求めて、この高さに所定の割合をかけた値を推定すべき前記制御量の振幅とすることを特徴とするPID制御装置。
In the PID control device according to claim 3,
The estimation means obtains a tangent of the control amount at the end from the slope of the control amount acquired at the end of the limit cycle, and on the tangent when the past dead time has elapsed from the end. A PID control apparatus characterized in that the height of the point is obtained and a value obtained by multiplying the height by a predetermined ratio is set as the amplitude of the control amount to be estimated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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