JP2651152B2 - Ｐｉｄ制御装置 - Google Patents
Ｐｉｄ制御装置Info
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- JP2651152B2 JP2651152B2 JP62189458A JP18945887A JP2651152B2 JP 2651152 B2 JP2651152 B2 JP 2651152B2 JP 62189458 A JP62189458 A JP 62189458A JP 18945887 A JP18945887 A JP 18945887A JP 2651152 B2 JP2651152 B2 JP 2651152B2
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- Japan
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- vibration
- control
- correction
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、PID制御装置に関する。
（従来の技術） 従来、PIDパラメータを自動的に調整するオートチュ
ーニング機能を備えたPID制御装置が提供されている。
ーニング機能を備えたPID制御装置が提供されている。
そして、この種のオートチューニングの方法として、
限界感度法とステップ応答法の２種類の方法が用いられ
ている。限界感度法とは、制御装置を比例動作のみとし
て、制御系が安定限界となる比例動作ゲインの値及び持
続振動周期の値より最適なPIDパラメータを求める方法
であり、ステップ応答法とは制御系にステップ状の目標
値変化を与え、応答波形からむだ時間及び応答速度を演
算して最適なPIDパラメータを求める方法である。
限界感度法とステップ応答法の２種類の方法が用いられ
ている。限界感度法とは、制御装置を比例動作のみとし
て、制御系が安定限界となる比例動作ゲインの値及び持
続振動周期の値より最適なPIDパラメータを求める方法
であり、ステップ応答法とは制御系にステップ状の目標
値変化を与え、応答波形からむだ時間及び応答速度を演
算して最適なPIDパラメータを求める方法である。
（発明が解決しようとする問題点） しかるに、これら２種のオートチューニングの方法で
は、制御系に同定信号を与えて始めて調整されるもので
あるので、最適なPIDパラメータを求めた後の制御対象
の特性変化に対しては、再度同定信号を与えて最適値を
求めるか又は操査員が手動により最適値を再設定する必
要がある。
は、制御系に同定信号を与えて始めて調整されるもので
あるので、最適なPIDパラメータを求めた後の制御対象
の特性変化に対しては、再度同定信号を与えて最適値を
求めるか又は操査員が手動により最適値を再設定する必
要がある。
（問題点を解決するための手段） 本発明に係わるPID制御装置は、設定されたPIDパラメ
ータに従って制御対象を定値制御する制御部と、制御結
果の後に発生する出力波形の振動の大きさ及び周期を測
定し、振動の大きさから振動の最大値と平均減衰比とを
算出するとともに、振動周期の平均周期を算出する特性
把握部と、この特性把握部で算出された振動の最大値及
び平均減衰比を、それぞれに対応して予め設定された評
価値と比較して、PIDパラメータの修正の必要の有無を
判別する特性評価部と、この特性評価部での判別結果が
修正を必要とするものであるとき、前記平均周期より求
めた振動周波数の値を制御理論より導き出したゲイン余
裕補正値で除算した値αと、積分時間の逆数値βとを比
較し、α≧βである場合には比例帯を制御理論より導き
出した比例帯修正率で修正し、α＜βである場合には積
分時間をαの逆数値に修正する修正値演算設定部とを備
えたものである。
ータに従って制御対象を定値制御する制御部と、制御結
果の後に発生する出力波形の振動の大きさ及び周期を測
定し、振動の大きさから振動の最大値と平均減衰比とを
算出するとともに、振動周期の平均周期を算出する特性
把握部と、この特性把握部で算出された振動の最大値及
び平均減衰比を、それぞれに対応して予め設定された評
価値と比較して、PIDパラメータの修正の必要の有無を
判別する特性評価部と、この特性評価部での判別結果が
修正を必要とするものであるとき、前記平均周期より求
めた振動周波数の値を制御理論より導き出したゲイン余
裕補正値で除算した値αと、積分時間の逆数値βとを比
較し、α≧βである場合には比例帯を制御理論より導き
出した比例帯修正率で修正し、α＜βである場合には積
分時間をαの逆数値に修正する修正値演算設定部とを備
えたものである。
（作用） 特性把握部は、PID制御装置の制御結果に発生する出
力波形の振動の大きさ及び周期を測定し、振動の大きさ
から振動の最大値と平均減衰比とを算出するとともに、
振動周期の平均周期を算出する。
力波形の振動の大きさ及び周期を測定し、振動の大きさ
から振動の最大値と平均減衰比とを算出するとともに、
振動周期の平均周期を算出する。
特性評価部は、特性把握部で算出された振動の最大値
及び平均減衰比を、それぞれに対応して予め設定された
評価値と比較して、PIDパラメータの修正の必要の有無
を判別する。
及び平均減衰比を、それぞれに対応して予め設定された
評価値と比較して、PIDパラメータの修正の必要の有無
を判別する。
修正値演算設定部は、特性評価部での判別結果が修正
を必要とするものであるとき、平均周期より求めた振動
周波数の値を、制御理論より導き出したゲイン余裕補正
値で除算した値αと、積分時間の逆数値βとを比較す
る。そして、α≧βである場合には、制御理論より導き
出した比例帯修正率で比例帯を修正する。また、α＜β
である場合には、積分時間をαの逆数値に修正する。こ
れらの修正値は制御部に自動設定される。
を必要とするものであるとき、平均周期より求めた振動
周波数の値を、制御理論より導き出したゲイン余裕補正
値で除算した値αと、積分時間の逆数値βとを比較す
る。そして、α≧βである場合には、制御理論より導き
出した比例帯修正率で比例帯を修正する。また、α＜β
である場合には、積分時間をαの逆数値に修正する。こ
れらの修正値は制御部に自動設定される。
すなわち、本発明のPID制御装置は、制御結果に振動
が発生した場合に、PIDコントローラ部のゲインを下げ
れば安定に向かうように調整できる点に着目し、このゲ
インを下げる調整方法に特徴を有するものである。
が発生した場合に、PIDコントローラ部のゲインを下げ
れば安定に向かうように調整できる点に着目し、このゲ
インを下げる調整方法に特徴を有するものである。
（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。
る。
第１図は、本発明に係わるPID制御装置Ａの構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
制御ブロック１は、制御対象２を定値制御するもの
で、設定値と実測値との偏差に対して、設定されたPID
パラメータ（比例帯，積分時間，微分時間）を用いて、
所定のPID演算式に従って出力率yOを出力する。制御対
象２は、例えばむだ時間を有する一次遅れ要素である。
制御対象２の出力である前記実測値は特性把握ブロック
４に取り込まれ、ここで制御対象２の制御特性が振動特
性（第２図参照）になった時に測定される２種のデー
タ、すなわち実測値が設定値より大きくなった行き過ぎ
量A1,A2,…と該行き過ぎ量のピーク間距離である振動周
期P1,P2,…が測定され、これらの値から振動の平均周期
Ｐ及び前記行き過ぎ量の平均減衰比Γが算出される。こ
の算出方法の一例を第３図の流れ図に示している。
で、設定値と実測値との偏差に対して、設定されたPID
パラメータ（比例帯，積分時間，微分時間）を用いて、
所定のPID演算式に従って出力率yOを出力する。制御対
象２は、例えばむだ時間を有する一次遅れ要素である。
制御対象２の出力である前記実測値は特性把握ブロック
４に取り込まれ、ここで制御対象２の制御特性が振動特
性（第２図参照）になった時に測定される２種のデー
タ、すなわち実測値が設定値より大きくなった行き過ぎ
量A1,A2,…と該行き過ぎ量のピーク間距離である振動周
期P1,P2,…が測定され、これらの値から振動の平均周期
Ｐ及び前記行き過ぎ量の平均減衰比Γが算出される。こ
の算出方法の一例を第３図の流れ図に示している。
第３図において、ステップ，は実測値の採取ステ
ップであり、実測値が設定値を中心に振動を開始してか
らのｎ個の振動周期Pi及び行き過ぎ量Ai（ｉ＝１〜ｎ）
をそれぞれ取り込む。そして、ステップでは取り込ん
だｎ個の振動周期Piの平均値Ｐを演算し、またステップ
では隣合う行き過ぎ量Aiの比をとって減衰比Γｉを算
出し、さらにステップで平均減衰比Γを算出する。
ップであり、実測値が設定値を中心に振動を開始してか
らのｎ個の振動周期Pi及び行き過ぎ量Ai（ｉ＝１〜ｎ）
をそれぞれ取り込む。そして、ステップでは取り込ん
だｎ個の振動周期Piの平均値Ｐを演算し、またステップ
では隣合う行き過ぎ量Aiの比をとって減衰比Γｉを算
出し、さらにステップで平均減衰比Γを算出する。
また、前記特性把握ブロック４では、平均周期Ｐ及び
平均減衰比Γの算出の他に行き過ぎ量Aiの最大値Amaxを
求める。そして、この行き過ぎ量の最大値Amaxと平均減
衰比Γは特性評価ブロック５に入力され、ここでこれら
値は特性評価データテーブル６に与えられた評価値と比
較される。下表はこの特性評価データテーブル６に与え
られている評価値とその評価方法を例示している。
平均減衰比Γの算出の他に行き過ぎ量Aiの最大値Amaxを
求める。そして、この行き過ぎ量の最大値Amaxと平均減
衰比Γは特性評価ブロック５に入力され、ここでこれら
値は特性評価データテーブル６に与えられた評価値と比
較される。下表はこの特性評価データテーブル６に与え
られている評価値とその評価方法を例示している。
この表中で「OK」に評価されると、実測値の振動特性
が大きいので、前記制御ブロック１で設定されているPI
Dパラメータは良好であるので修正を行わないが、「O
K」でないときには修正値演算・設定ブロック７におい
て、修正ルールデータテーブル８の内容に従って制御ブ
ロック１において、既に設定されているPIDパラメータ
の内、比例帯若しくは積分時間の一方の値を修正する。
この修正方法の一例を第５図の流れ図に示している。な
お、本例では積分時間の修正に際しては、微分時間の修
正も行っている。
が大きいので、前記制御ブロック１で設定されているPI
Dパラメータは良好であるので修正を行わないが、「O
K」でないときには修正値演算・設定ブロック７におい
て、修正ルールデータテーブル８の内容に従って制御ブ
ロック１において、既に設定されているPIDパラメータ
の内、比例帯若しくは積分時間の一方の値を修正する。
この修正方法の一例を第５図の流れ図に示している。な
お、本例では積分時間の修正に際しては、微分時間の修
正も行っている。
第５図において、ステップは、上述したように比例
帯若しくは積分時間のどちらを修正するのかを判断する
ための判断量を演算するステップである。すなわち、前
記平均周期Ｐより振動周波数ωＯ（２π/P）を求め、こ
の値をゲイン余裕補正値GH（GHは例えば１〜10の値）で
除算した値をαとし、積分時間Tiの逆数をβとする。そ
して、ステップにおいてαの値とβの値とを比較し、
α≧βであればステップで比例帯PBを比例帯修正率PK
で修正し、α＜βであればステップで積分時間をαの
逆数値に修正する（修正後の積分時間をTiNとする）。
ステップでは、ジーグラ・ニコルスの最適調整の関係
式によりこの修正後の積分時間TiNに係数ａを乗じた値
を修正微分時間TDNとする。しかして、ステップでは
ステップ〜で求めた修正後の比例帯PBN、積分時間T
iN、微分時間TDNを前記制御ブロック１に設定する。な
お、本例では上述した一連の動作を担う各ブロック４〜
８は自動修正起動指示ブロック３の指令によって起動さ
れる。
帯若しくは積分時間のどちらを修正するのかを判断する
ための判断量を演算するステップである。すなわち、前
記平均周期Ｐより振動周波数ωＯ（２π/P）を求め、こ
の値をゲイン余裕補正値GH（GHは例えば１〜10の値）で
除算した値をαとし、積分時間Tiの逆数をβとする。そ
して、ステップにおいてαの値とβの値とを比較し、
α≧βであればステップで比例帯PBを比例帯修正率PK
で修正し、α＜βであればステップで積分時間をαの
逆数値に修正する（修正後の積分時間をTiNとする）。
ステップでは、ジーグラ・ニコルスの最適調整の関係
式によりこの修正後の積分時間TiNに係数ａを乗じた値
を修正微分時間TDNとする。しかして、ステップでは
ステップ〜で求めた修正後の比例帯PBN、積分時間T
iN、微分時間TDNを前記制御ブロック１に設定する。な
お、本例では上述した一連の動作を担う各ブロック４〜
８は自動修正起動指示ブロック３の指令によって起動さ
れる。
次に、制御ブロック１及び制御対象２の伝達関数を下
式（１），（２）とし、前記ゲイン余裕補正値GHを１と
した場合の制御例について説明する。
式（１），（２）とし、前記ゲイン余裕補正値GHを１と
した場合の制御例について説明する。
第４図はかかるPID制御を行っている時の制御ブロッ
ク１の制御特性を示すボード線図であり、２種のβの値
（β２＜ωＯ＜β１）を有する制御特性10,11を例示し
ている。
ク１の制御特性を示すボード線図であり、２種のβの値
（β２＜ωＯ＜β１）を有する制御特性10,11を例示し
ている。
前記振動周波数ωＯよりも大きいβ１を有する場合に
制御系が振動（不安定）の時には（制御特性11）、ゲイ
ン余裕を所定（例えば3dB）以上負とするためにβの値
を小さく、すなわち積分時間を大きくする制御をなし、
一方振動周波数ωＯよりも小さいβ２を有する場合に制
御系が振動（不安定）の時には（制御特性10）、制御ブ
ロック１のゲインkCを小さくする制御をなす。
制御系が振動（不安定）の時には（制御特性11）、ゲイ
ン余裕を所定（例えば3dB）以上負とするためにβの値
を小さく、すなわち積分時間を大きくする制御をなし、
一方振動周波数ωＯよりも小さいβ２を有する場合に制
御系が振動（不安定）の時には（制御特性10）、制御ブ
ロック１のゲインkCを小さくする制御をなす。
ところで、上式（１）及び（２）で表される伝達関数
を有する制御系では、閉ループの伝達関数は高次系であ
るが、これを下式（３）の２次系の伝達関数GO（Ｓ）で
近似し、この伝達関数GO（Ｓ）中の減衰係数ζと前記減
衰比Γｉとの関係を用いて、開ループの伝達関数Ｇを表
すと下式（４）（但し、このとき開ループ伝達関数の位
相を−180゜とする。）になる。
を有する制御系では、閉ループの伝達関数は高次系であ
るが、これを下式（３）の２次系の伝達関数GO（Ｓ）で
近似し、この伝達関数GO（Ｓ）中の減衰係数ζと前記減
衰比Γｉとの関係を用いて、開ループの伝達関数Ｇを表
すと下式（４）（但し、このとき開ループ伝達関数の位
相を−180゜とする。）になる。
但し、k:ゲイン定数 ωn:固有周波数 この式（４）によれば、制御系の減衰比を実プロセス
の観測により求めれば、開ループ伝達関数のゲインＧを
求めることができる。特に、この場合のゲイン調整はニ
コルス線図を用いて、所定の共振値MPをとる時の開ルー
プ伝達関数のゲインと前記平均減衰比Γを式（４）に代
入して求めたゲインが等しくなるように制御ブロック１
のゲインkCが調整される。
の観測により求めれば、開ループ伝達関数のゲインＧを
求めることができる。特に、この場合のゲイン調整はニ
コルス線図を用いて、所定の共振値MPをとる時の開ルー
プ伝達関数のゲインと前記平均減衰比Γを式（４）に代
入して求めたゲインが等しくなるように制御ブロック１
のゲインkCが調整される。
例えばΓ＝0.75のとき開ループゲインは約−0.76dBと
なり、Γ＝0.25迄改善したい場合はΓ＝0.25の時の開ル
ープゲイン（約−3.05dB）を求め、比例帯のゲインを−
3.05−（−0.76）＝2.29dB下げればよいことになる。こ
のようなゲイン差（ΓＳ−Γ）と比例帯の修正率PKの関
係を第６図に示している。
なり、Γ＝0.25迄改善したい場合はΓ＝0.25の時の開ル
ープゲイン（約−3.05dB）を求め、比例帯のゲインを−
3.05−（−0.76）＝2.29dB下げればよいことになる。こ
のようなゲイン差（ΓＳ−Γ）と比例帯の修正率PKの関
係を第６図に示している。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、制御対象の特性
変化の結果、制御系に振動状態が発生してもPIDパラメ
ータを自動的に修正するので、常に最適な条件で自動運
転することができる。また、本発明によれば、振動周期
と積分時間との関数を定義してその値を比較することに
より、比例帯を修正するか、積分時間を修正するかを判
断し、積分時間の修正には制御理論より導き出したゲイ
ン余裕補正値を用い、比例帯の修正には制御理論より導
き出した比例帯修正率を用いているので、修正後の制御
結果は極めて良好なものとなる。つまり、制御結果の振
動を早期に安定させることができるものである。
変化の結果、制御系に振動状態が発生してもPIDパラメ
ータを自動的に修正するので、常に最適な条件で自動運
転することができる。また、本発明によれば、振動周期
と積分時間との関数を定義してその値を比較することに
より、比例帯を修正するか、積分時間を修正するかを判
断し、積分時間の修正には制御理論より導き出したゲイ
ン余裕補正値を用い、比例帯の修正には制御理論より導
き出した比例帯修正率を用いているので、修正後の制御
結果は極めて良好なものとなる。つまり、制御結果の振
動を早期に安定させることができるものである。
第１図は本発明に係わるPID制御装置の構成例を示すブ
ロック図、第２図は制御特性の一例を示すグラフ、第３
図は制御特性のデータ採取の手順を示す流れ図、第４図
は制御ブロックのボード線図を例示する図、第５図はPI
Dパラメータの修正値の算出手順を示す流れ図、第６図
はゲイン差と比例帯修正率の関係を示すグラフである。 １……制御ブロック、２……制御対象 ４……特性把握ブロック ５……特性評価ブロック ６……特性評価データテーブル ７……修正値演算・設定ブロック ８……修正ルールデータテーブル
ロック図、第２図は制御特性の一例を示すグラフ、第３
図は制御特性のデータ採取の手順を示す流れ図、第４図
は制御ブロックのボード線図を例示する図、第５図はPI
Dパラメータの修正値の算出手順を示す流れ図、第６図
はゲイン差と比例帯修正率の関係を示すグラフである。 １……制御ブロック、２……制御対象 ４……特性把握ブロック ５……特性評価ブロック ６……特性評価データテーブル ７……修正値演算・設定ブロック ８……修正ルールデータテーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−108306（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】設定されたPIDパラメータに従って制御対
象を定値制御する制御部と、 制御結果の後に発生する出力波形の振動の大きさ及び周
期を測定し、振動の大きさから振動の最大値と平均減衰
比とを算出するとともに、振動周期の平均周期を算出す
る特性把握部と、 この特性把握部で算出された振動の最大値及び平均減衰
比を、それぞれに対応して予め設定された評価値と比較
して、PIDパラメータの修正の必要の有無を判別する特
性評価部と、 この特性評価部での判別結果が修正を必要とするもので
あるとき、前記平均周期より求めた振動周波数の値を制
御理論より導き出したゲイン余裕補正値で除算した値α
と、積分時間の逆数値βとを比較し、α≧βである場合
には比例帯を制御理論より導き出した比例帯修正率で修
正し、α＜βである場合には積分時間をαの逆数値に修
正する修正値演算設定部とを備えたことを特徴とするPI
D制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62189458A JP2651152B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | Ｐｉｄ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62189458A JP2651152B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | Ｐｉｄ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6432304A JPS6432304A (en) | 1989-02-02 |
| JP2651152B2 true JP2651152B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=16241600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62189458A Expired - Lifetime JP2651152B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | Ｐｉｄ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2651152B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6510353B1 (en) * | 1999-11-04 | 2003-01-21 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | Determining tuning parameters for a process controller from a robustness map |
| JP2007110860A (ja) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電動機の制御装置 |
| JP4630853B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2011-02-09 | 日立ビアメカニクス株式会社 | 移動体の位置決め制御装置及びレーザ加工装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0610761B2 (ja) * | 1985-11-06 | 1994-02-09 | 横河電機株式会社 | 調節計 |
-
1987
- 1987-07-29 JP JP62189458A patent/JP2651152B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6432304A (en) | 1989-02-02 |
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