JP2915220B2 - プロセス制御装置 - Google Patents
プロセス制御装置Info
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- JP2915220B2 JP2915220B2 JP23876692A JP23876692A JP2915220B2 JP 2915220 B2 JP2915220 B2 JP 2915220B2 JP 23876692 A JP23876692 A JP 23876692A JP 23876692 A JP23876692 A JP 23876692A JP 2915220 B2 JP2915220 B2 JP 2915220B2
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- pid constant
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は複数の制御目的が存在
するプロセス制御装置に関し、広く温度調節器や流量制
御器などに適用することができる。
するプロセス制御装置に関し、広く温度調節器や流量制
御器などに適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】従来広く用いられているＰＩＤ制御を用
いたプロセス制御装置、たとえばディジタル調節計は、
ある対象を制御するのに一組のＰＩＤ定数を用いてい
る。この場合その一組のＰＩＤ定数で、設定値変更時の
制御、すなわち偏差が大きいときの制御と、外乱に対す
る制御すなわち偏差の小さいときの制御を行なわなくて
はならない。しかし、このような設定値変更時と外乱発
生時に対応する最適なＰＩＤ定数はほとんどのばあい異
なっている。当然２組の異なるＰＩＤを設定することが
できないので、いずれか一方に重点を置いた設定あるい
は中間的な値を設定せざるを得なかった。このため立ち
上がり時はオーバーシュートが少ないが、外乱に対して
整定時間が長くなったり、あるいは立ち上がり時はオー
バーシュートは多いが、外乱に対して整定時間が短くな
ったり、さらにどちらの特性もある程度満たすものの、
どちらも満足できる値ではないといった結果しか得られ
ないばあいがあった。
いたプロセス制御装置、たとえばディジタル調節計は、
ある対象を制御するのに一組のＰＩＤ定数を用いてい
る。この場合その一組のＰＩＤ定数で、設定値変更時の
制御、すなわち偏差が大きいときの制御と、外乱に対す
る制御すなわち偏差の小さいときの制御を行なわなくて
はならない。しかし、このような設定値変更時と外乱発
生時に対応する最適なＰＩＤ定数はほとんどのばあい異
なっている。当然２組の異なるＰＩＤを設定することが
できないので、いずれか一方に重点を置いた設定あるい
は中間的な値を設定せざるを得なかった。このため立ち
上がり時はオーバーシュートが少ないが、外乱に対して
整定時間が長くなったり、あるいは立ち上がり時はオー
バーシュートは多いが、外乱に対して整定時間が短くな
ったり、さらにどちらの特性もある程度満たすものの、
どちらも満足できる値ではないといった結果しか得られ
ないばあいがあった。
【０００３】またこの種のプロセス制御装置として、図
７に示すように、目標値フィルタ形２自由度ＰＩＤ制御
等が提案されている。この手法は一組のＰＩＤで制御系
の立ち上がり特性と外乱の両方に対応できるように考慮
されたものである。しかしその図中に置ける各パラメー
タα、β、γの値を設定しなければならない。この値は
広く知られた値ではなく、設計者あるいは使用者が試行
錯誤的に決定するものである。
７に示すように、目標値フィルタ形２自由度ＰＩＤ制御
等が提案されている。この手法は一組のＰＩＤで制御系
の立ち上がり特性と外乱の両方に対応できるように考慮
されたものである。しかしその図中に置ける各パラメー
タα、β、γの値を設定しなければならない。この値は
広く知られた値ではなく、設計者あるいは使用者が試行
錯誤的に決定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は立ち上がり時のオーバーシュートの多少に
よって、外乱に対する整定時間に長短があること、およ
びＰＩＤ制御値を中間的な値に設定することによる中途
半端な制御である。また一意的に決定することができな
い制御用パラメータゆえにその設定が極めて複雑なこと
である。
とする課題は立ち上がり時のオーバーシュートの多少に
よって、外乱に対する整定時間に長短があること、およ
びＰＩＤ制御値を中間的な値に設定することによる中途
半端な制御である。また一意的に決定することができな
い制御用パラメータゆえにその設定が極めて複雑なこと
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、制御対象に
適したＰＩＤ定数として追値制御用ＰＩＤ定数を設定す
る第一のＰＩＤ設定部と、制御対象に適したＰＩＤ定数
として外乱用ＰＩＤ定数を設定する第二のＰＩＤ設定部
と、設定値に対する制御量の偏差の絶対値が小さい領域
においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きく、該絶対
値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ定数の適合
度が大きいメンバーシップ関数と、制御量の変化量の絶
対値が小さい領域においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度
が大きく、該絶対値が大きい領域においては追値制御用
ＰＩＤ定数の適合度が大きいメンバーシップ関数とから
ファジー演算を行って最適なＰＩＤ定数を演算するファ
ジー演算部と、このファジ−演算部で得られる最適なＰ
ＩＤ定数をもとに操作量を決定するＰＩＤ演算部とを有
するものである。
適したＰＩＤ定数として追値制御用ＰＩＤ定数を設定す
る第一のＰＩＤ設定部と、制御対象に適したＰＩＤ定数
として外乱用ＰＩＤ定数を設定する第二のＰＩＤ設定部
と、設定値に対する制御量の偏差の絶対値が小さい領域
においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きく、該絶対
値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ定数の適合
度が大きいメンバーシップ関数と、制御量の変化量の絶
対値が小さい領域においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度
が大きく、該絶対値が大きい領域においては追値制御用
ＰＩＤ定数の適合度が大きいメンバーシップ関数とから
ファジー演算を行って最適なＰＩＤ定数を演算するファ
ジー演算部と、このファジ−演算部で得られる最適なＰ
ＩＤ定数をもとに操作量を決定するＰＩＤ演算部とを有
するものである。
【０００６】
【作用】２つの異なるＰＩＤ定数は限界感度法等で知る
ことができ、制御が開始されるとファジー演算部では、
設定値に対する制御量の偏差に基づくメンバーシップ関
数と制御量の変化量に基づくメンバーシップ関数とから
ファジー演算が行われ、ＰＩＤ演算部では、このファジ
−演算部で得られる最適なＰＩＤ定数をもとに操作量を
決定される。特に、ＰＩＤ設定部では、追値制御用ＰＩ
Ｄ定数及び外乱用ＰＩＤ定数が設定され、ファジー演算
部では設定値に対する制御量の偏差の絶対値が小さい領
域においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きくなり、
該絶対値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ定数
の適合度が大きくなり、制御量の変化量の絶対値が小さ
い領域においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きくな
り、該絶対値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ
定数の適合度が大きくなるようにファジー演算が行わ
れ、最適なＰＩＤ定数が演算される。
ことができ、制御が開始されるとファジー演算部では、
設定値に対する制御量の偏差に基づくメンバーシップ関
数と制御量の変化量に基づくメンバーシップ関数とから
ファジー演算が行われ、ＰＩＤ演算部では、このファジ
−演算部で得られる最適なＰＩＤ定数をもとに操作量を
決定される。特に、ＰＩＤ設定部では、追値制御用ＰＩ
Ｄ定数及び外乱用ＰＩＤ定数が設定され、ファジー演算
部では設定値に対する制御量の偏差の絶対値が小さい領
域においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きくなり、
該絶対値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ定数
の適合度が大きくなり、制御量の変化量の絶対値が小さ
い領域においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きくな
り、該絶対値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ
定数の適合度が大きくなるようにファジー演算が行わ
れ、最適なＰＩＤ定数が演算される。
【０００７】
【実施例】以下図によってこの発明の一実施例について
説明する。すなわち図１において、２つのＰＩＤ設定部
１、２は制御対象に適した２つの異なるＰＩＤ定数をあ
らかじめ設定するもので、このうち第１のＰＩＤ設定部
１は制御対象６のステップ応答用（追値制御用）であ
り、また第２のＰＩＤ設定部２は外乱用である。これら
２つのＰＩＤ設定部１、２の出力端は、ファジー演算部
３の入力端に接続される。そしてこのファジー演算部３
は設定値と制御量から最適なＰＩＤ定数を演算する。こ
のファジー演算部３の入力端には目標値設定部４の出力
端が接続される。この目標値設定部およびファジー演算
部３の出力端はＰＩＤ演算部５に接続される。このＰＩ
Ｄ演算部５はファジー演算部３で得られる最適なＰＩＤ
定数をもとに操作量を決定する。さらにＰＩＤ演算部５
の出力端は制御対象６に接続される。そして制御対象６
の出力端とファジー演算部３間、および制御対象６の出
力端と、目標値設定部４とＰＩＤ演算部５の接続部間に
フィードバック回路が形成される。
説明する。すなわち図１において、２つのＰＩＤ設定部
１、２は制御対象に適した２つの異なるＰＩＤ定数をあ
らかじめ設定するもので、このうち第１のＰＩＤ設定部
１は制御対象６のステップ応答用（追値制御用）であ
り、また第２のＰＩＤ設定部２は外乱用である。これら
２つのＰＩＤ設定部１、２の出力端は、ファジー演算部
３の入力端に接続される。そしてこのファジー演算部３
は設定値と制御量から最適なＰＩＤ定数を演算する。こ
のファジー演算部３の入力端には目標値設定部４の出力
端が接続される。この目標値設定部およびファジー演算
部３の出力端はＰＩＤ演算部５に接続される。このＰＩ
Ｄ演算部５はファジー演算部３で得られる最適なＰＩＤ
定数をもとに操作量を決定する。さらにＰＩＤ演算部５
の出力端は制御対象６に接続される。そして制御対象６
の出力端とファジー演算部３間、および制御対象６の出
力端と、目標値設定部４とＰＩＤ演算部５の接続部間に
フィードバック回路が形成される。
【０００８】図２に示す制御例において、その制御特性
曲線Ｂ上のある点Ａに、この発明における制御装置の計
算例を適用したばあいについて説明する。
曲線Ｂ上のある点Ａに、この発明における制御装置の計
算例を適用したばあいについて説明する。
【０００９】今、図２の点Ａにおいて、偏差がｅｎｒ、
制御量ＰＶの単位時間あたりの制御量ＰＶの変化量すな
わち傾きがＰＶＤｒであったとする。そこで、仮に、追
値制御用ＰＩＤ定数ＰＩＤ１と外乱用ＰＩＤ定数ＰＩＤ
２の適合度を制御する変数すなわちパラメータに偏差ｅ
ｎとＰＶの傾きＰＶＤを設定する。そして偏差ｅｎとＰ
Ｖの傾きＰＶＤの大きさの絶対値によって、図３および
図４に示すようなメンバーシップ関数を作成しておく。
なお図３、図４において、ＰＳはポジティブスモール、
すなわち偏差の大きさが正で小さい量を表し、またＰＬ
はポジティブラージ、すなわち偏差の大きさが正で大き
い量を意味する。このようなメンバーシップ関数を用
い、設定値に対する制御量の偏差の絶対値が小さい領域
においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きくなり、該
絶対値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ定数の
適合度が大きくなり、制御量の変化量の絶対値が小さい
領域においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きくな
り、該絶対値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ
定数の適合度が大きくなるように、最適なＰＩＤ定数を
演算する。その一般式は次のとおりである。
制御量ＰＶの単位時間あたりの制御量ＰＶの変化量すな
わち傾きがＰＶＤｒであったとする。そこで、仮に、追
値制御用ＰＩＤ定数ＰＩＤ１と外乱用ＰＩＤ定数ＰＩＤ
２の適合度を制御する変数すなわちパラメータに偏差ｅ
ｎとＰＶの傾きＰＶＤを設定する。そして偏差ｅｎとＰ
Ｖの傾きＰＶＤの大きさの絶対値によって、図３および
図４に示すようなメンバーシップ関数を作成しておく。
なお図３、図４において、ＰＳはポジティブスモール、
すなわち偏差の大きさが正で小さい量を表し、またＰＬ
はポジティブラージ、すなわち偏差の大きさが正で大き
い量を意味する。このようなメンバーシップ関数を用
い、設定値に対する制御量の偏差の絶対値が小さい領域
においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きくなり、該
絶対値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ定数の
適合度が大きくなり、制御量の変化量の絶対値が小さい
領域においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きくな
り、該絶対値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ
定数の適合度が大きくなるように、最適なＰＩＤ定数を
演算する。その一般式は次のとおりである。
【００１０】
【数１】
【００１１】そこで一般に広く知られているＰＩＤ定数
の決定法の中からチエン・フロネス・レスウイック（Ｃ
ｈｉｅｎ Ｈｒｏｎｅｓ Ｒｅｓｗｉｃｋ）法を用い
て、実際の数値を演算してみる。そこで、比例帯をＰ、
積分時間をＩ微分時間をＤ、制御対象の時定数をＴ、制
御対象の時定数のむだ時間をＬとする。
の決定法の中からチエン・フロネス・レスウイック（Ｃ
ｈｉｅｎ Ｈｒｏｎｅｓ Ｒｅｓｗｉｃｋ）法を用い
て、実際の数値を演算してみる。そこで、比例帯をＰ、
積分時間をＩ微分時間をＤ、制御対象の時定数をＴ、制
御対象の時定数のむだ時間をＬとする。
【００１２】まず、追値制御、すなわちＰＩＤ１におい
て、最短応答すなわちオーバーシュートなしのばあいは
Ｐ１＝０．６Ｔ／Ｌ Ｉ１＝Ｔ Ｄ１＝０．５Ｌとな
る。
て、最短応答すなわちオーバーシュートなしのばあいは
Ｐ１＝０．６Ｔ／Ｌ Ｉ１＝Ｔ Ｄ１＝０．５Ｌとな
る。
【００１３】またステップ状外乱に対する最短応答、す
なわちＰＩＤ２のばあいにはＰ２＝０．９Ｔ／Ｌ Ｉ２
＝２．４Ｌ Ｄ２＝０．４Ｌとなる。
なわちＰＩＤ２のばあいにはＰ２＝０．９Ｔ／Ｌ Ｉ２
＝２．４Ｌ Ｄ２＝０．４Ｌとなる。
【００１４】このときある系Ｇ（ｓ）＝ｅ -10s ／（５０
ｓ＋１）の積分時間を例にとると、Ｉ１＝５０秒、Ｉ２
＝２４秒となる。このとき点Ａにおける各ファジー変数
は図３および図４に示したようにｆｅｎ２＝０．
８．．．．．となる。よってこの瞬間において求める積
分値はこれを数１に当てはめるとＩｎｏｗ＝１＊（０．
２＊５０＊＋０．８＊２４）＋１＊（０．７＊５０＋
０．３＊２４）／（１＋１）＝３５．７［秒］となる。
そこでこの値を実際のＰＩＤ制御の積分時間として用い
る。
ｓ＋１）の積分時間を例にとると、Ｉ１＝５０秒、Ｉ２
＝２４秒となる。このとき点Ａにおける各ファジー変数
は図３および図４に示したようにｆｅｎ２＝０．
８．．．．．となる。よってこの瞬間において求める積
分値はこれを数１に当てはめるとＩｎｏｗ＝１＊（０．
２＊５０＊＋０．８＊２４）＋１＊（０．７＊５０＋
０．３＊２４）／（１＋１）＝３５．７［秒］となる。
そこでこの値を実際のＰＩＤ制御の積分時間として用い
る。
【００１５】図５に示す実際の制御例において、時点ｔ
１で設定値を変更してから時点ｔ３において整定するま
での制御特性Ｃが改善されていることが理解されよう。
１で設定値を変更してから時点ｔ３において整定するま
での制御特性Ｃが改善されていることが理解されよう。
【００１６】一方、同図の時点ｔ２において、外乱が発
生し、これが時点ｔ４において整定するまでの外乱応答
特性Ｎが改善されていることが理解されよう。
生し、これが時点ｔ４において整定するまでの外乱応答
特性Ｎが改善されていることが理解されよう。
【００１７】なお、上記実施例においては積分時間を例
にとって説明したが、同様の手法によって比例帯および
微分時間をも変化させることが望ましい。
にとって説明したが、同様の手法によって比例帯および
微分時間をも変化させることが望ましい。
【００１８】
【発明の効果】この発明によれば、上述のように、制御
対象に適したＰＩＤ定数として追値制御用ＰＩＤ定数を
設定する第一のＰＩＤ設定部と、制御対象に適したＰＩ
Ｄ定数として外乱用ＰＩＤ定数を設定する第二のＰＩＤ
設定部と、設定値に対する制御量の偏差の絶対値が小さ
い領域においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きく、
該絶対値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ定数
の適合度が大きいメンバーシップ関数と、制御量の変化
量の絶対値が小さい領域においては外乱用ＰＩＤ定数の
適合度が大きく、該絶対値が大きい領域においては追値
制御用ＰＩＤ定数の適合度が大きいメンバーシップ関数
とからファジー演算を行って最適なＰＩＤ定数を演算す
るファジー演算部と、このファジ−演算部で得られる最
適なＰＩＤ定数をもとに操作量を決定するＰＩＤ演算部
とを有するので、複雑な演算が不要となって簡単な演算
によって最適なＰＩＤ定数を演算することができ、しか
も、立ち上がりに要する時間が短くなり、またオーバー
シュートが減少し、さらに外乱に対して、整定時間が短
くなる。したがって、制御対象を目的の値に素早く整定
させることができる。また複雑な操作を必要とすること
なく、簡単に最適な制御結果が得られる。
対象に適したＰＩＤ定数として追値制御用ＰＩＤ定数を
設定する第一のＰＩＤ設定部と、制御対象に適したＰＩ
Ｄ定数として外乱用ＰＩＤ定数を設定する第二のＰＩＤ
設定部と、設定値に対する制御量の偏差の絶対値が小さ
い領域においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きく、
該絶対値が大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ定数
の適合度が大きいメンバーシップ関数と、制御量の変化
量の絶対値が小さい領域においては外乱用ＰＩＤ定数の
適合度が大きく、該絶対値が大きい領域においては追値
制御用ＰＩＤ定数の適合度が大きいメンバーシップ関数
とからファジー演算を行って最適なＰＩＤ定数を演算す
るファジー演算部と、このファジ−演算部で得られる最
適なＰＩＤ定数をもとに操作量を決定するＰＩＤ演算部
とを有するので、複雑な演算が不要となって簡単な演算
によって最適なＰＩＤ定数を演算することができ、しか
も、立ち上がりに要する時間が短くなり、またオーバー
シュートが減少し、さらに外乱に対して、整定時間が短
くなる。したがって、制御対象を目的の値に素早く整定
させることができる。また複雑な操作を必要とすること
なく、簡単に最適な制御結果が得られる。
【図１】この発明におけるプロセス制御装置の一実施例
を示すブロック回路図である。
を示すブロック回路図である。
【図２】この発明におけるプロセス制御装置の制御例を
示す特性図である。
示す特性図である。
【図３】この発明におけるプロセス制御装置の偏差の絶
対値のメンバーシップ関数図である。
対値のメンバーシップ関数図である。
【図４】この発明におけるプロセス制御装置の制御量の
絶対値のメンバーシップ関数図である。
絶対値のメンバーシップ関数図である。
【図５】この発明におけるプロセス制御装置における制
御特性図である。
御特性図である。
【図６】従来の制御装置における制御特性図である。
【図７】従来の制御装置の目標値フィルタ２自由度ＰＩ
Ｄ制御方式の機能ブロック図である。
Ｄ制御方式の機能ブロック図である。
１ 第１のＰＩＤ設定部 ２ 第２のＰＩＤ設定部 ３ ファジー演算部 ４ 目標値設定部 ５ ＰＩＤ演算部 ６ 制御対象
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−47802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−223803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−111311（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−258003（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−259904（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−35599（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−89903（ＪＰ，Ｕ) 広井和男、「汎用型２自由度ＰＩＤ制 御方式」、計装、工業技術社、昭和63年 11月、第31巻、第11号、Ｐ．66−71 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05B 13/00 - 13/04 G05B 11/42 G05B 7/00 - 7/02
Claims (1)
- 【請求項１】 制御対象に適したＰＩＤ定数として追値
制御用ＰＩＤ定数を設定する第一のＰＩＤ設定部と、 制御対象に適したＰＩＤ定数として外乱用ＰＩＤ定数を
設定する第二のＰＩＤ設定部と、 設定値に対する制御量の偏差の絶対値が小さい領域にお
いては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大きく、該絶対値が
大きい領域においては追値制御用ＰＩＤ定数の適合度が
大きいメンバーシップ関数と、制御量の変化量の絶対値
が小さい領域においては外乱用ＰＩＤ定数の適合度が大
きく、該絶対値が大きい領域においては追値制御用ＰＩ
Ｄ定数の適合度が大きいメンバーシップ関数と からファ
ジー演算を行って最適なＰＩＤ定数を演算するファジー
演算部と、 このファジー演算部で得られる最適なＰＩＤ定数をもと
に操作量を決定するＰＩＤ演算部とを有することを特徴
とするプロセス制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23876692A JP2915220B2 (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | プロセス制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23876692A JP2915220B2 (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | プロセス制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0643908A JPH0643908A (ja) | 1994-02-18 |
| JP2915220B2 true JP2915220B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=17034952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23876692A Expired - Lifetime JP2915220B2 (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | プロセス制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2915220B2 (ja) |
-
1992
- 1992-07-24 JP JP23876692A patent/JP2915220B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 広井和男、「汎用型２自由度ＰＩＤ制御方式」、計装、工業技術社、昭和６３年１１月、第３１巻、第１１号、Ｐ．６６−７１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0643908A (ja) | 1994-02-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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