JP2772059B2 - ２自由度ｐｉｄ制御装置 - Google Patents
２自由度ｐｉｄ制御装置Info
- Publication number
- JP2772059B2 JP2772059B2 JP1234959A JP23495989A JP2772059B2 JP 2772059 B2 JP2772059 B2 JP 2772059B2 JP 1234959 A JP1234959 A JP 1234959A JP 23495989 A JP23495989 A JP 23495989A JP 2772059 B2 JP2772059 B2 JP 2772059B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control
- target value
- degree
- pid
- freedom
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、外乱抑制最適制御および目標値追従最適制
御を実現する２自由度PID制御装置に係わり、特に偏差
に対する非線形処理を適切に行なう２自由度PID制御装
置に関する。
御を実現する２自由度PID制御装置に係わり、特に偏差
に対する非線形処理を適切に行なう２自由度PID制御装
置に関する。
（従来の技術） 従来からPID制御装置はあらゆる産業分野で広く利用
されている。そして、現在ではアナログ演算制御方式に
代わってディジタル演算制御方式が多用されており、プ
ラントの制御には必要不可欠なものとなっている。
されている。そして、現在ではアナログ演算制御方式に
代わってディジタル演算制御方式が多用されており、プ
ラントの制御には必要不可欠なものとなっている。
このようなPID制御の基本演算式は、 MV（ｓ）＝Kp｛１＋（1/TI・ｓ） ＋（TD・ｓ）／（１＋η・TD・ｓ）｝ ・Ｅ（ｓ） ……（１） で表される。但し、MV（ｓ）は操作信号、Ｅ（ｓ）は偏
差、Kpは比例ゲイン、TIは積分時間、TDは微分時間、ｓ
はラプラス演算子、ηは係数、（1/η）は微分ゲインで
ある。この演算式は偏差ＥについてPID演算を行なうも
のであって、通常，偏差PID制御と呼ばれている。
差、Kpは比例ゲイン、TIは積分時間、TDは微分時間、ｓ
はラプラス演算子、ηは係数、（1/η）は微分ゲインで
ある。この演算式は偏差ＥについてPID演算を行なうも
のであって、通常，偏差PID制御と呼ばれている。
しかしながら、このPID制御では、目標値SVがステッ
プ的に変化する場合が多く、この目標値SVの変化に対し
て過度にＤ（微分）動作が働くために操作信号MVが急変
し、それに伴って制御対象に衝撃を与え、或いは目標値
追従特性が大きくオーバシュートして振動現象を起こす
問題がある。
プ的に変化する場合が多く、この目標値SVの変化に対し
て過度にＤ（微分）動作が働くために操作信号MVが急変
し、それに伴って制御対象に衝撃を与え、或いは目標値
追従特性が大きくオーバシュートして振動現象を起こす
問題がある。
そこで、近年、偏差に代わって制御量PVについてＤ動
作を実行する「測定値微分先行形PID制御」が利用され
るようになってきた。
作を実行する「測定値微分先行形PID制御」が利用され
るようになってきた。
この測定値微分先行形PID制御の演算式は、 MV（ｓ）＝Kp［｛１＋1/（TI・ｓ）｝ ・Ｅ（ｓ）−｛（TD・ｓ） ／（１＋η・TD・ｓ）｝・PV（ｓ）］ ……（２） で表される。PV（ｓ）は制御対象からの制御量である。
ところで、以上のようなPID演算式は何れも１自由度P
ID調節演算であって、PIDパラメータは１組しか設定で
きない。しかし、実際の制御系では、外乱抑制特性最適
PIDパラメータと目標値追従特性最適PIDパラメータとは
それぞれの値が異なる。
ID調節演算であって、PIDパラメータは１組しか設定で
きない。しかし、実際の制御系では、外乱抑制特性最適
PIDパラメータと目標値追従特性最適PIDパラメータとは
それぞれの値が異なる。
ここに、外乱抑制特性と目標値追従特性との両方を満
足させて最適な制御を実行する手段として、1963年に
「Issac.I.Horowitz」によってそれぞれ２組のPIDパラ
メータを独立に設定できる２自由度PIDアルゴリズムの
概念が発表され、現在ではその概念の下に多くの制御装
置が実用化され高度なプラント制御が行われている。こ
の２自由度PIDアルゴリズムは、予め外乱抑制に最適なP
IDパラメータを設定し、目標値の変更時，その目標値に
対し目標値フイルタの係数に基づいて前記パラメータを
自動的に変更する方式である。
足させて最適な制御を実行する手段として、1963年に
「Issac.I.Horowitz」によってそれぞれ２組のPIDパラ
メータを独立に設定できる２自由度PIDアルゴリズムの
概念が発表され、現在ではその概念の下に多くの制御装
置が実用化され高度なプラント制御が行われている。こ
の２自由度PIDアルゴリズムは、予め外乱抑制に最適なP
IDパラメータを設定し、目標値の変更時，その目標値に
対し目標値フイルタの係数に基づいて前記パラメータを
自動的に変更する方式である。
第５図は一般的に使用されている従来の２自由度PID
制御装置のブロック構成図である。この制御装置は、測
定値微分先行形PIDの入力側に目標値フイルタ手段Ｈ
（ｓ）を付加したものである。この目標値フイルタ手段
Ｈ（ｓ）は、目標値SVに対して進みまたは遅れをもたせ
る進み／遅れ要素１、目標値SVに対して１次遅れをもた
せる１次遅れ要素２、微分ゲインに上限を設けるととも
に微分動作を遅らす不完全微分要素３、不完全微分要素
３出力から１次遅れ要素２出力を減算する減算手段４、
この減算手段４の出力を遅らす不完全微分要素５、この
不完全微分要素５出力と前記進み／遅れ要素１出力とを
加算する加算手段６等で構成され、この目標値フイルタ
手段Ｈ（ｓ）からの出力SV0を目標値として測定値微分
先行形PIDの偏差演算手段７に供給する。
制御装置のブロック構成図である。この制御装置は、測
定値微分先行形PIDの入力側に目標値フイルタ手段Ｈ
（ｓ）を付加したものである。この目標値フイルタ手段
Ｈ（ｓ）は、目標値SVに対して進みまたは遅れをもたせ
る進み／遅れ要素１、目標値SVに対して１次遅れをもた
せる１次遅れ要素２、微分ゲインに上限を設けるととも
に微分動作を遅らす不完全微分要素３、不完全微分要素
３出力から１次遅れ要素２出力を減算する減算手段４、
この減算手段４の出力を遅らす不完全微分要素５、この
不完全微分要素５出力と前記進み／遅れ要素１出力とを
加算する加算手段６等で構成され、この目標値フイルタ
手段Ｈ（ｓ）からの出力SV0を目標値として測定値微分
先行形PIDの偏差演算手段７に供給する。
この測定値微分先行形PIDは、偏差演算手段７にて目
標値フイルタ手段Ｈ（ｓ）の出力SV0と制御対象12から
の制御量PVとの偏差Ｅを求めた後、この偏差Ｅを非線形
手段８に導入し、ここで不感帯処理，偏差自乗処理，方
向性処理などの非線形処理を行ってPI調節演算手段９に
導き、前記（２）式の前段側のPI調節演算を行う。そし
て、このPI調節演算手段９で得られたPI調節演算出力を
演算手段10に供給する。
標値フイルタ手段Ｈ（ｓ）の出力SV0と制御対象12から
の制御量PVとの偏差Ｅを求めた後、この偏差Ｅを非線形
手段８に導入し、ここで不感帯処理，偏差自乗処理，方
向性処理などの非線形処理を行ってPI調節演算手段９に
導き、前記（２）式の前段側のPI調節演算を行う。そし
て、このPI調節演算手段９で得られたPI調節演算出力を
演算手段10に供給する。
また、制御対象12からの制御量PVを不完全微分手段11
に導き、ここで前記（２）式の後段側の不完全微分演算
を行い、得られた不完全微分演算出力を減算手段10に導
入する，いわゆる微分バイパスを行う。この減算手段10
では前記PI調節演算出力から不完全微分演算出力を減算
し、得られた信号を操作信号MVとして加算手段13に導
き、ここで外乱信号Ｄと加算合成して制御対象12に印加
することにより、目標値SV0＝制御量PVとなるように制
御する。
に導き、ここで前記（２）式の後段側の不完全微分演算
を行い、得られた不完全微分演算出力を減算手段10に導
入する，いわゆる微分バイパスを行う。この減算手段10
では前記PI調節演算出力から不完全微分演算出力を減算
し、得られた信号を操作信号MVとして加算手段13に導
き、ここで外乱信号Ｄと加算合成して制御対象12に印加
することにより、目標値SV0＝制御量PVとなるように制
御する。
従って、以上のような構成によれば、 対外乱抑制御アルゴリズムＣ（ｓ）は、 Ｃ（ｓ）＝Kp｛１＋（1/TI・ｓ） ＋（TD・ｓ）／（１＋η・TD・ｓ）｝ ……（３） となり、一方、対目標値制御アルゴリズムＣ（ｓ）は Ｃ＊（ｓ）＝Kp［α＋｛（1/TI・ｓ） −β／（１＋TI・ｓ）｝ ＋（γ・TD・ｓ） ／（１＋η・TD・ｓ）］ ……（４） となる。従って、予め外乱抑制特性が最適となるように
上式のパラメータKp,TI,TDを決定した後、目標値追従特
性が最適となるように２自由度化係数α，β，γを決定
すれば、目標値PVの変化に対し前記係数α，β，γによ
ってパラメータKp,TI,TDを可変でき、２自由度化PID制
御が実現できる。
上式のパラメータKp,TI,TDを決定した後、目標値追従特
性が最適となるように２自由度化係数α，β，γを決定
すれば、目標値PVの変化に対し前記係数α，β，γによ
ってパラメータKp,TI,TDを可変でき、２自由度化PID制
御が実現できる。
（発明が解決しようとする課題） しかし、以上のような２自由度PID制御においては、
種々の特長を有していながら、一方では次に述べるよう
な欠陥をもっている。
種々の特長を有していながら、一方では次に述べるよう
な欠陥をもっている。
、実際のプラント制御では偏差に対して非線形処理を
行うことが多いが、この非線形処理が簡単，正確，か
つ、自由自在にできない。
行うことが多いが、この非線形処理が簡単，正確，か
つ、自由自在にできない。
すなわち、実際のプラント制御においては、制御対象
12の特性に応じて偏差Ｅのみでは対応できず、PI調節演
算手段９の入力側に非線形手段８を設けて、偏差Ｅに対
して不感帯，偏差自乗，方向性，ギャップなどの非線形
処理を多用しているが、不完全微分手段11がPI調節演算
手段９の出力側にバイパスされているので、非線形処理
の対象外となり、そのため非線形処理が正確に行えず、
これに伴って制御性を低下させている問題がある。
12の特性に応じて偏差Ｅのみでは対応できず、PI調節演
算手段９の入力側に非線形手段８を設けて、偏差Ｅに対
して不感帯，偏差自乗，方向性，ギャップなどの非線形
処理を多用しているが、不完全微分手段11がPI調節演算
手段９の出力側にバイパスされているので、非線形処理
の対象外となり、そのため非線形処理が正確に行えず、
これに伴って制御性を低下させている問題がある。
、また、目標値フイルタ手段Ｈ（ｓ）および測定値微
分先行形PIDを含めると、１次遅れ要素や不完全微分要
素等が多く使用されている。
分先行形PIDを含めると、１次遅れ要素や不完全微分要
素等が多く使用されている。
一般に、プラント制御では数10〜数1000個に及ぶ２自
由度PIDを使用するが、それらの数に応じた多数の１次
遅れ要素や不完全微分要素等を使用する必要があり、そ
のためにプラント制御システムの負荷が過大となり、シ
ステム全体の高速処理が難しく、低容量化に逆行する問
題がある。
由度PIDを使用するが、それらの数に応じた多数の１次
遅れ要素や不完全微分要素等を使用する必要があり、そ
のためにプラント制御システムの負荷が過大となり、シ
ステム全体の高速処理が難しく、低容量化に逆行する問
題がある。
特に、今後，益々プラント制御システムの高精度化、
速応化、最適化および安全化等が求められてくるが、こ
れらの要求に十分に対応するにはプラントに多用されて
いる２自由度PID制御の以上のような欠陥を早急に解決
する必要がある。
速応化、最適化および安全化等が求められてくるが、こ
れらの要求に十分に対応するにはプラントに多用されて
いる２自由度PID制御の以上のような欠陥を早急に解決
する必要がある。
本発明は以上のような要望の下になされたもので、微
分動作を含めて非線形処理を正確、簡単、かつ、自由自
在に行って制御性を向上し得、しかも簡単に２自由度PI
Dを実現しうる２自由度PID制御装置を提供することを目
的とする。
分動作を含めて非線形処理を正確、簡単、かつ、自由自
在に行って制御性を向上し得、しかも簡単に２自由度PI
Dを実現しうる２自由度PID制御装置を提供することを目
的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、目標値と制御対
象の制御量との偏差に基づいて非線形処理を行った後、
Ｐ（比例）・Ｉ（積分）調節演算を行なって前記制御対
象に印加する操作信号得る２自由度PID調節制御装置に
おいて、目標値と前記制御量とを取り込んで当該目標値
変化および外乱に対して微分動作を行って目標値相当信
号を取り出す複合フィルタ手段を設け、この複合フィル
タ手段の出力である目標値相当信号と前記制御量との偏
差に基づいて２自由度PID調節を行う構成としたもので
ある。
象の制御量との偏差に基づいて非線形処理を行った後、
Ｐ（比例）・Ｉ（積分）調節演算を行なって前記制御対
象に印加する操作信号得る２自由度PID調節制御装置に
おいて、目標値と前記制御量とを取り込んで当該目標値
変化および外乱に対して微分動作を行って目標値相当信
号を取り出す複合フィルタ手段を設け、この複合フィル
タ手段の出力である目標値相当信号と前記制御量との偏
差に基づいて２自由度PID調節を行う構成としたもので
ある。
さらに、他の発明は、非線形処理を持たないもので
も、複合フイルタ手段とPI調節演算とを組み合わせて２
自由度PID制御を実現するものである。
も、複合フイルタ手段とPI調節演算とを組み合わせて２
自由度PID制御を実現するものである。
（作用） 従って、本発明は以上のような手段を講じたことによ
り、従来、基本制御部分が非線形処理手段をもった測定
値微分先行形PID調節演算と目標値フイルタとを組み合
わせた構成であったものに対し、基本制御部分を非線形
処理手段を持ったPI調節演算手段とするとともに、この
PI調節演算手段の前段に目標値と前記制御量とを取り込
んで外乱に対して微分動作を行う複合フイルタ手段を設
けることにより、この複合フイルタ手段から得られた出
力を目標値相当信号とし、この目標値相当信号から偏差
を求めることにより、微分を含んで非線形処理を正確，
かつ、自由自在に行え、かつ、容易に２自由度PID制御
を実現することができる。
り、従来、基本制御部分が非線形処理手段をもった測定
値微分先行形PID調節演算と目標値フイルタとを組み合
わせた構成であったものに対し、基本制御部分を非線形
処理手段を持ったPI調節演算手段とするとともに、この
PI調節演算手段の前段に目標値と前記制御量とを取り込
んで外乱に対して微分動作を行う複合フイルタ手段を設
けることにより、この複合フイルタ手段から得られた出
力を目標値相当信号とし、この目標値相当信号から偏差
を求めることにより、微分を含んで非線形処理を正確，
かつ、自由自在に行え、かつ、容易に２自由度PID制御
を実現することができる。
さらに、非線形処理を持たないものでも、複合フイル
タ手段とPI調節演算とを組み合わせて容易に２自由度PI
D制御を実行できる。
タ手段とPI調節演算とを組み合わせて容易に２自由度PI
D制御を実行できる。
（実施例） 以下、本発明の実施例について第１図ないし第４図を
参照して説明する。第１図は本発明装置の基本構成図、
第２図は第１図に示す複合フイルタ手段について推定し
たフイルタ構造図、第３図は複合フイルタ手段の具体的
な構成を示す図、第４図は複合フイルタ手段を１次遅れ
要素のみで構成した図である。
参照して説明する。第１図は本発明装置の基本構成図、
第２図は第１図に示す複合フイルタ手段について推定し
たフイルタ構造図、第３図は複合フイルタ手段の具体的
な構成を示す図、第４図は複合フイルタ手段を１次遅れ
要素のみで構成した図である。
先ず、本装置の基本構成について第１図を参照して説
明する。同図において21は目標値SVと制御量PVとを取り
込んで制御量PVに関する微分と２自由度化を実現するた
めの演算を行って目標相当信号SV′を得る複合フイルタ
手段である。この複合フイルタ手段21で得られた信号S
V′はPIアルゴリズム22に送られる。
明する。同図において21は目標値SVと制御量PVとを取り
込んで制御量PVに関する微分と２自由度化を実現するた
めの演算を行って目標相当信号SV′を得る複合フイルタ
手段である。この複合フイルタ手段21で得られた信号S
V′はPIアルゴリズム22に送られる。
このPIDアルゴリズム22、信号SV′から制御量PVを減
算して偏差Ｅを求める偏差演算手段23と、この偏差演算
手段23からの偏差Ｅに基づいて適宜に不感帯，偏差自
乗，ギャップ，方向性等の非線形処理を実行する非線形
手段24と、この非線形処理された信号に基づいてPI調節
演算を行うPI調節演算手段25とによって構成されてい
る。、 26はPI調節演算手段25から得られた操作信号MVに外乱
信号Ｄを加算する加算手段、27は制御対象である。
算して偏差Ｅを求める偏差演算手段23と、この偏差演算
手段23からの偏差Ｅに基づいて適宜に不感帯，偏差自
乗，ギャップ，方向性等の非線形処理を実行する非線形
手段24と、この非線形処理された信号に基づいてPI調節
演算を行うPI調節演算手段25とによって構成されてい
る。、 26はPI調節演算手段25から得られた操作信号MVに外乱
信号Ｄを加算する加算手段、27は制御対象である。
ところで、複合フイルタ手段21についてその内部のフ
イルタ構造を導き出す必要があるが、このフイルタ構造
の導出はそれほど簡単ではない。そこで、目標値SVと制
御量PVとの互いの関わり合いを考慮し第２図に示す伝達
関数31〜34,36,38および加減算手段35,37,39をもったフ
イルタ構造を推定する。
イルタ構造を導き出す必要があるが、このフイルタ構造
の導出はそれほど簡単ではない。そこで、目標値SVと制
御量PVとの互いの関わり合いを考慮し第２図に示す伝達
関数31〜34,36,38および加減算手段35,37,39をもったフ
イルタ構造を推定する。
そこで、以下、これらの伝達関数31〜34,36,38の各式
について導出してみる。先ず、PI調節演算手段25である
基本制御部分CO（ｓ）を、 CO（ｓ）＝Kp｛１＋（1/TI・ｓ）｝ ……（５） と置くと、その制御値PVの応答式は、 となり、制御値PVは上式から「目標値SVによる成分」と
「外乱Ｄ（ｓ）による成分」との合成値となっているこ
とが分かる。
について導出してみる。先ず、PI調節演算手段25である
基本制御部分CO（ｓ）を、 CO（ｓ）＝Kp｛１＋（1/TI・ｓ）｝ ……（５） と置くと、その制御値PVの応答式は、 となり、制御値PVは上式から「目標値SVによる成分」と
「外乱Ｄ（ｓ）による成分」との合成値となっているこ
とが分かる。
ここで、外乱Ｄ（ｓ）が変化したとき、その外乱抑制
特性が最適となるように（６）式を用いて「希望制御ア
ルゴリズム」を指定する。今、（６）式に示す外乱Ｄ
（ｓ）による成分のうち、制御対象27の伝達関数Ｇ
（ｓ）と外乱Ｄ（ｓ）が与えられるので、対外乱制御ア
ルゴリズムをCD（ｓ）とすると、 なる一般のPIDアルゴリズムをもって指定できる。そし
て、これら（５）式〜（７）式を用いて種々変形する
と、 CO（ｓ）Ｑ（ｓ）Ｒ（ｓ）＝（TD・ｓ） ／（１＋η・TD・ｓ） ……（８） Ｑ（ｓ）Ｒ（ｓ）＝｛（TD・ｓ） ／（１＋η・TD・ｓ）｝ ×｛（TI・ｓ）／（１＋TI・ｓ）｝ ……（９） を導くことができる。従って、この（９）式から、 Ｑ（ｓ）＝（TD・ｓ）／（１＋η・TD・ｓ） ……（10） Ｒ（ｓ）＝（TI・ｓ）／（１＋T1・ｓ） ……（11） なる伝達関数36,38を求めることができる。
特性が最適となるように（６）式を用いて「希望制御ア
ルゴリズム」を指定する。今、（６）式に示す外乱Ｄ
（ｓ）による成分のうち、制御対象27の伝達関数Ｇ
（ｓ）と外乱Ｄ（ｓ）が与えられるので、対外乱制御ア
ルゴリズムをCD（ｓ）とすると、 なる一般のPIDアルゴリズムをもって指定できる。そし
て、これら（５）式〜（７）式を用いて種々変形する
と、 CO（ｓ）Ｑ（ｓ）Ｒ（ｓ）＝（TD・ｓ） ／（１＋η・TD・ｓ） ……（８） Ｑ（ｓ）Ｒ（ｓ）＝｛（TD・ｓ） ／（１＋η・TD・ｓ）｝ ×｛（TI・ｓ）／（１＋TI・ｓ）｝ ……（９） を導くことができる。従って、この（９）式から、 Ｑ（ｓ）＝（TD・ｓ）／（１＋η・TD・ｓ） ……（10） Ｒ（ｓ）＝（TI・ｓ）／（１＋T1・ｓ） ……（11） なる伝達関数36,38を求めることができる。
次に、目標値追従特性が最適となるように、希望制御
アルゴリズムを指定する。今、前記（６）式に示す「目
標値SVによる成分」のうち、（７）式,G（ｓ）,SVは変
更操作できないので、対目標値制御アルゴリズムをC
V（ｓ）とすると、 と指定できる。ここで、α，β，γは２自由度化係数と
呼び、次のような意味をもっている。先ず、αは外乱抑
制最適比例ゲインKpを目標値追従最適比例ゲインKp＊に
変換するための係数であって、 α・Kp＝Kp＊→α＝Kp＊/Kp ……（13） なる関係にあり、またγは外乱抑制最適微分時間TD ＊を
目標値追従最適微分時間TDに変換するための係数であっ
て、 Kp・γ・TD＝Kp＊・TD ＊→ γ＝α・（TD ＊/TD） ……（14） なる関係にある。βは外乱抑制最適積分時間TIを目標値
追従最適積分時間TIに変換するための係数である。
アルゴリズムを指定する。今、前記（６）式に示す「目
標値SVによる成分」のうち、（７）式,G（ｓ）,SVは変
更操作できないので、対目標値制御アルゴリズムをC
V（ｓ）とすると、 と指定できる。ここで、α，β，γは２自由度化係数と
呼び、次のような意味をもっている。先ず、αは外乱抑
制最適比例ゲインKpを目標値追従最適比例ゲインKp＊に
変換するための係数であって、 α・Kp＝Kp＊→α＝Kp＊/Kp ……（13） なる関係にあり、またγは外乱抑制最適微分時間TD ＊を
目標値追従最適微分時間TDに変換するための係数であっ
て、 Kp・γ・TD＝Kp＊・TD ＊→ γ＝α・（TD ＊/TD） ……（14） なる関係にある。βは外乱抑制最適積分時間TIを目標値
追従最適積分時間TIに変換するための係数である。
従って、前記（12）式の比例ゲインと微分時間は、外
乱抑制最適制御定数Kp,TDをそれぞれα，γ倍すること
により、目標値追従最適制御定数とすることができる。
一方、積分時間TIの場合には単純に係数倍した形にする
と定値制御が不可能になるので、積分時間の２自由度化
については特別な工夫を行って前記（８）式に相当する
式に変換した後、この式のβを可変して等価的に積分時
間TIを変化させることにより求めることができる。例え
ば外乱抑制最適積分項をＩ（ｓ）とし、かつ、目標値追
従最適積分項をＩ＊（ｓ）とすると、 で表せる。そして、この（15）式について、 β＝０のとき、Ｉ＊（ｓ）＝Ｉ（ｓ） …積分時間→不変 β＞０のとき、Ｉ＊（ｓ）＜Ｉ（ｓ） …積分時間→等価的に大きくなる。
乱抑制最適制御定数Kp,TDをそれぞれα，γ倍すること
により、目標値追従最適制御定数とすることができる。
一方、積分時間TIの場合には単純に係数倍した形にする
と定値制御が不可能になるので、積分時間の２自由度化
については特別な工夫を行って前記（８）式に相当する
式に変換した後、この式のβを可変して等価的に積分時
間TIを変化させることにより求めることができる。例え
ば外乱抑制最適積分項をＩ（ｓ）とし、かつ、目標値追
従最適積分項をＩ＊（ｓ）とすると、 で表せる。そして、この（15）式について、 β＝０のとき、Ｉ＊（ｓ）＝Ｉ（ｓ） …積分時間→不変 β＞０のとき、Ｉ＊（ｓ）＜Ｉ（ｓ） …積分時間→等価的に大きくなる。
β＜０のとき、Ｉ＊（ｓ）＞Ｉ（ｓ） …積分時間→等価的に小さくなる。
と選定し、このβの設定によって（11）式の積分時間を
等価的に可変する。そして、（12）式について（８）式
を適用し、かつ、伝達関数33,つまりＮ（ｓ）＝γとし
て積分項を消去すると、その残りは、 となり、前記（５）式を用いて（16）式を変形すれば、 を得ることができる。従って、（11）式と（17）式から
各伝達関数31,34,32は、 Ｈ（ｓ）＝1/（１＋TI・ｓ）、Ｐ（ｓ） ＝−β、Ｍ（ｓ）＝α ……（18） となる。
等価的に可変する。そして、（12）式について（８）式
を適用し、かつ、伝達関数33,つまりＮ（ｓ）＝γとし
て積分項を消去すると、その残りは、 となり、前記（５）式を用いて（16）式を変形すれば、 を得ることができる。従って、（11）式と（17）式から
各伝達関数31,34,32は、 Ｈ（ｓ）＝1/（１＋TI・ｓ）、Ｐ（ｓ） ＝−β、Ｍ（ｓ）＝α ……（18） となる。
その結果、これら（10）式、（11）式、（18）式に基
づいて、第２図の複合フイルタ手段21は第３図に示すよ
うな具体的な構成とすることができる。すなわち、第３
図の複合フイルタ手段21は１次送れ要素と進み／遅れ要
素とで構成することができる。
づいて、第２図の複合フイルタ手段21は第３図に示すよ
うな具体的な構成とすることができる。すなわち、第３
図の複合フイルタ手段21は１次送れ要素と進み／遅れ要
素とで構成することができる。
なお、 と変換できるので、第３図の複合フイルタ手段21は更に
第４図のように具体化できる。すなわち、第３図の伝達
関数36′は除算手段36a、１次遅れ手段36bおよび減算手
段36cによって構成でき、一方、伝達関数38′は１次遅
れ要素38aおよび減算手段38bによって構成できる。つま
り、複合フイルタ手段21は３個の１次遅れ要素31′,36
b,38aのみを用いて実現することが可能である。
第４図のように具体化できる。すなわち、第３図の伝達
関数36′は除算手段36a、１次遅れ手段36bおよび減算手
段36cによって構成でき、一方、伝達関数38′は１次遅
れ要素38aおよび減算手段38bによって構成できる。つま
り、複合フイルタ手段21は３個の１次遅れ要素31′,36
b,38aのみを用いて実現することが可能である。
従って、以上のような実施例の構成によれば、基本制
御部分にはPIアルゴリズムを用いているが、フイルタ部
分には目標値と制御量とを取り込んで希望する制御アル
ゴリズム指定法に基づいて微分動作を生み出す複合フイ
ルタ手段21を設けたことにより、制御系全体として２自
由度PIDアルゴリズムを構成できる。しかも、複合フイ
ルタ手段21の２自由度化係数α，β，γを下表のように
可変設定すれば、各種のPIDアルゴリズム，つまり１自
由度→不完全２自由度→完全自由度間で体系的に生み出
すことができる。
御部分にはPIアルゴリズムを用いているが、フイルタ部
分には目標値と制御量とを取り込んで希望する制御アル
ゴリズム指定法に基づいて微分動作を生み出す複合フイ
ルタ手段21を設けたことにより、制御系全体として２自
由度PIDアルゴリズムを構成できる。しかも、複合フイ
ルタ手段21の２自由度化係数α，β，γを下表のように
可変設定すれば、各種のPIDアルゴリズム，つまり１自
由度→不完全２自由度→完全自由度間で体系的に生み出
すことができる。
また、従来、基本制御部分が非線形処理手段をもった
測定値微分先行形PID調節演算と目標値フイルタとの組
み合わせで構成されていたので、偏差に対する非線形処
理が不完全であったが、本発明装置では基本制御部分を
非線形処理手段を有するPI調節演算とする一方、目標値
と制御量とを取り込んで希望する制御アルゴリズム指定
法に基づいて微分動作を生み出してPI調節演算に与える
ようにしているので、PIDについて非線形処理を行うこ
とができ、よって非線形処理が簡単，正確，かつ、自由
自在に実行でき、制御性を大幅に改善できる。
測定値微分先行形PID調節演算と目標値フイルタとの組
み合わせで構成されていたので、偏差に対する非線形処
理が不完全であったが、本発明装置では基本制御部分を
非線形処理手段を有するPI調節演算とする一方、目標値
と制御量とを取り込んで希望する制御アルゴリズム指定
法に基づいて微分動作を生み出してPI調節演算に与える
ようにしているので、PIDについて非線形処理を行うこ
とができ、よって非線形処理が簡単，正確，かつ、自由
自在に実行でき、制御性を大幅に改善できる。
さらに、従来の目標値フイルタと測定値微分先行形PI
Dアルゴリズムとの組み合わせでは６個の１次遅れ要素
を用いていたが、本発明装置では３個の１次遅れ要素で
実現でき、制御システムのコンパクト化およびシンプル
化に寄与し、システムのファンダメンタルズを高度化で
き、各種の産業分野の期待に大きく貢献できるものであ
る。
Dアルゴリズムとの組み合わせでは６個の１次遅れ要素
を用いていたが、本発明装置では３個の１次遅れ要素で
実現でき、制御システムのコンパクト化およびシンプル
化に寄与し、システムのファンダメンタルズを高度化で
き、各種の産業分野の期待に大きく貢献できるものであ
る。
なお、上記実施例では非線形手段24を設けたが、この
非線形手段24のないものでも同様に複合フイルタ手段21
を使用することができる。その他、本発明はその要旨を
逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
非線形手段24のないものでも同様に複合フイルタ手段21
を使用することができる。その他、本発明はその要旨を
逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
［発明の効果］ 以上説明したように目標値変化および外乱に対して微
分動作を行って目標値相当信号を取り出すことにより、
操作信号の急変をなくし、制御対象を安定、かつ、適切
に制御可能とし、さらに微分動作を含めて非線形処理を
正確、簡単、かつ、自由自在に行うことができ、よって
制御性を改善でき、しかも簡単な構成で２自由度化PID
を実現しうる２自由度PID制御装置を提供できる。
分動作を行って目標値相当信号を取り出すことにより、
操作信号の急変をなくし、制御対象を安定、かつ、適切
に制御可能とし、さらに微分動作を含めて非線形処理を
正確、簡単、かつ、自由自在に行うことができ、よって
制御性を改善でき、しかも簡単な構成で２自由度化PID
を実現しうる２自由度PID制御装置を提供できる。
第１図ないし第４図は本発明に係わる２自由度制御装置
の実施例を説明するために示したもので、第１図は本発
明装置の基本構成図、第２図は第１図に示す複合フイル
タ手段について推定したフイルタ構造図、第３図は複合
フイルタ手段の具体的な構成を示す図、第４図は複合フ
イルタ手段を１次遅れ要素のみで構成した図、第５図は
従来装置の構成図である。 21……複合フイルタ手段、23……偏差演算手段、24……
非線形手段、25……PI調節演算手段、26……加算手段、
27……制御対象、31〜34,36,38……伝達関数。
の実施例を説明するために示したもので、第１図は本発
明装置の基本構成図、第２図は第１図に示す複合フイル
タ手段について推定したフイルタ構造図、第３図は複合
フイルタ手段の具体的な構成を示す図、第４図は複合フ
イルタ手段を１次遅れ要素のみで構成した図、第５図は
従来装置の構成図である。 21……複合フイルタ手段、23……偏差演算手段、24……
非線形手段、25……PI調節演算手段、26……加算手段、
27……制御対象、31〜34,36,38……伝達関数。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05B 11/00 G05B 13/00
Claims (2)
- 【請求項１】目標値と制御対象の制御量との偏差を非線
形処理した後、Ｐ（比例）・Ｉ（積分）調節演算を行な
って前記制御対象に印加する操作信号を得る２自由度PI
D制御装置において、 前記目標値と前記制御対象の制御量とを取り込んで当該
目標値変化および外乱に対して微分動作を行って目標値
相当信号を取り出す複合フィルタ手段を設け、この複合
フィルタ手段の出力である目標値相当信号と前記制御量
との偏差に基づいて２自由度PID調節を行うことを特徴
とする２自由度PID制御装置。 - 【請求項２】目標値と制御対象の制御量との偏差につい
てＰ（比例）・Ｉ（積分）調節演算を行って前記制御対
象に印加する操作信号を得る２自由度PID制御装置にお
いて、 前記目標値と前記制御対象の制御量とを取り込んで当該
目標値変化および外乱に対して微分動作を行って目標値
相当信号を取り出す複合フィルタ手段を設け、この複合
フィルタ手段の出力である目標値相当信号と前記制御量
との偏差に基づいて２自由度PID調節を行うことを特徴
とする２自由度PID制御装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1234959A JP2772059B2 (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | ２自由度ｐｉｄ制御装置 |
| AU62028/90A AU611839B1 (en) | 1989-09-11 | 1990-08-31 | Two degree of freedom controller |
| US07/577,558 US5105138A (en) | 1989-09-11 | 1990-09-05 | Two degree of freedom controller |
| EP90117107A EP0417635B1 (en) | 1989-09-11 | 1990-09-05 | Two degree of freedom controller |
| DE69026324T DE69026324T2 (de) | 1989-09-11 | 1990-09-05 | Regler mit zwei Freiheitsgraden |
| KR1019900014322A KR940003149B1 (ko) | 1989-09-11 | 1990-09-11 | 2자유도 제어기 |
| CN 90107699 CN1024953C (zh) | 1989-09-11 | 1990-09-11 | 两自由度控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1234959A JP2772059B2 (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | ２自由度ｐｉｄ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0397003A JPH0397003A (ja) | 1991-04-23 |
| JP2772059B2 true JP2772059B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=16978939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1234959A Expired - Lifetime JP2772059B2 (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | ２自由度ｐｉｄ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2772059B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007131316A (ja) * | 2005-11-09 | 2007-05-31 | Omori Mach Co Ltd | 包装機 |
| JP4648278B2 (ja) * | 2006-09-28 | 2011-03-09 | 株式会社チノー | 背圧弁制御装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6121892A (ja) * | 1984-07-09 | 1986-01-30 | Tokyo Keiki Co Ltd | シングルル−プ舵取機 |
| JPS629405A (ja) * | 1985-07-06 | 1987-01-17 | Toshiba Corp | プロセス制御装置 |
| JPS61196302A (ja) * | 1985-02-27 | 1986-08-30 | Toshiba Corp | 調節装置 |
| JPS63140301A (ja) * | 1986-12-03 | 1988-06-11 | Fuji Electric Co Ltd | 電動操作端制御装置 |
| JPS63165903A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-07-09 | Toshiba Corp | 適応制御装置 |
| JPH079602B2 (ja) * | 1987-12-09 | 1995-02-01 | 株式会社東芝 | 制御装置 |
-
1989
- 1989-09-11 JP JP1234959A patent/JP2772059B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0397003A (ja) | 1991-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2772106B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| EP0407590A1 (en) | Servo control apparatus | |
| DE102008063295A1 (de) | Motorregeleinrichtung und Motorregelsystem | |
| KR940003149B1 (ko) | 2자유도 제어기 | |
| Barbosa et al. | On the fractional PID control of a laboratory servo system | |
| JP2772059B2 (ja) | ２自由度ｐｉｄ制御装置 | |
| JP2839626B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JPH03289385A (ja) | モータ制御のゲイン調整方法 | |
| US5200681A (en) | Process control system | |
| JPS61109104A (ja) | Ｐｉｄ調節計 | |
| JP2845534B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JP2004013511A (ja) | プロセス制御装置 | |
| US6847851B1 (en) | Apparatus for improved general-purpose PID and non-PID controllers | |
| JPH0556522B2 (ja) | ||
| JPH0792687B2 (ja) | 調節装置 | |
| JP2752230B2 (ja) | ２自由度制御装置 | |
| JP2818325B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| RU2756229C1 (ru) | Система с обратной связью | |
| JP2809849B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JPH0666041B2 (ja) | ２自由度サンプル値ｐｉｄ制御装置 | |
| JP3124169B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| SU798707A1 (ru) | Пропорционально-интегральный регул тор | |
| JP2517616B2 (ja) | ファジイフィ―ドバック制御におけるパラメ―タ適応方法 | |
| JP2683543B2 (ja) | 自動制御方式 | |
| Barbosa et al. | Fractional PID control of an experimental servo system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080417 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090417 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100417 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100417 Year of fee payment: 12 |