JP4485896B2

JP4485896B2 - Ｐｉｄ制御装置

Info

Publication number: JP4485896B2
Application number: JP2004289787A
Authority: JP
Inventors: 雅人田中; 誠司加藤
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: JP2006106925A

Description

本発明は、ＰＩＤコントローラのパラメータ調整に係り、特にオートチューニング機能を備えたＰＩＤ制御装置に関するものである。

ＰＩＤコントローラのＰＩＤパラメータの調整作業は、通常、試行錯誤のような形で行なわれるか、あるいはコントローラ自体が備えるオートチューニング（以下、ＡＴとする）機能により簡易的に行なわれる。

従来のコントローラでは、ＡＴ機能の特徴、すなわち即応性重視であるか安定性重視であるかなどの融通性としては、何通りかのバリエーションが与えられ得る（例えば、特許文献１参照）。しかし、各バリエーションの個々について見れば、基本的にＡＴの特徴は固定的になる。例えば、即応性重視のＡＴであれば、比例帯Ｐｂが小さめの値に算出されるように内部の調整公式が固定され、逆に安定性重視のＡＴであれば、比例帯Ｐｂが大きめの値に算出されるように内部の調整公式が固定されている。すなわち、特許文献１に開示されたＡＴ機能では、ＰＩＤパラメータ調整の自由度は低い。

一方、このようなＡＴの限界を鑑みて、ＰＩＤパラメータ調整支援ツールも開発されている（例えば、特許文献２参照）。この調整支援ツールによれば、制御対象の特徴を伝達関数で表現し、この伝達関数を用いたシミュレーションにより、精密にＰＩＤパラメータを求めることができる。言い換えれば、調整支援ツールによれば、ＡＴに比べはるかに自由度の高いＰＩＤパラメータ調整を実現できる。この場合、多くの制御対象において、調整支援ツールで求めたＰＩＤパラメータがＡＴの結果ときっちり等しくなるということはなく、大なり小なり両者に差異が生じる。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特開平５−２８９７０４号公報特開２００４−３８４２８号公報

本来、ＡＴの特徴は、制御対象の特徴に応じて変化することが望ましい。その理由は、例えば即応性重視のパラメータ調整を行う場合であっても、比例帯Ｐｂを小さくするのがより好ましい制御対象もあれば、積分時間Ｔｉを小さくするのがより好ましい制御対象もあるからである。しかし、上記のように、従来のＡＴ機能では、ＰＩＤパラメータ調整の自由度は低い。したがって、従来のＡＴ機能によりＰＩＤパラメータを調整した場合、ＰＩＤコントローラの制御特性が、ＡＴと制御対象との相性に左右されることは避けられず、パラメータ調整の自由度が低い従来のＡＴでは十分に良好な制御特性が得られないのが実状である。

一方、調整支援ツールでは、制御対象に対する入出力データを収集する必要があり、通常はＡＴに比べて何倍もの手間がかかるという問題点があった。簡易調整という要求の程度にもよるが、入出力データの収集が困難な現場環境やコントローラ機器の仕様次第では、常に調整支援ツールを利用しやすい状況にあるとは限らない。調整時間を短縮するためにも、ＡＴによる簡易調整が望まれるケースは多い。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＡＴの自由度を高めることができるＰＩＤ制御装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、調整支援ツールによるＰＩＤパラメータ調整の精密さをＡＴによる簡易調整で実現することができるＰＩＤ制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいてＰＩＤパラメータを算出するリミットサイクル式のオートチューニング（ＡＴ）の機能を備えたＰＩＤ制御装置であって、通常の制御動作時に、設定値と制御量との偏差に対して前記ＰＩＤパラメータに基づく制御演算を行って制御対象への操作量を算出するＰＩＤ制御演算部と、前記ＡＴの実行時の操作量下限設定値を予め記憶する操作量出力下限記憶部と、前記ＡＴの実行時の操作量上限設定値を予め記憶する操作量出力上限記憶部と、比例帯と積分時間と微分時間とからなる前記ＰＩＤパラメータのうち、前記比例帯を修正する修正係数αを予め記憶する比例帯修正係数設定部と、前記積分時間を修正する修正係数βを予め記憶する積分時間修正係数設定部と、前記微分時間を修正する修正係数γを予め記憶する微分時間修正係数設定部と、前記ＡＴの実行時に、前記操作量下限設定値を下限とし、かつ前記操作量上限設定値を上限とする操作量を前記制御対象に出力して、この操作量出力に応じた制御量の上下動の幅と上下動の時間に関する情報とを検出するリミットサイクルＡＴ演算部と、前記上下動幅と前記修正係数αとの乗算結果に基づいて前記比例帯を算出し、前記上下動の時間に関する情報と前記修正係数βとの乗算結果に基づいて前記積分時間を算出し、前記上下動の時間に関する情報と前記修正係数γとの乗算結果に基づいて前記微分時間を算出し、これらの算出したＰＩＤパラメータを前記ＰＩＤ制御演算部に設定するＰＩＤパラメータ算出部と、前記制御対象に対する操作量出力とその応答結果から前記制御対象のモデルを生成し、この制御対象モデルと前記ＰＩＤ制御演算部とからなる制御系についてその制御応答を模擬するシミュレーションを行い、前記ＰＩＤパラメータを決定するＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部と、このＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部によって決定された比例帯、積分時間及び微分時間と、前記リミットサイクルＡＴ演算部と前記ＰＩＤパラメータ算出部とによるＡＴを制御対象に実行して算出された比例帯、積分時間及び微分時間に基づき、前記修正係数α，β，γの変更倍率Ｒ_α，Ｒ_β，Ｒ_γ を算出する変更倍率算出部と、前記変更倍率Ｒ_α，Ｒ_β，Ｒ_γ に基づき前記修正係数α，β，γを変更する修正係数変更部と、この修正係数変更部によって変更された修正係数αを前記比例帯修正係数設定部に設定する比例帯修正係数出力部と、前記修正係数変更部によって変更された修正係数βを前記積分時間修正係数設定部に設定する積分時間修正係数出力部と、前記修正係数変更部によって変更された修正係数γを前記微分時間修正係数設定部に設定する微分時間修正係数出力部とを備え、前記リミットサイクルＡＴ演算部と前記ＰＩＤパラメータ算出部とによるＡＴの実行後に前記修正係数α，β，γを変更した後は、前記リミットサイクルＡＴ演算部と前記ＰＩＤパラメータ算出部とによるＡＴのみによりＰＩＤパラメータを調整することを特徴とするものである。

また、本発明のＰＩＤ制御装置は、通常の制御動作時に、設定値と制御量との偏差に対して前記ＰＩＤパラメータに基づく制御演算を行って制御対象への操作量を算出するＰＩＤ制御演算部と、前記ＡＴの実行時の操作量下限設定値を予め記憶する操作量出力下限記憶部と、前記ＡＴの実行時の操作量上限設定値を予め記憶する操作量出力上限記憶部と、比例帯と積分時間と微分時間とからなる前記ＰＩＤパラメータのうち、前記比例帯を修正する修正係数αを予め記憶する比例帯修正係数設定部と、前記積分時間を修正する修正係数βを予め記憶する積分時間修正係数設定部と、前記微分時間を修正する修正係数γを予め記憶する微分時間修正係数設定部と、前記ＡＴの実行時に、前記操作量下限設定値を下限とし、かつ前記操作量上限設定値を上限とする操作量を前記制御対象に出力して、この操作量出力に応じた制御量の上下動の幅と上下動の時間に関する情報とを検出するリミットサイクルＡＴ演算部と、前記上下動幅と前記修正係数αとの乗算結果に基づいて前記比例帯を算出し、前記上下動の時間に関する情報と前記修正係数βとの乗算結果に基づいて前記積分時間を算出し、前記上下動の時間に関する情報と前記修正係数γとの乗算結果に基づいて前記微分時間を算出し、これらの算出したＰＩＤパラメータを前記ＰＩＤ制御演算部に設定するＰＩＤパラメータ算出部と、前記制御対象に対する操作量出力とその応答結果から前記制御対象のモデルを生成し、この制御対象モデルと前記ＰＩＤ制御演算部とからなる制御系についてその制御応答を模擬するシミュレーションを行い、前記ＰＩＤパラメータを決定するＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部と、前記制御対象モデルを用いて前記ＡＴのシミュレーションを行い、このシミュレーションの応答結果と修正係数α，β，γの任意の仮設定値に基づいて前記ＰＩＤパラメータを算出するＡＴ演算部と、前記ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部によって決定された比例帯、積分時間及び微分時間と、前記ＡＴ演算部によって算出された比例帯、積分時間及び微分時間に基づき、前記修正係数α，β，γの変更倍率Ｒ_α，Ｒ_β，Ｒ_γ を算出する変更倍率算出部と、前記変更倍率Ｒ_α，Ｒ_β，Ｒ_γ に基づき前記修正係数α，β，γを変更する修正係数変更部と、この修正係数変更部によって変更された修正係数αを前記比例帯修正係数設定部に設定する比例帯修正係数出力部と、前記修正係数変更部によって変更された修正係数βを前記積分時間修正係数設定部に設定する積分時間修正係数出力部と、前記修正係数変更部によって変更された修正係数γを前記微分時間修正係数設定部に設定する微分時間修正係数出力部とを備え、前記ＡＴ演算部によるＡＴのシミュレーションの実行後に前記修正係数α，β，γを変更した後は、前記リミットサイクルＡＴ演算部とＰＩＤパラメータ算出部とによるＡＴのみによりＰＩＤパラメータを調整するものである。

本発明によれば、比例帯修正係数設定部と積分時間修正係数設定部と微分時間修正係数設定部とを設け、ＰＩＤパラメータの調整公式に修正係数α，β，γを設定することにより、ＡＴの自由度を高めることができる。

また、本発明では、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部によって精密調整されたＰＩＤパラメータと、ＡＴ機能により簡易調整されたＰＩＤパラメータに基づいて、修正係数α，β，γを変更することにより、ＰＩＤパラメータ調整支援ツールによるＰＩＤパラメータ調整の精密さをＡＴに反映させることができる。その結果、修正係数α，β，γを１回変更した後は、ＡＴという簡易調整により、ＰＩＤパラメータ調整支援ツールと同等のＰＩＤパラメータ調整結果を得ることができる。

また、本発明では、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部によって精密調整されたＰＩＤパラメータと、ＡＴ演算部により簡易調整されたＰＩＤパラメータに基づいて、修正係数α，β，γを変更することにより、ＰＩＤパラメータ調整支援ツールによるＰＩＤパラメータ調整の精密さをＡＴに反映させることができる。また、制御対象モデルを用いたシミュレーションによりＡＴを実行するので、実際の制御対象を用いる場合に比べて修正係数変更のためのＡＴを短時間で終了させることができる。

［発明の原理］
例えばリミットサイクル式のＡＴ機能によりＰＩＤパラメータを算出する際には、リミットサイクルの振幅や周期に基づき比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ及び微分時間Ｔｄを算出するための調整公式というものがある。本発明では、この調整公式に計算結果を修正するための修正係数を設定し、この修正係数をある制約の範囲内で自由に数値変更できるようにする。これにより、調整公式に自由度が与えられるので、実質的にはＡＴに自由度が与えられる。

次に、本発明では、ＡＴによるＰＩＤパラメータ調整の相性が、主に制御対象の違いによるというところに重要な着眼点がある。例えば温度制御においては、ＰＩＤパラメータ調整の相性が全く無秩序に変わるわけではなく、半導体製造装置のリフロー炉であればリフロー炉に相性のよい調整公式が存在し、食品製造装置の包装機であれば包装機に相性のよい調整公式が存在するというように、制御対象の特徴を反映して、理想的な調整公式が異なってくる。

よって、ＰＩＤ調整支援ツールにより精密調整されたＰＩＤパラメータと、ＡＴ機能により簡易調整されたＰＩＤパラメータとの比率を求め、この比率に基づき修正係数を自動的に数値変更できるように、コントローラとＰＩＤ調整支援ツールを連携させる。これにより、ＰＩＤ調整支援ツールによる精密調整は原則として１回だけ実施すれば、この後は事実上ほぼ理想的な調整公式によるＡＴが実行されることになるので、ＡＴという簡易調整により、ＰＩＤ調整支援ツールの精密調整と同等の調整結果が得られるようになる。また、この修正係数の数値を同種類（類似特性）の制御対象に再利用できるように構成すれば、複数の制御ループにおいて、ＡＴという簡易調整により、ＰＩＤ調整支援ツールの精密調整と同等の調整結果が得られるようになる。

以下に、本発明で用いるリミットサイクル式のＡＴを図１を参照して説明する。リミットサイクル式のＡＴでは、操作量振幅が一定のリミットサイクルを発生させて、ＰＩＤパラメータを調整する。ここでは、リミットサイクル時の操作量ＭＶの上限値をＡＵ、下限値をＡＬとする。リミットサイクルオートチューニングの実行時、制御量ＰＶと設定値ＳＰとを比較し、制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きい場合、操作量ＭＶの下限値ＡＬを制御対象に出力し、制御量ＰＶが設定値ＳＰ以下の場合、操作量ＭＶの上限値ＡＵを制御対象に出力して、制御量ＰＶの極値を検出する。

図１に示すように、検出した極値のうち、最新の極値における設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差を第１の極値偏差Ｅｒ１、２番目に新しい極値における偏差を第２の極値偏差Ｅｒ２、３番目に新しい極値における偏差を第３の極値偏差Ｅｒ３とする。また、第１の極値偏差Ｅｒ１の直前に偏差の正負が逆転した時刻ｔ５から第１の極値偏差Ｅｒ１が得られた時刻ｔ６までの時間を第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１とし、また、第２の極値偏差Ｅｒ２の直前に偏差の正負が逆転した時刻ｔ３から第２の極値偏差Ｅｒ２が得られた時刻ｔ４までの時間を第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２とする。

そして、制御量ＰＶの極値を検出した後に、比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ及び微分時間Ｔｄを算出する。標準（デフォルト）の調整公式の１例を以下に示す。
Ｐｂ＝１００．０Ａｈ／｛０．９（ＡＵ−ＡＬ）｝・・・（１）
Ｔｉ＝２．０Ｔｈ・・・（２）
Ｔｄ＝０．４２Ｔｈ・・・（３）

Ｔｈは第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１と第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２との平均値（Ｔｈ＝（Ｔｈ１＋Ｔｈ２）／２）であり、Ａｈは制御量ＰＶの最降下点から最上昇点までの上下動幅（Ａｈ＝｜Ｅｒ２−Ｅｒ１｜）である。このとき、式（１）〜式（３）にそれぞれ修正係数α，β，γが以下のように組み込まれるとする。
Ｐｂ＝１００．０αＡｈ／｛０．９（ＡＵ−ＡＬ）｝・・・（４）
Ｔｉ＝２．０βＴｈ・・・（５）
Ｔｄ＝０．４２γＴｈ・・・（６）
言うまでもなく、α＝β＝γ＝１．０の場合が、標準の調整公式に該当する。

ここで、あるＰＩＤ制御装置ＸにおいてＡＴを実行したとき、標準の調整公式（α＝β＝γ＝１．０）により得られた比例帯ＰｂをＰｂ_AT、積分時間ＴｉをＴｉ_AT、微分時間ＴｄをＴｄ_ATとすると、Ｐｂ_AT＝１０．０、Ｔｉ_AT＝２００．０、Ｔｄ_AT＝４２．０というＰＩＤパラメータが得られたとする。

このとき、このＰＩＤパラメータを用いた装置Ｘの制御特性が十分に良好なものではないため、周知のＰＩＤパラメータ調整支援ツールを利用することとする。ＰＩＤパラメータ調整支援ツールは、例えば特開２００４−３８４２８号公報に開示されている。このツールにより得られた比例帯ＰｂをＰｂ_TL、積分時間ＴｉをＴｉ_TL、微分時間ＴｄをＴｄ_TLとすると、Ｐｂ_TL＝１５．０、Ｔｉ_TL＝１４０．０、Ｔｄ_TL＝８４．０というＰＩＤパラメータが得られたとする。

ＰＩＤパラメータ調整支援ツールにより算出されたＰＩＤパラメータとＡＴ機能により算出されたＰＩＤパラメータとの比率から、修正係数α，β，γの変更倍率Ｒα，Ｒβ，Ｒγ を以下のように算出する。
Ｒα＝Ｐｂ_TL／Ｐｂ_AT＝１．５・・・（７）
Ｒβ＝Ｔｉ_TL／Ｔｉ_AT＝０．７・・・（８）
Ｒγ＝Ｔｄ_TL／Ｔｄ_AT＝２．０・・・（９）

修正係数α，β，γにそれぞれ変更倍率Ｒα，Ｒβ，Ｒγ を乗算して修正係数α，β，γを変更する。すなわち、αＲα ＝１．５を新たな修正係数αとし、βＲβ ＝０．７を新たな修正係数βとし、γＲγ ＝２．０を新たな修正係数γとする。式（４）〜式（６）の修正係数α，β，γをそれぞれα＝１．５、β＝０．７、γ＝２．０に変更した調整公式を用いて、同じＰＩＤ制御装置Ｘにおいて再度ＡＴを実行し、全く同じリミットサイクル波形が再現できたとすれば、比例帯Ｐｂ_AT＝１５．０、積分時間Ｔｉ_AT＝１４０．０、微分時間Ｔｄ_AT＝８４．０というＰＩＤパラメータが得られることになる。したがって、ＡＴという簡易調整により、ＰＩＤ調整支援ツールの精密調整と同等の調整結果が得られるようになる。

なお、ここで特に重要なのは、ＰＩＤ制御装置Ｘあるいはこれと同種類（類似特性）の装置Ｘ’では、修正係数α＝１．５、β＝０．７、γ＝２．０という調整公式が制御対象との相性が良いもので、汎用性のある調整公式として利用できることである。すなわち、ＰＩＤ調整支援ツールによる精密調整を１回だけ実施すれば、この後はその精密調整と同等のＡＴが実行されることになる。

［参考例］
以下、本発明の参考例について図面を参照して詳細に説明する。図２は、本発明の参考例となるＡＴ機能付ＰＩＤ制御装置の構成を示すブロック図である。図２のＰＩＤ制御装置は、コントローラ部１と、ＡＴ機能部２とから構成される。

コントローラ部１は、制御装置のオペレータによって設定された設定値ＳＰを入力する設定値ＳＰ入力部４と、図示しないセンサによって検出された制御量ＰＶを入力する制御量ＰＶ入力部５と、図示しない制御対象に操作量ＭＶを出力する操作量ＭＶ出力部６と、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出するＰＩＤ制御演算部（ＰＩＤコントローラ）７とを有する。

ＡＴ機能部２は、ＡＴの実行時の操作量下限設定値ＡＬを予め記憶する操作量出力下限ＡＬ記憶部８と、ＡＴの実行時の操作量上限設定値ＡＵを予め記憶する操作量出力上限ＡＵ記憶部９と、比例帯Ｐｂを修正する修正係数αを予め記憶する比例帯Ｐｂ修正係数α設定部１０と、積分時間Ｔｉを修正する修正係数βを予め記憶する積分時間Ｔｉ修正係数β設定部１１と、微分時間Ｔｄを修正する修正係数γを予め記憶する微分時間Ｔｄ修正係数γ設定部１２と、ＡＴの実行時に、操作量下限設定値ＡＬを下限とし、かつ操作量上限設定値ＡＵを上限とする操作量を制御対象に出力して、この操作量出力に応じた制御応答を検出するリミットサイクルＡＴ演算部１３と、検出された制御応答と修正係数α，β，γに基づいてＰＩＤパラメータを算出し、算出したＰＩＤパラメータをＰＩＤ制御演算部７に設定するＰＩＤパラメータ算出部１４とを有する。

次に、本参考例のＰＩＤ制御装置のＡＴ機能部２の動作を図３を用いて説明する。設定値ＳＰは、制御装置のオペレータによって設定され、設定値ＳＰ入力部４を介してＰＩＤ制御演算部７とリミットサイクルＡＴ演算部１３に入力される。制御量ＰＶは、図示しないセンサによって検出され、制御量ＰＶ入力部５を介してＰＩＤ制御演算部７とリミットサイクルＡＴ演算部１３に入力される。操作量下限設定値ＡＬは、予めオペレータによって設定され、操作量出力下限ＡＬ記憶部８に格納される。同様に、操作量上限設定値ＡＵは、予めオペレータによって設定され、操作量出力上限ＡＵ記憶部９に格納される。

例えばオペレータの指示によりＡＴ機能が起動すると（図３ステップＳ１０１）、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、制御量ＰＶと設定値ＳＰを比較し（ステップＳ１０２）、制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きい場合、操作量出力下限ＡＬ記憶部８に記憶された操作量下限設定値ＡＬを操作量ＭＶ出力部６に出力する。操作量ＭＶ出力部６は、この操作量下限設定値ＡＬを操作量ＭＶとして制御対象に出力する（ステップＳ１０３）。

また、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、ステップＳ１０２において制御量ＰＶが設定値ＳＰ以下の場合、操作量出力上限ＡＵ記憶部９に記憶された操作量上限設定値ＡＵを操作量ＭＶ出力部６に出力する。操作量ＭＶ出力部６は、この操作量上限設定値ＡＵを操作量ＭＶとして制御対象に出力する（ステップＳ１０４）。

次に、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、上下動極値検出処理を行う（ステップＳ１０５）。図４は、この上下動極値検出処理を示すフローチャートである。まず、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づいて現制御周期の偏差Ｅｒを次式により算出する（図４ステップＳ２０１）。
Ｅｒ＝ＳＰ−ＰＶ・・・（１０）

続いて、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、次式が成立するかどうかを判定する（ステップＳ２０２）。
｜Ｅｒ｜＞｜Ｅｒｍａｘ｜・・・（１１）
式（１１）において、Ｅｒｍａｘは偏差の最大値で、初期値は０である。リミットサイクルＡＴ演算部１３は、式（１１）が成立する場合、Ｅｒｍａｘ＝Ｅｒ、すなわち現制御周期の偏差Ｅｒを最大偏差Ｅｒｍａｘとする（ステップＳ２０３）。

次に、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、偏差Ｅｒの正負が切り換わったかどうかを次式により判定する（ステップＳ２０４）。
ＥｒＥｒ０＜０・・・（１２）
ここで、Ｅｒ０は１制御周期前の偏差である。式（１２）は、現在の偏差Ｅｒと１制御周期前の偏差Ｅｒ０の乗算結果が負のとき、偏差Ｅｒの正負が逆転したと判断するものである。式（１２）が不成立の場合は、上下動極値検出が完了していないと判断して、ステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１０２〜Ｓ１０４とＳ１０５（ステップＳ２０１〜Ｓ２０４）の処理が１制御周期ごとに繰り返されると、偏差Ｅｒの増大に伴って最大偏差Ｅｒｍａｘが更新される。そして、図１の時刻ｔ１になると、式（１２）が成立する。式（１２）が成立したとき、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、すなわち最大偏差Ｅｒｍａｘを第１の極値偏差Ｅｒ１として記憶する。また、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、前回式（１２）が成立した時刻から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻までの時間を第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１として記憶する（ステップＳ２０５）。なお、式（１２）が初めて成立した場合には、第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１を０とする。

次に、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップＳ２０６）。本参考例では、制御量ＰＶの極値を４つ検出することを上下動極値検出完了条件とする。ここでは、制御量ＰＶの極値を１つ検出しただけなので、上下動極値検出が完了していないと判断し、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップＳ２０７）、ステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１０２〜Ｓ１０４とＳ１０５（ステップＳ２０１〜Ｓ２０４）の処理を１制御周期ごとに繰り返し、図１の時刻ｔ３になると、式（１２）が再び成立する。式（１２）が成立したとき、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、Ｅｒ２＝Ｅｒ１、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、Ｔｈ２＝Ｔｈ１、すなわち第１の極値偏差Ｅｒ１の値を第２の極値偏差Ｅｒ２に代入し、最大偏差Ｅｒｍａｘを新たな第１の極値偏差Ｅｒ１とし、第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１の値を第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２に代入する。さらに、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、前回式（１２）が成立した時刻ｔ１から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻ｔ２までの時間を新たな第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１として記憶する（ステップＳ２０５）。

次に、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップＳ２０６）。ここでは、制御量ＰＶの極値を２つ検出しただけなので、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップＳ２０７）、ステップＳ１０２に戻る。

図１の時刻ｔ５になると、式（１２）が再び成立する。式（１２）が成立したとき、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、Ｅｒ３＝Ｅｒ２、Ｅｒ２＝Ｅｒ１、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、Ｔｈ２＝Ｔｈ１、すなわち第２の極値偏差Ｅｒ２の値を第３の極値偏差Ｅｒ３に代入し、第１の極値偏差Ｅｒ１の値を第２の極値偏差Ｅｒ２に代入し、最大偏差Ｅｒｍａｘを新たな第１の極値偏差Ｅｒ１とし、第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１の値を第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２に代入する。さらに、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、前回式（１２）が成立した時刻ｔ３から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻ｔ４までの時間を新たな第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１として記憶する（ステップＳ２０５）。

次に、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップＳ２０６）。ここでは、制御量ＰＶの極値を３つ検出しただけなので、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップＳ２０７）、ステップＳ１０２に戻る。

図１の時刻ｔ７になると、式（１２）が再び成立する。式（１２）が成立したとき、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、Ｅｒ３＝Ｅｒ２、Ｅｒ２＝Ｅｒ１、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、Ｔｈ２＝Ｔｈ１とし、前回式（１２）が成立した時刻ｔ５から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻ｔ６までの時間を新たな第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１として記憶する（ステップＳ２０５）。

次に、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップＳ２０６）。ここでは、制御量ＰＶの極値を４つ検出し終えたので、上下動極値検出が完了したと判断し、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップＳ２０８）、ステップＳ１０６に進む。

上下動極値検出の完了後、ＰＩＤパラメータ算出部１４は、リミットサイクルＡＴ演算部１３で検出された制御応答の結果と、比例帯Ｐｂ修正係数α設定部１０、積分時間Ｔｉ修正係数β設定部１１及び微分時間Ｔｄ修正係数γ設定部１２に設定された修正係数α，β，γにより、ＰＩＤパラメータを以下のように算出する（ステップＳ１０６）。
Ｐｂ＝１００．０α｜Ｅｒ２−Ｅｒ１｜／｛０．９（ＡＵ−ＡＬ）｝・・・（１３）
Ｔｉ＝β（Ｔｈ１＋Ｔｈ２）・・・（１４）
Ｔｄ＝０．２１γ（Ｔｈ１＋Ｔｈ２）・・・（１５）
そして、リミットサイクルＡＴ演算部１３は、算出した比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ及び微分時間ＴｄをＰＩＤ制御演算部７に設定する。以上でＡＴが終了する。

ＡＴ終了後の通常の制御動作では、ＰＩＤ制御演算部７は、設定値ＳＰ入力部４から入力された設定値ＳＰ、制御量ＰＶ入力部５から入力された制御量ＰＶに基づいて、次式のように操作量ＭＶを算出することを１制御周期ごとに行う。
ＭＶ＝（ζ／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ−ＰＶ）・・・（１６）
式（１６）において、ｓはラプラス演算子、定数ζは例えば１００である。ＰＩＤ制御演算部７によって算出された操作量ＭＶは、操作量ＭＶ出力部６を介して制御対象に出力される。

以上のように、本参考例では、式（１３）〜式（１５）に示すように、ＰＩＤパラメータの調整公式に修正係数α，β，γを設定することにより、ＡＴの自由度、すなわちＰＩＤパラメータ調整の自由度を高めることができる。

［第１の実施の形態］
次に、本発明の第１の実施の形態について説明する。参考例によれば、ＡＴの自由度を高めることができるが、ＰＩＤ制御装置の制御特性が良好でない場合、オペレータが手動で修正係数α，β，γを変更しなければならない。本実施の形態は、修正係数α，β，γの自動的な変更を実現するものである。図５、図６は、本発明の第１の実施の形態となるＡＴ機能付ＰＩＤ制御装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のＰＩＤ制御装置は、コントローラ部１ａと、ＡＴ機能部２ａと、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ａとから構成される。

コントローラ部１ａは、参考例のコントローラ部１の構成に加えて、さらに、ＡＴの実行結果としてＰＩＤ制御演算部７に格納されているとＰＩＤパラメータ（比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄ）をＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ａに出力するＰＩＤパラメータ出力部１５を有するものである。

ＡＴ機能部２ａは、参考例のＡＴ機能部２の構成に加えて、さらに、比例帯Ｐｂ修正係数α設定部１０に設定されている修正係数αをＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ａに出力する第１の比例帯Ｐｂ修正係数α出力部１６と、積分時間Ｔｉ修正係数β設定部１１に設定されている修正係数βをＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ａに出力する第１の積分時間Ｔｉ修正係数β出力部１７と、微分時間Ｔｄ修正係数γ設定部１２に設定されている修正係数γをＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ａに出力する第１の微分時間Ｔｄ修正係数γ出力部１８とを有するものである。

ＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ａは、制御対象のモデルを生成し、この制御対象モデルとＰＩＤ制御演算部７の制御アルゴリズムとからなる制御系についてその制御応答を模擬するシミュレーションを行い、ＰＩＤパラメータを決定するＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９と、ＡＴ機能部２ａから出力されたＰＩＤパラメータを後述する変更倍率算出部に入力するＰＩＤパラメータ入力部２０と、ＡＴ機能部２ａから出力された修正係数αを後述する修正係数変更部に入力する比例帯Ｐｂ修正係数α入力部２１と、ＡＴ機能部２ａから出力された修正係数βを修正係数変更部に入力する積分時間Ｔｉ修正係数β入力部２２と、ＡＴ機能部２ａから出力された修正係数γを修正係数変更部に入力する微分時間Ｔｄ修正係数γ入力部２３と、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９によって決定されたＰＩＤパラメータとＰＩＤパラメータ算出部１４によって算出されたＰＩＤパラメータに基づき、修正係数α，β，γの変更倍率Ｒα，Ｒβ，Ｒγ を算出する変更倍率算出部２４と、変更倍率Ｒα，Ｒβ，Ｒγ に基づき修正係数α，β，γを変更する修正係数変更部２５と、修正係数変更部２５によって変更された修正係数αを比例帯Ｐｂ修正係数α設定部１０に設定する第２の比例帯Ｐｂ修正係数α出力部２６と、修正係数変更部２５によって変更された修正係数βを積分時間Ｔｉ修正係数β設定部１１に設定する第２の積分時間Ｔｉ修正係数β出力部２７と、修正係数変更部２５によって変更された修正係数γを微分時間Ｔｄ修正係数γ設定部１２に設定する第２の微分時間Ｔｄ修正係数γ出力部２８とを有する。

次に、本実施の形態のＰＩＤ制御装置のＡＴ機能部２ａとＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ａの動作を図７を用いて説明する。
ＡＴ機能部２ａによるＰＩＤパラメータの算出処理は、参考例で説明したＡＴ機能部２の動作と同じである。本実施の形態では、ＡＴの実行後にＰＩＤ制御演算部７に設定されている比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ及び微分時間ＴｄをＰＩＤパラメータ出力部１５を介してＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ａに出力する。ここでは、ＰＩＤパラメータ出力部１５から出力される比例帯ＰｂをＰｂ_AT、積分時間ＴｉをＴｉ_AT、微分時間ＴｄをＴｄ_ATとする。

ＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ａは、ＡＴの実行後に起動する。ＰＩＤパラメータ出力部１５から出力された比例帯Ｐｂ_AT、積分時間Ｔｉ_AT及び微分時間Ｔｄ_ATは、ＰＩＤパラメータ入力部２０を介して変更倍率算出部２４に入力され、保存される（図７ステップＳ３０１）。

続いて、ＡＴ機能部２ａの第１の比例帯Ｐｂ修正係数α出力部１６は、比例帯Ｐｂ修正係数α設定部１０に設定されている修正係数αをＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ａに出力する。同様に、第１の積分時間Ｔｉ修正係数β出力部１７は、積分時間Ｔｉ修正係数β設定部１１に設定されている修正係数βを出力し、第１の微分時間Ｔｄ修正係数γ出力部１８は、微分時間Ｔｄ修正係数γ設定部１２に設定されている修正係数γを出力する。ＡＴ機能部２ａから出力された修正係数α，β，γは、それぞれ比例帯Ｐｂ修正係数α入力部２１、積分時間Ｔｉ修正係数β入力部２２、微分時間Ｔｄ修正係数γ入力部２３を介して修正係数変更部２５に入力され、保存される（ステップＳ３０２）。

次に、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９は、特開２００４−３８４２８号公報に開示された制御パラメータ調整プログラムを実装しており、ＰＩＤパラメータ精密調整により比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ及び微分時間Ｔｄを求める（ステップＳ３０３）。このＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９の動作を簡単に説明すると、まず制御対象に操作量を与え、それに応じて制御対象から出力される制御量を検出することを一定周期毎に繰り返すことにより、操作量の時系列データと制御量の時系列データとからなる制御データを収集する。続いて、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９は、予め想定されている制御対象の伝達関数と収集した制御データとを使って、伝達関数のパラメータを同定することにより、制御対象のモデルを生成する。このとき、制御対象モデルの生成元となる複数の伝達関数が予め用意されており、この中から最も適切な伝達関数が選択される。

次に、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９は、生成した制御対象のモデルとＰＩＤ制御演算部７の制御アルゴリズムとを使ってシミュレーションを行い、ＰＩＤパラメータを決定する。このＰＩＤパラメータの決定処理は、制御アルゴリズムに設定するＰＩＤパラメータを変更しながら、ＰＩＤ制御演算部７の制御動作を繰り返しシミュレーションし、制御結果をオペレータに提示して、所望の制御結果が得られたときにオペレータが指示してシミュレーションを終了させることにより、最終的なＰＩＤパラメータを決定するものである。ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９が決定した比例帯ＰｂをＰｂ_TL、積分時間ＴｉをＴｉ_TL、微分時間ＴｄをＴｄ_TLとする。変更倍率算出部２４は、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９から出力された比例帯Ｐｂ_TL、積分時間Ｔｉ_TL及び微分時間Ｔｄ_TLを保存する。

そして、変更倍率算出部２４は、修正係数α，β，γの変更倍率Ｒα，Ｒβ，Ｒγ を次式のように算出する（ステップＳ３０４）。
Ｒα＝Ｐｂ_TL／Ｐｂ_AT ・・・（１７）
Ｒβ＝Ｔｉ_TL／Ｔｉ_AT ・・・（１８）
Ｒγ＝Ｔｄ_TL／Ｔｄ_AT ・・・（１９）

次に、修正係数変更部２５は、変更倍率算出部２４から出力された変更倍率Ｒα，Ｒβ，Ｒγ に基づき修正係数α，β，γを次式のように変更する（ステップＳ３０５）。
α←αＲα ・・・（２０）
β←βＲβ ・・・（２１）
γ←γＲγ ・・・（２２）
すなわち、修正係数変更部２５は、修正係数α，β，γにそれぞれ変更倍率Ｒα，Ｒβ，Ｒγ を乗算した値を新たな修正係数α，β，γとする。

第２の比例帯Ｐｂ修正係数α出力部２６は、修正係数変更部２５によって変更された修正係数αをＡＴ機能部２ａに出力して、比例帯Ｐｂ修正係数α設定部１０に記憶されている修正係数αを前記変更された修正係数αの値に再設定する。同様に、第２の積分時間Ｔｉ修正係数β出力部２７は、修正係数変更部２５によって変更された修正係数βを出力して、積分時間Ｔｉ修正係数β設定部１１に記憶されている修正係数βを前記変更された修正係数βの値に再設定する。さらに、第２の微分時間Ｔｄ修正係数γ出力部２８は、修正係数変更部２５によって変更された修正係数γを出力して、微分時間Ｔｄ修正係数γ設定部１２に記憶されている修正係数γを前記変更された修正係数γの値に再設定する（ステップＳ３０６）。

以上のように、本実施の形態では、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９により精密調整されたＰＩＤパラメータと、ＡＴ機能部２ａにより簡易調整されたＰＩＤパラメータとの比率を求め、この比率に基づき修正係数α，β，γを変更することにより、ＰＩＤパラメータ調整支援ツールによるＰＩＤパラメータ調整の精密さをＡＴに反映させることができ、修正係数α，β，γを１回変更した後は、ＡＴという簡易調整により、ＰＩＤパラメータ調整支援ツールと同等のＰＩＤパラメータ調整結果を得ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図８は、本発明の第２の実施の形態となるＡＴ機能付ＰＩＤ制御装置の構成を示すブロック図であり、図６と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のＰＩＤ制御装置は、図２に示したコントローラ部１と、ＡＴ機能部２と、図８に示すＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ｂとから構成される。

ＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ｂは、第１の実施の形態のＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ａにおいて、ＰＩＤパラメータ入力部２０の代わりに、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９によって生成された制御対象モデルを用いてＡＴのシミュレーションを行い、このシミュレーションの応答結果と修正係数α，β，γの任意の仮設定値に基づいてＰＩＤパラメータを算出するＡＴ演算部２９を設けたものであり、また変更倍率算出部２４の代わりに、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９によって決定されたＰＩＤパラメータとＡＴ演算部２９によって算出されたＰＩＤパラメータに基づき、修正係数α，β，γの変更倍率Ｒ_α，Ｒ_β，Ｒ_γ を算出する変更倍率算出部３０を設けたものである。

次に、本実施の形態のＰＩＤ制御装置のＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ｂの動作を図９を用いて説明する。本実施の形態では、ＡＴ機能部２の起動よりも前に、例えばオペレータの指示によりＰＩＤパラメータ調整支援ツール部３ｂを起動させる。ツール部３ｂが起動すると、まずＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９が第１の実施の形態で説明した制御対象のモデリングを行い、この後に以下の処理が行われる。

ＡＴ演算部２９は、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９が生成した制御対象モデルと修正係数α，β，γの任意の仮設定値とを用いて、リミットサイクル式ＡＴをシミュレーションし、比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ及び微分時間Ｔｄを算出する（図９ステップＳ４０１）。すなわち、ＡＴ演算部２９は、図３、図４で説明したＡＴと同様の処理を行うが、このとき対象となるのは、実際の制御対象ではなく、制御対象モデルである。また、式（１３）〜式（１５）を用いてＰＩＤパラメータを算出するときの修正係数α，β，γはＡＴ機能部２に設定されている値ではなく、ＡＴ演算部２９に予め設定されている仮の値である。ここでは、ＡＴ演算部２９が算出した比例帯ＰｂをＰｂ_AT、積分時間ＴｉをＴｉ_AT、微分時間ＴｄをＴｄ_ATとする。ＡＴ演算部２９から出力された比例帯Ｐｂ_AT、積分時間Ｔｉ_AT及び微分時間Ｔｄ_ATは、変更倍率算出部３０に入力され、保存される。

次に、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９は、ＰＩＤパラメータ精密調整により比例帯Ｐｂ_TL、積分時間Ｔｉ_TL及び微分時間Ｔｄ_TLを求める（ステップＳ４０２）。このステップＳ４０２の処理は図７のステップＳ３０３と同様である。変更倍率算出部３０は、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９から出力された比例帯Ｐｂ_TL、積分時間Ｔｉ_TL及び微分時間Ｔｄ_TLを保存する。

変更倍率算出部３０は、修正係数α，β，γの変更倍率Ｒα，Ｒβ，Ｒγ を式（１７）〜式（１９）により算出する（ステップＳ４０３）。
修正係数変更部２５は、比例帯Ｐｂ修正係数α入力部２１、積分時間Ｔｉ修正係数β入力部２２、及び微分時間Ｔｄ修正係数γ入力部２３から入力された修正係数α，β，γを、変更倍率Ｒα，Ｒβ，Ｒγ に基づいて式（２０）〜式（２２）のように変更する（ステップＳ４０４）。

第２の比例帯Ｐｂ修正係数α出力部２６は、修正係数変更部２５によって変更された修正係数αをＡＴ機能部２に出力して、比例帯Ｐｂ修正係数α設定部１０に記憶されている修正係数αの値を再設定する。同様に、第２の積分時間Ｔｉ修正係数β出力部２７は、修正係数変更部２５によって変更された修正係数βを出力して、積分時間Ｔｉ修正係数β設定部１１に記憶されている修正係数βの値を再設定する。さらに、第２の微分時間Ｔｄ修正係数γ出力部２８は、修正係数変更部２５によって変更された修正係数γを出力して、微分時間Ｔｄ修正係数γ設定部１２に記憶されている修正係数γの値を再設定する（ステップＳ４０５）。

以上のように、本実施の形態では、ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部１９により精密調整されたＰＩＤパラメータと、ＡＴ演算部２９により簡易調整されたＰＩＤパラメータとの比率を求め、この比率に基づき修正係数α，β，γを変更することにより、ＰＩＤパラメータ調整支援ツールによるＰＩＤパラメータ調整の精密さをＡＴ機能部２に反映させることができる。

本実施の形態と第１の実施の形態との違いは、第１の実施の形態が実際の制御対象を用いてＡＴを実行するのに対し、本実施の形態では制御対象モデルを用いて修正係数変更のためのＡＴを実行する点である。実際の制御対象を用いてＡＴを実行すると、ＡＴが終了するまでに長時間を要する場合があるが、本実施の形態によれば、シミュレーションを用いることにより、修正係数変更のためのＡＴを短時間で終了させることができる。第１の実施の形態と同様に、修正係数α，β，γを１回変更した後は、ＡＴ機能部２のＡＴにより、ＰＩＤパラメータ調整支援ツールと同等のＰＩＤパラメータ調整結果を得ることができる。

また、本実施の形態では、制御対象モデルを用いたＡＴのシミュレーションにより、式（１３）〜式（１５）の算出に必要な第１の極値偏差Ｅｒ１、第２の極値偏差Ｅｒ２、第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１及び第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２を求めることができ、実際の制御対象を用いてＡＴを実行する際に、これらの値がどの程度の大きさになるかを予め確認することができる。

なお、参考例、第１の実施の形態、第２の実施の形態で説明したＰＩＤ制御装置は、ＣＰＵ、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。

本発明は、オートチューニング機能を備えたＰＩＤ制御装置に適用することができる。

本発明で用いるリミットサイクル式のオートチューニングを説明するための波形図である。本発明の参考例となるＡＴ機能付ＰＩＤ制御装置の構成を示すブロック図である。図２のＡＴ機能付ＰＩＤ制御装置のＡＴ機能部の動作を示すフローチャートである。図２のリミットサイクルＡＴ演算部の上下動極値検出処理を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態となるＡＴ機能付ＰＩＤ制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態となるＡＴ機能付ＰＩＤ制御装置の構成を示すブロック図である。図５、図６のＡＴ機能付ＰＩＤ制御装置のＡＴ機能部とＰＩＤパラメータ調整支援ツール部の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態となるＡＴ機能付ＰＩＤ制御装置の構成を示すブロック図である。図８のＡＴ機能付ＰＩＤ制御装置のＰＩＤパラメータ調整支援ツール部の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１、１ａ…コントローラ部、２、２ａ…ＡＴ機能部、３ａ、３ｂ…ＰＩＤパラメータ調整支援ツール部、４…設定値ＳＰ入力部、５…制御量ＰＶ入力部、６…操作量ＭＶ出力部、７…ＰＩＤ制御演算部、８…操作量出力下限ＡＬ記憶部、９…操作量出力上限ＡＵ記憶部、１０…比例帯Ｐｂ修正係数α設定部、１１…積分時間Ｔｉ修正係数β設定部、１２…微分時間Ｔｄ修正係数γ設定部、１３…リミットサイクルＡＴ演算部、１４…ＰＩＤパラメータ算出部、１５…ＰＩＤパラメータ出力部、１６…第１の比例帯Ｐｂ修正係数α出力部、１７…第１の積分時間Ｔｉ修正係数β出力部、１８…第１の微分時間Ｔｄ修正係数γ出力部、１９…ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部、２０…ＰＩＤパラメータ入力部、２１…比例帯Ｐｂ修正係数α入力部、２２…積分時間Ｔｉ修正係数β入力部、２３…微分時間Ｔｄ修正係数γ入力部、２４、３０…変更倍率算出部、２５…修正係数変更部、２６…第２の比例帯Ｐｂ修正係数α出力部、２７…第２の積分時間Ｔｉ修正係数β出力部、２８…第２の微分時間Ｔｄ修正係数γ出力部、２９…ＡＴ演算部。

Claims

制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいてＰＩＤパラメータを算出するリミットサイクル式のオートチューニング（ＡＴ）の機能を備えたＰＩＤ制御装置において、
通常の制御動作時に、設定値と制御量との偏差に対して前記ＰＩＤパラメータに基づく制御演算を行って制御対象への操作量を算出するＰＩＤ制御演算部と、
前記ＡＴの実行時の操作量下限設定値を予め記憶する操作量出力下限記憶部と、
前記ＡＴの実行時の操作量上限設定値を予め記憶する操作量出力上限記憶部と、
比例帯と積分時間と微分時間とからなる前記ＰＩＤパラメータのうち、前記比例帯を修正する修正係数αを予め記憶する比例帯修正係数設定部と、
前記積分時間を修正する修正係数βを予め記憶する積分時間修正係数設定部と、
前記微分時間を修正する修正係数γを予め記憶する微分時間修正係数設定部と、
前記ＡＴの実行時に、前記操作量下限設定値を下限とし、かつ前記操作量上限設定値を上限とする操作量を前記制御対象に出力して、この操作量出力に応じた制御量の上下動の幅と上下動の時間に関する情報とを検出するリミットサイクルＡＴ演算部と、
前記上下動幅と前記修正係数αとの乗算結果に基づいて前記比例帯を算出し、前記上下動の時間に関する情報と前記修正係数βとの乗算結果に基づいて前記積分時間を算出し、前記上下動の時間に関する情報と前記修正係数γとの乗算結果に基づいて前記微分時間を算出し、これらの算出したＰＩＤパラメータを前記ＰＩＤ制御演算部に設定するＰＩＤパラメータ算出部と、
前記制御対象に対する操作量出力とその応答結果から前記制御対象のモデルを生成し、この制御対象モデルと前記ＰＩＤ制御演算部とからなる制御系についてその制御応答を模擬するシミュレーションを行い、前記ＰＩＤパラメータを決定するＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部と、
このＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部によって決定された比例帯、積分時間及び微分時間と、前記リミットサイクルＡＴ演算部と前記ＰＩＤパラメータ算出部とによるＡＴを制御対象に実行して算出された比例帯、積分時間及び微分時間に基づき、前記修正係数α，β，γの変更倍率Ｒ_α，Ｒ_β，Ｒ_γ を算出する変更倍率算出部と、
前記変更倍率Ｒ_α，Ｒ_β，Ｒ_γ に基づき前記修正係数α，β，γを変更する修正係数変更部と、
この修正係数変更部によって変更された修正係数αを前記比例帯修正係数設定部に設定する比例帯修正係数出力部と、
前記修正係数変更部によって変更された修正係数βを前記積分時間修正係数設定部に設定する積分時間修正係数出力部と、
前記修正係数変更部によって変更された修正係数γを前記微分時間修正係数設定部に設定する微分時間修正係数出力部とを備え、
前記リミットサイクルＡＴ演算部と前記ＰＩＤパラメータ算出部とによるＡＴの実行後に前記修正係数α，β，γを変更した後は、前記リミットサイクルＡＴ演算部と前記ＰＩＤパラメータ算出部とによるＡＴのみによりＰＩＤパラメータを調整することを特徴とするＰＩＤ制御装置。
制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいてＰＩＤパラメータを算出するリミットサイクル式のオートチューニング（ＡＴ）の機能を備えたＰＩＤ制御装置において、
通常の制御動作時に、設定値と制御量との偏差に対して前記ＰＩＤパラメータに基づく制御演算を行って制御対象への操作量を算出するＰＩＤ制御演算部と、
前記ＡＴの実行時の操作量下限設定値を予め記憶する操作量出力下限記憶部と、
前記ＡＴの実行時の操作量上限設定値を予め記憶する操作量出力上限記憶部と、
比例帯と積分時間と微分時間とからなる前記ＰＩＤパラメータのうち、前記比例帯を修正する修正係数αを予め記憶する比例帯修正係数設定部と、
前記積分時間を修正する修正係数βを予め記憶する積分時間修正係数設定部と、
前記微分時間を修正する修正係数γを予め記憶する微分時間修正係数設定部と、
前記ＡＴの実行時に、前記操作量下限設定値を下限とし、かつ前記操作量上限設定値を上限とする操作量を前記制御対象に出力して、この操作量出力に応じた制御量の上下動の幅と上下動の時間に関する情報とを検出するリミットサイクルＡＴ演算部と、
前記上下動幅と前記修正係数αとの乗算結果に基づいて前記比例帯を算出し、前記上下動の時間に関する情報と前記修正係数βとの乗算結果に基づいて前記積分時間を算出し、前記上下動の時間に関する情報と前記修正係数γとの乗算結果に基づいて前記微分時間を算出し、これらの算出したＰＩＤパラメータを前記ＰＩＤ制御演算部に設定するＰＩＤパラメータ算出部と、
前記制御対象に対する操作量出力とその応答結果から前記制御対象のモデルを生成し、この制御対象モデルと前記ＰＩＤ制御演算部とからなる制御系についてその制御応答を模擬するシミュレーションを行い、前記ＰＩＤパラメータを決定するＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部と、
前記制御対象モデルを用いて前記ＡＴのシミュレーションを行い、このシミュレーションの応答結果と修正係数α，β，γの任意の仮設定値に基づいて前記ＰＩＤパラメータを算出するＡＴ演算部と、
前記ＰＩＤパラメータ調整支援ツール演算部によって決定された比例帯、積分時間及び微分時間と、前記ＡＴ演算部によって算出された比例帯、積分時間及び微分時間に基づき、前記修正係数α，β，γの変更倍率Ｒ_α，Ｒ_β，Ｒ_γ を算出する変更倍率算出部と、
前記変更倍率Ｒ_α，Ｒ_β，Ｒ_γ に基づき前記修正係数α，β，γを変更する修正係数変更部と、
この修正係数変更部によって変更された修正係数αを前記比例帯修正係数設定部に設定する比例帯修正係数出力部と、
前記修正係数変更部によって変更された修正係数βを前記積分時間修正係数設定部に設定する積分時間修正係数出力部と、
前記修正係数変更部によって変更された修正係数γを前記微分時間修正係数設定部に設定する微分時間修正係数出力部とを備え、
前記ＡＴ演算部によるＡＴのシミュレーションの実行後に前記修正係数α，β，γを変更した後は、前記リミットサイクルＡＴ演算部とＰＩＤパラメータ算出部とによるＡＴのみによりＰＩＤパラメータを調整することを特徴とするＰＩＤ制御装置。