JP2757039B2 - Self tuning controller - Google Patents

Self tuning controller

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JP2757039B2
JP2757039B2 JP1249927A JP24992789A JP2757039B2 JP 2757039 B2 JP2757039 B2 JP 2757039B2 JP 1249927 A JP1249927 A JP 1249927A JP 24992789 A JP24992789 A JP 24992789A JP 2757039 B2 JP2757039 B2 JP 2757039B2
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【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、少なくとも比例(P),積分(I)演算パ
ラメータを最適な値に自動的に調整するセルフチューニ
ング調節計に関し、更に詳しくは、制御するプロセスを
モデル化したプロセスモデルを内部に有し、そこからの
信号を利用してP,I演算パラメータを決定するようにし
たセルフチューニング調節計に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a self-tuning controller for automatically adjusting at least proportional (P) and integral (I) operation parameters to optimal values. The present invention relates to a self-tuning controller having a process model in which a process to be controlled is modeled and determining P and I operation parameters by using a signal from the process model.

〈従来の技術〉 フィードバック制御に用いられるプロセス用調節計と
して、PI演算パラメータを自動的にチューニングするよ
うにしたセルフチューニング調節計が実用化されてい
る。
<Conventional Technology> As a process controller used for feedback control, a self-tuning controller that automatically tunes PI calculation parameters has been put to practical use.

これまで提案されているセルフチューニング調節計の
主だったものを挙げれば次の通りである。
The main self-tuning controllers proposed so far are as follows.

(1)補助コントローラを主コントローラに対して並列
的に接続し、補助コントローラのゲインを上げ、振動を
起こさせ、その振幅,周波数からZiegler,Nicholsによ
る所望Z・N限界感度法に基づいてPI演算パラメータを
決定するもの(昭和45年計測自動制御学会論文集Vol.6
限界感度法を利用した適応制御系の研究,北森敏
行)。
(1) Connect the auxiliary controller to the main controller in parallel, raise the gain of the auxiliary controller, cause vibration, and calculate PI from the amplitude and frequency based on the desired ZN limit sensitivity method by Ziegler and Nichols. Determining parameters (Showa 45, Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers Vol.6
Research on adaptive control system using marginal sensitivity method, Toshiyuki Kitamori).

(2)オン,オフ発生器を使用してリミットサイクルを
発生させ、その振幅などから最適なPI演算パラメータを
決定するようにしたもの(昭和48年計測自動制御学会第
12回学術講演会予稿集P617〜624 PID自動設定形アダプ
ティブ・コントローラ 須見,福田)。
(2) A limit cycle is generated by using an on / off generator, and the optimum PI calculation parameter is determined from its amplitude and the like.
Proceedings of the 12th Academic Lecture Meetings P617-624 PID automatic setting adaptive controller Sumi, Fukuda).

(3)制御量の挙動を観察するパターン認識手段を設
け、ここでプロセスに外乱を与えることなく、ランダム
に発生する外乱等の制御系の乱れを認識し、この認識結
果からPI演算パラメータを決定するようにしたもの(US
PAT No.4,602,326)。
(3) A pattern recognition means for observing the behavior of the control amount is provided. Here, without giving a disturbance to the process, a disturbance of the control system such as a disturbance generated at random is recognized, and a PI calculation parameter is determined from the recognition result. (US
PAT No. 4,602,326).

(4)プロセスモデルを用意し、実際のプロセスからの
信号とプロセスモデルからの信号との誤差信号が最小に
なるようにプロセスモデルのパラメータを変更し、PI演
算パラメータを決定するもの(ISA Transactions Vol.2
2,No.3 P.50,51,US PAT No.4,385,362)。
(4) Prepare a process model, change the parameters of the process model so as to minimize the error signal between the signal from the actual process and the signal from the process model, and determine the PI calculation parameter (ISA Transactions Vol. .2
2, No. 3 P. 50, 51, US PAT No. 4, 385, 362).

前記した従来技術において、(1)項及び(2)項の
ものは、いずれもプロセスを振動状態にしたり、PI演算
パラメータの決定に際して制御系に強制的に外乱(同定
信号)を与える必要があり、このためにプロセスへ少な
からぬ影響を与えるという問題点があった。
In the prior art described above, in the items (1) and (2), it is necessary to bring the process into an oscillating state or to forcibly apply a disturbance (identification signal) to the control system when determining the PI operation parameter. However, this has a problem that the process is considerably affected.

(3)項のものは、同定信号を使用するものでないた
めに、プロセスに何等の影響を与えないという点で優れ
ているが、制御系の乱れによる応答パターンを長時間に
わたって認識する必要があるために、最適なPI演算パラ
メータの決定に時間を要するという問題点がある。
Item (3) is excellent in that it does not affect the process because it does not use an identification signal, but it is necessary to recognize a response pattern due to disturbance of the control system for a long time. Therefore, there is a problem that it takes time to determine the optimum PI calculation parameter.

(4)項のものは、これらの問題点がない点で優れて
いる。
Item (4) is excellent in eliminating these problems.

第5図は、US PAT No.4,385,362に開示されているプ
ロセスコントロールシステムの構成ブロック図である。
FIG. 5 is a configuration block diagram of a process control system disclosed in US Pat. No. 4,385,362.

図において、1は制御対象(フロセス)、2はプロセ
ス1からのプロセス量PVと制御目標値SVとの偏差信号E
に少なくとも比例(P),積分(I)演算を行い得られ
た操作信号をプロセス1に出力するPI制御手段、3はPI
制御手段2からの信号が、ハイパスフィルタ41を介して
印加される前記プロセスをモデル化し、そのパラメータ
が変更可能に構成されたプロセスモデルである。
In the figure, 1 is a control object (process), 2 is a deviation signal E between the process amount PV from the process 1 and the control target value SV.
PI control means for performing at least proportional (P) and integral (I) operations and outputting operation signals obtained to the process 1;
A signal from the control means 2 is a process model in which the process applied through the high-pass filter 41 is modeled and its parameters can be changed.

5はハイパスフィルタ42を経たプロセス1からの信号
と、プロセスモデル3からの信号との差を演算する差演
算手段、6は差演算手段5からの信号が最小になるパラ
メータを探索し、その探索したパラメータをプロセスモ
デル3のパラメータとして設定するモデル・パラメータ
探索手段である。
5 is a difference calculating means for calculating a difference between the signal from the process 1 having passed through the high-pass filter 42 and the signal from the process model 3, and 6 is searching for a parameter which minimizes the signal from the difference calculating means 5, and searching for the parameter. This is a model / parameter searching means for setting the obtained parameters as parameters of the process model 3.

PI制御手段2は、モデル・パラメータ探索手段6で探
索された結果に基づいて、そのPI演算パラメータが設定
される。
The PI control unit 2 sets its PI calculation parameters based on the result searched by the model / parameter search unit 6.

〈発明が解決しようとする問題点〉 この様な構成のプロセスコントロールシステムは、プ
ロセスモデル2に印加される信号がハイパスフィルタ41
を経たPI制御手段からの信号であるために、直流分やノ
イズが除去され、プロセスモデルでの演算が比較的簡単
に行えるという特徴があるが、以下のような欠点を有し
ている。
<Problems to be Solved by the Invention> In the process control system having such a configuration, the signal applied to the process model 2 is
Since the signal from the PI control means has passed through, the DC component and noise are removed, and the operation using the process model can be performed relatively easily. However, it has the following disadvantages.

(a)プロセスモデルに印加される信号は、本来実プロ
セス1に印加される信号と同じものであることが望まし
いが、ハイパスフィルタを介することにより、信号レベ
ルが小さくなっり、波形が異なったものとなり、プロセ
スモデルでの演算精度が低下する。
(A) It is desirable that the signal applied to the process model is originally the same as the signal applied to the actual process 1. However, the signal level becomes smaller and the waveform becomes different by passing through the high-pass filter. And the calculation accuracy in the process model decreases.

(b)差演算手段5に至る信号の経路を見ると、PI演算
手段2からの信号は、実プロセス側では、実プロセス→
ハイパスフィルタ→差演算手段となっているのに対し
て、プロセスモデル側では、ハイパスフィルタ→プロセ
スモデル→差演算手段となっていて、ハイパスフィルタ
とプロセスモデルの順番が入れ代わっている。このため
モデル・パラメータ探索手段6が、差演算手段からの差
信号が最小になるパラメータを探索する演算を正確に行
うためには、プロセスモデル3が線形特性のものである
ことが前提となる。すなわち、プロセスモデルとして、
その出力に上下限の制限を設けたり、非線形特性のもの
を用いたりすることができない。
(B) Looking at the path of the signal reaching the difference calculation means 5, the signal from the PI calculation means 2 indicates that the signal from the real process
On the process model side, high-pass filter → process model → difference calculation means, whereas the order of the high-pass filter and the process model is interchanged. Therefore, in order for the model / parameter search means 6 to correctly perform the calculation for searching for the parameter that minimizes the difference signal from the difference calculation means, it is assumed that the process model 3 has a linear characteristic. That is, as a process model,
It is not possible to set upper and lower limits on the output or to use a non-linear output.

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、
その目的は、プロセスモデルでの演算やパラメータを探
索する演算量を少なくすることができるセルフチューニ
ング調節計を実現することにある。
The present invention has been made in view of these problems,
An object of the present invention is to realize a self-tuning controller capable of reducing the amount of calculation in a process model and the amount of calculation for searching for a parameter.

また、本発明の他の目的は、プロセスモデルでの演算
を実プロセスに対応して正確に行えると共に、プロセス
モデルに非線形特性のものを用いることの可能なセルフ
チューニング調節計を実現することにある。
It is another object of the present invention to provide a self-tuning controller capable of accurately performing an operation in a process model corresponding to an actual process and using a process model having a non-linear characteristic. .

〈問題点を解決するための手段〉 前記した課題を解決する本発明は、制御対象(1)か
らのプロセス量と制御目標値との偏差信号に少なくとも
比例(P)、積分(I)演算を行い、得られた操作信号
を前記制御対象に出力するPI制御手段(2)と、このPI
制御手段からの信号が印加される前記制御対象をモデル
化し、そのパラメータが変更可能に構成されたプロセス
モデル(3)と、このプロセスモデルからの信号が印加
される第1のバンドパスフィルタ(4)と、前記制御対
象からの信号が印加され、前記第1のバンドパスフィル
タと同じ特性を有する第2のバンドパスフィルタ(5)
と、制御対象からの信号と前記第2のバンドパスフィル
タからの信号を入力し、同定周期毎にこれらの信号のい
ずれかの変動が予め定められた値より大きいか否か判断
し、大きい場合に該当すればトリガ信号を出力するトリ
ガ発生手段(6)と、前記第1、第2のバンドパスフィ
ルタからの信号をそれぞれ入力し、前記トリガ発生手段
からのトリガ信号を受けて第1、第2のバンドパスフィ
ルタからの信号の差が最小になるパラメータを探索し、
当該探索したパラメータに基づいて前記プロセスモデル
のパラメータを可変にするモデル・パラメータ探索手段
(7)と、このモデル・パラメータ探索手段で探索され
た結果に基づいて前記PI制御手段のPIパラメータを演算
し、設定するPIパラメータ演算手段(8)とを備え、前
記プロセスモデル、第1のバンドパスフィルタ、モデル
・パラメータ探索手段及びPIパラメータ演算手段は、前
記トリガ発生手段からのトリガ信号を受けて起動される
ことを特徴としている。
<Means for Solving the Problems> According to the present invention for solving the above-described problems, at least proportional (P) and integral (I) calculations are performed on a deviation signal between a process amount from a control target (1) and a control target value. A PI control means (2) for performing and outputting the obtained operation signal to the control object;
A process model (3) configured to model the control target to which a signal from the control means is applied and its parameters are changeable, and a first band-pass filter (4) to which a signal from the process model is applied. And a second band-pass filter to which a signal from the control target is applied and which has the same characteristics as the first band-pass filter.
And a signal from the control target and a signal from the second band-pass filter are input, and it is determined whether the fluctuation of any of these signals is greater than a predetermined value for each identification cycle. The trigger generation means (6) for outputting a trigger signal if the above applies, and the signals from the first and second band pass filters are respectively inputted, and the first and second signals are received upon receiving the trigger signal from the trigger generation means. Search for a parameter that minimizes the difference between the signals from the two bandpass filters;
A model / parameter search means for changing the parameters of the process model based on the searched parameters; and a PI parameter of the PI control means based on a result searched by the model / parameter search means. And a PI parameter calculating means (8) for setting, wherein the process model, the first band-pass filter, the model / parameter searching means and the PI parameter calculating means are activated upon receiving a trigger signal from the trigger generating means. It is characterized by that.

〈作用〉 第1のバンドパスフィルタ4は、プロセスモデル3か
ら送られるモデル出力信号MOから、定常分及び雑音等を
除去している。第2のバンドパスフィルタ5は、制御対
象1のプロセス量PV信号から定常分及び雑音等を除去す
るもので、第1のバンドパスフィルタ4と同じ特性を有
することで、プロセスモデルと制御対象1の整合性を高
めている。
<Operation> The first bandpass filter 4 removes stationary components, noise, and the like from the model output signal MO sent from the process model 3. The second bandpass filter 5 removes a stationary component, noise, and the like from the process amount PV signal of the control target 1 and has the same characteristics as the first bandpass filter 4 so that the process model and the control target 1 are removed. Improve the integrity.

トリガ発生手段6は、制御対象1のプロセス量PVに関
連する信号と、第2のバンドパスフィルタからの信号を
入力し、同定周期毎にこれらの信号のいずれかの変動が
予め定められた値より大きいか否か判断し、大きい場合
に該当すればトリガ信号を出力する。尚、変動が予め定
められた値より小さい場合は、トリガ信号は発生されな
い。
The trigger generating means 6 receives a signal related to the process amount PV of the control target 1 and a signal from the second band-pass filter, and a variation of any of these signals is set to a predetermined value every identification cycle. Judgment is made as to whether or not it is larger, and if so, a trigger signal is output. If the fluctuation is smaller than a predetermined value, no trigger signal is generated.

プロセスモデル、第1のバンドパスフィルタ、モデル
・パラメータ探索手段及びPIパラメータ演算手段は、ト
リガ発生手段からのトリガ信号を受けて起動される。若
し、トリガ発生手段からのトリガ信号を受けない場合
は、計算を行わないため、全体としての計算量の削減が
なされる。
The process model, the first bandpass filter, the model / parameter searching means, and the PI parameter calculating means are activated upon receiving a trigger signal from the trigger generating means. If the trigger signal is not received from the trigger generating means, the calculation is not performed, so that the amount of calculation as a whole is reduced.

〈実施例〉 以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例の構成ブロック図であ
る。図において、1は制御対象(プロセス)で、生産量
の変化,制御目標値の変更,外乱等によってその動特性
が変化するものとする。2はプロセス1からのプロセス
量PVと、制御目標値SVとの偏差信号DVに少なくとも比例
(P),積分(I)演算を行い得られた操作信号MVを前
記プロセス1に出力するPI制御手段である。
FIG. 1 is a configuration block diagram of one embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a control object (process) whose dynamic characteristic changes due to a change in a production amount, a change in a control target value, a disturbance or the like. 2 is a PI control means for outputting to the process 1 an operation signal MV obtained by performing at least proportional (P) and integral (I) operations on a deviation signal DV between the process amount PV from the process 1 and the control target value SV. It is.

3はPI制御手段2からの操作信号MVが印加される前記
制御対象1をモデル化し、そのパラメータが変更可能に
構成されたプロセスモデルである。
Reference numeral 3 denotes a process model which models the control target 1 to which the operation signal MV from the PI control means 2 is applied, and whose parameters can be changed.

このプロセスモデル3は、操作信号MVを入力し、モデ
ル出力MOを得るための演算を行う。この演算は、プロセ
スモデルによって異なるが、n回目のモデル演算出力を
MOnとすれば、例えば(1)式の演算式にしたがって行
われる。
The process model 3 receives an operation signal MV and performs an operation for obtaining a model output MO. This calculation differs depending on the process model.
If MOn, for example, the calculation is performed in accordance with the operation expression of Expression (1).

MOn=βm・MOn−1+(1−βm)・Km・MV(n−Lm)
…(1) Km:プロセスモデルのゲイン Lm:プロセスモデルの無駄時間 βm:プロセスモデルの一次遅れ係数 MV(n−Lm):Lm時刻前のMVの値 4はこのプロセスモデル3からの信号MOが印加され、
定常分および雑音等を除去する第1のバンドパスフィル
タ、5は制御対象1からの信号が印加され、第1のバン
ドパスフィルタ4と同じ特性を有する第2のバンドパス
フィルタである。
MOn = βm · MOn-1 + (1-βm) · Km · MV (n-Lm)
… (1) Km: gain of the process model Lm: dead time of the process model βm: first order delay coefficient of the process model MV (n−Lm): value of the MV before the time Lm 4 is the signal MO from the process model 3 Applied,
A first bandpass filter 5 for removing a stationary component, noise, and the like is a second bandpass filter to which a signal from the control target 1 is applied and which has the same characteristics as the first bandpass filter 4.

これらの第1,第2のバンドパスフィルタ4,5は、印加
される信号の時系列データを例えばPVF、定常分をPVoで
代表するものとすれば、(2)式の演算式により行われ
る。
These first and second band-pass filters 4 and 5 are calculated by the equation (2), assuming that the time series data of the applied signal is represented by, for example, PVF and the stationary part is represented by PVo. .

PVF=(1−α)・PVF+α・(PV−PVo) …(2) α:フィルタ定数 6は制御対象1からの信号PVと第2のバンドパスフィ
ルタ5からの信号PVFを入力し、これらの信号のいずれ
かが変化した時、各種の計算を行う必要があるとして、
計算指令としてのトリガ信号TRGを出力するトリガ発生
手段である。
PVF = (1−α) · PVF + α · (PV−PVo) (2) α: The filter constant 6 receives the signal PV from the control target 1 and the signal PVF from the second band-pass filter 5. When any of the signals change, we need to do various calculations,
This is a trigger generating means for outputting a trigger signal TRG as a calculation command.

7は第1、第2のバンドパスフィルタ4,5からの信号M
OF,PVFをそれぞれ入力し、トリガ発生手段6からのトリ
ガ信号TRGを受けて第1、第2のバンドパスフィルタか
らの信号の差が最小になるパラメータを探索し、探索し
たパラメータに基づいてプロセスモデル3のパラメータ
を可変にするモデル・パラメータ探索手段である。
7 is a signal M from the first and second bandpass filters 4 and 5
OF and PVF are input, respectively, and a trigger signal TRG from the trigger generating means 6 is received to search for a parameter that minimizes the difference between the signals from the first and second band-pass filters, and a process is performed based on the searched parameter. Model / parameter search means for making the parameters of the model 3 variable.

8はモデル・パラメータ探索手段7で探索された結果
に基づいて、PI制御手段2のPIパラメータを演算し、設
定するPIパラメータ演算手段である。
Reference numeral 8 denotes a PI parameter calculation unit that calculates and sets the PI parameter of the PI control unit 2 based on the result searched by the model / parameter search unit 7.

トリガ発生手段6からのトリガ信号TRGは、モデル・
パラメータ探索手段7に印加される外に、プロセスモデ
ル3、第1のバンドパスフィルタ4、およびPIパラメー
タ演算手段8にも同時に印加され、トリガ信号を受けて
計算を開始するように構成されている。
The trigger signal TRG from the trigger generating means 6 is
In addition to being applied to the parameter search means 7, it is also applied to the process model 3, the first bandpass filter 4, and the PI parameter calculation means 8 at the same time, and is configured to start calculation in response to a trigger signal. .

このように構成した装置の動作を次に説明する。 The operation of the device configured as described above will be described below.

第2図は、一定周期で起動されるPI演算パラメータの
チューニング動作を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a tuning operation of a PI calculation parameter started at a constant period.

第2のバンドパスフィルタ5は、プロセス1からのプ
ロセス値PVを入力し、(2)式で示されるようなフィル
タリングの計算を行う(ステップ1)。
The second band-pass filter 5 receives the process value PV from the process 1 and calculates the filtering as shown by the equation (2) (step 1).

トリガ発生手段6は、プロセス値PVの時系列データ
と、第2のバンドパスフィルタ5からの出力の時系列デ
ータPVFを読み込み、同定周期毎にそれらの変動があら
かじめ定めた値より大きいかを監視する(ステップ
4)。
The trigger generating means 6 reads the time-series data of the process value PV and the time-series data PVF of the output from the second band-pass filter 5 and monitors whether or not the fluctuation is larger than a predetermined value for each identification cycle. (Step 4).

変動があらかじめ定めた所定の値より小さい場合、制
御が良好であると判断して、トリガ信号を発生すること
なく終了する。この様な判断は、第3図に示すように、
プロセス量PV及びバンドパスフィルタ5の出力値PVFの
定常状態からの偏差を所定の時間積分することにより、
その面積(斜線部)を演算し、その大きさにより判断す
るようにしている。
If the fluctuation is smaller than a predetermined value, it is determined that the control is good, and the process ends without generating a trigger signal. Such a judgment is made as shown in FIG.
By integrating the deviation of the process amount PV and the output value PVF of the bandpass filter 5 from the steady state for a predetermined time,
The area (shaded area) is calculated, and the judgment is made based on the size.

これらの値の変動が大きい場合、トリガ信号TRGを出
力する。このトリガ信号TRGを受けたプロセスモデル3
は、ステップ2で収集された操作信号MV(プロセス1に
出力されている操作信号と同じ信号)の時系列データを
読み込み、モデル出力の演算を、(1)式に従って行う
(ステップ5)。
If these values fluctuate greatly, a trigger signal TRG is output. Process model 3 receiving this trigger signal TRG
Reads the time-series data of the operation signal MV (the same signal as the operation signal output to the process 1) collected in the step 2, and calculates the model output according to the equation (1) (step 5).

プロセスモデル3の出力MOFは、第1のバンドパスフ
ィルタ4に印加され、ここで(2)式に従ってフィルタ
リング演算が行われる(ステップ6)。このフイルタリ
ングの演算により、モデル出力MOFに含まれている定常
分やノイズなどを除去する。
The output MOF of the process model 3 is applied to the first band pass filter 4, where a filtering operation is performed according to the equation (2) (step 6). Through this filtering operation, stationary components, noise, and the like included in the model output MOF are removed.

モデルパラメータ探索手段7は、第1のバンドパスフ
ィルタ4からの時系列データMOFと、第2のバンドパス
フィルタ5からの時系列データPVFとを入力し、プロセ
スモデル3のパラメータを探索するための演算を行う。
The model parameter search means 7 receives the time-series data MOF from the first band-pass filter 4 and the time-series data PVF from the second band-pass filter 5, and searches for the parameters of the process model 3. Perform the operation.

この演算は、例えば(3)式で示されるゲインKm,評
価関数CRITを求める演算である。
This calculation is, for example, a calculation for obtaining the gain Km and the evaluation function CRIT represented by the equation (3).

Km=Σ{MOF(n)*PVF(n)}/Σ{MOF(n)} CRIT=1−Σ{MOF(n)*PVF(n)}2/Σ{MOF
(n)2 *ΣPVF(n)2 } …(3) そして、(3)式で示される評価関数CRITを最小とす
るモデルの時定数Tm、モデル無駄時間Lmの組み合わせを
捜し出す動作を行う。
Km = {MOF (n) * PVF (n)} / {MOF (n)} CRIT = 1- {MOF (n) * PVF (n)} 2 / {MOF
(N) 2 * {PVF (n) 2} (3) Then, an operation of searching for a combination of the time constant Tm and the model dead time Lm of the model that minimizes the evaluation function CRIT expressed by the equation (3) is performed.

すなわち、プロセスモデル3からの出力がプロセス1
からの出力に十分近付くまで(プロセスモデルの誤差が
所定の値より小さくなるまで)、プロセスモデル3のゲ
インKm、無駄時間Lm、一次遅れ係数βmをそれぞれ調整
し、ステップ5〜ステップ9の動作を繰り返す。
That is, the output from the process model 3 is the process 1
The gain Km, the dead time Lm, and the first-order lag coefficient βm of the process model 3 are adjusted until the output of the process model sufficiently approaches (until the error of the process model becomes smaller than a predetermined value). repeat.

第4図は、モデルパラメータ探索手段7が入力する、
第1のバンドパスフィルタ4からの出力MOFと、第2の
バンドパスフィルタ5からの出力PVFの時系列データを
示している。モデルパラメータ探索手段7は、第1のバ
ンドパスフィルタ4からの出力MOFが、第2のバンドパ
スフィルタ5からの出力PVFに近付くように、即ち、破
線で示す出力MOFが、矢印A方向に移動して両者の差が
小さくなるように、プロセスモデル3のゲインKm、無駄
時間Lm、一次遅れ係数βmをそれぞれ調整して行く。
FIG. 4 shows an example in which the model parameter search means 7
The time series data of the output MOF from the first band-pass filter 4 and the output PVF from the second band-pass filter 5 is shown. The model parameter searching means 7 moves the output MOF from the first bandpass filter 4 closer to the output PVF from the second bandpass filter 5, that is, moves the output MOF indicated by the broken line in the direction of arrow A. Then, the gain Km, the dead time Lm, and the first-order lag coefficient βm of the process model 3 are adjusted so that the difference between the two becomes small.

ステップ8において、モデル誤差が小さくなったと判
断されると、即ち、第1のバンドパスフィルタ4からの
出力MOFが、第2のバンドパスフィルタ5からの出力PVF
とほぼ一致したと判断されると、PI演算パラメータ演算
手段8は、求められたプロセスモデル3のパラメータか
ら、例えばZiegier-Nichols法により、比例(PB)、積
分(TI)、微分(TD)演算パラメータを、(4)式に従
ってそれぞれ演算し、得られた演算パラメータをPI制御
手段2に設定する(ステップ10、11)。
If it is determined in step 8 that the model error has become smaller, that is, the output MOF from the first band-pass filter 4 is changed to the output PVF from the second band-pass filter 5,
When it is determined that the values substantially match with each other, the PI calculation parameter calculation means 8 calculates the proportional (PB), the integral (TI), and the derivative (TD) from the obtained parameters of the process model 3 by, for example, the Ziegier-Nichols method. The parameters are calculated according to equation (4), and the obtained calculation parameters are set in the PI control means 2 (steps 10 and 11).

(PB/Km)=a(Lm/Tm)2 +b(Lm/Tm)+c (TI/Tm)=d(Lm/Tm)2 +c(Lm/Tm)+f TD=0.2*TI …(4) PI制御手段2は、新たに設定された演算パラメータを
用いて、操作信号MVを演算する。
(PB / Km) = a (Lm / Tm) 2 + b (Lm / Tm) + c (TI / Tm) = d (Lm / Tm) 2 + c (Lm / Tm) + fTD = 0.2 * TI (4) PI The control means 2 calculates the operation signal MV using the newly set calculation parameters.

なお、プロセスモデル3は、必ずしも前記(1)式で
示される1次遅れ系でなくともよい。また、プロセス1
に負荷変動のような測定可能の外乱がある時は、この外
乱をモデル計算に使用してもよい。
It should be noted that the process model 3 does not necessarily have to be the first-order lag system represented by the equation (1). Process 1
When there is a measurable disturbance such as a load fluctuation, this disturbance may be used for the model calculation.

また、プロセスモデル出力を得るための計算は、内部
パラメータであるところのゲインKm,無駄時間Lm,一次遅
れ係数βmの全てについてその値を少しずつ変化して繰
り返して演算することになる。ここで、例えばゲインKm
をプロセス量とプロセスゲインを「1」にしたときのプ
ロセスモデルの出力の積算比からはじめに求め、その後
に無駄時間Lm,および一次遅れ係数βmを繰り返し探索
法を用いて求めるようにしてもよい。
In addition, the calculation for obtaining the process model output is performed by repeatedly changing the values of the gain Km, the dead time Lm, and the primary delay coefficient βm, which are internal parameters, little by little. Here, for example, the gain Km
May be first obtained from the integration ratio of the output of the process model when the process amount and the process gain are set to “1”, and then the dead time Lm and the first-order lag coefficient βm may be obtained using an iterative search method.

無駄時間Lm,および一次遅れ係数βmを求めるための
繰り返し探索方法としては、例えばシンプレックス法を
用いることができる。この方法は、例えば日科技連から
出版されている「非線形計画法」今野浩、山下浩著の28
4頁〜287頁に記載されている。
As a repetitive search method for obtaining the dead time Lm and the primary delay coefficient βm, for example, the simplex method can be used. This method is described in, for example, “Nonlinear Programming” published by Nikkagiren, written by Hiroshi Konno and Hiroshi Yamashita.
It is described on pages 4 to 287.

なお、この様な演算は、トリガ発生手段6からトリガ
信号TRGが発せられたときだけ、行われるので、全体と
して演算時間が多くかかることはない。
Note that such an operation is performed only when the trigger signal TRG is issued from the trigger generating means 6, so that it does not take much operation time as a whole.

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明によれば、第5図
に示す従来公知の制御システムに比べて、以下に述べる
ような特長を有する。
<Effects of the Invention> As described in detail above, according to the present invention, there are the following features as compared with the conventionally known control system shown in FIG.

(a)実プロセス1に印加される操作信号と同じ操作信
号がプロセスモデルにも同時に印加される構成となって
いる。したがって、プロセスモデルにおいてモデル出力
演算の精度を向上させることができる。
(A) The same operation signal as the operation signal applied to the actual process 1 is simultaneously applied to the process model. Therefore, the accuracy of the model output calculation in the process model can be improved.

(b)PI制御手段2からモデルパラメータ探索手段7に
至る信号の経路は、実プロセス側もプロセスモデル側も
共に、プロセス→ハンドパスフィルタとなっているの
で、プロセスモデルとして、その出力に上下限の制限を
設けたり、非線形特性のものを用いたりすることができ
る。
(B) The path of the signal from the PI control means 2 to the model parameter search means 7 is a process → hand path filter on both the real process side and the process model side. Can be provided, or one having a non-linear characteristic can be used.

(c)プロセスモデルでの演算やパラメータを探索する
計算は、トリガ発生手段からのトリガ信号に従って行う
もので、全体としての計算量を少なくすることができ
る。
(C) The calculation in the process model and the search for the parameter are performed in accordance with the trigger signal from the trigger generation means, and the amount of calculation as a whole can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例の構成ブロック図、 第2図は一定周期で起動されるPI演算パラメータのチュ
ーニング動作を示すフローチャート、第3図はトリガ発
生手段の動作を示す波形図、第4図はモデルパラメータ
探索手段の動作を示す波形図、第5図は従来装置の一例
を示す構成ブロック図である。 1……プロセス、2……PI制御手段 3……プロセスモデル 4,5……バンドパスフィルタ 6……トリガ発生手段 7……モデルパラメータ探索手段 8……PIパラメータ演算手段
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing a tuning operation of a PI calculation parameter started at a constant period, FIG. 3 is a waveform diagram showing an operation of a trigger generating means, FIG. 4 is a waveform diagram showing the operation of the model parameter searching means, and FIG. 5 is a block diagram showing an example of a conventional apparatus. 1 Process 2 PI control means 3 Process model 4 5 Band pass filter 6 Trigger generation means 7 Model parameter search means 8 PI parameter calculation means

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】制御対象(1)からのプロセス量と制御目
標値との偏差信号に少なくとも比例(P)、積分(I)
演算を行い、得られた操作信号を前記制御対象に出力す
るPI制御手段(2)と、 このPI制御手段からの信号が印加される前記制御対象を
モデル化し、そのパラメータが変更可能に構成されたプ
ロセスモデル(3)と、 このプロセスモデルからの信号が印加される第1のバン
ドパスフィルタ(4)と、 前記制御対象からの信号が印加され、前記第1のバンド
パスフィルタと同じ特性を有する第2のバンドパスフィ
ルタ(5)と、 制御対象からの信号と前記第2のバンドパスフィルタか
らの信号を入力し、同定周期毎にこれらの信号のいずれ
かの変動が予め定められた値より大きいか否か判断し、
大きい場合に該当すればトリガ信号を出力するトリガ発
生手段(6)と、 前記第1、第2のバンドパスフィルタからの信号をそれ
ぞれ入力し、前記トリガ発生手段からのトリガ信号を受
けて第1、第2のバンドパスフィルタからの信号の差が
最小になるパラメータを探索し、当該探索したパラメー
タに基づいて前記プロセスモデルのパラメータを可変に
するモデル・パラメータ探索手段(7)と、 このモデル・パラメータ探索手段で探索された結果に基
づいて前記PI制御手段のPIパラメータを演算し、設定す
るPIパラメータ演算手段(8)と、 を備え、 前記プロセスモデル、第1のバンドパスフィルタ、モデ
ル・パラメータ探索手段及びPIパラメータ演算手段は、
前記トリガ発生手段からのトリガ信号を受けて起動され
ることを特徴とするセルフチューニング調節計。
The present invention relates to a deviation signal between a process amount from a control target (1) and a control target value, which is at least proportional (P) and integral (I).
PI control means (2) for performing an operation and outputting the obtained operation signal to the control object; and modeling the control object to which a signal from the PI control means is applied, so that parameters thereof can be changed. A process model (3), a first band-pass filter (4) to which a signal from the process model is applied, and a signal from the control target to apply the same characteristics as the first band-pass filter. A second band-pass filter (5) having a signal from a control target and a signal from the second band-pass filter, and a variation of any of these signals at a predetermined period is determined by a predetermined value. Judge whether it is greater than
A trigger generating means (6) for outputting a trigger signal if the magnitude is larger, and a signal from the first and second band-pass filters, respectively, and receiving a trigger signal from the trigger generating means, Model parameter searching means (7) for searching for a parameter that minimizes the difference between the signals from the second bandpass filter and varying the parameters of the process model based on the searched parameter. A PI parameter calculating means (8) for calculating and setting a PI parameter of the PI control means based on a result searched by the parameter searching means, wherein the process model, the first band-pass filter, Search means and PI parameter calculation means,
A self-tuning controller activated by receiving a trigger signal from the trigger generating means.
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