JP4648448B2 - Pid調節器を含む閉ループ系のプロセス制御装置 - Google Patents
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プロセス1は、既知外乱d2、操作量uが入力され、制御量y4を出力する。
ここで、プロセス1より出力される制御量y4は、目標設定器5の(目標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r6と制御量y4を比較し、後述の方法で、制御偏差ε8が小さくなる方向に操作量u3が設定される。
本装置は、図4に示すように目標値r(t)5を変化させたときに、目標値r(t)5とプロセス1から出力される制御量y(t)4に基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10〜14の比例ゲインK(t)17が設定出来る回路を具備したことを特徴とする。
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回路とは、図5に示す微分器S18と絶対値発生器19の回路である。
ここで、望ましい値α* は目標値r(t)6を一次遅れ要素20で外乱を取り除いた後の信号を微分器S18で微分し、その微分出力を絶対値発生器19の入力とし、その絶対値発生器19の絶対値出力と定数発生器α21で設定されたαを乗算器22に入力し、乗算して望ましい値α* を得る。
ここで、前述の第1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。
前記プロセスより出力される制御量の時間に対する変化率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調節器の比例ゲインが可変ゲインとして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は、
定数発生器で発生させた定数αと、微分した制御量φ* との間の偏差(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ものである。
又請求項3に記載のように、前記制御ゲイン調整装置の出力でPID調節器の比例ゲインが可変ゲインとして設定できる手段が、前記偏差(α−φ* )を係数器βに入力し、その出力を不感帯を設けた第1の関数発生器に入力し、その第1の関数発生器の出力を乗算器の片方に入力し、他方に第2の関数発生器を通して得られた前記積分器出力を入力して所定の乗算を行なう手段であり、
前記第2の関数発生器は、前記入力された積分器出力の逆数を前記乗算器の他方に出力することを特徴とする。
図2に示すように、プロセス1より出力された制御量y(t)4は制御ゲイン調整装置15に入力されて、該制御量y(t)4は先ず微分器S24で微分され、その出力の絶対値、つまり制御量y(t)4の時間に対する変化率φ* を得る。
この値を減算器23により、定数発生器α21の出力(しきい値)αから差し引いて、後述の比例ゲイン算出回路27〜30(図5に示す先願技術の誤差修正回路と回路構成は同じ)に入力する。
係数器29は、比例ゲインの変化する速さを調節し、不感帯を設けた第1の関数発生器28は制御量y(t)4の時間に対する変化率φ* がしきい値α付近にあるときは比例ゲインを調節せず、比例ゲインの不要な変化を省く。
かかる回路を簡単に説明するに、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は乗算器β16に入力されて制御ゲイン調整装置15出力である比例ゲインK(t)17と乗算された後、該乗算器16よりの出力Pi(ε(t)*K(t))に基づいてPID調節器(10〜14)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15の出力である比例ゲインK(t)17が接続される。
かかる回路構成は前記技術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、制御量y(t)4は微分器S24を介して、絶対値発生器26に入力され、絶対値発生器26の出力(変化率φ* )は減算器23のマイナス側に接続される。一方、定数発生器α21より出力されるしきい値αは減算器23のプラス側に接続される。
ここで、第2の関数発生器31は、逆数の関係に近い右下がりの特性に設定し、第1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は上限限リミットが設けられるものである。
2 既知外乱
3 操作量d
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 一次遅れ要素
21 定数発生器
28、31 関数発生器
30 リミット付積分器
Claims (3)
- 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調節器を含む閉ループ系のプロセス制御装置において、
前記プロセスより出力される制御量の時間に対する変化率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調節器の比例ゲインが可変ゲインとして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は、
定数発生器で発生させた定数αと、微分した制御量φ* との間の偏差(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。 - 前記制御ゲイン調整装置は、
前記定数発生器で発生させた定数α(以下しきい値という)と、微分した制御量φ* との間の偏差(α−φ*)が入力される係数器と、
該係数器の出力が入力され、不感帯を設けた第1の関数発生器と、
該第1の関数発生器からの出力と前記積分器出力の逆数となる第2の関数発生器からの出力が入力される乗算器と、前記乗算器よりの出力を積分器に入力し、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され、前記係数器は、比例ゲインの変化する速さを調節し、不感帯を設けた第1の関数発生器は前記微分した制御量φ * がしきい値α付近にあるときは比例ゲインを調節せず、比例ゲインの不要な変化を省くことを特徴とする請求項1記載のPID調節器を含む閉ループ系のプロセス制御装置。 - 前記制御ゲイン調整装置の出力でPID調節器の比例ゲインが可変ゲインとして設定できる手段が、前記偏差(α−φ*)を係数器βに入力し、その出力を不感帯を設けた第1の関数発生器に入力し、その第1の関数発生器28の出力を乗算器の片方に入力し、他方に第2の関数発生器を通して得られた前記積分器出力を入力して所定の乗算を行なう手段であり、
前記第2の関数発生器は、前記入力された積分器出力の逆数を前記乗算器の他方に出力することを特徴とする請求項1記載の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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