JP2691241B2 - Process control equipment - Google Patents
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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、少くとも比例，積分（PI）制御動作によ
り、目標値にプロセスの制御量をフィードバック制御す
るプロセス制御装置に係り、特に制御パラメータのオー
トチューニングを可能にするプロセス制御装置に関す
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a process control device for performing feedback control of a controlled variable of a process to a target value by at least proportional and integral (PI) control operations, and particularly to control parameters. The present invention relates to a process control device that enables automatic tuning.
従来、プロセス制御装置における制御パラメータのチ
ューニング調整員が制御量の変動を観測しながら手動で
行っていた。このため、調整作業に長時間を費やすとと
もに、チューニング結果に調整員の個人差が現れるなど
の問題があった。Conventionally, a tuning parameter adjuster in a process control device has manually performed the adjustment while observing the fluctuation of the control amount. For this reason, there is a problem that the adjustment work takes a long time and the tuning results show individual differences among the adjusters.
一方、制御理論面から、制御対象に同定用テスト信号
を印加して制御対象の動特性を同定し、その結果に基づ
き制御パラメータを最適値にチューニングする方式が数
多く提案されているが、同定用テスト信号の印加により
制御量を動揺させるため、品質低下や非線形性の高いプ
ラントでは異常状態に陥るなどの問題が予想される。
又、制御対象の動特性変化に対しては、その都度、同定
テストを実施しないと制御パラメータの最適値が得られ
ない等、使用する面で問題があった。On the other hand, from the viewpoint of control theory, many methods have been proposed in which an identification test signal is applied to the control target to identify the dynamic characteristics of the control target and the control parameters are tuned to optimum values based on the results. Since the control amount is fluctuated by the application of the test signal, problems such as quality deterioration and abnormal state in a plant with high nonlinearity are expected.
In addition, there is a problem in terms of use such that the optimum value of the control parameter cannot be obtained unless an identification test is performed for each change in the dynamic characteristics of the controlled object.
さらに、制御量応答形状をみて、制御パラメータをチ
ューニングするヒュウーリステックな方法（エキスパー
ト法）としては、「計測技術：（昭和61年９月）、エキ
スパート・セルフ・チューニング調節計（p66−p7
2）」，「計測技術（昭和61年９月）、エキスパート法
によるPIDセルフ・チューニング（p52−p59）」，特開
昭61−245203公報及び特開昭62−108306号公報に述べら
れている。これらの方法は、実制御応答形状の極値を検
出し、得られた極値を用いて、制御性を評価するための
オーバーシュート量や振幅減衰比を求め、その結果から
所定の関係に従って制御パラメータを修正する方法であ
る。これらの方法によると、制御量がノイズで乱された
場合には実制御応答形状の極値を誤って検出し、その結
果、オーバーシュート量や振幅減衰比が不正確になり、
制御パラメータを的確に修正できなくなるほどの欠点が
予想される。Furthermore, as a Huerlistic method (expert method) for tuning the control parameter by looking at the control amount response shape, "Measurement Technology: (September 1986), Expert Self Tuning Controller (p66-p7
2) "," Measurement technology (September 1986), PID self-tuning by expert method (p52-p59) ", JP-A-61-245203 and JP-A-62-108306. . These methods detect the extreme value of the actual control response shape, use the obtained extreme value to obtain the overshoot amount and the amplitude damping ratio for evaluating controllability, and control the result according to a predetermined relationship. This is a method of modifying the parameters. According to these methods, when the control amount is disturbed by noise, the extreme value of the actual control response shape is erroneously detected, and as a result, the overshoot amount and the amplitude damping ratio become inaccurate.
It is expected that there will be a drawback that the control parameters cannot be corrected accurately.
従来のプロセス制御装置にあっては、制御パラメータ
のチューニングを調整員が手動で行うため、個人差が現
れる問題があり、また、制御対象に同定用テスト信号を
印加することにより、制御量を動揺させてプラントの異
常状態を招くなどの問題があり、さらにセルフ・チュー
ニングでは実制御応答形状の極値をノイズ等で誤って検
出し、制御パラメータを的確に修正できない等の問題点
があった。In the conventional process control device, since the tuning parameter is manually adjusted by the coordinator, there is a problem that individual differences appear, and the control amount fluctuates by applying the identification test signal to the control target. However, there is a problem that an abnormal state of the plant is caused, and further, the self-tuning has a problem that the extreme value of the actual control response shape is erroneously detected by noise and the control parameter cannot be corrected accurately.
本発明の目的は、運転員の手を煩せずに、しかも、プ
ロセスに同定用テスト信号を印加することなく、また、
ノイズに影響されずに、制御パラメータを的確にオート
チューニングできるプロセス制御装置を提供することに
ある。It is an object of the present invention, without bothering an operator, and without applying an identification test signal to a process,
An object of the present invention is to provide a process control device capable of accurately auto-tuning a control parameter without being affected by noise.
前記の目的を達成するため、本発明に係るプロセス制
御装置は、目標値にプロセスの制御量をフィードバック
制御し、少くとも比例・積分制御動作を行うプロセス制
御装置において、目標値の変化又は外乱の印加により発
生する目標値と制御量との制御偏差を波形で観測し、制
御偏差を半周期ごとにその絶対値を時間積分して面積値
を演算する制御応答観測手段と、制御応答が整定したの
ち面積値から第１、第２及び第３の評価指標を算出する
評価指標算出手段と、それぞれの評価指標を入力し、そ
れぞれの大きさと制御パラメータの大きさとの関係を定
性的に表した調整ルールに基づきファジィ推論により制
御パラメータの修正係数を推論する制御パラメータ修正
係数推論手段と、修正係数と制御パラメータの現在値と
の積により該制御パラメータの調整値を演算する制御パ
ラメータ調整値演算手段とからなる構成とする。In order to achieve the above-mentioned object, the process control device according to the present invention feedback-controls a controlled variable of a process to a target value, and in a process control device performing at least a proportional / integral control operation, a change in the target value or a disturbance A control response observation means for observing the control deviation between the target value and the control amount generated by the application with a waveform, and integrating the absolute value of the control deviation every half cycle to calculate the area value, and the control response were settled. After that, the evaluation index calculation means for calculating the first, second, and third evaluation indexes from the area value, and the respective evaluation indexes are input, and the adjustment qualitatively representing the relationship between each size and the size of the control parameter is performed. The control parameter correction coefficient inference means for inferring the correction coefficient of the control parameter by fuzzy inference based on the rule, and the control parameter by the product of the correction coefficient and the current value of the control parameter. A structure consisting of a control parameter adjusting value calculating means for calculating an adjustment value for the meter.
本発明のプロセス制御装置によれば、制御応答観測手
段により制御偏差が所定値を越えたときに制御応答の観
測が開始され、プロセスの動特性変化が速やかに検出さ
れる。さらに、制御量がノイズに乱された場合にも制御
偏差の面積値を求めることにより常に正確に評価指標が
求められる。制御パラメータ修正係数推論手段は、熟練
運転員の思考と似た方法で制御パラメータをチューニン
グさせるためファジィ推論を適用し、制御応答のオーバ
ーシュート量及び減衰比を面積値で捉えた面積オーバー
シュート量及び面積減衰比、さらに、制御量の適応性を
評価するために面積値の総和を定性的に評価することに
より、制御パラメータの修正係数が求められ、制御パラ
メータの調整値が得られる。According to the process control device of the present invention, the control response observation means starts the observation of the control response when the control deviation exceeds the predetermined value, and the change in the dynamic characteristic of the process is promptly detected. Further, even when the control amount is disturbed by noise, the evaluation index can always be accurately obtained by obtaining the area value of the control deviation. The control parameter correction coefficient inference means applies fuzzy inference to tune the control parameters in a manner similar to the thinking of a skilled operator, and determines the overshoot amount and damping ratio of the control response by the area value and the area overshoot amount and The correction coefficient of the control parameter is obtained by qualitatively evaluating the area damping ratio and the total sum of the area values in order to evaluate the adaptability of the control amount, and the adjustment value of the control parameter is obtained.
本発明の一実施例を第１図により説明する。 One embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第１図に示されるように、プロセス制御装置１は目標
値SVと制御量PVとの比較により得られた制御偏差信号を
例えばPID（比例，積分，微分）演算などを行い、その
結果を操作量MVとして制御対象となるプロセス２に入力
する。プロセス制御装置１のオートチューニング機能
（手段）３は、制御応答観測評価機能（手段）４及び制
御パラメータ修正機能（手段）５から構成される。さら
に、制御応答観測評価機能４は制御応答観測機能（手
段）4aと評価指標算出機能（手段）4b,制御パラメータ
修正機能（手段）５は調整ルール5a,制御パラメータ修
正係数推論機能（手段）5b及び制御パラメータ調整値演
算機能（手段）5cからそれぞれ構成される。As shown in FIG. 1, the process control device 1 performs, for example, PID (proportional, integral, derivative) calculation on the control deviation signal obtained by comparing the target value SV and the controlled variable PV, and manipulates the result. The quantity MV is input to the process 2 to be controlled. The automatic tuning function (means) 3 of the process control device 1 is composed of a control response observation / evaluation function (means) 4 and a control parameter correction function (means) 5. Further, the control response observation / evaluation function 4 is a control response observation function (means) 4a and an evaluation index calculation function (means) 4b, a control parameter correction function (means) 5 is an adjustment rule 5a, a control parameter correction coefficient inference function (means) 5b. And a control parameter adjustment value calculation function (means) 5c.
つぎに、各機能（手段）について説明する。制御応答
観測機能（手段）4aは、目標値SV及び制御量PVを常時監
視し、制御量PVが目標値SVに整定した後、目標値SVと制
御量PVとの制御偏差信号が所定値を越えた時点で制御応
答を観測し始める。観測開始と同時に同極性の制御偏差
が継続する期間だけ制御偏差の絶対値を時間積分して得
られる面積値を、制御偏差の極性が替わる毎に、つまり
半周期ごとに、順次、求め、制御量PVが目標値SVに整定
した時点で観測を終了し、評価指標算出機能4bは、得ら
れた複数個の面積値から面積オーバーシュート量，面積
減衰比及び面積値総和の前回値と今回値との比である総
面積比を求める。第２図を参照して面積オーバーシュー
ト量，面積減衰比及び総面積比の求め方を説明する。Next, each function (means) will be described. The control response observation function (means) 4a constantly monitors the target value SV and the control amount PV, and after the control amount PV has settled to the target value SV, the control deviation signal between the target value SV and the control amount PV has a predetermined value. When it exceeds, the control response starts to be observed. The area value obtained by time-integrating the absolute value of the control deviation for the period in which the control deviation of the same polarity continues at the same time as the start of observation is obtained and controlled every time the polarity of the control deviation changes, that is, every half cycle. The observation ends when the quantity PV has settled to the target value SV, and the evaluation index calculation function 4b uses the obtained area values to determine the area overshoot amount, the area attenuation ratio, and the previous value of the area value sum and the current value. The total area ratio, which is the ratio of A method of obtaining the area overshoot amount, the area attenuation ratio, and the total area ratio will be described with reference to FIG.
同図は目標値SVが時間t0でステップ変化した時の制御
量PVの時間応答例であり、時間t1、t2、t3で目標値SVと
制御値PVとの差である制御偏差信号の極性が切り替わ
り、時間t4で整定した場合を示す。この場合、半サイク
ル（半周期）毎に制御偏差の絶対値を時間積分して得ら
れる面積値としてA1,A2,A3,A4（第１番目，第２番目，
第３番目，第４番目の面積値）が求められ、面積オーバ
ーシュート量E,面積減衰比Ｄ及び総面積比Ｒ等の評価指
標を次式で求める。The figure is a time response of the control variable PV when the target value SV is step change at time t 0, the control deviation is the difference between the target value SV and the control value PV at time t 1, t 2, t 3 The case where the polarity of the signal is switched and settling at time t 4 is shown. In this case, A1, A2, A3, A4 (first, second, as the area value obtained by time-integrating the absolute value of the control deviation for each half cycle)
The third and fourth area values) are obtained, and the evaluation indexes such as the area overshoot amount E, the area damping ratio D, and the total area ratio R are obtained by the following formula.
Ｅ＝A2/A1（第１の評価指標） Ｄ＝A3/A2（第２の評価指標） Ｒ＝ΣAi,n−1/ΣAi,n（第３の評価指標） ここで、ｎ−1,nは前回，今回のチューニング試行を
示す。なお、A2が得られない場合はＤに負の疑似値，初
回試行時にはＲに例えば１を設定する。E = A2 / A1 (first evaluation index) D = A3 / A2 (second evaluation index) R = ΣAi, n−1 / ΣAi, n (third evaluation index) where n−1, n Shows the tuning trial of this time. If A2 cannot be obtained, a negative pseudo value is set in D, and R is set to 1 for the first trial.
次に、ファジィ推論を用いた制御パラメータ修正係数
推論機能5bについて説明する。面積オーバーシュート量
E,面積減衰比Ｄ及び総面積比Ｒの大きさを定性的に評価
するために第３図〜第５図に示すようなメンバーシップ
関数を定義する。図中のＥ（ｉ）（ｉ＝１〜５）,D
（ｉ）（ｉ＝１〜３）及びＲ（ｉ）（ｉ＝１〜３）はメ
ンバーシップ関数を規定する定数であり、PB,PM,ZE,NB
は大きさを定性的に評価するためにメンバーシップ関数
に与えた名称であり、各々、下記の意味を持つ。Next, the control parameter correction coefficient inference function 5b using fuzzy inference will be described. Area overshoot amount
In order to qualitatively evaluate the magnitudes of E, area damping ratio D and total area ratio R, a membership function as shown in FIGS. 3 to 5 is defined. E (i) (i = 1 to 5), D in the figure
(I) (i = 1 to 3) and R (i) (i = 1 to 3) are constants defining the membership function, and PB, PM, ZE, NB
Is the name given to the membership function to evaluate the size qualitatively, and has the following meanings.
PB:Positive Big（大） PM:Positive Medium（中） ZE:Zero（適正） NB:Negative Big（小） また、図の縦軸はメンバーシップ値Ｇであり、定性的
な度合を表す。これらのメンバーシップ関数を用いて、
プロセス制御装置１がPIDコントローラの場合を対象と
して作成した種々の制御応答に対するP,I,Dの各制御パ
ラメータの調整ルール5aの一例を第６図に示す。PB: Positive Big (Large) PM: Positive Medium (Medium) ZE: Zero (Proper) NB: Negative Big (Small) The vertical axis of the figure is the membership value G, which represents a qualitative degree. Using these membership functions,
FIG. 6 shows an example of the adjustment rule 5a of the P, I, and D control parameters for various control responses created for the case where the process control device 1 is a PID controller.
例えば、ルール２の場合は、if（E is PB and D is P
M and R is PB、つまりＥはPB,DはPM,RはPB）then（CKP
is NB and CTI is NB and CTD is ZE、つまりCKPはNB,
CTIはNBそしてCTDはZE）、という意味であり、ifの部分
を条件部、thenの部分を結論部と称する。ここに、CKP
は比例ゲイン、CTIは積分時間及びCTDは微分時間に関す
る各々の修正係数を示す。第７図は定性的に決定された
制御パラメータの修正係数を定量的な値に変換するため
のメンバーシップ関数である。図中のＣ（ｉ）（ｉ＝１
〜４）はメンバーシップ関数の形を規定する定数であ
る。PB,ZE,NBは制御パラメータ修正係数の大きさを定性
的に表すためにメンバーシップ関数に与えた名称であ
り、第３図〜第５図の中で使用している名称に対応して
いる。また、図の縦軸はメンバーシップ値Ｇである。以
下、第６図に示したルール２及び３を適用した場合を例
にとり、制御パラメータの修正係数の求め方について説
明する。第８図にファジィ推論による比例ゲインの修正
係数CKPの決定方法を示す。制御量応答観測機能４で得
られた面積オーバーシュート量E0,面積減衰比D0,総面積
比R0の定性的な度合を第３図〜第５図の各メンバーシッ
プ関数を用いて求める。ルール２ではGep,Gdm,Grp、ル
ール３ではGep,Gdm,Grzという値になる。ルール毎に積
集合（最小値）演算を行い、各ルールの適合度を求め
る。ルール２ではGrp、ルール３ではGrzが各々の適合度
として得られる。つぎに、各ルールの結論部のメンバー
シップ関数を各ルールの適合度で重み付けし、それらの
和集合（最大値）演算を行い、その重心の値を比例ゲイ
ン修正係数CKP0とする。積分時間及び微分時間の各修正
係数CTI,CTDについても同様にして求める。For example, in the case of rule 2, if (E is PB and D is P
M and R is PB, that is, E is PB, D is PM, R is PB) then (CKP
is NB and CTI is NB and CTD is ZE, that is, CKP is NB,
CTI means NB and CTD means ZE), and the if part is called the conditional part and the then part is the conclusion part. Where CKP
Is a proportional gain, CTI is an integration time, and CTD is a correction coefficient for each derivative time. FIG. 7 is a membership function for converting the qualitatively determined correction coefficient of the control parameter into a quantitative value. C (i) in the figure (i = 1
4) are constants defining the form of the membership function. PB, ZE, and NB are names given to the membership function to qualitatively express the magnitude of the control parameter modification coefficient, and correspond to the names used in FIGS. 3 to 5. . The vertical axis of the figure is the membership value G. Hereinafter, how to obtain the correction coefficient of the control parameter will be described by taking the case of applying the rules 2 and 3 shown in FIG. 6 as an example. FIG. 8 shows a method of determining the correction coefficient CKP of the proportional gain by fuzzy reasoning. The qualitative degree of the area overshoot amount E 0 , the area damping ratio D 0 , and the total area ratio R 0 obtained by the control amount response observation function 4 is obtained by using the membership functions of FIGS. 3 to 5. . In Rule 2, the values are Gep, Gdm, Grp, and in Rule 3, the values are Gep, Gdm, Grz. The intersection (minimum value) operation is performed for each rule, and the goodness of fit of each rule is obtained. In Rule 2, Grp is obtained as the matching degree, and in Rule 3, Grz is obtained as the matching degree. Next, the membership function of the conclusion part of each rule is weighted by the goodness of fit of each rule, the union (maximum value) of them is calculated, and the value of the center of gravity is set as the proportional gain correction coefficient CKP 0 . The correction coefficients CTI and CTD of the integration time and the derivative time are also obtained in the same manner.
制御パラメータ調整値演算機能5cでは、前記制御パラ
メータ修正係数推論機能5bで得られた制御パラメータの
修正係数と制御パラメータの現在値とを乗じ、PID制御
パラメータの各調整値を決定する。The control parameter adjustment value calculation function 5c multiplies the control parameter modification coefficient inference function 5b obtained by the control parameter modification coefficient and the control parameter current value to determine each adjustment value of the PID control parameter.
第９図に前記オートチューニング機能３の概略処理フ
ロー図を示す。ブロック10により一定周期でSV及びPVを
入力し、その都度、ブロック11でオートチューニング機
能３の処理状態を示す状態フラグを判別する。状態フラ
グが０の場合は制御応答の監視状態、状態フラグが１の
場合は制御応答の観測評価状態、状態フラグが２の場合
は制御パラメータ計算状態を意味する。状態フラグが０
の場合はブロック12により、制御偏差信号が所定値を超
えたか否かを判定する。制御偏差信号が所定値を超えた
ときはブロック13により状態フラグを１に設定し、制御
応答の観測状態に移る。制御偏差信号が所定値を超えな
いときは制御応答の監視状態を維持する。ブロック11で
状態フラグが１の場合はブロック14により制御偏差の極
性が前回と同一のときは制御偏差の絶対値の時間積分処
理を継続し、その極性が前回と異なるときには前回の時
間積分値を面積値として記憶する。この処理はブロック
15によりPVがSVに整定する（観測完了）まで続けられ
る。ここまでの処理フローは前記制御応答観測機能4aに
対応する。観測が完了するとブロック14で得られた面積
値を用いて、評価指標（面積オーバーシュート量，面積
減衰比及び総面積比）をブロック16（前記評価指標算出
機能4b）で求め、ブロック17で状態フラグを２に設定
し、制御パラメータ計算状態に移る。つぎに、ブロック
11での判定結果、状態フラグが２の場合はブロック18
（制御パラメータ修正係数推論機能5b）により制御パラ
メータの修正係数を、ブロック19（制御パラメータ調整
値演算機能5c）により制御パラメータの調整値を順次求
める。得られた制御パラメータの調整値は前記プロセス
制御装置１の制御演算に用いられる。ブロック19の処理
が終ると、ブロック20により状態フラグを０にリセット
し、制御応答の監視状態に戻る。FIG. 9 shows a schematic processing flow chart of the auto tuning function 3. The block 10 inputs SV and PV in a constant cycle, and each time, the block 11 determines the state flag indicating the processing state of the auto tuning function 3. A state flag of 0 means a control response monitoring state, a state flag of 1 means a control response observation evaluation state, and a state flag of 2 means a control parameter calculation state. Status flag is 0
If so, block 12 determines whether the control deviation signal exceeds a predetermined value. When the control deviation signal exceeds the predetermined value, the state flag is set to 1 by block 13 and the control response observation state is entered. When the control deviation signal does not exceed the predetermined value, the control response monitoring state is maintained. When the status flag is 1 in block 11, the time integration processing of the absolute value of the control deviation is continued when the polarity of the control deviation is the same as the previous time by the block 14, and when the polarity is different from the previous time, the previous time integration value is set. It is stored as an area value. This process is a block
It continues until PV is set to SV by 15 (observation completed). The processing flow up to here corresponds to the control response observation function 4a. When the observation is completed, the evaluation index (area overshoot amount, area attenuation ratio and total area ratio) is obtained in block 16 (the evaluation index calculation function 4b) using the area value obtained in block 14, and the status is calculated in block 17. The flag is set to 2 and the control parameter calculation state is entered. Next, the block
If the result of judgment in 11 is that the status flag is 2, block 18
The control parameter correction coefficient inference function 5b) sequentially obtains the control parameter correction coefficient, and the block 19 (control parameter adjustment value calculation function 5c) sequentially obtains the control parameter adjustment value. The obtained adjustment value of the control parameter is used for the control calculation of the process control device 1. When the processing of block 19 is finished, the status flag is reset to 0 by block 20 and the control response monitoring status is restored.
つぎに、本発明によるプロセス制御装置を二次遅れ・
むだ時間特性の制御対象に対して適用し、目標値SVのス
テップ変化を繰返したときのオートチューニング過程を
第10図及び第11図に示す。第10図は制御量PVがノイズに
乱されない場合、第11図は制御量PVがノイズに乱された
場合を示す。第10図及び第11図とも３回の試行で目標制
御仕様（面積オーバーシュート量;5〜10％，面積減衰
比;0〜0.5）に速やかに達していることが分かる。Next, the process control device according to the present invention is
FIG. 10 and FIG. 11 show the auto-tuning process when it is applied to the controlled object of the dead time characteristic and the step change of the target value SV is repeated. FIG. 10 shows the case where the controlled variable PV is not disturbed by noise, and FIG. 11 shows the case where the controlled variable PV is disturbed by noise. It can be seen from FIGS. 10 and 11 that the target control specifications (area overshoot amount; 5 to 10%, area damping ratio; 0 to 0.5) were quickly reached after three trials.
このように、本実施例によれば、制御量がノイズに乱
された場合にも的確なオートチューニングが行える。As described above, according to this embodiment, accurate auto-tuning can be performed even when the control amount is disturbed by noise.
前記実施例による制御応答観測機能（手段）では、制
御偏差信号の半サイクル（半周期）毎の面積値を求め、
評価指標に用いたが、第12図に示すように、半サイクル
毎の面積値A1,A2,…を各々の継続時間τ1,τ2,…で割っ
て求めた半サイクル毎の平均偏差値e1,e2,…を用い、第
１及び第２の評価指標としてオーバーシュート量Ｅ及び
減衰比Ｄを次式で求めても同等の効果が得られる。In the control response observation function (means) according to the above embodiment, the area value for each half cycle (half cycle) of the control deviation signal is obtained,
Although it was used as an evaluation index, as shown in Fig. 12, the average value for each half cycle obtained by dividing the area value A 1 , A 2 , ... for each half cycle by each duration τ 1 , τ 2 , ... Even if the overshoot amount E and the damping ratio D are obtained as the first and second evaluation indexes by using the deviation values e 1 , e 2 , ...
また、前記実施例では、制御応答の速応性を評価する
第３の評価指標として総面積比を用いたが、例えば第２
図に示される目標値SVのステップ変化に対して制御量PV
が第１のしきい値（SV変化幅の約５％）及び第２のしき
い値（同約60％）に達するまでの時間をむだ時間Ｌ及び
立上り時間Ｔとして検出し、むだ時間Ｌに所定値を乗じ
て得た立上り時間目標値と立上り時間検出値Ｔの比であ
る立上り時間比または、制御応答の整定時間t4の前回値
と今回値である整定時間比を用いても良い。 Further, in the above embodiment, the total area ratio is used as the third evaluation index for evaluating the quick response of the control response.
The controlled variable PV for the step change of the target value SV shown in the figure
Is detected as the dead time L and the rising time T until the first threshold value (about 5% of the SV change width) and the second threshold value (about 60% of the SV change width) are detected. A rise time ratio, which is the ratio of the rise time target value and the rise time detection value T obtained by multiplying by a predetermined value, or the settling time ratio, which is the previous value and the current value of the settling time t 4 of the control response, may be used.
また、前記実施例では、評価指標として面積オーバー
シュート量，面積減衰比及び総面積比を用いた場合につ
いて述べたが、評価指標として面積オーバーシュート量
及び面積減衰比のみ用いても良い。この方法によれば制
御量の速応性が少し損なわれるが本発明の本質は変わる
ものではない。Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the area overshoot amount, the area attenuation ratio and the total area ratio are used as the evaluation index has been described, but only the area overshoot amount and the area attenuation ratio may be used as the evaluation index. According to this method, the responsiveness of the controlled variable is slightly impaired, but the essence of the present invention remains unchanged.
さらには、制御応答観測評価機能４における第２の評
価指標に面積値を用いた場合は、Ｄ＝（A3＋A4）／（A2
＋A3）あるいはＤ＝（A3＋A5）／（A2＋A4），平均偏差
値を用いた場合は、Ｄ＝（e3＋e4）／（e2＋e3）として
も本発明の本質は変わるものではない。また、メンバー
シップ関数の形だけでなく、その数を任意に設定しても
同様である。Furthermore, when the area value is used as the second evaluation index in the control response observation evaluation function 4, D = (A3 + A4) / (A2
+ A3) or D = (A3 + A5) / (A2 + A4), when using an average deviation value, D = (e 3 + e 4) / (e 2 + e 3) not the essence of the present invention vary as a. The same applies not only to the form of the membership function, but also to the number of membership functions.
本発明のプロセス制御装置によれば、制御パラメータ
を自動的にチューニングできるため、運転員による調整
作業を大幅に削減できるとともに、調整結果の個人差を
解消できる。そして、同定信号を用いないため、制御対
象を乱さずに制御パラメータを最適チューニングでき
る。また、制御対象の動特性変化を、人手を煩わすこと
なく速やかに検出できるため、常に最適な制御特性に維
持できる。さらに、制御偏差の面積値により制御応答の
良否を評価できるため、ノイズに影響されること無く的
確なオートチューニングができる。According to the process control device of the present invention, since the control parameter can be automatically tuned, the adjustment work by the operator can be significantly reduced and the individual difference in the adjustment result can be eliminated. Since the identification signal is not used, the control parameters can be optimally tuned without disturbing the controlled object. Further, since the change in the dynamic characteristic of the controlled object can be detected promptly without the need for manpower, the optimum control characteristic can always be maintained. Furthermore, since the quality of the control response can be evaluated by the area value of the control deviation, accurate auto tuning can be performed without being affected by noise.
第１図は本発明の一実施例を示す制御パラメータのオー
トチューニング方式の機能（手段）構成を示す図、第２
図は目標値のステップ変化時の制御量応答形状の観測に
ついて説明する図、第３図〜第５図は面積オーバーシュ
ート量評価用メンバーシップ関数、面積減衰比評価用メ
ンバーシップ関数及び総面積比評価用メンバーシップ関
数を示す図、第６図は調整ルールの一例を示す図、第７
図は制御パラメータ修正係数用メンバーシップ関数を示
す図、第８図はファジィ推論による制御パラメータ修正
係数の求め方を示す図、第９図は本発明によるオートチ
ューニング機能のフローチャート、第10図及び第11図は
本発明によるオートチューニング過程を示す図、第12図
は目標値のステップ変化時制御偏差と平均偏差値との関
係を示す図である。 １……プロセス制御装置、２……プロセス、３……オー
トチューニング機能（手段）、４……制御応答観測評価
機能（手段）、4a……制御応答観測機能（手段）、4b…
…評価指標算出機能（手段）、５……制御パラメータ修
正機能（手段）、5a……調整ルール、5b……制御パラメ
ータ修正係数推論機能（手段）、5c……制御パラメータ
調整値演算機能（手段）。FIG. 1 is a diagram showing a function (means) configuration of a control parameter auto-tuning method showing an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is for explaining the observation of the control amount response shape when the target value changes stepwise. Figs. 3 to 5 are the membership function for area overshoot evaluation, the membership function for area damping ratio evaluation, and the total area ratio. FIG. 6 is a diagram showing an evaluation membership function, FIG. 6 is a diagram showing an example of an adjustment rule, and FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a membership function for a control parameter correction coefficient, FIG. 8 is a diagram showing how to obtain a control parameter correction coefficient by fuzzy reasoning, FIG. 9 is a flow chart of an auto tuning function according to the present invention, FIG. 10 and FIG. FIG. 11 is a diagram showing an auto-tuning process according to the present invention, and FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a control deviation at a step change of a target value and an average deviation value. 1 ... Process control device, 2 ... Process, 3 ... Auto tuning function (means), 4 ... Control response observation evaluation function (means), 4a ... Control response observation function (means), 4b ...
... Evaluation index calculation function (means), 5 ... Control parameter correction function (means), 5a ... Adjustment rule, 5b ... Control parameter correction coefficient inference function (means), 5c ... Control parameter adjustment value calculation function (means) ).
フロントページの続き (72)発明者 横川 信幸 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日 立製作所那珂工場内 (72)発明者 野村 政英 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 松本 弘 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−219002（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−236102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−236004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−311502（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−241002（ＪＰ，Ａ) 斎藤忠良、外５名，「ファジィ推論を 応用したＰＩＤコントローラ用オートチ ューニング方式」、システムシンポジウ ム講演論文集、計測自動制御学会，昭和 62年11月，第13回，Ｐ．65−69 立花幸治、外１名，「ＰＩＤ定数設定 にファジィ推論を応用したオートチュー ニングワンループコントローラ」、計 装，工業技術社，昭和63年５月１日、第 31巻、第５号，Ｐ．11−15 斉藤忠良、外２名，「ファジィ推論を 応用したＰＩＤ定数のオートチューニン グ方式」、オートメーション、日刊工業 新聞社、昭和63年６月１日、第33巻、第 ６号、Ｐ．50−54 計測自動制御学会編，「自動制御ハン ドブック」，第１版、オーム社、昭和58 年10月，Ｐ．95−96Front page continued (72) Inventor Nobuyuki Yokokawa 882 Ige, Katsuta-shi, Ibaraki Naka Factory, Hitachi Co., Ltd. (72) Masahide Nomura 4026 Kujimachi, Hitachi, Ibaraki Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. 72) Inventor Hiroshi Matsumoto 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP 63-219002 (JP, A) JP 63-236102 (JP, A) JP Sho 62-236004 (JP, A) JP 63-311502 (JP, A) JP 62-241002 (JP, A) Tadayoshi Saito, 5 others, "Auto-tuning method for PID controller applying fuzzy inference , ”Symposium on System Symposium, Society of Instrument and Control Engineers, November 1987, 13th, P. 65-69 Koji Tachibana, et al., “Auto-tuning one-loop controller applying fuzzy inference to PID constant setting”, Instrumentation, Kogyosha, May 1, 1988, Volume 31, No. 5, P. 11-15 Tadayoshi Saito, two others, “Autotuning method of PID constants applying fuzzy inference”, Automation, Nikkan Kogyo Shimbun, June 1, 1988, Volume 33, No. 6, P. 50-54 Japan Society for Measurement and Control, "Automatic Control Handbook", 1st edition, Ohmsha, October 1983, p. 95-96
Claims (7)
セスの制御量を目標値にフィードバッグ制御するプロセ
ス制御装置において、 前記目標値の変化又は外乱により発生する前記目標値と
前記制御量との制御偏差を波形で観測し、該制御偏差の
絶対値を時間積分して半周期ごとに波形の面積値を演算
する制御応答観測手段と、 制御応答が整定した後に、前記制御偏差の第１番目の半
周期の面積値（A1）と第２番目の半周期の面積値（A2）
の比（A2/A1）をオーバーシュート特性を評価する第１
の評価指標として、前記制御偏差の第２番目の半周期の
面積値（A2）と第３番目の半周期の面積値（A3）の比
（A3/A2）を、減衰特性を評価する第２の評価指標とし
て算出する評価指標算出手段と、 該評価指標算出手段により算出された各評価指標を入力
し、それぞれの評価指標の大きさと前記比例・積分制御
に係る制御パラメータの大きさとの関係を規定した調整
ルールに基づいて、前記制御パラメータの調整値を求
め、該求めた調整値に従って前記制御パラメータを調整
する制御パラメータ調整手段とを設けたことを特徴とす
るプロセス制御装置。1. A process control device for performing feedback control of a process control amount to a target value by at least a proportional / integral control operation, wherein a control deviation between the target value and the control amount caused by a change or disturbance of the target value. Is observed in a waveform and the absolute value of the control deviation is time-integrated to calculate the area value of the waveform every half cycle; and after the control response is settled, the first half of the control deviation is calculated. Area value of the cycle (A 1 ) and area value of the second half cycle (A 2 )
The ratio (A 2 / A 1 ) of the first to evaluate the overshoot characteristics
As an evaluation index of, the ratio (A 3 / A 2 ) of the area value (A 2 ) of the second half cycle and the area value (A 3 ) of the third half cycle of the control deviation The evaluation index calculation means for calculating as the second evaluation index to be evaluated and each evaluation index calculated by the evaluation index calculation means are input, and the size of each evaluation index and the size of the control parameter relating to the proportional / integral control are input. And a control parameter adjusting unit that adjusts the control parameter according to the adjustment value obtained based on an adjustment rule that defines a relationship with the control parameter.
形の第３番目と第４番目の半周期の面積値の和と、第２
番目と第３番目の半周期の面積値の和との比であること
を特徴とする請求項１に記載のプロセス制御装置。2. The second evaluation index is the sum of the area values of the third and fourth half cycles of the control deviation waveform, and the second evaluation index.
The process control device according to claim 1, wherein the process control device is a ratio of a sum of area values of the third and third half cycles.
形の奇数番目の半周期の面積値の和と、偶数番目の半周
期の面積値の和との比であることを特徴とする請求項１
に記載のプロセス制御装置。3. The second evaluation index is a ratio of a sum of area values of odd-numbered half cycles of the waveform of the control deviation and a sum of area values of even-numbered half cycles. Claim 1
3. The process control device according to 1.
セスの制御量を目標値にフィードバック制御するプロセ
ス制御装置において、 前記目標値の変化又は外乱により発生する前記目標値と
前記制御量との制御偏差を波形で観測し、該制御偏差の
絶対値を時間積分して半周期ごとに波形の面積値を演算
し、演算した各半周期ごとの面積値を対応する半周期の
時間で除算して平均偏差を算出する制御応答観測手段
と、 制御応答が整定した後に、前記制御偏差の第１番目の半
周期の平均偏差（e1）と第２番目の半周期の平均偏差
（e2）の比（e2/e1）をオーバーシュート特性を評価す
る第１の評価指標として、前記制御偏差の第２番目の半
周期の平均偏差（e2）と第３番目の半周期の平均偏差
（e3）の比（e3/e2）を、減衰特性を評価する第２の評
価指標として算出する評価指標算出手段と、 該評価指標算出手段により算出された各評価指標を入力
し、それぞれの評価指標の大きさと前記比例・積分制御
に係る制御パラメータの大きさとの関係を規定した調整
ルールに基づいて、前記制御パラメータの調整値を求
め、該求めた調整値に従って前記制御パラメータを調整
する制御パラメータ調整手段とを設けたことを特徴とす
るプロセス制御装置。4. A process control device for performing feedback control of a process control amount to a target value by at least a proportional / integral control operation, wherein a control deviation between the target value and the control amount generated by a change or disturbance of the target value is set. Observe the waveform, integrate the absolute value of the control deviation over time, calculate the area value of the waveform every half cycle, divide the calculated area value for each half cycle by the time of the corresponding half cycle, and average deviation And a ratio of the average deviation (e 1 ) of the first half cycle and the average deviation (e 2 ) of the second half cycle of the control deviation ( e 2 / e 1) as a first evaluation index for evaluating the overshoot characteristic, the second half cycle mean deviation of the control deviation (e 2) and the third mean deviation of half a period (e 3 ratio) and (e 3 / e 2), first to evaluate the damping characteristics Inputting each evaluation index calculated by the evaluation index calculation means, the relationship between the size of each evaluation index and the size of the control parameter related to the proportional / integral control is input. A process control apparatus comprising: a control parameter adjusting unit that obtains an adjustment value of the control parameter based on a prescribed adjustment rule and adjusts the control parameter according to the obtained adjustment value.
御応答の波形観測に係る前記面積値の総和の比を、制御
の速応性を評価する第３の評価指標として算出すること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプロセ
ス制御装置。5. The evaluation index calculation means calculates the ratio of the sum of the area values related to the waveform observation of the control response of the previous time and the current time as a third evaluation index for evaluating the quick response of the control. The process control device according to any one of claims 1 to 4.
化又は外乱が発生してから前記制御偏差が第１のしきい
値に達する無だ時間と第２のしきい値に達する立上り時
間を検出し、 前記評価指標算出手段は、検出された前記無だ時間に所
定値を乗じて得られる立上り時間の目標値と検出された
前記立上り時間との比を、制御の速応性を評価する第３
の評価指標として算出することを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載のプロセス制御装置。6. The control response observing means has a dead time when the control deviation reaches a first threshold value and a rising time when the control deviation reaches a second threshold value after a change or disturbance of the target value occurs. The evaluation index calculation means evaluates the rapid response of the control, the ratio of the target value of the rise time obtained by multiplying the detected dead time by a predetermined value and the detected rise time. Third
5. The process control device according to claim 1, wherein the process control device is calculated as the evaluation index.
観測に基づいて前記制御偏差が予め定めた許容範囲に低
減する整定時間を検出し、前回と今回の制御応答の整定
時間の比を制御の速応性を評価する第３の評価指標とし
て算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
に記載のプロセス制御装置。7. The control response observing means detects a settling time during which the control deviation is reduced to a predetermined allowable range based on observation of a waveform of the control response, and calculates a ratio of the settling times of the previous and present control responses. The process control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the process control device is calculated as a third evaluation index for evaluating control responsiveness.
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| CN90101526.1A CN1057852C (en) | 1989-03-20 | 1990-03-20 | Process control device and adjustment working parameter method in controler of process control device |
| US07/495,911 US5245528A (en) | 1989-03-20 | 1990-03-20 | Process control apparatus and method for adjustment of operating parameters of controller of the process control apparatus |
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|---|---|
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| JP2007128341A (en) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Yaskawa Electric Corp | Servo drive device |
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Family Cites Families (6)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6253494A (en) * | 1985-09-03 | 1987-03-09 | 旭化成株式会社 | Rope |
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| JPS62241002A (en) * | 1986-04-11 | 1987-10-21 | Mitsubishi Electric Corp | Auto-tuning controller |
| JPH0695284B2 (en) * | 1987-03-09 | 1994-11-24 | 横河電機株式会社 | Adjuster |
| JPH0769722B2 (en) * | 1987-03-24 | 1995-07-31 | 横河電機株式会社 | Self-tuning controller |
| JP2634594B2 (en) * | 1987-06-15 | 1997-07-30 | 株式会社日立製作所 | Controller |
-
1989
- 1989-03-20 JP JP1067983A patent/JP2691241B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 斉藤忠良、外２名，「ファジィ推論を応用したＰＩＤ定数のオートチューニング方式」、オートメーション、日刊工業新聞社、昭和６３年６月１日、第３３巻、第６号、Ｐ．５０−５４ |
| 斎藤忠良、外５名，「ファジィ推論を応用したＰＩＤコントローラ用オートチューニング方式」、システムシンポジウム講演論文集、計測自動制御学会，昭和６２年１１月，第１３回，Ｐ．６５−６９ |
| 立花幸治、外１名，「ＰＩＤ定数設定にファジィ推論を応用したオートチューニングワンループコントローラ」、計装，工業技術社，昭和６３年５月１日、第３１巻、第５号，Ｐ．１１−１５ |
| 計測自動制御学会編，「自動制御ハンドブック」，第１版、オーム社、昭和５８年１０月，Ｐ．９５−９６ |
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