JP3546424B2

JP3546424B2 - Control device

Info

Publication number: JP3546424B2
Application number: JP19055999A
Authority: JP
Inventors: 昌士島田; 典昭小山; 和生豊武; 栄二宮村; 乃彰宮下
Original assignee: RKC INSTRUMENT Inc
Current assignee: RKC INSTRUMENT Inc
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2019-07-05
Also published as: JP2001022405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制御装置に係り、目標値と制御対象からの制御量との偏差からＰＩＤ演算出力した操作量に対してフィードフォワード処理し、これを制御対象側へ出力する制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の制御装置としては、図４に示すように、減算部１で目標値ＳＶと後述するヒータ１９からの制御量ＰＶとの偏差ｅを出力し、この偏差ｅをＰＩＤ演算部３の比例演算部５、微分演算部７および積分演算部９で比例、微分および積分演算するとともに加算部１１で加算してＰＩＤ演算出力を出力し、このＰＩＤ演算出力を出力リミッタ１３で上限値および下限値に制限し、フィードフォワード処理部１５では後述する測定部２５からのフィードフォワード量およびフィードフォワード基準値出力部１７からの基準値に基づきフィードフォワード処理して操作量を出力する構成を有していた。
【０００３】
そして、例えば制御量に関係する諸量としてヒータへ印加する交流操作信号を考えた場合、図５に示すように、交流電源２１からヒータ１９へ印加する交流操作信号を、操作器２３にてフィードフォワード処理部１５からの操作量で切換える一方、測定部２５にて実際の印加交流操作信号レベル（例えば電圧）を検出してフィードフォワード量として図４のフィードフォワード処理部１５およびフィードフォワード基準値出力部１７へ加え、フィードフォワード基準値出力部１７では予め設定された固定値又は制御装置自体の電源投入時や動作の停止／開始時に測定されたフィードフォワード量などを基準値としてフィードフォワード処理部１５へ出力し、フィードフォワード処理部１５では出力リミットのかけられたＰＩＤ演算出力をそれら基準値とフィードフォワード量とによってフィードフォワード処理して出力していた。
なお、制御量ＰＶは、ヒータ１９に配置された図示しないセンサから出力される。
【０００４】
このような制御装置では、交流電源２１からヒータ１９へ印加する交流操作信号の変動影響が小さくなるよう、そのフィードフォワード量に基づきフィードフォワード処理部１５にてそのＰＩＤ演算出力がフィードフォワード処理され、このフィードフォワード処理された操作量を所定期間内のオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）比に変換した時間比例出力として出力し、この時間比例出力に基づき操作器２３を切換えてヒータ１９を加熱制御し、その交流操作信号に電圧変動があっても、フィードバック制御よりも早く安定した加熱制御が可能になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した制御装置では、フィードフォワード基準値出力部１７からの上述した基準値と、実際にヒータ１９へ印加された交流操作信号の測定結果に基づくフィードフォワード量とから、ヒータ１９へ印加する交流操作信号の変動影響が小さくなるようフィードフォワード処理されて操作量が出力されるから、例えば電源電圧が上昇してフィードフォワード量が大きくなり、上昇した電源電圧の影響が小さくなるようＰＩＤ演算出力がフィードフォワード処理される状況下で目標値ＳＶを変更すると、次のような不都合が生じ易い。
【０００６】
すなわち、目標値ＳＶの変更に起因して、ＰＩＤ演算部３からのＰＩＤ演算出力が１００％で飽和しているにもかかわらず、フィードフォワード処理部１５からの実際の操作量はフィードフォワード処理によって飽和せずに１００％より小さく抑えられ、ヒータ１９の過渡応答が遅くなり易い。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、ＰＩＤ演算出力に対して適切なフィードフォワード処理が可能であり、目標値変更、電源投入又は機器の一時的な停止／開始等にあっても、制御量の早い立上がりスピードが得られ、制御量の過渡応答性を改善可能な制御装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明は、目標値と制御対象からの制御量との偏差から少なくとも比例および積分演算した演算出力を出力するＰＩＤ演算部と、その制御対象の制御量に関係する諸量の測定値に基づくフィードフォワード量および基準値の比率を用いてその演算出力をフィードフォワード処理して操作量をその制御対象側へ出力するフィードフォワード処理部と、目標値が変更されたか否か検出する目標値変更検出部と、そのフィードフォワード量に関する所定の値をその基準値として出力するとともにその目標値の変更を目標値変更検出部が検出したときその基準値をその時測定されたフィードフォワード量に変更して出力するフィードフォワード基準値変更出力部と、その目標値の変更を目標値変更検出部が検出したとき、ＰＩＤ演算部からの演算出力が目標値の変更時におけるフィードフォワード処理部からのその操作量になるようＰＩＤ演算部の積分演算を変更させる積分値変更部とを具備している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分には同一の符号を付す。
【００１０】
図１は本発明に係る制御装置の実施の形態を示すブロック図である。
図１において、減算部１は、目標値ＳＶと制御対象としてのヒータ１９（図５参照）からの制御量ＰＶとの偏差ｅを出力するものであり、比例演算部５、微分演算部７および積分演算部９に接続されている。
【００１１】
比例演算部５は偏差ｅを比例演算するもので加算部１１に接続されており、微分演算部７は偏差ｅを微分演算するもので加算部１１に接続されており、積分演算部９は偏差ｅを積分演算するもので加算部１１に接続されている。
なお、積分演算部９は積分演算値の変更が可能となっているが、詳細は後述する。
【００１２】
加算部１１はそれら比例演算結果、微分演算結果および積分演算結果を加算してＰＩＤ演算出力を出力するもので、出力リミッタ１３に接続されている。
これら比例演算部５、微分演算部７、積分演算部９および加算部１１によってＰＩＤ演算部３が形成されている。
もっとも、ＰＩＤ演算部３の微分演算部７は必須ではなく、少なくとも比例演算部５および積分演算部９に加えて加算部１１で形成されていれば良い。
【００１３】
比例演算部５および微分演算部７は、後述する積分値変更部２９にも接続されている。
出力リミッタ１３は、そのＰＩＤ演算出力を所定の上限値および下限値でリミッタをかけてレベル制限するものであり、フィードフォワード処理部１５に接続されている。出力リミッタ１３では所定の上限値又は下限値でリミッタをかけることも可能である。
【００１４】
フィードフォワード処理部１５は、上述した図５に示した測定部２５からのフィードフォワード量および後述するフィードフォワード基準値変更出力部３１からの基準値を入力し、リミッタのかけられたＰＩＤ演算出力を例えばそれらの比率に基づきフィードフォワード処理する一方、フィードフォワード処理されたＰＩＤ演算出力に応じて所定の繰返し期間をＯＮ／ＯＦＦ比に変換した時間比例出力の操作量を出力するもので、制御対象側、例えば図５に示した操作器２３に接続されるとともに、積分値変更部２９にも接続されている。
【００１５】
フィードフォワード処理部１５において、例えばフィードフォワード量をＥｎ、基準値をＥ０とすれば、フィードフォワード処理後の操作量は次のようになる。
ＭＶ＝（Ｅ０）²／（Ｅｎ）²×ＰＩＤ演算出力・・・・（１）
【００１６】
目標値変更検出部２７は、減算部１へ加える目標値ＳＶを入力し、これが変更されたか否か検出するもので、目標値ＳＶが変化したとき目標値ＳＶが変更されたとして検出信号を出力するもので、積分値変更部２９およびフィードフォワード基準値変更出力部３１に接続されている。
【００１７】
積分値変更部２９は、フィードフォワード処理部１５からの操作量を測定しており、目標値変更検出部２７から検出信号が入力されたとき、その操作量に一致するＰＩＤ演算出力が得られるよう、比例演算部５および微分演算部７からの比例演算結果および微分演算結果とその操作量とから、積分演算部９における積分演算結果を変更して設定する機能を有している。
【００１８】
すなわち、積分値変更部２９は、目標値ＳＶの変更を目標値変更検出部２７が検出したとき、ＰＩＤ演算部３からのＰＩＤ演算出力が目標値ＳＶの変更前におけるフィードフォワード処理部１５からの操作量に一致するよう、そのＰＩＤ演算部３における前回の積分値として内容を置き換え変更するものである。置き換え変更する前回の積分出力としては、具体的に次の式から得られる。
前回の積分出力＝操作量−（前回比例演算出力＋前回微分演算出力）
【００１９】
フィードフォワード基準値変更出力部３１は、フィードフォワード量に関する固定値（例えば固定値ＡＣ１００Ｖ）又は図５に示した測定部２５からのフィードフォワード量が入力され、電源投入時又は一時的な機器の停止／開始時のフィードフォワード量が基準値として設定されており、目標値変更検出部２７から検出信号が入力されたとき、上記入力されたフィードフォワード量を当該基準値として変更出力するものであり、フィードフォワード処理部１５に接続されている。
【００２０】
フィードフォワード基準値変更出力部３１において、固定値とフィードフォワード量の何れを基準値として予め設定するかは任意であり、何れかが選択的に出力される。もっとも、このように初期設定される基準値はフィードフォワード量に関する所定の値であれば良い。
【００２１】
そのため、検出信号が入力されると、上述した式（１）における基準値がＥ０＝Ｅｎとなってフィードフォワード処理後の操作量が次のようになり、リミッタのかけられたＰＩＤ演算出力がそのままフィードフォワード処理部１５から出力される。
ＭＶ＝（Ｅ０）²／（Ｅｎ）²×ＰＩＤ演算出力
＝（Ｅｎ）²／（Ｅｎ）²×ＰＩＤ演算出力
＝ＰＩＤ演算出力
【００２２】
フィードフォワード量を出力する測定部２５は、上述した図５に示すように、交流電源２１から実際にヒータ１９へ印加される交流操作信号の例えば電源電圧を測定し、その測定電圧値をフィードフォワード量として出力するもので、フィードフォワード処理部５およびフィードフォワード基準値変更出力部３１に接続されているのは、上述した通りである。
【００２３】
次に、上述した本発明に係る制御装置の動作を簡単に説明する。
まず、目標値ＳＶが変更されない状態の下でフィードフォワード処理する動作を説明する。
【００２４】
目標値ＳＶと制御量ＰＶが減算部１へ入力され減算され、その偏差ｅがＰＩＤ演算部３へ加えられる。
ＰＩＤ演算部３では、その偏差ｅが予め設定された定数で比例演算、微分演算および積分演算され、加算部１１で加算されたＰＩＤ演算出力が出力リミッタ１３へ出力される一方、比例演算結果および微分演算結果が積分値変更部２９へ加えられる。
【００２５】
出力リミッタ１３ではそのＰＩＤ演算出力が所定の上限値および下限値でリミッタをかけられ、フィードフォワード処理部１５へ加えられる。
フィードフォワード処理部１５には、測定部２５からのフィードフォワード量およびフィードフォワード基準値変更出力部３１からの基準値が入力されており、リミッタのかけられたＰＩＤ演算出力がそれらフィードフォワード量および基準値の比率に基づきフィードフォワード処理される。
【００２６】
例えば、基準値がＡＣ１００Ｖで、実際の測定値に基づくフィードフォワード量が１０２Ｖの場合、その変動分である２Ｖの影響を抑えるようにフィードフォワード処理によって約９６％に抑えられた操作量が、図５の操作器２３へ出力されるとともに積分値変更部２９へも出力される。
【００２７】
逆に、フィードフォワード量が９８Ｖの場合には、フィードフォワード処理によって約１０４％に増大された操作量が出力される。
そして、フィードフォワード処理された操作量によってヒータ１９が加熱制御されるから、例えば交流操作信号に電圧変動があっても、フィードバック制御よりも早く安定した制御が可能となる。
【００２８】
ここで、ヒータ１９を操作する交流操作信号が基準値より例えば高めに変動している状況下で、目標値ＳＶを大きなレベル方向に変更した場合を説明する。
この状況下では、目標値変更検出部２７が目標値ＳＶの変更を検出し、その検出信号を積分値変更部２９およびフィードフォワード基準値変更出力部３１へ出力する。
【００２９】
この検出信号を受けたフィードフォワード基準値変更出力部３１は、入力したフィードフォワード量を当該基準値として設定し、フィードフォワード処理部１５へ出力する。
フィードフォワード処理部１５では、上述した式（１）から分かるように、リミッタのかけられたＰＩＤ演算出力がそのまま操作器２３へ出力される。すなわち、レベルを抑えられるようなフィードフォワード処理がなされずにそのままのレベルで出力される。
【００３０】
他方、積分値変更部２９は、目標値変更検出部２７から検出信号が入力されると、ＰＩＤ演算部３からのＰＩＤ演算出力がフィードフォワード処理部１５からの操作量に一致するように、比例演算部５および微分演算部７からの比例演算結果および微分演算結果、並びにフィードフォワード処理部１５からの操作量とから、ＰＩＤ演算部３の積分演算部９における積分演算結果を置き換え変更設定する。
【００３１】
そのため、フィードフォワード基準値変更出力部３１から出力される基準値がフィードフォワード量による新しい値に変更されたとしても、基準値の変更に伴うフィードフォワード処理部１５からの操作量の変化が抑えられ、目標値変更に対応した適正なＰＩＤ演算結果が出力される。
【００３２】
もし、ＰＩＤ演算部３からのＰＩＤ演算出力をフィードフォワード処理部１５からの操作量に一致させないと、基準値の変更に伴う操作量の変化があり、その状態で目標値変更に起因するＰＩＤ演算結果を算出することになる。
【００３３】
操作量が安定し制御量が一定の値で制御されている状態下では、基準値の変更に伴い操作量が変化して制御量を一定値で制御する操作量が出力されない状態からの目標値変更となり、過渡特性が本来の制御安定時からの目標値変更の特性と違うものとなり、制御応答がどのような応答になるかが不明になる。
このような状態を回避する上で、積分変更部２９によるＰＩＤ演算部３の積分演算部９の演算状態の変更設定が重要である。
【００３４】
このように発明の制御装置は、減算部１で目標値ＳＶと制御量ＰＶからの偏差ｅを出力し、ＰＩＤ演算部３でその偏差ｅに基づきＰＩＤ演算出力を出力し、ヒータ１９を実際に操作する交流操作信号の測定値に基づくフィードフォワード量およびこれに関する基準値の比率を用いてそのＰＩＤ演算出力をフィードフォワード処理部１５でフィードフォワード処理して操作量をヒータ１９側へ出力し、目標値変更検出部２７で目標値ＳＶの変更の有無を検出し、フィードフォワード基準値変更出力部３１では固定値又は電源投入時や動作の停止／開始時に測定されたフィードフォワード量などをその基準値として予め設定するとともに出力し、目標値ＳＶの変更が検出されたとき、フィードフォワード基準値変更出力部３１がその基準値として目標値ＳＶ変更時の測定フィードフォワード量に変更し出力する一方、目標値ＳＶの変更が検出されたとき、ＰＩＤ演算部３からのＰＩＤ演算出力が目標値ＳＶの変更前におけるフィードフォワード処理部１５からの操作量になるよう、積分値変更部２９でＰＩＤ演算部３の積分演算を変更させるよう構成した。
【００３５】
そのため、時間経過によるフィードフォワード量の変化があっても、その後に変更される各目標値ＳＶで適切な基準値を使用してフィードフォワード処理を確保できる。
しかも、目標値ＳＶが変更されても、フィードフォワード処理部１５からの操作量が抑えられるようなフィードフォワード処理がなされず、また基準値の変化に起因する操作量の変化がない状態でＰＩＤ演算されるため、制御量の早い立上がりスピードを確保でき、フィードフォワード処理時の制御量の過渡応答性を改善できる。
【００３６】
図２は上述した本発明の制御装置におけるシミュレーション結果を示す図であり、目標値ＳＶが変更されても、ＰＩＤ演算出力およびフィードフォワード処理後の操作量が一致するとともに早く安定することが分かる。
【００３７】
他方、図４に示した従来の制御装置では、図３のシミュレーション結果に示すように、目標値ＳＶが変更されると、ＰＩＤ演算出力とフィードフォワード処理後の操作量との間にはレベル差が生じるうえ、これらが遅れて変化しており、本発明の制御装置の効果が分かる。
なお、図２および図３において横軸は時間を、縦軸は制御装置の入出力を０〜１で正規化した値を示している。
【００３８】
上述した実施例では、操作量の出力形態として時間比例出力を例にして説明したが、操作量に応じたレベルで連続的に出力する電圧や電流も可能であるし、これらによって操作される操作器についても、ゼロクロス方式の他にリレーや位相制御装置のものを用いることが可能である。
すなわち、フィードフォワード処理後の操作出力を受けて出力する構成部分に関して本発明は影響されない。
【００３９】
また、上述した実施の形態では、制御量に関係する諸量として電源電圧を例にして説明したが、これ以外にも、例えば冷却制御の冷却媒体の温度など制御対象の制御特性に影響を与える要素の測定値をフィードフォワード量とすることが可能である。
もっもと、制御量に関係する諸量に応じて、フィードフォワード処理部での上述した式（１）や積分演算の変更式を変更する必要がある。
【００４０】
ところで、本発明に係る制御装置は、一般には所定のプログラムで演算や判断動作するＣＰＵ、このＣＰＵの動作プログラムを格納したＲＯＭ、演算動作結果を一時的に格納するＲＡＭ、外部とのインターフェースであるＩ／Ｏを主体としたマイクロコンピュータで構成する場合が多いが、電子部品を組合せた電子回路で構成することも可能であり、デジタル構成の機器ではＣＰＵで扱うデジタル信号が上述した制御出力信号となり、アナログ構成の機器では電圧信号や電流信号等のアナログ信号が制御出力信号となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の制御装置は、目標値と制御量との偏差から少なくとも比例および積分演算して操作量を出力するＰＩＤ演算部と、制御対象の制御量に関係する諸量の測定値に基づくフィードフォワード量および基準値の比率を用いてＰＩＤ演算出力をフィードフォワード処理して操作量を制御対象側へ出力するフィードフォワード処理部と、目標値変更の有無を検出する目標値変更検出部と、そのフィードフォワード量に関する予め設定された所定の値をその基準値として出力するとともにその目標値変更が検出されたときその基準値としてその時点の測定フィードフォワード量に変更し出力するフィードフォワード基準値変更出力部と、目標値変更が検出されたときそのＰＩＤ演算部からの演算出力がフィードフォワード処理部からの操作量に一致するようその積分演算結果を変更させる積分値変更部とを具備したから、時間経過によるフィードフォワード量の変化があっても、適切なフィードフォワード処理を確保できる。
しかも、制御対象を操作する操作信号に変動がある状態下で、目標値が変更されても、フィードフォワード処理部によって操作量が抑えられないし、基準値を変化させることによる制御特性の変化を防ぐことにより、制御量の早い立上がりスピード確保できるうえ、制御量の過渡応答性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】従来の制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】従来の制御装置を示すブロック図である。
【図５】本発明および図４の制御装置に関連する構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１減算部
３ＰＩＤ演算部
５比例演算部
７微分演算部
９積分演算部
１１加算部
１３出力リミッタ
１５フィードフォワード処理部
１７フィードフォワード基準値出力部
１９ヒータ（制御対象）
２１交流電源
２３操作器
２５測定部
２７目標値変更検出部
２９積分値変更部
３１フィードフォワード基準値変更出力部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device, and more particularly to an improvement of a control device that performs a feedforward process on an operation amount PID-calculated and output from a deviation between a target value and a control amount from a control target, and outputs this to a control target side.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a control device of this type, as shown in FIG. 4, a subtraction unit 1 outputs a deviation e between a target value SV and a control amount PV from a heater 19, which will be described later. The proportional, differential, and integral operations are performed by the proportional operation unit 5, the differential operation unit 7, and the integral operation unit 9 and added by the addition unit 11 to output a PID operation output. The feedforward processing unit 15 has a configuration in which the feedforward processing unit 15 performs feedforward processing based on a feedforward amount from the measurement unit 25 and a reference value from the feedforward reference value output unit 17 and outputs an operation amount. I was
[0003]
Then, for example, when an AC operation signal applied to the heater is considered as various quantities related to the control amount, as shown in FIG. While switching is performed by the operation amount from the forward processing unit 15, the measuring unit 25 detects the actual applied AC operation signal level (for example, voltage) and outputs the feedforward amount and the feedforward reference value output of FIG. In addition to the unit 17, the feedforward reference value output unit 17 uses a fixed value set in advance or a feedforward amount measured when the power of the control unit itself is turned on or when the operation of the control unit is stopped / started as a reference value. And the feedforward processing unit 15 outputs the PID calculation output with the output limit It was outputs the feedforward processing by the reference value and the feedforward amount.
The control amount PV is output from a sensor (not shown) arranged on the heater 19.
[0004]
In such a control device, the PID calculation output is subjected to feedforward processing by the feedforward processing unit 15 based on the feedforward amount so that the fluctuation effect of the AC operation signal applied from the AC power supply 21 to the heater 19 is reduced. The operation amount subjected to the feedforward process is output as a time proportional output converted into an ON (ON) / OFF (OFF) ratio within a predetermined period, and the operation device 23 is switched based on the time proportional output to control the heating of the heater 19. However, even if the AC operation signal has a voltage fluctuation, stable heating control can be performed faster than feedback control.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the control device described above, the reference value from the feedforward reference value output unit 17 and the feedforward amount based on the measurement result of the AC operation signal actually applied to the heater 19 are applied to the heater 19. Since the operation amount is output after the feedforward processing is performed so that the fluctuation effect of the AC operation signal is reduced, the PID calculation output is performed so that, for example, the power supply voltage increases, the feedforward amount increases, and the influence of the increased power supply voltage decreases. When the target value SV is changed in a situation where the feedforward processing is performed, the following inconvenience is likely to occur.
[0006]
That is, even though the PID calculation output from the PID calculation unit 3 is saturated at 100% due to the change of the target value SV, the actual operation amount from the feedforward processing unit 15 is changed by the feedforward processing. It is suppressed to less than 100% without being saturated, and the transient response of the heater 19 tends to be slow.
[0007]
The present invention has been made to solve such a problem, and it is possible to perform appropriate feed-forward processing on a PID calculation output, and to change a target value, turn on power, or temporarily stop / start equipment. Even if there is, it is an object of the present invention to provide a control device capable of obtaining a fast rising speed of the control amount and improving the transient response of the control amount.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the present invention provides a PID calculation unit that outputs a calculation output that is at least proportionally and integratedly calculated from a deviation between a target value and a control amount from a control target, and a PID calculation unit that relates to the control amount of the control target. A feed-forward processing unit that feed-forward-processes the calculated output using a feed-forward amount based on measured values of various amounts to be performed and a ratio of a reference value, and outputs an operation amount to the control target side; and whether a target value has been changed. A target value change detection unit for detecting whether or not the reference value is measured when the target value change detection unit detects a change in the target value and outputs a predetermined value regarding the feedforward amount as the reference value. A feedforward reference value change output unit that outputs a feedforward amount after changing it, and a target value change detection unit that detects a change in the target value. , And a integration value changing unit operation output is to change the integral calculation of the PID operator so that to the operation amount of the feedforward processing section at the time of changing the target value from the PID calculation unit.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same reference numerals are given to parts common to the conventional example.
[0010]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a control device according to the present invention.
In FIG. 1, a subtraction unit 1 outputs a deviation e between a target value SV and a control amount PV from a heater 19 (see FIG. 5) as a control target. It is connected to the integral operation unit 9.
[0011]
The proportional operation unit 5 performs a proportional operation on the deviation e and is connected to the adding unit 11. The differential operation unit 7 performs a differential operation on the deviation e and is connected to the addition unit 11. e, which is integrated and connected to the adder 11.
Although the integral operation unit 9 can change the integral operation value, the details will be described later.
[0012]
The adder 11 adds the result of the proportional operation, the result of the differential operation, and the result of the integral operation to output a PID operation output, and is connected to the output limiter 13.
A PID operation unit 3 is formed by the proportional operation unit 5, the differential operation unit 7, the integration operation unit 9, and the addition unit 11.
However, the differential operation unit 7 of the PID operation unit 3 is not indispensable, and may be formed at least by the addition unit 11 in addition to the proportional operation unit 5 and the integral operation unit 9.
[0013]
The proportional operation unit 5 and the differential operation unit 7 are also connected to an integral value changing unit 29 described later.
The output limiter 13 limits the level of the PID calculation output by a predetermined upper limit value and lower limit value, and is connected to the feed forward processing unit 15. In the output limiter 13, a limiter can be applied at a predetermined upper limit or lower limit.
[0014]
The feedforward processing unit 15 receives the feedforward amount from the measurement unit 25 shown in FIG. 5 described above and a reference value from a feedforward reference value change output unit 31, which will be described later, and outputs a PID calculation output subjected to a limiter. For example, while a feedforward process is performed based on these ratios, a manipulated variable of a time proportional output in which a predetermined repetition period is converted into an ON / OFF ratio in accordance with the PID operation output subjected to the feedforward process is output. , For example, is connected to the operating device 23 shown in FIG.
[0015]
In the feedforward processing unit 15, if, for example, the feedforward amount is En and the reference value is E0, the manipulated variable after the feedforward processing is as follows.
MV = (E0) ² / (En) ² × PID calculation output (1)
[0016]
The target value change detection unit 27 inputs the target value SV to be added to the subtraction unit 1 and detects whether or not the target value SV has been changed. When the target value SV changes, a detection signal is output assuming that the target value SV has changed. It is connected to an integral value changing section 29 and a feedforward reference value changing output section 31.
[0017]
The integral value changing unit 29 measures the operation amount from the feedforward processing unit 15, and when a detection signal is input from the target value change detection unit 27, a PID calculation output that matches the operation amount is obtained. And a function of changing and setting the integral operation result in the integral operation unit 9 from the proportional operation result and the differential operation result from the proportional operation unit 5 and the differential operation unit 7 and the operation amount thereof.
[0018]
That is, when the target value change detection unit 27 detects a change in the target value SV, the integral value change unit 29 outputs the PID calculation output from the PID calculation unit 3 from the feedforward processing unit 15 before the change in the target value SV. The content is replaced and changed as the previous integral value in the PID calculation unit 3 so as to match the operation amount. The previous integral output to be replaced and changed is specifically obtained from the following equation.
Previous integral output = manipulated variable-(previous proportional operation output + previous differential operation output)
[0019]
The feedforward reference value change output unit 31 receives a fixed value (for example, a fixed value of AC 100 V) relating to the feedforward amount or the feedforward amount from the measuring unit 25 shown in FIG. / The feedforward amount at the start is set as a reference value, and when a detection signal is input from the target value change detection unit 27, the input feedforward amount is changed and output as the reference value. It is connected to the feed forward processing unit 15.
[0020]
In the feedforward reference value change output unit 31, it is arbitrary whether to set the fixed value or the feedforward amount as the reference value in advance, and either one is selectively output. However, the reference value thus initialized may be a predetermined value related to the feedforward amount.
[0021]
Therefore, when the detection signal is input, the reference value in the above equation (1) becomes E0 = En, and the manipulated variable after the feedforward processing becomes as follows, and the PID calculation output to which the limiter is applied remains unchanged. Output from the feedforward processing unit 15.
MV = (E0) ² / (En) ² × PID operation output = (En) ² / (En) ² × PID operation output = PID operation output
The measurement unit 25 that outputs the feedforward amount measures, for example, a power supply voltage of an AC operation signal that is actually applied to the heater 19 from the AC power supply 21 as shown in FIG. The output as a quantity is connected to the feedforward processing unit 5 and the feedforward reference value change output unit 31 as described above.
[0023]
Next, the operation of the control device according to the present invention will be briefly described.
First, an operation of performing feedforward processing in a state where the target value SV is not changed will be described.
[0024]
The target value SV and the control amount PV are input to the subtraction unit 1 and subtracted, and the deviation e is added to the PID calculation unit 3.
In the PID calculation unit 3, the deviation e is subjected to a proportional calculation, a differentiation calculation and an integration calculation with a preset constant, and the PID calculation output added by the addition unit 11 is output to the output limiter 13, while the proportional calculation result and The differential operation result is added to the integral value changing unit 29.
[0025]
In the output limiter 13, the PID calculation output is limited by a predetermined upper limit value and lower limit value, and is applied to the feedforward processing unit 15.
The feedforward processing unit 15 receives the feedforward amount from the measurement unit 25 and the reference value from the feedforward reference value change output unit 31, and outputs the PID calculation output subjected to the limiter to the feedforward amount and the reference value. Feedforward processing is performed based on the ratio of the values.
[0026]
For example, when the reference value is AC100V and the feedforward amount based on the actual measurement value is 102V, the operation amount suppressed to about 96% by the feedforward processing so as to suppress the influence of the variation of 2V is shown in FIG. 5 and to the integral value changing unit 29.
[0027]
Conversely, when the feedforward amount is 98 V, an operation amount increased to about 104% by the feedforward processing is output.
Then, since the heater 19 is controlled to be heated by the operation amount subjected to the feedforward processing, even if there is a voltage fluctuation in the AC operation signal, stable control can be performed faster than the feedback control.
[0028]
Here, a case will be described in which the target value SV is changed to a larger level in a situation where the AC operation signal for operating the heater 19 fluctuates, for example, higher than the reference value.
In this situation, the target value change detection unit 27 detects a change in the target value SV, and outputs a detection signal to the integral value change unit 29 and the feedforward reference value change output unit 31.
[0029]
The feedforward reference value change output unit 31 that has received the detection signal sets the input feedforward amount as the reference value and outputs it to the feedforward processing unit 15.
In the feedforward processing unit 15, the PID operation output subjected to the limiter is output to the operation device 23 as it is, as can be seen from the above-described equation (1). That is, the output is performed at the same level without performing the feed forward processing for suppressing the level.
[0030]
On the other hand, when the detection signal is input from the target value change detection unit 27, the integral value change unit 29 performs proportional control so that the PID calculation output from the PID calculation unit 3 matches the operation amount from the feedforward processing unit 15. The integration calculation result in the integration calculation unit 9 of the PID calculation unit 3 is replaced and set based on the proportional calculation result and the differentiation calculation result from the calculation unit 5 and the differentiation calculation unit 7 and the operation amount from the feedforward processing unit 15.
[0031]
Therefore, even if the reference value output from the feedforward reference value change output unit 31 is changed to a new value based on the feedforward amount, a change in the operation amount from the feedforward processing unit 15 due to the change in the reference value is suppressed. , An appropriate PID calculation result corresponding to the target value change is output.
[0032]
If the output of the PID operation from the PID operation unit 3 is not made to match the operation amount from the feedforward processing unit 15, there is a change in the operation amount due to the change in the reference value. The result will be calculated.
[0033]
Under the condition where the operation amount is stable and the control amount is controlled at a constant value, the target value from the state where the operation amount changes with the change of the reference value and the control amount is not output As a result, the transient characteristic becomes different from the characteristic of the target value change after the original control is stabilized, and it becomes unclear how the control response will be.
In order to avoid such a state, it is important that the integration change unit 29 change the operation state of the integration operation unit 9 of the PID operation unit 3.
[0034]
As described above, in the control device of the present invention, the subtraction unit 1 outputs the deviation e from the target value SV and the control amount PV, and the PID operation unit 3 outputs the PID operation output based on the deviation e, and actually outputs the heater 19. Using a feedforward amount based on a measured value of the AC operation signal to be operated and a ratio of a reference value related thereto, the PID calculation output is feedforward processed by the feedforward processing unit 15 and the operation amount is output to the heater 19 side. The value change detection unit 27 detects whether or not the target value SV has changed, and the feedforward reference value change output unit 31 uses a fixed value or a feedforward amount measured at power-on or when operation stops / starts as a reference value. When the change of the target value SV is detected, the feedforward reference value change output section 31 sets the reference value as the reference value. When the change in the target value SV is detected, the PID calculation output from the PID calculation unit 3 is changed to the feedforward processing unit 15 before the change in the target value SV. The integral value changing unit 29 is configured to change the integral operation of the PID operation unit 3 so that the operation amount is changed from.
[0035]
Therefore, even if there is a change in the feedforward amount due to the passage of time, feedforward processing can be ensured by using an appropriate reference value for each target value SV that is changed thereafter.
In addition, even if the target value SV is changed, the feedforward processing for suppressing the operation amount from the feedforward processing unit 15 is not performed, and the PID calculation is performed in a state where the operation amount does not change due to the change in the reference value. Therefore, a fast rising speed of the control amount can be secured, and the transient response of the control amount at the time of feedforward processing can be improved.
[0036]
FIG. 2 is a diagram showing a simulation result in the above-described control device of the present invention. It can be seen that even if the target value SV is changed, the PID calculation output and the manipulated variable after the feedforward processing match and are quickly stabilized.
[0037]
On the other hand, in the conventional control device shown in FIG. 4, when the target value SV is changed, the level difference between the PID calculation output and the manipulated variable after feedforward processing is increased as shown in the simulation result of FIG. Occur, and these change with a delay, so that the effect of the control device of the present invention can be understood.
2 and 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents values obtained by normalizing the input and output of the control device from 0 to 1.
[0038]
In the above-described embodiment, the time proportional output has been described as an example of the output form of the manipulated variable. However, a voltage or a current that is continuously output at a level corresponding to the manipulated variable is also possible. As for the device, it is possible to use a relay or a phase control device in addition to the zero cross system.
That is, the present invention is not affected by the components that receive and output the operation output after the feedforward processing.
[0039]
Further, in the above-described embodiment, the power supply voltage has been described as an example of various quantities related to the control amount. However, other than the above, the control characteristics of the control target such as the temperature of the cooling medium of the cooling control may be affected. The measured value of the element can be a feedforward amount.
It is naturally necessary to change the above-described equation (1) in the feedforward processing unit and the equation for changing the integral operation according to various quantities related to the control amount.
[0040]
By the way, the control device according to the present invention is generally a CPU that performs calculation and judgment operation by a predetermined program, a ROM that stores an operation program of the CPU, a RAM that temporarily stores calculation operation results, and an interface with the outside. In many cases, it is composed of a microcomputer mainly composed of I / O. However, it is also possible to constitute an electronic circuit in which electronic components are combined. In a digital device, the digital signal handled by the CPU becomes the above-mentioned control output signal. In an analog device, an analog signal such as a voltage signal or a current signal is a control output signal.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, the control device of the present invention includes a PID calculation unit that outputs a manipulated variable by performing at least proportional and integral calculations from a deviation between a target value and a control amount, and measures various quantities related to the control amount of the control target. A feedforward processing unit for performing feedforward processing of a PID calculation output using a feedforward amount based on a value and a ratio of a reference value and outputting an operation amount to a control target side, and a target value change detection for detecting whether a target value has been changed And a predetermined value relating to the feedforward amount is output as the reference value, and when the target value change is detected, the feedforward amount is changed to the measured feedforward amount at the time as the reference value and output. The calculation output from the reference value change output unit and the PID calculation unit when the target value change is detected are feedforward processed. Because it equipped an integration value changing section for changing the integral calculation result to match the amount of operation of the, even if the change of the feed forward amount over time, can ensure proper feed-forward process.
In addition, even when the target value is changed in a state where the operation signal for operating the control target fluctuates, the operation amount is not suppressed by the feedforward processing unit, and the control characteristic is prevented from being changed by changing the reference value. As a result, a fast rising speed of the control amount can be ensured, and the transient response of the control amount can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a control device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a simulation result of the control device of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a simulation result of a conventional control device.
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional control device.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration related to the present invention and the control device of FIG. 4;
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 subtraction unit 3 PID calculation unit 5 proportional calculation unit 7 differentiation calculation unit 9 integration calculation unit 11 addition unit 13 output limiter 15 feedforward processing unit 17 feedforward reference value output unit 19 heater (control target)
21 AC power supply 23 Controller 25 Measurement unit 27 Target value change detection unit 29 Integral value change unit 31 Feed forward reference value change output unit

Claims

A PID calculation unit that outputs a calculation output that is at least proportionally and integratedly calculated from a deviation between a target value and a control amount from a control target;
A feedforward processing unit that performs feedforward processing on the calculation output using a ratio of a feedforward amount and a reference value based on measured values of various amounts related to the control amount of the control target and outputs an operation amount to the control target side When,
A target value change detection unit that detects whether the target value has been changed,
A predetermined value related to the feedforward amount is output as the reference value, and when the change in the target value is detected by the target value change detection unit, the reference value is changed to the feedforward amount measured at the time of the detection. A feed forward reference value change output section for outputting
When the change in the target value is detected by the target value change detection unit, the PID calculation unit causes the calculation output from the PID calculation unit to be the operation amount from the feedforward processing unit when the target value is changed. An integral value changing unit for changing the integral calculation of
A control device comprising: