JP2720414B2 - 調節装置 - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
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- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Description
を、またそれから調節器出力量を求め得る調節器の後
に、操作量制限を有する操作器が接続されている調節装
置に関する。
適化のための数学的方法が簡単であるために、しばしば
線形の調節器が使用される。線形の調節器機能にもかか
わらずそれを備えた調節装置は種々の実際上生ずる機能
拡大により非線形の挙動を受ける。このようなことが生
ずるのはたとえば手動運転から自動運転への運転形式切
換の際または操作量制限の応答の際である。調節装置は
その場合、少なくとも一時的に、設定されたパラメータ
に基づいて意図された挙動とは異なる挙動をする。調節
挙動が特に操作量制限によりどの程度低下するかは主と
して調節装置がどのように構成されるかに関係する。操
作量制限は原理的にすべての現実の調節システムにおい
て生ずる。なぜならば、操作量は最小値を下回り得ず、
または最大値を上回り得ず、それらにより操作範囲が定
められるからである。
器が供給すると、調節器出力量は完全に有効になり得な
い。図書オットーフェリンガ著“調節技術”、第6版、
1990年、ヒュチッヒ図書出版(ハイデルベルグ)から、
調節装置の有効性に対する阻害ができるだけ僅かになる
ように考慮して、操作量を単純に制限するだけでは十分
でないことが知られている。特にPIまたはPID調節器で
はI部分は操作量制限により影響されず、ますます大き
い値に増大する。制御偏差が符号を反転するとき、操作
量はある時間中その制限値にとどまっており、このこと
はかなりの行き過ぎ振動現象に通じ得る。
も良好な調節挙動を有する調節装置を提供することであ
る。
にあげられている特徴を有する。
が、たとえそれが制限範囲内にあるとしても、制御偏差
の変化に非常に迅速に反応するという利点を有する。そ
れにより指令量の跳躍または操作量を制限範囲内に駆り
立てる調節ループ内の擾乱がわずかしか調節挙動に作用
しない。
に説明する。
置または本発明による調節装置に対する目標値跳躍後の
制御量および操作量の整定経過ならびに短時間の測定値
喪失の際の挙動を示す。
おいて制御量xが測定され、指令量wと加算装置2のな
かで比較される。比較結果は制御偏差xdとして調節器3
及びスイッチ4に導かれる。スイッチ4は選択的に制御
偏差xdまたは調節器3により形成された補助量eを調節
器入力量rとして調節器入力端に与える。調節器3は調
節器出力量uを操作器5に供給し、操作器5は、制御量
xを指令量wに相応して変更するため、操作量yにより
プロセス1に作用する。操作器5は操作量制限を有す
る。すなわち操作量yは上限値y maxと下限値y minとの
間の範囲内の値しかとり得ず、この範囲内では操作量y
は調節器出力量uに等しい。
xdを有する図1に示されているスイッチ位置では複素表
示で式 R(s)=Y(s)/Xd(s)−KP(1+1/(sTN)+s
TV (1) により記述され得る。
式 R(s)=Y(s)/Xd(s)−KP(1+1/(sTN)+s
TV/(1+sTV/V)) (2) により記述される。追加的なパラメータである微分利得
Vは単に微分の減弱の役割をする。
(2)は時間離散的な表示形式、いわゆるPIDアルゴリ
ズム、に変換される。これは下記の式を含んでいる。
xd(k)) D部分:yD(k)=K2(xd(k)−xd(k−1))−K3
yD(k−1) (4) サンプリング時点t=k*TAでの全操作量y(k)は、 y(k)=yP(k)+yI(k)+yD(k) (5) 補助定数K1、K2、K3は調節器3のパラメータの変更の
際にのみ新たに計算されなければならない。
に等しく設定すること、また制御アルゴリズムに従っ
て、操作量制限値y minまたはy maxの到達をまさに生じ
させるように、補助量を計算することにある。この補助
量により続いて調節器出力量uのP、IおよびD部分が
新たに計算される。過去値としてはIおよびD部分のみ
が重要である。
値y(k)=yBに対しては補助量r(k)=e(k)を
有する式(5)は yB=KPe(k)+yI(k−1)+K1(xd(k−1)+e
(k))+K2(e(k)−xd(k−1))−K3yD(k−
1) (6) により表される。
1)+K3yD(k−1)}/(KP+K1+K2) (7) この値により、操作量yに等しいPID調節要素の調節
器出力量uの部分が新たに計算される。
(k)) yD(k)=K2(e(k)−xd(k−1))−K3yD(k−
1) (8) 操作量yはその場合にまさに制限値をとる。
れた形態で応用可能である。なぜならば、形式に応じて
Iおよび(または)D部分のみが省略されるからであ
る。しかし、それはPID制御要素を有する調節器におい
て特に有利に応用可能である。
応に調節器パラメータの適応としても実現され得る。
フトウェアモジュールとしてディジタルにも電子回路の
なかでアナログにも実施され得る。
御回路の例について具体的に説明される。図2および図
3にはそれぞれ時点t=0での目標値跳躍の後の制御量
および操作量の整定経過ならびに時点t=90sでの短時
間の測定値喪失の際の挙動が示されている。曲線6は制
御量の経過を示し、曲線7は上記文献の第308〜310頁か
ら知られているようなPI調節器制限を有する操作量の経
過を示す。これらの経過は目標値跳躍の後にも短時間の
測定値喪失の際にも強い行き過ぎ振動により特徴付けら
れている。それに対して本発明によるPID調節器制限を
有する調節量または操作量経過に対する図3中の曲線8
および9は明らかにわずかな行き過ぎ振動およびかなり
良好な動的制御特性を示す。制限を去った後に調節器の
挙動が損なわれている度合は公知の方法の際よりも明ら
かにわずかである。
Claims (1)
- 【請求項1】指令量(w)と制御量(x)との間の比較
から制御偏差(xd)を求める加算要素(2)と、 制御偏差(xd)から調節器出力量(u)を求め得るPID
調節要素と、 調節器出力量(u)から操作量(y)を形成する、操作
量制限を有する操作器(5)と、 調節器出力量(u)により決定された操作量(y)がそ
の操作範囲の内側に位置するときには、制御偏差(xd)
を調節器入力量(r)としてPID調節要素に導き、また
想定された制限なしの操作量が制御偏差(xd)に基づい
て操作範囲の外側に位置するであろうときには、補助量
(e)をPID調節要素に導くスイッチ(4)とを含んで
おり、 PID調節要素はディジタルPID調節要素であり、そのP部
分yP、I部分yIおよびD部分yDが下記の式に従って決定
され、 P部分:yP(k)=KPxd(k)、 I部分:yI(k)=yI(k−1)+K1(xd(k−1)+
xd(k))、 D部分:yD(k)=K2(xd(k)−xd(k−1))−K3
yD(k−1)、 ここで補助定数は K1=0.5KPTA/TN、 K2=2VKPTV/(VTA+2TV)、 K3=(VTA−2TV)/(VTA+2TV)、 として、調節器パラメータである比例係数KP、積分時間
TN、微分時間TV、微分利得Vおよびサンプリング時間TA
により決定されており、 補助量(e)が調節器入力量(r)として、想定された
制限なしの操作量が制御偏差(xd)に基づいて制限の外
側に位置するであろうときには、式 e(k)={yB−yI(k−1)−(K1−K2)xd(k−
1)+K3yD(k−1)}/(KP+K1+K2) に従って決定され、操作量(y)がその操作範囲の内側
に位置するようになっている ことを特徴とする調節装置。
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Publications (2)
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