JP3448210B2 - Ｐｉｄ調整器を含む閉ループ系のプロセス制御装置 - Google Patents
Ｐｉｄ調整器を含む閉ループ系のプロセス制御装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は各種プラントのプロ
セス、機械製品等（以下プロセスという）に適用される
ＰＩＤ調整器を含む閉ループ系のプロセス制御装置に関
する。 【０００２】 【従来の技術】図３に従来技術に係るＰＩＤ調整器を含
む閉ループ系のプロセス制御装置例を示す。プロセス１
は、既知外乱（ｄ）２と操作量（ｕ）３が入力され、制
御量（ｙ）４を出力する。ここで、プロセス１より出力
される制御量（ｙ）４は、目標設定器５の（目標値ｒ）
出力６に追従させる必要があるため、減算器７で、目標
設定器５の出力６と制御量（ｙ）４を比較し、後述の方
法で、制御偏差（ε）８が小さくなる方向に操作量
（ｕ）３が設定される。即ち、操作量（ｕ）３は、目標
値（ｒ）６と制御量（ｙ）４とを減算器７にて減算して
得られる制御偏差（ε）８が係数器（Ｋｐ）９を介して
得られる値Ｐと、並行して係数器（Ｋｐ）９の出力が係
数器（Ｒｓ）１０を介して積分器（１／Ｓ）１１の入力
になり、その積分器１１から出力される値Ｉと、さらに
係数器９（Ｋｐ）の出力が微分器（Ｓ）１２を介して係
数器（Ｔｄ）１３の入力となり、その係数器（Ｔｄ）１
３から出力される値Ｄの３つの値（Ｐ，Ｉ，Ｄ）を加算
器１４で加算して得られるように構成している。従って
符号９〜１４の要素にてＰＩＤ調整器が形成される事に
なる。 【０００３】前記従来技術では、ＰＩＤ調節器の比例
Ｐ、積分Ｉおよび微分Ｄの３動作のための調整パラメー
タ（比例ゲイン、リセット率および微分時間）は、係数
器（Ｋｐ）９、（Ｒｓ）１０、（Ｔｄ）１３により固定
的に設定される構成となっていた。このため前記従来技
術では、プロセス特性が経時変化した場合に制御性能が
劣化するという問題があった。また、調整パラメータ
は、従来はジーグラ・ニコルス法等の周知の方法で求め
るか、若しくは試行錯誤により求めるのが一般的である
が、前者の調整法では制御性能上、限界があるため、高
制御性能が得難く、また後者の調整法では高制御性能を
得るまで長時間を要し、場合によっては高制御性能が得
られないこともあった。 【０００４】このため本出願人は先に、ＰＩＤ調節器の
比例ゲインが、プロセス特性の経時変化に悪影響されず
に常に適切な値になるように、自動的に算出できる制御
ゲイン調整装置、より具体的にはＰＩＤ調整器を含む閉
ループ系のプロセス制御装置を提案している。（特願平
９−１３７８７５号、非公知、以下先願技術という） 【０００５】本先願技術は、プロセスと、目標値に従っ
て該プロセスに対する操作量を出力する、比例、積分お
よび微分の３動作からなるＰＩＤ調整器を含む閉ループ
系において、図２に示すように目標値ｒ（ｔ）６を変化
させた時に、前記目標値ｒ（ｔ）６と、プロセスより出
力される制御量ｙ（ｔ）４に基づいて演算処理される制
御ゲイン調整装置１５の出力でＰＩＤ調節器（１６及び
１０〜１４）の比例ゲインＰｉを可変とし、その値を下
述の方法で求めている。即ち目標値ｒ（ｔ）６を変化さ
せた時に、制御量ｙ（ｔ）４の微係数の絶対値θ*が望
ましい値α*に近づくように、その間の誤差（α*−
θ*）を積分器３０に入力し、その積分器３０の出力を
ＰＩＤ調節器の比例ゲインとする方法である。ここで望
ましい値α* は目標値ｒ（ｔ）６が変動後、ある時間経
過するまでの間においてのみ値を持つが、その後は零に
なるようにしている。 【０００６】ここで、ある時間経過するまでの間におい
てのみ値を持つが、その後は零になるようにしている回
路とは、本先願技術では図４で示す微分器（Ｓ）１８と
絶対値関数発生器１９の回路である。目標値ｒ（ｔ）６
が変動すれば、微分器（Ｓ）１８の出力信号は零からあ
る値ａに変動する。しかし、目標値６の変動が収まれ
ば、微分器１８の出力信号も零となる。ある時間経過す
るまでの間というのは、外乱が収まって目標値６が変動
しなくなるまでの間という意味である。したがって、目
標値６が変動する間においてのみ値を持つが、その後変
動が収まればその値は零となる。 【０００７】図４により本先願技術を詳細に説明する
に、制御量ｙ（ｔ）４を微分器（Ｓ）２４で微分し、そ
の出力の絶対値が望ましい値α* に近づくように、その
間の誤差を後述の誤差修正回路に入力して得られる出力
をＰＩＤ調節器の比例ゲインとする。ここで、望ましい
値α* は、目標値（ｒ）６を微分器１８で微分し、その
出力を絶対値発生器１９を介して一次遅れ要素２０に入
力し、その一次遅れ要素２０の出力と定数発生器２１で
設定された値αを乗算器２２に入力し、乗算して得る。
また、誤差修正回路は、制御量ｙ（ｔ）４を微分器
（Ｓ）２４で微分し、その出力を一次遅れ要素２５を介
して絶対値発生器２６より得られる絶対値θ* を得、減
算器２３により、前記望ましい値α* から絶対値θ* を
差し引いて得られる値（α*−θ*）、すなわち誤差を乗
算器２７の片方に入力し、他方に後述の逆数発生器（１
／Ｋ）３１の出力を入力する。 【０００８】そして、その乗算器２７の出力を不感帯を
設けた関数発生器２８に入力し、その関数発生器２８の
出力を係数器（β）２９を介してリミット付積分器３０
に入力する。リミット付積分器３０の出力Ｋ（ｔ）１７
は図２に示すＰＩＤ調節器の比例ゲインの値となるとと
もに逆数発生器（１／Ｋ）３１の入力となる。ここで、
前述の関数発生器２８は不感帯を設けた関数とし、リミ
ット付積分器３０は上下限のリミットが設定できるもの
とする。 【０００９】かかる先願技術によれば、制御量ｙ（ｔ）
４の微係数の絶対値が、目標値変化後のある時間帯にお
いてのみ望ましい値α* に近付けられる。なぜならば、
α*からのずれがあると積分器３０でもって修正動作が
加わるためである。又本先願技術は不感帯を設けた関数
発生器２８を前記積分器３０の上流側に配置すること
で、求める比例ゲインＫ（ｔ）１７の収束を早めてい
る。更に比例ゲインＫ（ｔ）を逆数発生器（１／Ｋ）３
１を介して積分器３０の上流側の誤差信号（α*−θ*）
に乗算器２７により乗算することにより、比例ゲインＫ
（ｔ）の修正動作の感度を調整している。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記制御
ゲイン自動調整装置においては、演算した制御ゲインの
大きさにより制御性能の性能に差が生じることになり、
常に所望する制御性能を得ることができなかった。この
ため前記先願技術においては、演算した制御ゲインの大
きさにより制御性能に差が生じることから、関数発生器
２８の出力は係数器（β）２９を介してリミット付積分
器３０に入力されるように構成しているが、かかる構成
では前記係数器２９で係数を変更する必要があり、使い
勝手が悪かった。 【００１１】本発明はかかる技術的課題に鑑み、ＰＩＤ
調節器の比例ゲインが、プロセス特性の経時変化に悪影
響されずに常に適切な値になるように、自動的に算出で
きる制御ゲイン調整装置、より具体的にはＰＩＤ調整器
を含む閉ループ系のプロセス制御装置を提供することに
あり、特に、演算する制御ゲインの大きさによらず常に
所望する性能が得られるとともにプロセスの経時変化に
も対応でき、短時間での自動調整が可能となるプロセス
制御装置を提供することを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明は、目標値を変化
させた時に、目標値とプロセスから出力される制御量に
基づいて演算処理される制御ゲイン調整装置の出力でＰ
ＩＤの調節器の比例ゲインが設定できる手段を具備した
ことを特徴とする点、及び目標値ｒ（ｔ）６を変化させ
た時に、制御量ｙ（ｔ）４の微係数の絶対値が望ましい
値α* に近づくように、その間の誤差を積分器に入力
し、その積分器の出力をＰＩＤ調節器の比例ゲインとす
る点を特徴とし、かかる点は前記先願技術と同様であ
る。又望ましい値α* は目標値ｒ（ｔ）６が変動後、あ
る時間経過するまでの間においてのみ値を持つが、その
後は零になるようにしている点も前記先願技術と同様で
ある。 【００１３】ここで、ある時間経過するまでの間におい
てのみ値を持つが、その後は零になるようにしている回
路とは、前記先願技術も本発明も微分器（Ｓ）１８と絶
対値関数発生器１９の回路であるが、前記先願技術では
一次遅れ要素２０を絶対値関数発生器１９の後に設けら
れているが、本発明では前記一次遅れ要素２０を微分器
（Ｓ）１８の前に置き、積極的に外乱の除去を図ってい
る。又制御量ｙ（ｔ）４についても前記先願技術では直
接微分器（Ｓ）２４で微分した後の微分信号に一次遅れ
要素２５を介在させているが、本発明は一次遅れ要素２
５で外乱を取り除いた後の信号を微分器（Ｓ）２４で微
分し、その出力の絶対値が望ましい値α* に近づくよう
にし、外乱の積極的除去を図っている。 【００１４】即ち本発明は、プロセスと、目標値に従っ
て該プロセスに対する操作量を出力する、比例、積分お
よび微分の３動作からなるＰＩＤ調整器を含む閉ループ
系において、目標値を変化させた時に、前記目標値と、
プロセスより出力される制御量に基づいて演算処理され
る制御ゲイン調整装置の出力でＰＩＤ調節器の可変可能
な比例ゲインが設定できる手段を具備するとともに、前
記制御ゲイン調整装置を、一次遅れ要素を介して微分し
た目標値α* 、一次遅れ要素を介して微分した制御量φ
* との間の誤差（α*−φ*）を積分器に入力し、その積
分器の出力をＰＩＤ調節器の比例ゲインとするように構
成したことを特徴とするプロセス制御装置にある。 【００１５】又不感帯を設けた関数発生器２８を前記積
分器３０の上流側に配置することで、求める比例ゲイン
Ｋ（ｔ）１７の収束を早めているのは本発明も先願技術
も同様であるが、本発明では、関数発生器２８の出力は
係数器（β）２９を介してリミット付積分器３０に入力
するのではなく、前記係数器２９を関数発生器２８の入
力側に設け、関数発生器２８の出力は、前記積分器３０
よりの比例ゲインを逆数の関係に近い右下がりの特性に
設定した関数発生器３２の出力を乗算器２７で乗算して
比例ゲインＫ（ｔ）の修正動作の感度を調整している。 【００１６】この結果前記先願技術のように、係数器２
９で係数を変更する必要がなく、演算する制御ゲインの
大きさによらず常に所望する性能が得られるとともにプ
ロセスの経時変化にも対応でき、短時間での自動調整が
可能となる。 【００１７】次に図１により本発明の基本構成を詳細に
説明する。制御量ｙ（ｔ）４は一次遅れ要素２５で外乱
を取り除いた後の信号を微分器（Ｓ）２４で微分し、そ
の出力の絶対値が望ましい値α* に近づくように、その
間の誤差を後述の誤差修正回路に入力して得られる出力
をＰＩＤ調節器の比例ゲインとする。ここで、望ましい
値α* は、目標値（ｒ）６で一次遅れ要素２０で外乱を
取り除いた後の信号を微分器１８で微分し、その出力を
絶対値発生器１９の入力とし、その絶対値発生器１９の
出力と定数発生器２１で設定された値αを乗算器２２に
入力し、乗算して得る。 【００１８】また、誤差修正回路は、乗算器２２から出
力された望ましい値α* から制御量ｙ（ｔ）４を一次遅
れ要素２５を介して微分器（Ｓ）２４で微分し、その出
力を絶対値発生器２６より得られる絶対値φ* を得、減
算器２３により前記望ましい目標値α*から絶対値φ*を
差し引いて得られる値（α*−φ*）、すなわち誤差を係
数器２９に入力し、その出力を不感帯を設けた関数発生
器２８に入力し、その関数発生器２８の出力を乗算器２
７の片方に入力し、他方に後述の関数発生器３２の出力
を入力する。不感帯を設けた関数発生器２８の出力信号
は、所望する制御ゲインの動きを決定する信号である。 【００１９】そして、その乗算器２７の出力をリミット
付き積分器３０に入力する。リミット付き積分器３０の
出力Ｋ（ｔ）１７は図２に示すＰＩＤ調節器の比例ゲイ
ンの値となるとともに関数発生器３２の入力となる。関
数発生器３２は、逆数の関係に近い右下がりの特性に設
定する。ここで、前述の関数発生器２８は不感帯を設け
た関数とし、リミット付き積分器３０は上下限値のリミ
ットが設定できるものとする。 【００２０】かかる発明によれば、図３に示す従来技術
と異なり、ＰＩＤ調節器のパラメータは、プロセスの経
時変化に対応して制御出来るために、図３に示す従来技
術のような制御性能の劣化は避けられる。又、前記先願
技術によれば、演算した制御ゲインの大きさにより制御
性能の性能に差が生じることになり、常に所望する制御
性能を得ることができなかったが、本発明によれば、演
算する制御ゲインの大きさによらず常に所望する性能が
得られるとともにプロセスの経時変化にも対応でき、短
時間での自動調整が可能となる。 【００２１】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施
例に記載されている構成部品の種類、その相対的配置等
は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲を
それに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎな
い。 【００２２】図２は本発明に適用される制御ゲイン調整
装置１５とプロセス１との接続関係を示し、図１は本発
明の実施形態にかかる図２に用いる制御ゲイン調整装置
１５の内部回路図を示す。 【００２３】図２の構成を前記した従来技術を示す図３
の構成との差異についてのみ説明するに、目標値（ｒ）
６と制御量（ｙ）４とを減算器７にて減算して得られる
制御偏差（ε）８は前記従来技術のように係数器（Ｋ
ｐ）９ではなく乗算器１６に入力され、該乗算器１６よ
りの出力Ｐｉ（ε（ｔ）＊Ｋ（ｔ））に基づいて前記従
来技術と同様なＰＩＤ調節器（９〜１４）の比例Ｐ、積
分Ｉおよび微分Ｄの３動作が行なわれて、操作量（ｕ）
３が設定される。この乗算器１６の片側には制御偏差
（ε）８が接続され、他方の側に制御ゲイン調整装置１
５の出力である比例ゲインＫ（ｔ）１７が接続される。 【００２４】制御ゲイン調整装置１５は図１に示す回路
構成をとる。かかる回路構成は前記手段の項で既に説明
されているが、再度詳細に説明するに、目標設定器５よ
り出力される目標値ｒ（ｔ）６は分岐されて１次遅れ要
素（１／（１＋τ1Ｓ ））２０に入力され外乱を除去し
た後、微分器１８に入力され、微分器１８の出力は絶対
値発生器１９に入力される。そして、絶対値発生器１９
の出力と定数発生器２１の出力は乗算器２２で乗算され
て減算器２３のプラス側に接続される。 【００２５】一方、制御量ｙ（ｔ）４も同様に、１次遅
れ要素（１／（１＋τ2Ｓ ））２５で外乱を除去した
後、フィルタ付き微分器（Ｓ）２４を介して絶対値発生
器２６に入力される。そして、絶対値発生器２６の出力
は減算器２３のマイナス側に接続されて、減算器２３の
出力は係数器（β）２９を介して不感帯を設けた関数発
生器２８に入力され、関数発生器２８の出力は乗算器２
７を介してリミット付積分器３０に入力される。リミッ
ト付積分器（β）３０の出力は比例ゲインＫ（ｔ）１７
となり、図２に示す乗算器１６の入力に接続されるとと
もに、フィードバックして関数発生器３２に入力され
る。そして関数発生器３２の出力は前記乗算器２７に入
力される。ここで、関数発生器２８は不感帯を設けた関
数とし、リミット付積分器３０は上下限のリミットが設
けられるものであることは前記した通りである。 【００２６】 【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、プロ
セスの経時変化があった場合でも制御性能の劣化は避け
られる。又本発明によれば前記制御ゲイン調整装置によ
り前もって一次遅れ要素により外乱を前もって除去した
目標値α*及び絶対値φ*から得られる、誤差（α*−
φ*）成分を積分して比例ゲインを得るために、該比例
ゲインを極めて短時間で自動的に且つ確実に高精度で設
定出来る。
セス、機械製品等（以下プロセスという）に適用される
ＰＩＤ調整器を含む閉ループ系のプロセス制御装置に関
する。 【０００２】 【従来の技術】図３に従来技術に係るＰＩＤ調整器を含
む閉ループ系のプロセス制御装置例を示す。プロセス１
は、既知外乱（ｄ）２と操作量（ｕ）３が入力され、制
御量（ｙ）４を出力する。ここで、プロセス１より出力
される制御量（ｙ）４は、目標設定器５の（目標値ｒ）
出力６に追従させる必要があるため、減算器７で、目標
設定器５の出力６と制御量（ｙ）４を比較し、後述の方
法で、制御偏差（ε）８が小さくなる方向に操作量
（ｕ）３が設定される。即ち、操作量（ｕ）３は、目標
値（ｒ）６と制御量（ｙ）４とを減算器７にて減算して
得られる制御偏差（ε）８が係数器（Ｋｐ）９を介して
得られる値Ｐと、並行して係数器（Ｋｐ）９の出力が係
数器（Ｒｓ）１０を介して積分器（１／Ｓ）１１の入力
になり、その積分器１１から出力される値Ｉと、さらに
係数器９（Ｋｐ）の出力が微分器（Ｓ）１２を介して係
数器（Ｔｄ）１３の入力となり、その係数器（Ｔｄ）１
３から出力される値Ｄの３つの値（Ｐ，Ｉ，Ｄ）を加算
器１４で加算して得られるように構成している。従って
符号９〜１４の要素にてＰＩＤ調整器が形成される事に
なる。 【０００３】前記従来技術では、ＰＩＤ調節器の比例
Ｐ、積分Ｉおよび微分Ｄの３動作のための調整パラメー
タ（比例ゲイン、リセット率および微分時間）は、係数
器（Ｋｐ）９、（Ｒｓ）１０、（Ｔｄ）１３により固定
的に設定される構成となっていた。このため前記従来技
術では、プロセス特性が経時変化した場合に制御性能が
劣化するという問題があった。また、調整パラメータ
は、従来はジーグラ・ニコルス法等の周知の方法で求め
るか、若しくは試行錯誤により求めるのが一般的である
が、前者の調整法では制御性能上、限界があるため、高
制御性能が得難く、また後者の調整法では高制御性能を
得るまで長時間を要し、場合によっては高制御性能が得
られないこともあった。 【０００４】このため本出願人は先に、ＰＩＤ調節器の
比例ゲインが、プロセス特性の経時変化に悪影響されず
に常に適切な値になるように、自動的に算出できる制御
ゲイン調整装置、より具体的にはＰＩＤ調整器を含む閉
ループ系のプロセス制御装置を提案している。（特願平
９−１３７８７５号、非公知、以下先願技術という） 【０００５】本先願技術は、プロセスと、目標値に従っ
て該プロセスに対する操作量を出力する、比例、積分お
よび微分の３動作からなるＰＩＤ調整器を含む閉ループ
系において、図２に示すように目標値ｒ（ｔ）６を変化
させた時に、前記目標値ｒ（ｔ）６と、プロセスより出
力される制御量ｙ（ｔ）４に基づいて演算処理される制
御ゲイン調整装置１５の出力でＰＩＤ調節器（１６及び
１０〜１４）の比例ゲインＰｉを可変とし、その値を下
述の方法で求めている。即ち目標値ｒ（ｔ）６を変化さ
せた時に、制御量ｙ（ｔ）４の微係数の絶対値θ*が望
ましい値α*に近づくように、その間の誤差（α*−
θ*）を積分器３０に入力し、その積分器３０の出力を
ＰＩＤ調節器の比例ゲインとする方法である。ここで望
ましい値α* は目標値ｒ（ｔ）６が変動後、ある時間経
過するまでの間においてのみ値を持つが、その後は零に
なるようにしている。 【０００６】ここで、ある時間経過するまでの間におい
てのみ値を持つが、その後は零になるようにしている回
路とは、本先願技術では図４で示す微分器（Ｓ）１８と
絶対値関数発生器１９の回路である。目標値ｒ（ｔ）６
が変動すれば、微分器（Ｓ）１８の出力信号は零からあ
る値ａに変動する。しかし、目標値６の変動が収まれ
ば、微分器１８の出力信号も零となる。ある時間経過す
るまでの間というのは、外乱が収まって目標値６が変動
しなくなるまでの間という意味である。したがって、目
標値６が変動する間においてのみ値を持つが、その後変
動が収まればその値は零となる。 【０００７】図４により本先願技術を詳細に説明する
に、制御量ｙ（ｔ）４を微分器（Ｓ）２４で微分し、そ
の出力の絶対値が望ましい値α* に近づくように、その
間の誤差を後述の誤差修正回路に入力して得られる出力
をＰＩＤ調節器の比例ゲインとする。ここで、望ましい
値α* は、目標値（ｒ）６を微分器１８で微分し、その
出力を絶対値発生器１９を介して一次遅れ要素２０に入
力し、その一次遅れ要素２０の出力と定数発生器２１で
設定された値αを乗算器２２に入力し、乗算して得る。
また、誤差修正回路は、制御量ｙ（ｔ）４を微分器
（Ｓ）２４で微分し、その出力を一次遅れ要素２５を介
して絶対値発生器２６より得られる絶対値θ* を得、減
算器２３により、前記望ましい値α* から絶対値θ* を
差し引いて得られる値（α*−θ*）、すなわち誤差を乗
算器２７の片方に入力し、他方に後述の逆数発生器（１
／Ｋ）３１の出力を入力する。 【０００８】そして、その乗算器２７の出力を不感帯を
設けた関数発生器２８に入力し、その関数発生器２８の
出力を係数器（β）２９を介してリミット付積分器３０
に入力する。リミット付積分器３０の出力Ｋ（ｔ）１７
は図２に示すＰＩＤ調節器の比例ゲインの値となるとと
もに逆数発生器（１／Ｋ）３１の入力となる。ここで、
前述の関数発生器２８は不感帯を設けた関数とし、リミ
ット付積分器３０は上下限のリミットが設定できるもの
とする。 【０００９】かかる先願技術によれば、制御量ｙ（ｔ）
４の微係数の絶対値が、目標値変化後のある時間帯にお
いてのみ望ましい値α* に近付けられる。なぜならば、
α*からのずれがあると積分器３０でもって修正動作が
加わるためである。又本先願技術は不感帯を設けた関数
発生器２８を前記積分器３０の上流側に配置すること
で、求める比例ゲインＫ（ｔ）１７の収束を早めてい
る。更に比例ゲインＫ（ｔ）を逆数発生器（１／Ｋ）３
１を介して積分器３０の上流側の誤差信号（α*−θ*）
に乗算器２７により乗算することにより、比例ゲインＫ
（ｔ）の修正動作の感度を調整している。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記制御
ゲイン自動調整装置においては、演算した制御ゲインの
大きさにより制御性能の性能に差が生じることになり、
常に所望する制御性能を得ることができなかった。この
ため前記先願技術においては、演算した制御ゲインの大
きさにより制御性能に差が生じることから、関数発生器
２８の出力は係数器（β）２９を介してリミット付積分
器３０に入力されるように構成しているが、かかる構成
では前記係数器２９で係数を変更する必要があり、使い
勝手が悪かった。 【００１１】本発明はかかる技術的課題に鑑み、ＰＩＤ
調節器の比例ゲインが、プロセス特性の経時変化に悪影
響されずに常に適切な値になるように、自動的に算出で
きる制御ゲイン調整装置、より具体的にはＰＩＤ調整器
を含む閉ループ系のプロセス制御装置を提供することに
あり、特に、演算する制御ゲインの大きさによらず常に
所望する性能が得られるとともにプロセスの経時変化に
も対応でき、短時間での自動調整が可能となるプロセス
制御装置を提供することを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明は、目標値を変化
させた時に、目標値とプロセスから出力される制御量に
基づいて演算処理される制御ゲイン調整装置の出力でＰ
ＩＤの調節器の比例ゲインが設定できる手段を具備した
ことを特徴とする点、及び目標値ｒ（ｔ）６を変化させ
た時に、制御量ｙ（ｔ）４の微係数の絶対値が望ましい
値α* に近づくように、その間の誤差を積分器に入力
し、その積分器の出力をＰＩＤ調節器の比例ゲインとす
る点を特徴とし、かかる点は前記先願技術と同様であ
る。又望ましい値α* は目標値ｒ（ｔ）６が変動後、あ
る時間経過するまでの間においてのみ値を持つが、その
後は零になるようにしている点も前記先願技術と同様で
ある。 【００１３】ここで、ある時間経過するまでの間におい
てのみ値を持つが、その後は零になるようにしている回
路とは、前記先願技術も本発明も微分器（Ｓ）１８と絶
対値関数発生器１９の回路であるが、前記先願技術では
一次遅れ要素２０を絶対値関数発生器１９の後に設けら
れているが、本発明では前記一次遅れ要素２０を微分器
（Ｓ）１８の前に置き、積極的に外乱の除去を図ってい
る。又制御量ｙ（ｔ）４についても前記先願技術では直
接微分器（Ｓ）２４で微分した後の微分信号に一次遅れ
要素２５を介在させているが、本発明は一次遅れ要素２
５で外乱を取り除いた後の信号を微分器（Ｓ）２４で微
分し、その出力の絶対値が望ましい値α* に近づくよう
にし、外乱の積極的除去を図っている。 【００１４】即ち本発明は、プロセスと、目標値に従っ
て該プロセスに対する操作量を出力する、比例、積分お
よび微分の３動作からなるＰＩＤ調整器を含む閉ループ
系において、目標値を変化させた時に、前記目標値と、
プロセスより出力される制御量に基づいて演算処理され
る制御ゲイン調整装置の出力でＰＩＤ調節器の可変可能
な比例ゲインが設定できる手段を具備するとともに、前
記制御ゲイン調整装置を、一次遅れ要素を介して微分し
た目標値α* 、一次遅れ要素を介して微分した制御量φ
* との間の誤差（α*−φ*）を積分器に入力し、その積
分器の出力をＰＩＤ調節器の比例ゲインとするように構
成したことを特徴とするプロセス制御装置にある。 【００１５】又不感帯を設けた関数発生器２８を前記積
分器３０の上流側に配置することで、求める比例ゲイン
Ｋ（ｔ）１７の収束を早めているのは本発明も先願技術
も同様であるが、本発明では、関数発生器２８の出力は
係数器（β）２９を介してリミット付積分器３０に入力
するのではなく、前記係数器２９を関数発生器２８の入
力側に設け、関数発生器２８の出力は、前記積分器３０
よりの比例ゲインを逆数の関係に近い右下がりの特性に
設定した関数発生器３２の出力を乗算器２７で乗算して
比例ゲインＫ（ｔ）の修正動作の感度を調整している。 【００１６】この結果前記先願技術のように、係数器２
９で係数を変更する必要がなく、演算する制御ゲインの
大きさによらず常に所望する性能が得られるとともにプ
ロセスの経時変化にも対応でき、短時間での自動調整が
可能となる。 【００１７】次に図１により本発明の基本構成を詳細に
説明する。制御量ｙ（ｔ）４は一次遅れ要素２５で外乱
を取り除いた後の信号を微分器（Ｓ）２４で微分し、そ
の出力の絶対値が望ましい値α* に近づくように、その
間の誤差を後述の誤差修正回路に入力して得られる出力
をＰＩＤ調節器の比例ゲインとする。ここで、望ましい
値α* は、目標値（ｒ）６で一次遅れ要素２０で外乱を
取り除いた後の信号を微分器１８で微分し、その出力を
絶対値発生器１９の入力とし、その絶対値発生器１９の
出力と定数発生器２１で設定された値αを乗算器２２に
入力し、乗算して得る。 【００１８】また、誤差修正回路は、乗算器２２から出
力された望ましい値α* から制御量ｙ（ｔ）４を一次遅
れ要素２５を介して微分器（Ｓ）２４で微分し、その出
力を絶対値発生器２６より得られる絶対値φ* を得、減
算器２３により前記望ましい目標値α*から絶対値φ*を
差し引いて得られる値（α*−φ*）、すなわち誤差を係
数器２９に入力し、その出力を不感帯を設けた関数発生
器２８に入力し、その関数発生器２８の出力を乗算器２
７の片方に入力し、他方に後述の関数発生器３２の出力
を入力する。不感帯を設けた関数発生器２８の出力信号
は、所望する制御ゲインの動きを決定する信号である。 【００１９】そして、その乗算器２７の出力をリミット
付き積分器３０に入力する。リミット付き積分器３０の
出力Ｋ（ｔ）１７は図２に示すＰＩＤ調節器の比例ゲイ
ンの値となるとともに関数発生器３２の入力となる。関
数発生器３２は、逆数の関係に近い右下がりの特性に設
定する。ここで、前述の関数発生器２８は不感帯を設け
た関数とし、リミット付き積分器３０は上下限値のリミ
ットが設定できるものとする。 【００２０】かかる発明によれば、図３に示す従来技術
と異なり、ＰＩＤ調節器のパラメータは、プロセスの経
時変化に対応して制御出来るために、図３に示す従来技
術のような制御性能の劣化は避けられる。又、前記先願
技術によれば、演算した制御ゲインの大きさにより制御
性能の性能に差が生じることになり、常に所望する制御
性能を得ることができなかったが、本発明によれば、演
算する制御ゲインの大きさによらず常に所望する性能が
得られるとともにプロセスの経時変化にも対応でき、短
時間での自動調整が可能となる。 【００２１】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施
例に記載されている構成部品の種類、その相対的配置等
は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲を
それに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎな
い。 【００２２】図２は本発明に適用される制御ゲイン調整
装置１５とプロセス１との接続関係を示し、図１は本発
明の実施形態にかかる図２に用いる制御ゲイン調整装置
１５の内部回路図を示す。 【００２３】図２の構成を前記した従来技術を示す図３
の構成との差異についてのみ説明するに、目標値（ｒ）
６と制御量（ｙ）４とを減算器７にて減算して得られる
制御偏差（ε）８は前記従来技術のように係数器（Ｋ
ｐ）９ではなく乗算器１６に入力され、該乗算器１６よ
りの出力Ｐｉ（ε（ｔ）＊Ｋ（ｔ））に基づいて前記従
来技術と同様なＰＩＤ調節器（９〜１４）の比例Ｐ、積
分Ｉおよび微分Ｄの３動作が行なわれて、操作量（ｕ）
３が設定される。この乗算器１６の片側には制御偏差
（ε）８が接続され、他方の側に制御ゲイン調整装置１
５の出力である比例ゲインＫ（ｔ）１７が接続される。 【００２４】制御ゲイン調整装置１５は図１に示す回路
構成をとる。かかる回路構成は前記手段の項で既に説明
されているが、再度詳細に説明するに、目標設定器５よ
り出力される目標値ｒ（ｔ）６は分岐されて１次遅れ要
素（１／（１＋τ1Ｓ ））２０に入力され外乱を除去し
た後、微分器１８に入力され、微分器１８の出力は絶対
値発生器１９に入力される。そして、絶対値発生器１９
の出力と定数発生器２１の出力は乗算器２２で乗算され
て減算器２３のプラス側に接続される。 【００２５】一方、制御量ｙ（ｔ）４も同様に、１次遅
れ要素（１／（１＋τ2Ｓ ））２５で外乱を除去した
後、フィルタ付き微分器（Ｓ）２４を介して絶対値発生
器２６に入力される。そして、絶対値発生器２６の出力
は減算器２３のマイナス側に接続されて、減算器２３の
出力は係数器（β）２９を介して不感帯を設けた関数発
生器２８に入力され、関数発生器２８の出力は乗算器２
７を介してリミット付積分器３０に入力される。リミッ
ト付積分器（β）３０の出力は比例ゲインＫ（ｔ）１７
となり、図２に示す乗算器１６の入力に接続されるとと
もに、フィードバックして関数発生器３２に入力され
る。そして関数発生器３２の出力は前記乗算器２７に入
力される。ここで、関数発生器２８は不感帯を設けた関
数とし、リミット付積分器３０は上下限のリミットが設
けられるものであることは前記した通りである。 【００２６】 【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、プロ
セスの経時変化があった場合でも制御性能の劣化は避け
られる。又本発明によれば前記制御ゲイン調整装置によ
り前もって一次遅れ要素により外乱を前もって除去した
目標値α*及び絶対値φ*から得られる、誤差（α*−
φ*）成分を積分して比例ゲインを得るために、該比例
ゲインを極めて短時間で自動的に且つ確実に高精度で設
定出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態にかかる図２に用いる制御
ゲイン調整装置１５の内部回路図を示す。 【図２】 図１に示す本発明の実施形態に係る制御ゲイ
ン調整装置とプロセスとの接続関係を示す全体ブロック
図である。 【図３】 従来技術に係る制御ゲイン調整装置とプロセ
スとの接続関係を示す全体ブロック図である。 【図４】 図２に用いる制御ゲイン調整装置１５の先願
技術に係る内部回路図を示す。 【符号の説明】 １ プロセス ２ 既知外乱（ｄ） ３ 操作量（ｕ） ４ 制御量（ｙ） ５ 目標設定器 ６ ５の出力で目標値（ｒ） ７，２３ 減算器 ８ 制御偏差（ε） ９，１０，１３，２９ 係数器 １１ 積分器 １２，１８，２４ 微分器 １４ 加算器 １５ 制御ゲイン調整装置 １６，２２，２７ 乗算器 １７ 制御ゲイン調整装置の出力で比例
ゲインＫ（ｔ） １９，２６ 絶対値発生器 ２０，２５ １次遅れ要素 ２１ 定数発生器 ２８，３２ 関数発生器 ３０ リミット付積分器 ３１ 逆数発生器
ゲイン調整装置１５の内部回路図を示す。 【図２】 図１に示す本発明の実施形態に係る制御ゲイ
ン調整装置とプロセスとの接続関係を示す全体ブロック
図である。 【図３】 従来技術に係る制御ゲイン調整装置とプロセ
スとの接続関係を示す全体ブロック図である。 【図４】 図２に用いる制御ゲイン調整装置１５の先願
技術に係る内部回路図を示す。 【符号の説明】 １ プロセス ２ 既知外乱（ｄ） ３ 操作量（ｕ） ４ 制御量（ｙ） ５ 目標設定器 ６ ５の出力で目標値（ｒ） ７，２３ 減算器 ８ 制御偏差（ε） ９，１０，１３，２９ 係数器 １１ 積分器 １２，１８，２４ 微分器 １４ 加算器 １５ 制御ゲイン調整装置 １６，２２，２７ 乗算器 １７ 制御ゲイン調整装置の出力で比例
ゲインＫ（ｔ） １９，２６ 絶対値発生器 ２０，２５ １次遅れ要素 ２１ 定数発生器 ２８，３２ 関数発生器 ３０ リミット付積分器 ３１ 逆数発生器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−312201（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−119804（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−81001（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−232702（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G05B 13/02
G05B 11/36
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 プロセスと、目標値に従って該プロセス
に対する操作量を出力する、比例、積分および微分の３
動作からなるＰＩＤ調整器を含む閉ループ系において、 目標値を変化させた時に、前記目標値と、プロセスより
出力される制御量に基づいて演算処理される制御ゲイン
調整装置の出力でＰＩＤ調節器の可変可能な比例ゲイン
が設定できる手段を具備するとともに、 前記制御ゲイン調整装置を、一次遅れ要素を介して微分
した目標値α* 、一次遅れ要素を介して微分した制御量
φ* との間の誤差（α*−φ*）を積分器に入力し、その
積分器の出力をＰＩＤ調節器の比例ゲインとするように
構成したことを特徴とするＰＩＤ調整器を含む閉ループ
系のプロセス制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12878798A JP3448210B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | Ｐｉｄ調整器を含む閉ループ系のプロセス制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12878798A JP3448210B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | Ｐｉｄ調整器を含む閉ループ系のプロセス制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11327604A JPH11327604A (ja) | 1999-11-26 |
| JP3448210B2 true JP3448210B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=14993453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12878798A Expired - Fee Related JP3448210B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | Ｐｉｄ調整器を含む閉ループ系のプロセス制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3448210B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009076098A (ja) * | 2008-12-02 | 2009-04-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ｐｉｄ調節器を含む閉ループ系のプロセス制御装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5101172B2 (ja) * | 2007-06-07 | 2012-12-19 | 功 四郎丸 | 制御安定化プログラム、制御安定化装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH02232702A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-14 | Omron Tateisi Electron Co | 制御装置 |
| JPH05119804A (ja) * | 1991-10-24 | 1993-05-18 | Omron Corp | Ｐｉｄ調節器 |
| JPH10312201A (ja) * | 1997-05-12 | 1998-11-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ｐｉｄ調整器を含む閉ループ系のプロセス制御装置 |
-
1998
- 1998-05-12 JP JP12878798A patent/JP3448210B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009076098A (ja) * | 2008-12-02 | 2009-04-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ｐｉｄ調節器を含む閉ループ系のプロセス制御装置 |
| JP4648448B2 (ja) * | 2008-12-02 | 2011-03-09 | 三菱重工業株式会社 | Ｐｉｄ調節器を含む閉ループ系のプロセス制御装置 |
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|---|---|
| JPH11327604A (ja) | 1999-11-26 |
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