JP2021033739A - Control parameter tuning device and method - Google Patents

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Abstract

To shorten a limit cycle method automatic tuning execution time.SOLUTION: A control parameter tuning device comprises: a limit cycle AT computation unit 6 that alternately outputs an amount of operation MV of a preliminarily set upper limit value and an amount of operation MV of a preliminarily set lower limit value to a control object; a ratio RE calculation unit 8 that calculates a ratio RE of an absolute value of a deviation in initial two extremal values of an amount of control PV generated by an output of the amount of operation MV of a deviation between a setting value SP of control and an amount of control PV thereof; and a two-position operation-amount correction unit 9 that calculates a value having the upper limit value of the amount of operation MV or the lower limit value thereof estimated to be appropriate on the basis of the ratio RE, and corrects the upper limit value or lower limit value to the calculated value. A limit cycle AT computation unit 6 is configured to calculate a control parameter of a controller on the basis of a response of an amount of control PV after the upper limit value of the amount of operation MV or the lower limit value thereof is corrected, and set the calculated control parameter to the controller.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、PID等のコントローラのパラメータ調整に関する技術であり、特にリミットサイクル方式によりコントローラの制御パラメータを調整する制御パラメータ調整装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a technique for adjusting parameters of a controller such as PID, and more particularly to a control parameter adjusting device and method for adjusting control parameters of a controller by a limit cycle method.

PIDコントローラのPIDパラメータの調整は、通常の場合、コントローラ自体が備えるオートチューニング(AT)機能により簡易に行なわれる。このAT機能の代表的な手法には、操作量MVを2位置(OH_AT,OL_AT)に予め設定し、これによりリミットサイクルを発生させるリミットサイクル方式がある(特許文献1参照)。 The adjustment of the PID parameter of the PID controller is usually easily performed by the auto-tuning (AT) function provided in the controller itself. A typical method of this AT function is a limit cycle method in which the manipulated variable MV is set in advance at two positions (OH_AT, OL_AT) to generate a limit cycle (see Patent Document 1).

以下、リミットサイクル方式について簡単に説明する。図15は従来のリミットサイクル方式を説明するための波形図、図16は従来のリミットサイクル方式の処理の流れを説明するフローチャートである。ただし、説明を簡素化するため、リミットサイクルの切換点としては、PID制御を実行する際の設定値SPを用いるが、リミットサイクルの切換点が設定値SPであることは必須ではない。 Hereinafter, the limit cycle method will be briefly described. FIG. 15 is a waveform diagram for explaining the conventional limit cycle method, and FIG. 16 is a flowchart for explaining the processing flow of the conventional limit cycle method. However, in order to simplify the explanation, the set value SP when executing the PID control is used as the limit cycle switching point, but it is not essential that the limit cycle switching point is the set value SP.

ATの実行時には、制御量PVと設定値SPを比較し(図16ステップS300)、制御量PVが設定値SPより大きい場合、操作量MVの下限値OL_ATを制御対象に出力し(図16ステップS301)、制御量PVが設定値SP以下の場合、操作量MVの上限値OH_ATを制御対象に出力する(図16ステップS302)。 When the AT is executed, the control amount PV and the set value SP are compared (step S300 in FIG. 16), and if the control amount PV is larger than the set value SP, the lower limit value OL_AT of the operation amount MV is output to the control target (step 16 in FIG. S301), when the control amount PV is equal to or less than the set value SP, the upper limit value OH_AT of the operation amount MV is output to the control target (step S302 in FIG. 16).

次に、制御量PVの極値を検出する上下動極値検出処理を行う(図16ステップS303)。ステップS300〜S303の処理を制御周期毎に行い、制御量PVの極値を4つ検出すると、上下動極値の検出完了となる。ここで、設定値SPと制御量PVとの偏差Erは次式により得られる。
Er=SP−PV ・・・(1)
Next, a vertical dynamic pole value detection process for detecting the extreme value of the controlled variable PV is performed (step S303 in FIG. 16). When the processes of steps S300 to S303 are performed for each control cycle and four extreme values of the controlled variable PV are detected, the detection of the vertical dynamic pole values is completed. Here, the deviation Er between the set value SP and the controlled variable PV is obtained by the following equation.
Er = SP-PV ・ ・ ・ (1)

そして、図15に示すように、検出した4つの極値のうち、最新の極値における偏差を第1の極値偏差Er1、2番目に新しい極値における偏差を第2の極値偏差Er2、3番目に新しい極値における偏差を第3の極値偏差Er3とする。また、第1の極値偏差Er1の直前に偏差Erの正負が逆転した時刻t5から第1の極値偏差Er1が得られた時刻t6までの時間を第1の操作量切換経過時間Th1とし、また、第2の極値偏差Er2の直前に偏差Erの正負が逆転した時刻t3から第2の極値偏差Er2が得られた時刻t4までの時間を第2の操作量切換経過時間Th2とする。 Then, as shown in FIG. 15, among the four detected extreme values, the deviation at the latest extreme value is the first extreme value deviation Er1, and the deviation at the second newest extreme value is the second extreme value deviation Er2. Let the deviation at the third newest extremum be the third extremum deviation Er3. Further, the time from the time t5 in which the positive / negative of the deviation Er1 is reversed immediately before the first extreme value deviation Er1 to the time t6 in which the first extreme value deviation Er1 is obtained is set as the first operation amount switching elapsed time Th1. Further, the time from the time t3 in which the positive / negative of the deviation Er is reversed immediately before the second extreme value deviation Er2 to the time t4 in which the second extreme value deviation Er2 is obtained is defined as the second operation amount switching elapsed time Th2. ..

最後に、比例帯Pb、積分時間Ti及び微分時間TdからなるPIDパラメータを次式のように算出し、算出したPIDパラメータをコントローラに設定する(図16ステップS304)。
Pb=250.0|Er2−Er1|/(OH_AT−OL_AT) ・・・(2)
Ti=6.0(Th1+Th2) ・・・(3)
Td=1.2(Th1+Th2) ・・・(4)
以上で、ATが終了する。
Finally, the PID parameter composed of the proportional band Pb, the integration time Ti, and the differential time Td is calculated by the following equation, and the calculated PID parameter is set in the controller (step S304 in FIG. 16).
Pb = 250.0 | Er2-Er1 | / (OH_AT-OL_AT) ... (2)
Ti = 6.0 (Th1 + Th2) ... (3)
Td = 1.2 (Th1 + Th2) ... (4)
This completes AT.

前述のように、予め内部に設定された2位置操作量(OH_AT,OL_AT)によりATを実行するコントローラがある。市販されているコントローラの多くは、実際の制御中に利用する操作量上限値OHと操作量下限値OLをそのまま2位置操作量として利用する。通常は、OH=100%,OL=0%ということが多く、ゆえにAT時の2位置操作量は、OH_AT=100%,OL_AT=0%のようになることが多い。 As described above, there is a controller that executes AT by a preset two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT). Most commercially available controllers use the manipulated variable upper limit value OH and the manipulated variable lower limit value OL used during actual control as they are as the two-position manipulated variable. Usually, OH = 100% and OL = 0%, and therefore the two-position manipulated variable at AT is often OH_AT = 100% and OL_AT = 0%.

温度制御において保温性の高い制御対象では、設定値SP付近に制御量PVを維持するために必要な操作量MVは、概ねMV=20%以下というようにかなり低い。この状況でOH_AT=100%の設定のままMV=0%〜100%のATを実行すると、温度上昇が速くて温度下降が遅い(保温性が高くて冷え難い)ので、ATに多大な時間を要するという問題が生じる(図17)。図17に示した例では、制御対象の保温性が高く冷え難いため、AT中に操作量上限値OH_ATが出力される時間T_OHに比べて、操作量下限値OL_ATが出力される時間T_OLが長いことが分かる。 In a controlled object having high heat retention in temperature control, the manipulated variable MV required to maintain the controlled variable PV near the set value SP is considerably low, such as MV = 20% or less. In this situation, if MV = 0% to 100% AT is executed with OH_AT = 100% set, the temperature rises quickly and the temperature drops slowly (high heat retention and difficult to cool), so it takes a lot of time for AT. There is a problem that it is necessary (Fig. 17). In the example shown in FIG. 17, since the heat retention of the controlled object is high and it is difficult to cool, the operation amount lower limit value OL_AT is output for a longer time T_OL than the operation amount upper limit value OH_AT output time T_OH during AT. You can see that.

このような問題については、実際の制御中に利用する操作量上限値OHと操作量下限値OLをAT時の2位置操作量として利用する場合に限らず、予め内部で設定された2位置操作量(OH_AT,OL_AT)が、図17と同様に不適切な波形を与えるものに該当してしまえば、同様の問題が生じる。問題の対処方法としては、ATが不適切であると判断できる専門家が、記録計などを用いてAT時の制御量PVの動きを見ることによって、操作量上限値OHと操作量下限値OLを適切な値に変更して、ATを再実行するしかなかった。したがって、多くの場合にATが不適切であることが見逃されてしまう可能性があった。 Regarding such a problem, not only when the operation amount upper limit value OH and the operation amount lower limit value OL used during the actual control are used as the two-position operation amount at the time of AT, the two-position operation set in advance is set in advance. If the quantity (OH_AT, OL_AT) corresponds to the one that gives an inappropriate waveform as in FIG. 17, the same problem occurs. As a coping method of the problem, an expert who can judge that AT is inappropriate can see the movement of the controlled variable PV at the time of AT using a recorder or the like to see the operation amount upper limit value OH and the operation amount lower limit value OL. I had to change the value to an appropriate value and re-execute the AT. Therefore, in many cases, the inadequacy of AT could be overlooked.

そこで、リミットサイクル方式によるAT時の2位置操作量(OH_AT,OL_AT)のバランスが不適切な場合に、適切なバランスになる2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を自動的に算出し、適切なバランスの2位置操作量(OH_AT,OL_AT)によるATを自動的に再実行するAT方法が提案されている(特許文献2参照)。 Therefore, when the balance of the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) at the time of AT by the limit cycle method is inappropriate, the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) that becomes an appropriate balance is automatically calculated and appropriate. An AT method has been proposed in which AT is automatically re-executed by a two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) of balance (see Patent Document 2).

以下、特許文献2に開示された方法についてその要点を説明する。リミットサイクル方式によるAT時の2位置操作量(OH_AT,OL_AT)のバランスが不適切な場合、AT波形は図17のようになる。 Hereinafter, the main points of the method disclosed in Patent Document 2 will be described. When the balance of the two-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT) at the time of AT by the limit cycle method is improper, the AT waveform is as shown in FIG.

例えば、温度制御において温度上昇が速くて温度下降が遅い場合、操作量MV=OL_ATで温度下降中に操作量MV=OH_ATが出力されると、急勾配で温度上昇が始まるため、温度PVが設定値SPを下回る時間は短い。すなわち、温度PVが設定値SPを超えた時点で操作量MV=OL_ATに切り換わるので、操作量MV=OH_ATが出力される時間は相対的に短時間になる。また、急勾配での温度上昇に伴い、温度PVは設定値SPを大きく超える。すなわち、温度PVが設定値SPを上回る量(偏差Er1)の絶対値は相対的に大きくなる。 For example, in temperature control, when the temperature rises quickly and the temperature falls slowly, if the manipulated variable MV = OH_AT is output while the manipulated variable MV = OL_AT, the temperature rise starts with a steep gradient, so the temperature PV is set. The time below the value SP is short. That is, since the operation amount MV = OL_AT is switched when the temperature PV exceeds the set value SP, the time for which the operation amount MV = OH_AT is output is relatively short. Further, as the temperature rises on a steep slope, the temperature PV greatly exceeds the set value SP. That is, the absolute value of the amount (deviation Er1) at which the temperature PV exceeds the set value SP becomes relatively large.

一方、温度下降は緩い勾配になるため、温度PVが設定値SPに戻るまでには時間がかかり、温度PVが設定値SPを上回る時間は長くなる。温度PVが設定値SPを上回っている間は操作量MV=OL_ATになっており、操作量MV=OL_ATが出力される時間は相対的に長時間になる。また、温度下降は緩い勾配であるため、温度PVが設定値SPを下回る量(偏差Er2)の絶対値は相対的に小さくなる。 On the other hand, since the temperature drop has a gentle gradient, it takes time for the temperature PV to return to the set value SP, and the time for the temperature PV to exceed the set value SP becomes long. While the temperature PV exceeds the set value SP, the manipulated variable MV = OL_AT, and the time during which the manipulated variable MV = OL_AT is output is relatively long. Further, since the temperature drop has a gentle gradient, the absolute value of the amount (deviation Er2) at which the temperature PV falls below the set value SP becomes relatively small.

上記の例では、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)のOH_ATがOL_ATに比べて相対的に高過ぎることにより、バランスが不適切な状態になっている。ゆえに、偏差の絶対値の比率RE=|Er2|/|Er1|が特定の閾値以下であれば、操作量OH_ATが相対的に高過ぎると判定できる。逆に、比率RE=|Er2|/|Er1|が別の特定の閾値以上であれば、操作量OL_ATが相対的に低過ぎると判定できる。なお、極値偏差Er1が極大値で、極値偏差Er2が極小値の場合は、RE=|Er2|/|Er1|とするが、極値偏差Er1が極小値で、極値偏差Er2が極大値の場合は、RE=|Er1|/|Er2|とする。RE=|Er1|/|Er2|とした場合でも、等価な判定が可能であることは言うまでもない。 In the above example, the OH_AT of the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) is too high as compared with the OL_AT, resulting in an improper balance. Therefore, if the ratio RE = | Er2 | / | Er1 | of the absolute value of the deviation is equal to or less than a specific threshold value, it can be determined that the manipulated variable OH_AT is relatively too high. On the contrary, if the ratio RE = | Er2 | / | Er1 | is equal to or higher than another specific threshold value, it can be determined that the manipulated variable OL_AT is relatively too low. When the extreme value deviation Er1 is the maximum value and the extreme value deviation Er2 is the minimum value, RE = | Er2 | / | Er1 |, but the extreme value deviation Er1 is the minimum value and the extreme value deviation Er2 is the maximum value. In the case of a value, RE = | Er1 | / | Er2 |. Needless to say, even when RE = | Er1 | / | Er2 |, an equivalent determination can be made.

比率REのアンバランスな分だけ、リニアな関係を想定して2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を修正することは可能であり、より適切な2位置操作量(OH_AT,OL_AT)が次式にて算出可能である。
OL_AT_new=OL_AT+(OH_AT−OL_AT)(RE−1)
/(RE+1) ・・・(5)
OH_AT_new=OH_AT+(OH_AT−OL_AT)(RE−1)
/(RE+1) ・・・(6)
It is possible to correct the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) assuming a linear relationship by the amount of the unbalanced ratio RE, and the more appropriate two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) is expressed in the following equation. Can be calculated.
OL_AT_new = OL_AT + (OH_AT-OL_AT) (RE-1)
/ (RE + 1) ・ ・ ・ (5)
OH_AT_new = OH_AT + (OH_AT-OL_AT) (RE-1)
/ (RE + 1) ・ ・ ・ (6)

特許文献2に開示された方法では、例えばRE>1.0の場合に、式(5)により操作量下限値OL_ATを修正し、操作量上限値OH_ATは修正しない。逆にRE<1.0の場合に、式(6)により操作量上限値OH_ATを修正し、操作量下限値OL_ATは修正しない。RE=1.0の場合は、操作量下限値OL_AT、操作量上限値OH_ATのどちらも修正しない。 In the method disclosed in Patent Document 2, for example, when RE> 1.0, the manipulated variable lower limit value OL_AT is modified by the equation (5), and the manipulated variable upper limit value OH_AT is not modified. On the contrary, when RE <1.0, the manipulated variable upper limit value OH_AT is corrected by the equation (6), and the manipulated variable lower limit value OL_AT is not modified. When RE = 1.0, neither the manipulated variable lower limit value OL_AT nor the manipulated variable upper limit value OH_AT is modified.

以上のように、特許文献2に開示された方法によれば、適切なバランスになる2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を自動的に算出し、適切なバランスの2位置操作量(OH_AT,OL_AT)によるATを自動的に再実行することができるが、AT自体は実質的にやり直しになるので、AT実行時間(完了までの所要時間)が長くなるという課題があり、改善が求められている。 As described above, according to the method disclosed in Patent Document 2, the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) having an appropriate balance is automatically calculated, and the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) having an appropriate balance is calculated. ) Can be automatically re-executed, but since the AT itself is substantially redone, there is a problem that the AT execution time (time required to complete) becomes long, and improvement is required. ..

特開2003−330504号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-330504 特許第4546437号公報Japanese Patent No. 4546437

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リミットサイクル方式のAT実行時間を短縮することができる制御パラメータ調整装置および方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a control parameter adjusting device and a method capable of shortening the AT execution time of the limit cycle method.

本発明は、コントローラの制御パラメータを設定するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えた制御パラメータ調整装置において、予め設定された上限値の操作量と下限値の操作量とを交互に制御対象に出力するように構成されたリミットサイクルオートチューニング演算部と、制御の設定値と制御量との偏差のうち、前記操作量の出力によって生じた前記制御量の最初の2つの極値のそれぞれにおける前記偏差の絶対値の比率を算出するように構成された比率算出部と、前記比率に基づいて前記上限値または前記下限値の適切と推測される値を算出して、前記上限値または前記下限値を算出した値に修正するように構成された修正部とを備え、前記リミットサイクルオートチューニング演算部は、前記上限値または前記下限値が修正された後の前記制御量の応答に基づいて前記コントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御パラメータ調整装置の1構成例は、前記上限値または前記下限値の修正量の補正係数を設定するように構成された補正係数設定部をさらに備え、前記修正部は、前記比率と前記補正係数とに基づいて、前記上限値または前記下限値の適切と推測される値を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御パラメータ調整装置の1構成例において、前記補正係数は、1より小さい値に設定されていることを特徴とするものである。
According to the present invention, in a control parameter adjusting device having a limit cycle auto-tuning function for setting control parameters of a controller, a preset upper limit operation amount and a lower limit operation amount are alternately output to a control target. Of the deviation between the limit cycle auto-tuning calculation unit configured as described above and the control set value and the control amount, the deviation at each of the first two extreme values of the control amount generated by the output of the operation amount. The ratio calculation unit configured to calculate the ratio of absolute values and the value estimated to be appropriate for the upper limit value or the lower limit value are calculated based on the ratio, and the upper limit value or the lower limit value is calculated. The limit cycle auto-tuning calculation unit includes a correction unit configured to correct the value, and the limit cycle auto-tuning calculation unit controls the controller based on the response of the control amount after the upper limit value or the lower limit value is corrected. It is characterized in that parameters are calculated and the calculated control parameters are set in the controller.
Further, one configuration example of the control parameter adjusting device of the present invention further includes a correction coefficient setting unit configured to set a correction coefficient for a correction amount of the upper limit value or the lower limit value, and the correction unit is said to be described above. It is characterized in that an appropriate value of the upper limit value or the lower limit value is calculated based on the ratio and the correction coefficient.
Further, in one configuration example of the control parameter adjusting device of the present invention, the correction coefficient is set to a value smaller than 1.

また、本発明は、リミットサイクル方式によりコントローラの制御パラメータを設定する制御パラメータ調整方法において、予め設定された上限値の操作量と下限値の操作量とを交互に制御対象に出力する第1のステップと、制御の設定値と制御量との偏差のうち、前記操作量の出力によって生じた前記制御量の最初の2つの極値のそれぞれにおける前記偏差の絶対値の比率を算出する第2のステップと、前記比率に基づいて前記上限値または前記下限値の適切と推測される値を算出して、前記上限値または前記下限値を算出した値に修正する第3のステップと、前記上限値または前記下限値が修正された後の前記制御量の応答に基づいて前記コントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定する第4のステップとを含むことを特徴とするものである。 Further, according to the present invention, in the control parameter adjusting method for setting the control parameters of the controller by the limit cycle method, the first operation amount of the preset upper limit value and the operation amount of the lower limit value are alternately output to the control target. A second calculation of the ratio of the absolute value of the deviation to each of the first two extreme values of the control amount generated by the output of the operation amount among the deviations between the step and the control set value and the control amount. A step, a third step of calculating an appropriate upper limit value or a value estimated to be appropriate for the lower limit value based on the ratio, and correcting the upper limit value or the lower limit value to the calculated value, and the upper limit value. Alternatively, it is characterized by including a fourth step of calculating the control parameter of the controller based on the response of the control amount after the lower limit value is corrected and setting the calculated control parameter in the controller. Is.

本発明によれば、リミットサイクルの最初の上下動で検出される2つの極値偏差の絶対値の比率を算出して、この比率に基づいて2位置操作量を修正することにより、修正後の2位置操作量で制御量の適正な上下動が迅速に得られるようになるので、AT実行時間を短縮することができる。 According to the present invention, the ratio of the absolute values of the two extreme value deviations detected in the first vertical movement of the limit cycle is calculated, and the two-position operation amount is corrected based on this ratio. Since an appropriate vertical movement of the control amount can be quickly obtained with the two-position operation amount, the AT execution time can be shortened.

また、本発明では、2つの極値偏差の絶対値の比率と、補正係数とに基づいて2位置操作量を修正することにより、2位置操作量の修正誤差を補正することができ、制御対象の次数が高次の場合であってもATの精度の低下を防ぐことができる。 Further, in the present invention, the correction error of the two-position operation amount can be corrected by correcting the two-position operation amount based on the ratio of the absolute values of the two extreme value deviations and the correction coefficient, and the control target. It is possible to prevent a decrease in AT accuracy even when the order of is higher.

図1は、AT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 1 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable and the controlled variable during AT execution. 図2は、本発明の第1の実施例に係る制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control parameter adjusting device according to a first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第1の実施例に係る制御パラメータ調整装置が調整対象とするコントローラの構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a controller to be adjusted by the control parameter adjusting device according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第1の実施例に係る制御パラメータ調整装置のAT実行時の動作を説明するフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the control parameter adjusting device according to the first embodiment of the present invention during AT execution. 図5は、従来のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of changes in the operation amount and the control amount during the conventional AT execution. 図6は、従来のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of changes in the operation amount and the control amount during the conventional AT execution. 図7は、本発明の第1の実施例のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable and the controlled variable during AT execution according to the first embodiment of the present invention. 図8は、本発明の第1の実施例のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 8 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable and the controlled variable during AT execution according to the first embodiment of the present invention. 図9は、本発明の第2の実施例に係る制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a control parameter adjusting device according to a second embodiment of the present invention. 図10は、本発明の第2の実施例に係る制御パラメータ調整装置のAT実行時の動作を説明するフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation of the control parameter adjusting device according to the second embodiment of the present invention during AT execution. 図11は、高次の制御対象の場合に発生する2位置操作量の修正誤差について説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a correction error of the two-position manipulated variable that occurs in the case of a high-order control target. 図12は、本発明の第2の実施例のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable and the controlled variable during AT execution according to the second embodiment of the present invention. 図13は、本発明の第2の実施例のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 13 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable and the controlled variable during AT execution according to the second embodiment of the present invention. 図14は、本発明の第1、第2の実施例に係る制御パラメータ調整装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram showing a configuration example of a computer that realizes the control parameter adjusting device according to the first and second embodiments of the present invention. 図15は、従来のリミットサイクル方式を説明するための波形図である。FIG. 15 is a waveform diagram for explaining a conventional limit cycle method. 図16は、従来のリミットサイクル方式の処理の流れを説明するフローチャートである。FIG. 16 is a flowchart illustrating a processing flow of the conventional limit cycle method. 図17は、従来のリミットサイクル方式の問題点を説明するための波形図である。FIG. 17 is a waveform diagram for explaining the problems of the conventional limit cycle method.

[発明の原理]
リミットサイクルを再実行とする慎重な処理の必要性の背景には、リミットサイクルが安定するまでに制御量PVの何回かの上下動が必要という認識がある。制御量PVの最初の上下動は、AT開始時の条件次第で、例えば図1のように大きめの上下動になることもあれば、小さめの上下動になることもある。特に2位置操作量(OH_AT,OL_AT)のバランスが不適切な場合、最初の上下動はほぼ確実に妥当性のない上下動が現れる。すなわち、AT開始時の制御量PVの最初の極値(極大値、極小値)は信頼性が低い。
[Principle of invention]
Behind the need for careful processing to re-execute the limit cycle is the recognition that the control amount PV needs to be moved up and down several times before the limit cycle stabilizes. The initial vertical movement of the controlled variable PV may be a large vertical movement as shown in FIG. 1 or a small vertical movement depending on the conditions at the start of AT. In particular, when the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) is improperly balanced, the first vertical movement will almost certainly result in an invalid vertical movement. That is, the reliability of the first extreme value (maximum value, minimum value) of the controlled variable PV at the start of AT is low.

発明者は、リミットサイクルの最初の極値は信頼性が低いが、極値比RE(極大値と極小値の比率RE)については高い信頼性で現れることに着眼した。そして、発明者は、AT開始時の早い段階(例えば最初の上下動)で得られる極値比REを用いて操作量上限値OH_ATあるいは操作量下限値OL_ATを修正すれば、修正後の2位置操作量(OH_AT,OL_AT)で適正な上下動が迅速に得られるようになるので、AT実行時間を短縮できることに想到した。 The inventor noted that the first extremum of the limit cycle is unreliable, but the extremum ratio RE (the ratio RE of the maximum to the minimum) appears with high reliability. Then, if the inventor corrects the operation amount upper limit value OH_AT or the operation amount lower limit value OL_AT by using the extreme value ratio RE obtained at an early stage (for example, the first vertical movement) at the start of AT, the modified two positions Since the proper vertical movement can be quickly obtained with the operation amount (OH_AT, OL_AT), I came up with the idea that the AT execution time can be shortened.

[第1の実施例]
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2は本発明の第1の実施例に係る制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図である。本実施例では、極値比REの分母が制御量PVの極大側(昇温により生じる極値)の偏差の絶対値、極値比REの分子が制御量PVの極小側(降温により生じる極値)の偏差の絶対値になる数式を採用する。
[First Example]
Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control parameter adjusting device according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, the denominator of the extreme value ratio RE is the absolute value of the deviation of the maximum side of the controlled variable PV (extreme value caused by temperature rise), and the molecule of the extreme value ratio RE is the minimum side of the controlled variable PV (extreme caused by temperature decrease). Adopt a formula that is the absolute value of the deviation of the value).

制御パラメータ調整装置は、AT実行のための切換点SP(設定値SP)を取得する設定値SP取得部1と、AT実行時の制御量PVを取得する制御量PV取得部2と、AT実行のための操作量MVを出力する操作量MV出力部3と、リミットサイクルATの操作量下限値OL_ATを設定するための2位置操作量下側設定部4と、リミットサイクルATの操作量上限値OH_ATを設定するための2位置操作量上側設定部5と、操作量上限値OH_ATの操作量MVと操作量下限値OL_ATの操作量MVとを交互に出力して、操作量上限値OH_ATまたは操作量下限値OL_ATが修正された後の制御量PVの応答に基づいてコントローラのPIDパラメータを算出するリミットサイクルAT演算部6と、リミットサイクルATの起動指示命令を外部から入力しリミットサイクルAT演算部6に送る起動指示部7と、制御の設定値SPと制御量PVとの偏差のうち、操作量MVの出力によって生じた制御量PVの最初の2つの極値のそれぞれにおける偏差の絶対値の比率REを算出する比率RE算出部8と、比率REに基づいて操作量上限値OH_ATまたは操作量下限値OL_ATの適切と推測される値を算出して、操作量上限値OH_ATまたは操作量下限値OL_ATを算出した値に修正する2位置操作量修正部9とを備えている。 The control parameter adjusting device includes a set value SP acquisition unit 1 that acquires a switching point SP (set value SP) for AT execution, a control amount PV acquisition unit 2 that acquires a control amount PV during AT execution, and an AT execution unit. Operation amount MV output unit 3 for outputting the operation amount MV for, two-position operation amount lower setting unit 4 for setting the operation amount lower limit value OL_AT of the limit cycle AT, and the operation amount upper limit value of the limit cycle AT. The two-position operation amount upper setting unit 5 for setting OH_AT, the operation amount MV of the operation amount upper limit value OH_AT and the operation amount MV of the operation amount lower limit value OL_AT are alternately output, and the operation amount upper limit value OH_AT or the operation amount. The limit cycle AT calculation unit 6 that calculates the PID parameter of the controller based on the response of the control amount PV after the lower limit value OL_AT is corrected, and the limit cycle AT calculation unit that inputs the start instruction command of the limit cycle AT from the outside. Of the deviation between the start instruction unit 7 sent to 6 and the control set value SP and the control amount PV, the absolute value of the deviation at each of the first two extreme values of the control amount PV generated by the output of the operation amount MV. The ratio RE calculation unit 8 that calculates the ratio RE calculates the operation amount upper limit value OH_AT or the operation amount lower limit value OL_AT that is presumed to be appropriate based on the ratio RE, and operates the operation amount upper limit value OH_AT or the operation amount lower limit value. It is provided with a two-position operation amount correction unit 9 that corrects OL_AT to a calculated value.

図3は図2の制御パラメータ調整装置が調整対象とするコントローラの構成を示すブロック図である。コントローラは、設定値SP入力部20と、制御量PV入力部21と、操作量MV出力部22と、AT後の通常の制御動作時に、設定値SPと制御量PVとの偏差に対して制御パラメータに基づくPID制御演算を行って操作量MVを算出するPID制御演算部23とを備えている。 FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a controller to be adjusted by the control parameter adjusting device of FIG. The controller controls the set value SP input unit 20, the control amount PV input unit 21, the operation amount MV output unit 22, and the deviation between the set value SP and the control amount PV during normal control operation after AT. It is provided with a PID control calculation unit 23 that performs a PID control calculation based on parameters and calculates an operation amount MV.

図4は制御パラメータ調整装置のAT実行時の動作を説明するフローチャートである。2位置操作量下側設定部4には、リミットサイクルATの操作量下限値OL_ATの初期値が予め設定され、2位置操作量上側設定部5には、リミットサイクルATの操作量上限値OH_ATの初期値が予め設定されている。
起動指示部7は、例えばオペレータからリミットサイクルATの起動指示命令を受けると、リミットサイクルAT演算部6に起動指示命令を送る。これにより、リミットサイクルAT演算部6が起動して、リミットサイクルATが開始される(図4ステップS100)。
FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the control parameter adjusting device during AT execution. The initial value of the operation amount lower limit value OL_AT of the limit cycle AT is preset in the two-position operation amount lower setting unit 4, and the operation amount upper limit value OH_AT of the limit cycle AT is set in the two-position operation amount upper setting unit 5. The initial value is set in advance.
When the start instruction unit 7 receives, for example, an start instruction command for the limit cycle AT from the operator, the start instruction unit 7 sends an start instruction command to the limit cycle AT calculation unit 6. As a result, the limit cycle AT calculation unit 6 is activated and the limit cycle AT is started (step S100 in FIG. 4).

起動したリミットサイクルAT演算部6は、制御量PVと設定値SPを比較する(図4ステップS101)。設定値SPは、オペレータによって設定され、設定値SP取得部1を介してリミットサイクルAT演算部6に入力される。制御量PVは、図示しないセンサによって検出され、制御量PV取得部2を介してリミットサイクルAT演算部6に入力される。 The activated limit cycle AT calculation unit 6 compares the controlled variable PV with the set value SP (FIG. 4, step S101). The set value SP is set by the operator and is input to the limit cycle AT calculation unit 6 via the set value SP acquisition unit 1. The control amount PV is detected by a sensor (not shown) and is input to the limit cycle AT calculation unit 6 via the control amount PV acquisition unit 2.

リミットサイクルAT演算部6は、制御量PVが設定値SPより大きい場合、2位置操作量下側設定部4によって設定された操作量下限値OL_ATを操作量MVとして操作量MV出力部3に出力する(図4ステップS102)。また、リミットサイクルAT演算部6は、制御量PVが設定値SP以下の場合、2位置操作量上側設定部5によって設定された操作量上限値OH_ATを操作量MVとして操作量MV出力部3に出力する(図4ステップS103)。操作量MV出力部3は、リミットサイクルAT演算部6から出力された操作量MVを制御対象に出力する。 When the control amount PV is larger than the set value SP, the limit cycle AT calculation unit 6 outputs the operation amount lower limit value OL_AT set by the two-position operation amount lower setting unit 4 to the operation amount MV output unit 3 as the operation amount MV. (FIG. 4, step S102). Further, when the control amount PV is equal to or less than the set value SP, the limit cycle AT calculation unit 6 sets the operation amount upper limit value OH_AT set by the two-position operation amount upper setting unit 5 as the operation amount MV to the operation amount MV output unit 3. Output (FIG. 4, step S103). The operation amount MV output unit 3 outputs the operation amount MV output from the limit cycle AT calculation unit 6 to the control target.

次に、比率RE算出部8は、AT実行中の操作量MVの出力に応じた制御量PVの最初の上下動から得られる制御量PVの2つの極値偏差を検出する(図4ステップS104)。設定値SPと制御量PVの極値との偏差である極値偏差Erは、式(1)により得られる。本実施例では、2つの極値偏差のうち、新しい方の極値における偏差を第1の極値偏差Er1x、1つ前の極値における偏差を第2の極値偏差Er2xとする。 Next, the ratio RE calculation unit 8 detects two extreme deviations of the controlled variable PV obtained from the first vertical movement of the controlled variable PV according to the output of the manipulated variable MV during AT execution (FIG. 4, step S104). ). The extreme value deviation Er, which is the deviation between the set value SP and the extreme value of the controlled variable PV, is obtained by the equation (1). In this embodiment, of the two extreme value deviations, the deviation at the newest extreme value is defined as the first extreme value deviation Er1x, and the deviation at the previous extreme value is defined as the second extreme value deviation Er2x.

ステップS101〜S103の処理を制御周期毎に繰り返し、極値偏差Er1x,Er2xを検出できた時点で(ステップS104においてYES)、ステップS105に進む。 The processing of steps S101 to S103 is repeated for each control cycle, and when the extreme value deviations Er1x and Er2x can be detected (YES in step S104), the process proceeds to step S105.

そして、比率RE算出部8は、第1の極値偏差Er1xの絶対値と第2の極値偏差Er2xの絶対値との比率REを算出する(図4ステップS105)。このとき、比率RE算出部8は、制御量PVの最初の2つの極値のうち、新しい方の極値が極大値で、1つ前の極値が極小値の場合は、次式のように極大値側の第1の極値偏差Er1xが分母になり、極小値側の第2の極値偏差Er2xが分子になるようにして比率REを算出する。
RE=|Er2x|/|Er1x| ・・・(7)
Then, the ratio RE calculation unit 8 calculates the ratio RE of the absolute value of the first extreme value deviation Er1x and the absolute value of the second extreme value deviation Er2x (step S105 in FIG. 4). At this time, when the ratio RE calculation unit 8 has the maximum value of the newest extreme value and the minimum value of the previous extreme value among the first two extreme values of the control amount PV, the following equation is used. The ratio RE is calculated so that the first extreme value deviation Er1x on the maximum value side becomes the denominator and the second extreme value deviation Er2x on the minimum value side becomes the molecule.
RE = | Er2x | / | Er1x | ... (7)

また、比率RE算出部8は、制御量PVの最初の2つの極値のうち、新しい方の極値が極小値で、1つ前の極値が極大値の場合は、次式のように極小値側の第1の極値偏差Er1xが分子になり、極大値側の第2の極値偏差Er2xが分母になるようにして比率REを算出する。
RE=|Er1x|/|Er2x| ・・・(8)
Further, when the newer extreme value is the minimum value and the previous extreme value is the maximum value among the first two extreme values of the controlled variable PV, the ratio RE calculation unit 8 is as shown in the following equation. The ratio RE is calculated so that the first extreme value deviation Er1x on the minimum value side becomes the molecule and the second extreme value deviation Er2x on the maximum value side becomes the denominator.
RE = | Er1x | / | Er2x | ... (8)

次に、2位置操作量修正部9は、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の設定が適切か否かを判定する(図4ステップS106)。2位置操作量修正部9は、比率REが1より大きい場合(図4ステップS107においてYES)、操作量下限値OL_ATが不適切と判定し、次式のように操作量下限値の修正値OL_AT_newを算出し、この修正値OL_AT_newを2位置操作量下側設定部4に出力する。2位置操作量下側設定部4は、修正値OL_AT_newを操作量下限値OL_ATの新たな値としてリミットサイクルAT演算部6に設定する(図4ステップS108)。
OL_AT_new=OL_AT+(OH_AT−OL_AT)(RE−1)
/(RE+1) ・・・(9)
Next, the two-position manipulated variable correction unit 9 determines whether or not the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) is set appropriately (step S106 of FIG. 4). When the ratio RE is larger than 1 (YES in step S107 in FIG. 4), the two-position manipulated variable correction unit 9 determines that the manipulated variable lower limit value OL_AT is inappropriate, and determines that the manipulated variable lower limit value OL_AT_new is modified as shown in the following equation. Is calculated, and this correction value OL_AT_new is output to the 2-position manipulated variable lower setting unit 4. The two-position manipulated variable lower setting unit 4 sets the correction value OL_AT_new in the limit cycle AT calculation unit 6 as a new value of the manipulated variable lower limit value OL_AT (step S108 in FIG. 4).
OL_AT_new = OL_AT + (OH_AT-OL_AT) (RE-1)
/ (RE + 1) ・ ・ ・ (9)

また、2位置操作量修正部9は、比率REが1より小さい場合(図4ステップS109においてYES)、操作量上限値OH_ATが不適切と判定し、次式のように操作量上限値の修正値OH_AT_newを算出し、この修正値OH_AT_newを2位置操作量上側設定部5に出力する。2位置操作量上側設定部5は、修正値OH_AT_newを操作量上限値OH_ATの新たな値としてリミットサイクルAT演算部6に設定する(図4ステップS110)。
OH_AT_new=OH_AT+(OH_AT−OL_AT)(RE−1)
/(RE+1) ・・・(10)
Further, when the ratio RE is smaller than 1 (YES in step S109 of FIG. 4), the 2-position manipulated variable correction unit 9 determines that the manipulated variable upper limit value OH_AT is inappropriate, and corrects the manipulated variable upper limit value as shown in the following equation. The value OH_AT_new is calculated, and this modified value OH_AT_new is output to the 2-position manipulated variable upper setting unit 5. The two-position manipulated variable upper setting unit 5 sets the correction value OH_AT_new as a new value of the manipulated variable upper limit value OH_AT in the limit cycle AT calculation unit 6 (step S110 in FIG. 4).
OH_AT_new = OH_AT + (OH_AT-OL_AT) (RE-1)
/ (RE + 1) ・ ・ ・ (10)

2位置操作量修正部9は、比率REが1の場合、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の設定が適切と判定し、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を修正しない。
ステップS105〜S110の処理は、極値偏差Er1x,Er2xを検出できた時点で1回だけ実行される。
When the ratio RE is 1, the 2-position manipulated variable correction unit 9 determines that the setting of the 2-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) is appropriate, and does not correct the 2-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT).
The processing of steps S105 to S110 is executed only once when the extreme value deviations Er1x and Er2x can be detected.

2位置操作量(OH_AT,OL_AT)が修正された後も、ステップS101〜S103の処理が制御周期毎に繰り返し実行され、ATが継続する。
次に、リミットサイクルAT演算部6は、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正後に制御量PVの極値を3つ検出する上下動極値検出処理を行う(図4ステップS111)。制御量PVの極値を3つ検出すると、上下動極値の検出完了となる。リミットサイクルAT演算部6は、上記のように、最新の極値における偏差を極値偏差Er1、2番目に新しい極値における偏差を極値偏差Er2、3番目に新しい極値における偏差を極値偏差Er3とする。また、リミットサイクルAT演算部6は、極値偏差Er1の直前に偏差Erの正負が逆転した時刻から極値偏差Er1が得られた時刻までの時間を操作量切換経過時間Th1とし、極値偏差Er2の直前に偏差Erの正負が逆転した時刻から極値偏差Er2が得られた時刻までの時間を操作量切換経過時間Th2とする。
Even after the two-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT) are corrected, the processes of steps S101 to S103 are repeatedly executed every control cycle, and AT continues.
Next, the limit cycle AT calculation unit 6 performs a vertical dynamic pole value detection process for detecting three extreme values of the controlled variable PV after correcting the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) (step S111 in FIG. 4). When three extreme values of the controlled variable PV are detected, the detection of the vertical dynamic pole value is completed. As described above, the limit cycle AT calculation unit 6 determines the deviation at the latest extreme value as the extreme value deviation Er1, the deviation at the second newest extreme value as the extreme value deviation Er2, and the deviation at the third newest extreme value as the extreme value. Let the deviation be Er3. Further, the limit cycle AT calculation unit 6 sets the time from the time when the positive / negative of the deviation Er1 is reversed immediately before the extreme value deviation Er1 to the time when the extreme value deviation Er1 is obtained as the operation amount switching elapsed time Th1 and sets the extreme value deviation. The time from the time when the positive / negative of the deviation Er2 is reversed immediately before Er2 to the time when the extreme value deviation Er2 is obtained is defined as the operation amount switching elapsed time Th2.

そして、リミットサイクルAT演算部6は、比例帯Pb、積分時間Ti及び微分時間TdからなるPIDパラメータを式(2)〜式(4)により算出し、算出したPIDパラメータをコントローラに設定する(図4ステップS112)。 Then, the limit cycle AT calculation unit 6 calculates the PID parameter composed of the proportional band Pb, the integration time Ti, and the differential time Td by the equations (2) to (4), and sets the calculated PID parameter in the controller (FIG. 4 steps S112).

ステップS101〜S103,S111,S112のリミットサイクルAT演算部6の処理は、例えば特許文献1、特許文献2に開示されている。PIDパラメータの算出・設定の終了により、リミットサイクルATが終了する。 The processing of the limit cycle AT calculation unit 6 in steps S101 to S103, S111, and S112 is disclosed in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2. The limit cycle AT ends when the calculation / setting of the PID parameter is completed.

AT終了後の通常の制御動作では、コントローラのPID制御演算部23は、設定値SP入力部20から入力された設定値SPと、制御量PV入力部21から入力された制御量PVとを入力として、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を制御周期毎に算出する。
MV=(100/Pb){1+(1/Tis)+Tds}(SP−PV)
・・・(11)
式(11)において、sはラプラス演算子である。PID制御演算部23によって算出された操作量MVは、操作量MV出力部22を介して制御対象に出力される。
In the normal control operation after the end of AT, the PID control calculation unit 23 of the controller inputs the set value SP input from the set value SP input unit 20 and the control amount PV input from the control amount PV input unit 21. For example, the operation amount MV is calculated for each control cycle by performing a PID control operation such as the following transfer function formula.
MV = (100 / Pb) {1+ (1 / Tis) + Tds} (SP-PV)
... (11)
In equation (11), s is the Laplace operator. The manipulated variable MV calculated by the PID control calculation unit 23 is output to the control target via the manipulated variable MV output unit 22.

図5は従来のAT実行時の操作量MVと制御量PVの変化の1例を示す波形図であり、図6は図5の拡大図である。図5、図6の例では、時刻20sec.の最初の設定値SP変更と同時にATを起動し、時刻520sec.の時点でATが終了する。そして、AT終了後の時刻800sec.の時点で設定値SPを再び変更し、コントローラによる昇温制御を行っている。 FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable MV and the controlled variable PV during conventional AT execution, and FIG. 6 is an enlarged view of FIG. In the examples of FIGS. 5 and 6, the time is 20 sec. AT is started at the same time as the first set value SP change of, and the time is 520 sec. AT ends at this point. Then, the time after the end of AT is 800 sec. At the time of, the set value SP is changed again, and the temperature rise is controlled by the controller.

図7は本実施例のAT実行時の操作量MVと制御量PVの変化の1例を示す波形図であり、図8は図7の拡大図である。図7、図8の例では、時刻20sec.の最初の設定値SP変更と同時にATを起動し、時刻470sec.の時点でATが終了する。そして、AT終了後の時刻800sec.の時点で設定値SPを再び変更し、コントローラによる昇温制御を行っている。 FIG. 7 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable MV and the controlled variable PV during AT execution of this embodiment, and FIG. 8 is an enlarged view of FIG. 7. In the examples of FIGS. 7 and 8, the time is 20 sec. AT was started at the same time as the change of the first set value SP of, and the time was 470 sec. AT ends at this point. Then, the time after the end of AT is 800 sec. At the time of, the set value SP is changed again, and the temperature rise is controlled by the controller.

図7、図8の例では、リミットサイクルの最初の上下動で極値偏差Er1x,Er2xが検出され、比率REが算出されたことにより、操作量上限値OH_ATが最初の100%から16.9%に修正される。その結果、図5、図6の場合と比較して、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)修正後の制御量PVの上下動時間が短縮され、AT実行時間(完了までの所要時間)が短縮されている。 In the examples of FIGS. 7 and 8, the extreme deviations Er1x and Er2x were detected in the first vertical movement of the limit cycle, and the ratio RE was calculated, so that the upper limit of the manipulated variable OH_AT was changed from the first 100% to 16.9. It is corrected to%. As a result, as compared with the cases of FIGS. 5 and 6, the vertical movement time of the controlled variable PV after correcting the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) is shortened, and the AT execution time (time required to complete) is shortened. Has been done.

以上のように、本実施例では、リミットサイクルの最初の上下動で検出される極値偏差Er1x,Er2xから比率REを算出して、この比率REに基づいて2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を修正することにより、修正後の2位置操作量(OH_AT,OL_AT)で制御量PVの適正な上下動が迅速に得られるようになるので、AT実行時間を短縮することができる。 As described above, in this embodiment, the ratio RE is calculated from the extreme value deviations Er1x and Er2x detected in the first vertical movement of the limit cycle, and the two-position operation amount (OH_AT, OL_AT) is calculated based on this ratio RE. By modifying the above, the appropriate vertical movement of the control amount PV can be quickly obtained with the modified two-position operation amounts (OH_AT, OL_AT), so that the AT execution time can be shortened.

[第2の実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図9は本発明の第2の実施例に係る制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図であり、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の制御パラメータ調整装置は、設定値SP取得部1と、制御量PV取得部2と、操作量MV出力部3と、2位置操作量下側設定部4と、2位置操作量上側設定部5と、リミットサイクルAT演算部6と、起動指示部7と、比率RE算出部8と、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正量の補正係数αを設定する補正係数設定部10と、比率REと補正係数αとに基づいて操作量上限値OH_ATまたは操作量下限値OL_ATの適切と推測される値を算出して、操作量上限値OH_ATまたは操作量下限値OL_ATを算出した値に修正する2位置操作量補正付修正部11とを備えている。
[Second Example]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the control parameter adjusting device according to the second embodiment of the present invention, and the same configurations as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. The control parameter adjusting device of this embodiment includes a set value SP acquisition unit 1, a control amount PV acquisition unit 2, an operation amount MV output unit 3, a two-position operation amount lower setting unit 4, and a two-position operation amount upper side. Setting unit 5, limit cycle AT calculation unit 6, start instruction unit 7, ratio RE calculation unit 8, and correction coefficient setting unit 10 that sets the correction coefficient α of the correction amount of the two-position operation amount (OH_AT, OL_AT). And, based on the ratio RE and the correction coefficient α, the value estimated to be appropriate for the manipulated variable upper limit value OH_AT or the manipulated variable lower limit OL_AT is calculated, and the manipulated variable upper limit value OH_AT or the manipulated variable lower limit OL_AT is calculated. It is provided with a correction unit 11 with a two-position operation amount correction.

制御パラメータ調整装置が調整対象とするコントローラについては、第1の実施例で説明したとおりである。
図10は本実施例の制御パラメータ調整装置のAT実行時の動作を説明するフローチャートである。
設定値SP取得部1と制御量PV取得部2と操作量MV出力部3と2位置操作量下側設定部4と2位置操作量上側設定部5とリミットサイクルAT演算部6と起動指示部7と比率RE算出部8の動作(図10ステップS100〜S105)は、第1の実施例と同じである。
The controller to be adjusted by the control parameter adjusting device is as described in the first embodiment.
FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation of the control parameter adjusting device of this embodiment during AT execution.
Set value SP acquisition unit 1, control amount PV acquisition unit 2, operation amount MV output unit 3, 2 position operation amount Lower setting unit 4 and 2 position operation amount Upper setting unit 5, limit cycle AT calculation unit 6, and start instruction unit The operation of 7 and the ratio RE calculation unit 8 (steps S100 to S105 in FIG. 10) is the same as that of the first embodiment.

補正係数設定部10には、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正量を適宜補正するための補正係数αが予め設定されている。発明者が鋭意研究した結果、比率REを用いて2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を修正する場合、高次の制御対象などでは修正量が多めになってしまい、修正に誤差が発生することが判明した。 In the correction coefficient setting unit 10, a correction coefficient α for appropriately correcting the correction amount of the two-position operation amount (OH_AT, OL_AT) is set in advance. As a result of diligent research by the inventor, when the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) is corrected using the ratio RE, the correction amount becomes large for higher-order controlled objects, and an error occurs in the correction. There was found.

制御パラメータ調整装置またはコントローラから出力される操作量MVに対する制御量PVの上下動は、制御対象の次数が高次になるほど、上下動の極値近傍の挙動が、図11の110で示すような直線的な挙動から、111,112で示すような曲線的な挙動へと変化する。制御量PVの極値近傍の曲線的な挙動が大きくなると、図11のΔEr2x,ΔEr1xで示すように極大側と極小側の各偏差の絶対値が異なる倍率で小さくなるので、比率REとしては偏りが大きい側(すなわち比率REが1.0から乖離する側)に影響する。したがって、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正量が多めになる。 As for the vertical movement of the controlled variable PV with respect to the manipulated variable MV output from the control parameter adjusting device or the controller, the higher the order of the controlled object, the more the behavior near the extreme value of the vertical motion is as shown by 110 in FIG. It changes from a linear behavior to a curvilinear behavior as shown by 111 and 112. When the curvilinear behavior near the extreme value of the controlled variable PV becomes large, the absolute values of the deviations on the maximum side and the minimum side become small at different magnifications as shown by ΔEr2x and ΔEr1x in FIG. 11, so that the ratio RE is biased. Affects the side with a large ratio (that is, the side where the ratio RE deviates from 1.0). Therefore, the amount of correction of the two-position operation amount (OH_AT, OL_AT) becomes large.

そこで、本実施例では、補正係数αとして1.0より小さい値が予め設定されている。2位置操作量補正付修正部11は、第1の実施例と同様に2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の設定が適切か否かを判定する(図10ステップS106)。 Therefore, in this embodiment, a value smaller than 1.0 is preset as the correction coefficient α. The correction unit 11 with the two-position manipulation amount correction determines whether or not the setting of the two-position manipulation amount (OH_AT, OL_AT) is appropriate as in the first embodiment (FIG. 10 step S106).

2位置操作量補正付修正部11は、比率REが1より大きい場合(図10ステップS107においてYES)、操作量下限値OL_ATが不適切と判定し、次式のように操作量下限値の修正値OL_AT_newを算出し、この修正値OL_AT_newを2位置操作量下側設定部4に出力する。2位置操作量下側設定部4は、修正値OL_AT_newを操作量下限値OL_ATの新たな値としてリミットサイクルAT演算部6に設定する(図10ステップS108a)。
OL_AT_new=OL_AT+α(OH_AT−OL_AT)(RE−1)
/(RE+1) ・・・(12)
When the ratio RE is larger than 1 (YES in step S107 in FIG. 10), the correction unit 11 with 2-position manipulated variable determines that the manipulated variable lower limit value OL_AT is inappropriate, and corrects the manipulated variable lower limit as shown in the following equation. The value OL_AT_new is calculated, and this modified value OL_AT_new is output to the 2-position manipulated variable lower setting unit 4. The two-position manipulated variable lower setting unit 4 sets the correction value OL_AT_new in the limit cycle AT calculation unit 6 as a new value of the manipulated variable lower limit value OL_AT (step S108a in FIG. 10).
OL_AT_new = OL_AT + α (OH_AT-OL_AT) (RE-1)
/ (RE + 1) ・ ・ ・ (12)

また、2位置操作量補正付修正部11は、比率REが1より小さい場合(図10ステップS109においてYES)、操作量上限値OH_ATが不適切と判定し、次式のように操作量上限値の修正値OH_AT_newを算出し、この修正値OH_AT_newを2位置操作量上側設定部5に出力する。2位置操作量上側設定部5は、修正値OH_AT_newを操作量上限値OH_ATの新たな値としてリミットサイクルAT演算部6に設定する(図10ステップS110a)。
OH_AT_new=OH_AT+α(OH_AT−OL_AT)(RE−1)
/(RE+1) ・・・(13)
Further, when the ratio RE is smaller than 1 (YES in step S109 of FIG. 10), the correction unit 11 with 2-position operation amount correction determines that the operation amount upper limit value OH_AT is inappropriate, and the operation amount upper limit value is as shown in the following equation. The correction value OH_AT_new of is calculated, and this correction value OH_AT_new is output to the 2-position manipulated variable upper setting unit 5. The two-position manipulated variable upper setting unit 5 sets the correction value OH_AT_new as a new value of the manipulated variable upper limit value OH_AT in the limit cycle AT calculation unit 6 (step S110a in FIG. 10).
OH_AT_new = OH_AT + α (OH_AT-OL_AT) (RE-1)
/ (RE + 1) ・ ・ ・ (13)

2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正後のリミットサイクルAT演算部6の動作(図10ステップS111,S112)は、第1の実施例と同じである。PIDパラメータの算出・設定の終了により、リミットサイクルATが終了する。 The operation (FIG. 10 steps S111, S112) of the limit cycle AT calculation unit 6 after the modification of the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) is the same as that of the first embodiment. The limit cycle AT ends when the calculation / setting of the PID parameter is completed.

図12は本実施例のAT実行時の操作量MVと制御量PVの変化の1例を示す波形図であり、図13は図12の拡大図である。図12、図13の例では、時刻20sec.の最初の設定値SP変更と同時にATを起動し、時刻464sec.の時点でATが終了する。そして、AT終了後の時刻800sec.の時点で設定値SPを再び変更し、コントローラによる昇温制御を行っている。 FIG. 12 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable MV and the controlled variable PV during AT execution of this embodiment, and FIG. 13 is an enlarged view of FIG. In the examples of FIGS. 12 and 13, the time is 20 sec. AT was started at the same time as the change of the first set value SP of, and the time was 464 sec. AT ends at this point. Then, the time after the end of AT is 800 sec. At the time of, the set value SP is changed again, and the temperature rise is controlled by the controller.

本実施例では、補正係数α=0.95を採用することで、操作量上限値OH_ATが最初の100%から21.0%に修正される。その結果、第1の実施例(図7、図8)の場合よりも制御量PVの挙動がバランスの良い上下動(時刻400sec.付近の上下動)に改善される。
こうして、本実施例では、高次の制御対象の場合に発生する2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正誤差を補正することができる。
In this embodiment, by adopting the correction coefficient α = 0.95, the operation amount upper limit value OH_AT is corrected from the initial 100% to 21.0%. As a result, the behavior of the controlled variable PV is improved to a well-balanced vertical movement (vertical movement near time 400 sec.) As compared with the case of the first embodiment (FIGS. 7 and 8).
In this way, in this embodiment, it is possible to correct the correction error of the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) that occurs in the case of a high-order control target.

第1、第2の実施例で説明した制御パラメータ調整装置は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置及びインター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。このコンピュータの構成例を図14に示す。 The control parameter adjusting device described in the first and second embodiments can be realized by a computer provided with a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an interface, and a program for controlling these hardware resources. A configuration example of this computer is shown in FIG.

コンピュータは、CPU200と、記憶装置201と、インターフェース装置(以下、I/Fと略する)202とを備えている。I/F202には、例えば温度センサやコントローラ等が接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の制御パラメータ調整方法を実現させるためのプログラムは記憶装置201に格納される。CPU200は、記憶装置201に格納されたプログラムに従って第1、第2の実施例で説明した処理を実行する。 The computer includes a CPU 200, a storage device 201, and an interface device (hereinafter, abbreviated as I / F) 202. For example, a temperature sensor, a controller, or the like is connected to the I / F 202. In such a computer, a program for realizing the control parameter adjusting method of the present invention is stored in the storage device 201. The CPU 200 executes the processes described in the first and second embodiments according to the program stored in the storage device 201.

本発明は、リミットサイクル方式によりコントローラの制御パラメータを調整する技術に適用することができる。 The present invention can be applied to a technique for adjusting control parameters of a controller by a limit cycle method.

1…設定値SP取得部、2…制御量PV取得部、3,22…操作量MV出力部、4…2位置操作量下側設定部、5…2位置操作量上側設定部、6…リミットサイクルAT演算部、7…起動指示部、8…比率RE算出部、9…2位置操作量修正部、10…補正係数設定部、11…2位置操作量補正付修正部、20…設定値SP入力部、21…制御量PV入力部、23…PID制御演算部。 1 ... Set value SP acquisition unit, 2 ... Control amount PV acquisition unit, 3, 22 ... Operation amount MV output unit, 4 ... 2 Position operation amount lower setting unit, 5 ... 2 Position operation amount upper setting unit, 6 ... Limit Cycle AT calculation unit, 7 ... Start instruction unit, 8 ... Ratio RE calculation unit, 9 ... 2 position operation amount correction unit, 10 ... Correction coefficient setting unit, 11 ... 2 position operation amount correction correction unit, 20 ... Set value SP Input unit, 21 ... Control amount PV input unit, 23 ... PID control calculation unit.

Claims (6)

コントローラの制御パラメータを設定するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えた制御パラメータ調整装置において、
予め設定された上限値の操作量と下限値の操作量とを交互に制御対象に出力するように構成されたリミットサイクルオートチューニング演算部と、
制御の設定値と制御量との偏差のうち、前記操作量の出力によって生じた前記制御量の最初の2つの極値のそれぞれにおける前記偏差の絶対値の比率を算出するように構成された比率算出部と、
前記比率に基づいて前記上限値または前記下限値の適切と推測される値を算出して、前記上限値または前記下限値を算出した値に修正するように構成された修正部とを備え、
前記リミットサイクルオートチューニング演算部は、前記上限値または前記下限値が修正された後の前記制御量の応答に基づいて前記コントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定することを特徴とする制御パラメータ調整装置。
In a control parameter adjustment device equipped with a limit cycle auto-tuning function that sets controller control parameters,
A limit cycle auto-tuning calculation unit configured to alternately output the preset upper limit manipulated variable and lower bound manipulated variable to the control target.
Of the deviation between the control set value and the control amount, the ratio configured to calculate the ratio of the absolute value of the deviation at each of the first two extreme values of the control amount generated by the output of the operation amount. Calculation unit and
A correction unit configured to calculate an appropriate value of the upper limit value or the lower limit value based on the ratio and correct the upper limit value or the lower limit value to the calculated value is provided.
The limit cycle auto-tuning calculation unit calculates a control parameter of the controller based on the response of the control amount after the upper limit value or the lower limit value is corrected, and sets the calculated control parameter in the controller. A control parameter adjusting device characterized by.
請求項1記載の制御パラメータ調整装置において、
前記上限値または前記下限値の修正量の補正係数を設定するように構成された補正係数設定部をさらに備え、
前記修正部は、前記比率と前記補正係数とに基づいて、前記上限値または前記下限値の適切と推測される値を算出することを特徴とする制御パラメータ調整装置。
In the control parameter adjusting device according to claim 1,
Further, a correction coefficient setting unit configured to set a correction coefficient of the correction amount of the upper limit value or the lower limit value is provided.
The correction unit is a control parameter adjusting device that calculates an appropriate value of the upper limit value or the lower limit value based on the ratio and the correction coefficient.
請求項2記載の制御パラメータ調整装置において、
前記補正係数は、1より小さい値に設定されていることを特徴とする制御パラメータ調整装置。
In the control parameter adjusting device according to claim 2.
A control parameter adjusting device, characterized in that the correction coefficient is set to a value smaller than 1.
リミットサイクル方式によりコントローラの制御パラメータを設定する制御パラメータ調整方法において、
予め設定された上限値の操作量と下限値の操作量とを交互に制御対象に出力する第1のステップと、
制御の設定値と制御量との偏差のうち、前記操作量の出力によって生じた前記制御量の最初の2つの極値のそれぞれにおける前記偏差の絶対値の比率を算出する第2のステップと、
前記比率に基づいて前記上限値または前記下限値の適切と推測される値を算出して、前記上限値または前記下限値を算出した値に修正する第3のステップと、
前記上限値または前記下限値が修正された後の前記制御量の応答に基づいて前記コントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定する第4のステップとを含むことを特徴とする制御パラメータ調整方法。
In the control parameter adjustment method that sets the control parameters of the controller by the limit cycle method,
The first step of alternately outputting the preset upper limit manipulated variable and the lower bound manipulated variable to the control target, and
A second step of calculating the ratio of the absolute value of the deviation to each of the first two extreme values of the control amount generated by the output of the operation amount among the deviations between the control set value and the control amount.
A third step of calculating an appropriate value of the upper limit value or the lower limit value based on the ratio and correcting the upper limit value or the lower limit value to the calculated value.
It is characterized by including a fourth step of calculating a control parameter of the controller based on the response of the control amount after the upper limit value or the lower limit value is corrected and setting the calculated control parameter in the controller. Control parameter adjustment method.
請求項4記載の制御パラメータ調整方法において、
前記第3のステップは、前記比率と、前記上限値または前記下限値の修正量の補正係数とに基づいて、前記上限値または前記下限値の適切と推測される値を算出するステップを含むことを特徴とする制御パラメータ調整方法。
In the control parameter adjusting method according to claim 4,
The third step includes a step of calculating an appropriate value of the upper limit value or the lower limit value based on the ratio and the correction coefficient of the upper limit value or the correction amount of the lower limit value. A control parameter adjustment method characterized by.
請求項5記載の制御パラメータ調整方法において、
前記補正係数は、1より小さい値に設定されていることを特徴とする制御パラメータ調整方法。
In the control parameter adjusting method according to claim 5,
A control parameter adjusting method, characterized in that the correction coefficient is set to a value smaller than 1.
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