JP2020021297A - 制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
操作量算出部1は、設定値SPと制御量PVとを入力として、制御量PVが設定値SPと一致するように、例えば以下の伝達関数式のようなPID制御演算を行って操作量MVを算出する。
MV=(100/Pb){1+(1/Tis)+Tds}(SP−PV)
・・・(1)
Pbは比例帯、Tiは積分時間、Tdは微分時間、sはラプラス演算子である。
MV_P={Kxs/(1+Tfs)2}FF_P ・・・(2)
MV_M={Kxs/(1+Tfs)2}FF_M ・・・(3)
MV_F=MV+MV_P−MV_M ・・・(4)
同様に、オペレータにとって、操作量減算量MV_Mを収束させるタイミングを適切に調整して、フィードフォワード制御の効果とフィードバック制御の効果を調和させることは困難であった。
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記減算量算出部は、前記操作量減算値と、前記操作量減算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータとに基づいて、前記操作量減算量を算出し、さらに、前記第1の判断部で前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが早くなる側に更新するように構成された第1の更新部と、前記第2の判断部で前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが遅くなる側に更新するように構成された第2の更新部とを備えることを特徴とするものである。
加熱による温度制御系を事例として、本発明の原理について説明する。まず、例えば降温外乱に対する操作量加算量(フィードフォワード量)MV_Pであれば、フィードバック制御のみの操作量MVの上昇量を目安に適正化できるので、このような操作量加算量MV_Pの適正化が予め行なわれていることを前提とするのが合理的である。具体的には、前述の式(2)において、操作量加算量MV_Pの積分量がKx,Tf,FF_Pによって適正化されていることを前提とする。具体的には、パラメータTfと操作量加算値FF_Pとの積を適正化された一定値Sxに保てば適正化された積分量が維持されるのであり、一定値Sxが得られているという前提である。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本実施例に係る制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、設定値SPと制御量PVとを入力としてPID制御演算により操作量MVを算出する操作量算出部1と、外乱印加が確定した時点で外部から入力される、操作量MVに対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値FF_Pを取得するFF加算値取得部2と、外乱印加が確定した時点で外部から入力される、操作量MVに対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値FF_Mを取得するFF減算値取得部3と、ゼロ値と異なる操作量加算値FF_Pを取得したときに、特定の時間TH1が経過した後に、操作量加算値FF_Pに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量MV_Pを算出する加算量算出部4と、ゼロ値と異なる操作量減算値FF_Mを取得したときに、特定の時間TH2が経過した後に、操作量減算値FF_Mに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量MV_Mを算出する減算量算出部5と、加算量算出部4によって操作量加算量MV_Pが算出されたときに、この操作量加算量MV_Pを操作量算出部1によって算出された操作量MVに加算し、減算量算出部5によって操作量減算量MV_Mが算出されたときに、この操作量減算量MV_Mを操作量算出部1によって算出された操作量MVから減算する操作量変更部6と、操作量変更部6で算出された操作量MV_Fを操作量下限値OL以上で操作量上限値OH以下の値に制限するリミット処理を行なうリミット処理部7と、リミット処理された操作量MV_F’を出力する操作量出力部8とを備えている。
設定値SP(例えば温度設定値)は、制御装置のオペレータなどによって設定され、操作量算出部1に入力される(図2ステップS100)。
制御量PV(例えば温度計測値)は、図示しない計測器(例えば被加熱物の温度を計測する温度センサ)によって計測され、操作量算出部1に入力される(図2ステップS101)。
IF MV_F<OL THEN MV_F’=OL ・・・(5)
IF MV_F>OH THEN MV_F’=OH ・・・(6)
つまり、リミット処理部7は、MV_Fが操作量下限値OLより小さい場合、操作量MV_F’=OLとし、操作量MV_Fが操作量上限値OHより大きい場合、操作量MV_F’=OHとする。
Claims (8)
- 設定値と制御量とを入力としてPID制御演算により操作量を算出するように構成された操作量算出部と、
外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値を取得するように構成された加算値取得部と、
ゼロ値と異なる前記操作量加算値を取得したときに、前記操作量加算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量を算出するように構成された加算量算出部と、
前記操作量算出部によって算出された操作量に、前記加算量算出部によって算出された操作量加算量を加算して操作量を変更するように構成された操作量変更部と、
この操作量変更部によって変更された操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なうように構成されたリミット処理部と、
このリミット処理された操作量を制御対象に出力するように構成された操作量出力部と、
外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に上昇して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第1の規定値以上オーバーシュートした場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断するように構成された第1の判断部と、
外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に前記設定値に対して前記第1の規定値よりも小さい第2の規定値以上オーバーシュートしない場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断するように構成された第2の判断部と、
前記第1、第2の判断部の判断結果を提示するように構成された判断結果提示部とを備えることを特徴とする制御装置。 - 設定値と制御量とを入力としてPID制御演算により操作量を算出するように構成された操作量算出部と、
外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値を取得するように構成された減算値取得部と、
ゼロ値と異なる前記操作量減算値を取得したときに、前記操作量減算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量を算出するように構成された減算量算出部と、
前記操作量算出部によって算出された操作量から、前記減算量算出部によって算出された操作量減算量を減算して操作量を変更するように構成された操作量変更部と、
この操作量変更部によって変更された操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なうように構成されたリミット処理部と、
このリミット処理された操作量を制御対象に出力するように構成された操作量出力部と、
外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に下降して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第1の規定値以上アンダーシュートした場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断するように構成された第1の判断部と、
外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に前記設定値に対して前記第1の規定値よりも小さい第2の規定値以上アンダーシュートしない場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断するように構成された第2の判断部と、
前記第1、第2の判断部の判断結果を提示するように構成された判断結果提示部とを備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
前記加算量算出部は、前記操作量加算値と、前記操作量加算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータとに基づいて、前記操作量加算量を算出し、
さらに、前記第1の判断部で前記操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量加算量の収束のタイミングが早くなる側に更新するように構成された第1の更新部と、
前記第2の判断部で前記操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量加算量の収束のタイミングが遅くなる側に更新するように構成された第2の更新部とを備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項2記載の制御装置において、
前記減算量算出部は、前記操作量減算値と、前記操作量減算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータとに基づいて、前記操作量減算量を算出し、
さらに、前記第1の判断部で前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが早くなる側に更新するように構成された第1の更新部と、
前記第2の判断部で前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが遅くなる側に更新するように構成された第2の更新部とを備えることを特徴とする制御装置。 - 設定値と制御量とを入力としてPID制御演算により操作量を算出する第1のステップと、
外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値を取得する第2のステップと、
ゼロ値と異なる前記操作量加算値を取得したときに、前記操作量加算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量を算出する第3のステップと、
前記第1のステップで算出した操作量に、前記第3のステップで算出した操作量加算量を加算して操作量を変更する第4のステップと、
この第4のステップで変更した操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第5のステップと、
このリミット処理した操作量を制御対象に出力する第6のステップと、
外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に上昇して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第1の規定値以上オーバーシュートした場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断する第7のステップと、
外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に前記設定値に対して前記第1の規定値よりも小さい第2の規定値以上オーバーシュートしない場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断する第8のステップと、
前記第7、第8のステップの判断結果を提示する第9のステップとを含むことを特徴とする制御方法。 - 設定値と制御量とを入力としてPID制御演算により操作量を算出する第1のステップと、
外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値を取得する第2のステップと、
ゼロ値と異なる前記操作量減算値を取得したときに、前記操作量減算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量を算出する第3のステップと、
前記第1のステップで算出した操作量から、前記第3のステップで算出した操作量減算量を減算して操作量を変更する第4のステップと、
この第4のステップで変更した操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第5のステップと、
このリミット処理した操作量を制御対象に出力する第6のステップと、
外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に下降して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第1の規定値以上アンダーシュートした場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断する第7のステップと、
外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に前記設定値に対して前記第1の規定値よりも小さい第2の規定値以上アンダーシュートしない場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断する第8のステップと、
前記第7、第8のステップの判断結果を提示する第9のステップとを含むことを特徴とする制御方法。 - 請求項5記載の制御方法において、
前記第3のステップは、前記操作量加算値と、前記操作量加算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータとに基づいて、前記操作量加算量を算出するステップを含み、
さらに、前記第7のステップで前記操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断した場合に、前記パラメータを前記操作量加算量の収束のタイミングが早くなる側に更新する第10のステップと、
前記第8のステップで前記操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断した場合に、前記パラメータを前記操作量加算量の収束のタイミングが遅くなる側に更新する第11のステップとを含むことを特徴とする制御方法。 - 請求項6記載の制御方法において、
前記第3のステップは、前記操作量減算値と、前記操作量減算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータとに基づいて、前記操作量減算量を算出するステップを含み、
さらに、前記第7のステップで前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断した場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが早くなる側に更新する第10のステップと、
前記第8のステップで前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断した場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが遅くなる側に更新する第11のステップとを含むことを特徴とする制御方法。
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