JP4716041B2 - デジタル制御装置およびこれを用いる制御用ｐｉｄ定数算出方法 - Google Patents

Description

本発明はデジタル制御装置およびこれに用いる制御用ＰＩＤ定数算出方法に係り、例えば、プログラム機能を備えたデジタル調節計等に用いて好適するデジタル制御装置および制御用ＰＩＤ定数算出方法の改良に関する。

近年のデジタル調節計としては、ＰＩＤ制御を用いる構成が多く、一般的に良好とされる制御特性となるように、内蔵したオートチューニング機能によってＰＩＤ制御用ＰＩＤ定数を自動的に取得できる構成のものが提供されている。

しかし、オートチューニング機能の実施によって得られたＰＩＤ定数を用いた制御特性は、必ずしも所望の制御特性になるとは限らない。

例えば、実用現場では、オーバーシュートが大きくしてもよいから速く応答させたい、又は応答は遅くても良いから極力オーバーシュートを抑制したいという要望が発生する。

これに対応するためには、ＰＩＤ定数を手動で調整することになるが、ＰＩＤ定数を変更して所望の制御特性を得るには専門知識や熟練した経験が必要であり、誰もが簡単に設定可能ではない。

そこで、種々の工夫が提案されており、例えば特開平４−２５０５０１号公報（特許文献１）もこの種のものである。

この特許文献１は、「オーバーシュートをしたくない度合い」、「整定時間を短くして応答性を向上させたい度合い」、「ハンチングを抑えて整定性を向上させたい度合い」といった３個の改善度合いの設定値を有し、現行の制御特性を改善したいときには、それら３個の改善度合いの設定値を調整し、それら改善度合いとファジー推論を取り入れたオートチューニングを実行することにより、所望の制御特性となるようにＰＩＤ定数を修正するものである。
特開平４−２５０５０１号公報

しかしながら、上述した特許文献１では、３個の改善度合いという設定値が存在して互いに影響し合うので、現実には思い通りの制御特性を得るのは難しいうえ、処理が複雑となり易くてコストが上昇するなどの課題があった。

本発明はそのような課題を解決するためになされたもので、一つの調整値を入力することによって要望に応えるＰＩＤ定数を自動的に算出し、所望の制御特性を得ることが可能なデジタル制御装置および制御用ＰＩＤ定数算出方法の提供を目的とする。

そのような課題を解決するために本発明に係るデジタル制御装置は、制御対象の応答特性を調整するための調節強度を入力する入力部と、基礎となるＰＩＤ定数およびその入力部からの調節強度とを入力値として、その調節強度に応じた制御用ＰＩＤ定数を計算するパラメータ変換関数を有するパラメータ変換関数部と、このパラメータ変換関数部で算出されたその制御用ＰＩＤ定数に基づいて制御値をその制御対象側に出力する制御演算部とを具備している。

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、その調節強度がこの中央値から最大減少値に近づくほど制御応答が速くなる制御用ＰＩＤ定数を算出し、その調節強度がこの中央値から最大増加値に近づくほどその制御応答が遅くなる制御用ＰＩＤ定数を算出する関数としたものである。

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、基礎となるＰＩＤ定数による制御特性に対し、その調節強度に応じた制御応答になるようその制御用ＰＩＤ定数を算出する関数としたものである。

本発明のデジタル制御装置では、上記入力部が、その調節強度として、基礎となるＰＩＤ定数に基づく制御応答について速くするか遅くするかの調整値を入力するものである。

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、応答特性の異なる複数の制御対象について、所定の調整則で得られた基準ＰＩＤ定数による制御応答を基準制御とし、この基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を各々形成し、それらの制御用ＰＩＤ定数をそれら各基準ＰＩＤ定数と係数との形式で表現した際の当該ＰＩＤ各項の係数を各々平均化して求めた係数を平均係数とし、その制御用ＰＩＤ定数について、その平均係数を基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する各々の係数とし、その基準ＰＩＤ定数を算出するための係数を「１」として基準よりも速いおよび遅い制御応答を実現する係数までの間を各々一次又は高次関数で表現したものである。

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、その基準のＰＩＤから当該基準よりも速い制御応答を実現する係数までおよび当該基準よりも遅い制御応答を実現する係数までの応答が均等に変化するようにその調節強度との関連付けを行った関数である構成も可能である。

そして、本発明の制御用ＰＩＤ定数算出方法は、応答特性の異なる複数の制御対象を制御する各制御値をＰＩＤ演算するための各基準ＰＩＤ定数を所定の調整則に基づき求め、それら各制御対象毎にその基準ＰＩＤ定数による制御応答より速い制御応答を実現する速い制御用ＰＩＤ定数と、遅い制御応答を実現する遅い制御用ＰＩＤ定数とを所定の手法で求め、それら各制御対象毎に、速い制御用ＰＩＤ定数および遅い制御用ＰＩＤ定数を前記基準ＰＩＤ定数に係数を掛けた状態で表現した場合の当該係数を求め、それら制御対象毎の前記速いおよび遅い制御用ＰＩＤ定数において基準制御より速い制御応答および遅い制御応答に対応するＰ、ＩおよびＤ項に係る係数どうしの平均係数を求め、その速い制御用ＰＩＤ定数に係る平均係数を調節強度の最大減少値に対応する制御用ＰＩＤ定数への変換係数とし、その遅い制御用ＰＩＤ定数に係る平均係数を調節強度の最大増加値に対応する制御用ＰＩＤ定数への変換係数とし、その基準ＰＩＤ定数の得られる変換係数を「１」として、調節強度の最大減少値に対応した速い制御用ＰＩＤ定数を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現したパラメータ変換関数を作成するとともに、調節強度の最大増加値に対応した遅い制御用ＰＩＤ定数を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現したパラメータ変換関数を作成し、その調節強度をそれらパラメータ変換関数に入力して上記制御用ＰＩＤ定数を得る方法である。

このような本発明に係るデジタル制御装置では、入力部から調節強度を入力すると、パラメータ変換関数部が基礎となるＰＩＤ定数およびその調節強度とを入力値として調節強度に応じた制御用ＰＩＤ定数を計算し、制御演算部がその制御用ＰＩＤ定数に基づいて制御値を出力するから、一つの調整値を入力することによって要望に応えるＰＩＤ定数を自動的に算出し、所望の制御特性を得ることが可能となる。

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、その調節強度が最大減少値に近づくほど制御応答特性が速くなる制御用ＰＩＤ定数や、最大増加値に近づくほど制御応答特性が遅くなる制御用ＰＩＤ定数を算出する関数を有するから、一つの調整値の入力により、制御応答を遅らせる又は速める制御用ＰＩＤ定数の算出が可能で、制御応答を遅らせる又は速める制御特性を得ることが容易である。

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、基礎となるＰＩＤ定数による制御特性に対し、調節強度に応じた制御応答になるような制御用ＰＩＤ定数を算出する関数を有するから、調節強度に応じた制御用ＰＩＤ定数の算出が可能で、その制御応答に応じた制御特性を得ることが容易である。

本発明のデジタル制御装置では、上記入力部が、その調節強度として、基礎となるＰＩＤ定数に基づく制御応答について速くするか遅くするかの調整値を入力するから、調節強度といった調整値に応じて速い又は遅い制御応答を得ることが容易である。

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、応答特性の異なる複数の制御対象について、所定の調整則で得られたＰＩＤ定数による制御応答を基準制御とし、この基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を各々形成し、これらの制御用ＰＩＤ定数をそれら各基準ＰＩＤ定数と係数との形式で表現した際の当該ＰＩＤ各項の係数を各々平均化し、その制御用ＰＩＤ定数において、その平均係数を基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する各々の係数とし、その基準ＰＩＤ定数を算出するための係数を「１」とし、基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する係数までの間を各々一次又は高次関数で表現したから、例えば時定数とむだ時間の比が幅広いといった制御応答の異なる制御対象に対し、所望の制御応答を実現可能である。

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、その基準のＰＩＤから当該基準よりも速い制御応答を実現する係数までおよび当該基準よりも速い制御応答を実現する係数までの応答が均等に変化するようにその調節強度との関連付けを行った関数を有する構成では、調節強度の設定と応答変化の割合が感覚的に一致するため、制御応答の調節が容易になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明に係るデジタル制御装置の実施の形態を概念的に示したブロック図である。なお、本発明に係る制御用ＰＩＤ定数算出方法はデジタル制御装置の実施の形態を説明する過程で説明する。

図１において、制御演算部１は、制御対象３からの測定値ＰＶと所定の設定値ＳＶとの偏差を得る減算部５と、この減算部５から出力された偏差値およびＰＩＤ定数（Ｋｐ、Ｔｉ、Ｔｄ）に基づきＰＩＤ演算して操作量ＭＶ（制御値）を制御対象３側に出力する演算部７とを有して形成されている。なお、この制御演算部１は公知のものである。

そして、本発明の特徴は、主に、演算部７に設定する好ましい制御用ＰＩＤ定数（Ｋｐ、Ｔｉ、Ｔｄ）を算出するパラメータ変換関数部９にある。

図１中の「Ｔｃ」は、基準のＰＩＤ定数による応答より速い応答又は遅い応答を調節する調節強度である調整値、例えば可変させる応答速度を入力する入力部１１であり、例えば「０」を入力すると基準のＰＩＤ定数による応答が実現でき、マイナスの大きな値を入力するほど、基準のＰＩＤ定数による応答より速い応答が実現でき、プラスの大きな値を
入力するほど、基準のＰＩＤ定数による応答より遅い応答が実現できるように関連づけられた設定値である。

「Ｋｐ０」は基準の比例定数、「Ｔｉ０」は基準の積分定数、「Ｔｄ０」は基準の微分定数であり、これらの基準のＰＩＤ定数は、例えばデジタル制御装置に搭載されているオートチューニング機能によって得られたＰＩＤ定数、又は経験則等により設定された標準的なＰＩＤ定数である。

なお、オートチューニング機能は、公知のものであるから説明および図示を省略する。

パラメータ変換関数部９は、制御用ＰＩＤ定数「Ｋｐ」、「Ｔｉ」、「Ｔｄ」を算出するパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）を有する定数関数部９ａ、９ｂ、９ｃから形成されており、例えば調節強度「Ｔｃ」が「０」のとき、基準のＰＩＤ定数（Ｋｐ０、Ｔｉ０、Ｔｄ０）がそのまま制御用ＰＩＤ定数として算出され、調節強度「Ｔｃ」が「０」から「−１」に近づくほど制御の制御応答が速くなる制御用ＰＩＤ定数が算出され、調節強度「Ｔｃ」が「０」から「＋１」に近づくほど制御の制御応答が遅くなる制御用ＰＩＤ定数が算出されるそれら関数を有している。

なお、ここで調節強度Ｔｃが「０」とは基準のＰＩＤ定数が得られる値であり、「−１」とは可変範囲の最大減少値、「＋１」とは可変範囲の最大増加値といった意味である。

次に、それらパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）の求め方を説明する。

まず、定数関数部９ａ、９ｂ、９ｃに設定されるパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）は、調節強度「Ｔｃ」の１次関数又は高次関数でも良く、Ｔｃ＝０のとき、基準のＰＩＤ定数をそのまま制御用ＰＩＤ定数として算出するとすれば、１次関数で示せば次の式１〜式３で表記できる。
ｆ１＝Ｋｐ０×（ａ×Ｔｃ＋１） 式１
ｆ２＝Ｔｉ０×（ｂ×Ｔｃ＋１） 式２
ｆ３＝Ｔｄ０×（ｃ×Ｔｃ＋１） 式３

また、パラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）は、２次関数で示せば次の式４〜式６で表記できる。
ｆ１＝ａ×Ｔｃ２＋ｂ×Ｔｃ＋Ｋｐ０ 式４
ｆ２＝ｃ×Ｔｃ２＋ｄ×Ｔｃ＋Ｔｉ０ 式５
ｆ３＝ｅ×Ｔｃ２＋ｆ×Ｔｃ＋Ｔｄ０ 式６

上記各式の係数（ａ〜ｆ）は、予め計算により求めた固定値であり、それらパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）は、上記のように３式１組みの関数であり、例えばデジタル制御装置に組み込まれて動作する。

次に、プロセス系の制御対象３について考察すると、制御対象３は一般的に次の式７で表現される。

ここで、Ｇｐ（Ｓ） は制御対象、ｋは制御対象のプロセスゲイン、e−ＬＳ はむだ時間Ｌ、１／（１＋ＴＳ） は時定数Ｔの１次遅れである。

この式７は１次遅れの時定数Ｔとむだ時間Ｌを有して構成されているが、数学的に解析する場合、一般的には次の式８で近似させる。

この式８は、積分要素「１／Ｓ」がローパスフィルタとして存在しているため、高い周波数の影響が無視されることを利用した式７の近似式である。

任意の制御対象であれば、時定数Ｔとむだ時間Ｌの組合せは無限にあるが、現実の制御対象３では時定数Ｔがむだ時間Ｌより大きく、経験上、時定数Ｔとむだ時間Ｌの比（Ｔ／Ｌ比）が１０倍から５０倍であれば十分であることが知られている。

一方、Ｔ／Ｌ比が同じ制御対象３であれば、時定数Ｔとむだ時間Ｌをどのような組み合わせに選んでも、解析上等価な制御対象として扱うことが可能であるから、Ｔ／Ｌ比の最小値１０倍、最大値５０倍、その中間値３０倍の制御対象について、上述した式８を次の式９〜式１１のように変更することができる。

ここで、それぞれの制御対象について一般的な調整則、例えばジグラニコルスの調整則を用いて上述した基準ＰＩＤ定数を設計すると、図２Ａに示す図表のようになる。

これらの基準ＰＩＤ定数による制御応答をそれぞれの制御対象における基準制御とし、基準制御より速い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を極配置や試行錯誤により求める一方、基準制御より遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を同様に極配置や試行錯誤により求める。

制御対象毎に求めた制御用ＰＩＤ定数を調節強度「Ｔｃ」と関連付けて示すと、図２Ｂ〜Ｄに示す図表のようになり、この場合の制御応答波形は図３〜図５に示すようになる。

図３〜図５では、Ｔｃ＝０で基準ＰＩＤ定数による基準制御応答となり、Ｔｃ＝−１のとき基準制御の応答より速い応答が実現でき、Ｔｃ＝１のとき基準制御の応答より遅い応答が実現できていることが分かる。

図２Ｂ〜Ｄにおいて、各制御用ＰＩＤ定数をそれぞれの基準ＰＩＤ定数で割り、この値を基準ＰＩＤに対する応答の速い制御用ＰＩＤ定数又は応答の遅い制御用ＰＩＤ定数への修正係数（Ｋｐｃ、Ｔｉｃ、Ｔｄｃ）として表現すると、図６Ａ〜Ｃの図表に示すようになる。

広範囲の制御対象に対応するパラメータ変換関数を求めるため、各制御対象での修正係数を平均化し、調節強度「Ｔｃ」に応じた制御用ＰＩＤ定数を算出するための係数（Ｋｐｃ、Ｔｉｃ、Ｔｄｃ）を求めると、図６Ｄに示す図表のようになる。

この図表に示す調節強度「Ｔｃ」に応じた各制御用ＰＩＤ定数を算出するための係数（Ｋｐｃ、Ｔｉｃ、Ｔｄｃ）の関係をグラフで表すと、図７〜図９のようになり、これら図７〜図９で示された特性がパラメータ変換関数である。

なお、図７〜図９はＫｐのパラメータ変換関数、Ｔｉのパラメータ変換関数、Ｔｄのパラメータ変換関数を各々示している。

これらの図では、調節強度「Ｔｃ」が「０」から速い応答を実現する「−１」までの間、調節強度「Ｔｃ」が「０」から遅い応答を実現する「１」までの間を１次関数で表現しており、上述したパラメータ変換関数部９に設定するパラメータ変換関数の式１〜式３は以下のように求まる。

先ず式１の係数ａを求める。上表の図６Ｄにおいて、Ｔｃ＝−１のときの係数Ｋｐｃは４．７であるから、係数ａは
４．７＝１×ａ×（―１）＋１
ａ＝−３．７
と求まる。またＴｃ＝１のときの係数Ｋｐｃは０．５であるから、係数ａは
０．５＝１×ａ×１＋１
ａ＝−０．５
と求まる。従ってパラメータ変換関数ｆ１は、次式となる。
ｆ１＝Ｋｐ０×（（−３．７）×Ｔｃ＋１） −１≦Ｔｃ＜０
ｆ１＝Ｋｐ０×（（−０．５）×Ｔｃ＋１） ０≦Ｔｃ≦１

同様の方法でパラメータ変換関数ｆ２を求めると以下のようになる。
ｆ２＝Ｔｉ０ −１≦Ｔｃ＜０
ｆ２＝Ｔｉ０×（８．０×Ｔｃ＋１） ０≦Ｔｃ≦１

同様の方法でパラメータ変換関数ｆ３を求めると以下のようになる。
ｆ３＝Ｔｄ０ −１≦Ｔｃ＜０
ｆ３＝Ｔｄ０×（０．８９×Ｔｃ＋１） ０≦Ｔｃ≦１

このようにして、上述したパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）を得ることができ、調整強度「Ｔｃ」を「−１」から「１」まで調整範囲に応じ、これらのパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）を対応付けることで、それに応じた制御応答となる制御用ＰＩＤ定数を算出することが可能である。

このようなパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）の求め方は、以下のようにまとめることが可能である。

すなわち、（１）応答特性の異なる例えば時定数とむだ時間の比（Ｔ／Ｌ）が１０〜５０内にある複数の制御対象について、個々の制御対象毎の基準ＰＩＤ定数を所定の調整則に基づくチューニングで求める。

（２）それら各制御対象について、基準ＰＩＤ定数による基準制御の制御応答より速い又は遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を極配置や試行錯誤により求める。

（３）それら各制御対象の各々について、「速い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数」を「基準ＰＩＤ定数×係数」の表現形式で表現した際のＰ、Ｉ、Ｄ各項に係る当該係数を各々求める。

（４）同様に、それら各制御対象の各々について、「遅い応答を実現するＰＩＤ定数」を「基準のＰＩＤ定数×係数」の表現形式で表現した際のＰ、Ｉ、Ｄ各項に係る当該係数を各々求める。

（５）、さらに（３）で求めた各制御対象についてのＰ項に係る係数どうしを平均し、基準制御より速い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数のＰ項を求める係数として求め、同様にＩ項およびＤ項についての平均係数を求める。
（６）同様に、（４）求めた各制御対象についてのＰ項に係る係数どうしを平均し、基準制御より遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数のＰ項を求める係数として求め、同様にＩ項およびＤ項についての平均係数も求める。
（７）、さらに（５）で求めたＰＩＤ各項に係る平均係数を調節強度の最大減少値に対応する制御用ＰＩＤ定数（基準制御より速い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数）への変換係数とする。

（８）、同様に（６）で求めたＰＩＤ各項に係る平均係数を調節強度の最大増加値に対応する制御用ＰＩＤ定数（基準制御より遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数）への変換係数とする。

（９）、基準ＰＩＤ定数となる変換係数を「１」として、調節強度の最大減少値に対応した「基準制御より速い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数」を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現する。

（１０）、同様に基準ＰＩＤ定数となる変換係数を「１」として、調節強度の最大増加値に対応した「基準制御より遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数」を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現する。

これらの一次又は高次の関数がパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）となる。

なお、上述した（９）および（１０）については、関数変換の段階で、調節強度の設定と実際の制御応答の変化が均等に変化するように関連付けた関数とすることも可能である。

このように、本発明のデジタル制御装置では、制御対象３の応答特性を調整するための調節強度を入力する入力部１１と、基礎となるＰＩＤ定数およびその入力部１１からの調節強度とを入力値として、その調節強度に応じた制御用ＰＩＤ定数を計算する上述したパラメータ変換関数を有するパラメータ変換関数部９と、このパラメータ変換関数部９で算
出されたその制御用ＰＩＤ定数に基づいて制御値をその制御対象３側に出力する制御演算部１とを具備している。

そのため、調整値である１個の調節強度を入力することによって所望の制御用ＰＩＤ定数を自動的に算出し、所望の制御特性を得ることが可能となるうえ、その調節強度を基準となる中央値から最大減少値又は最大増加値の間で可変調整することにより、基準制御よりも遅い制御応答から速い制御応答を実現することが可能である。

ところで、本発明のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数は、上述した手法によって求める構成に限定されない。例えば、以下のパラメータ変換関数設計手法も可能である。

すなわち、調整強度「Ｔｃ」を応答の速くなる方向「０」から「−１」間に何点かの等間隔な値を決め、同様に応答の遅くなる方向「０」から「１」間にも何点かの等間隔な値を決め、その値に対する応答速度がほぼ等間隔になるようなＰＩＤ定数をそれら複数の制御対象ついてそれぞれ求め、各ＰＩＤ定数をそれぞれの基準ＰＩＤ定数で割って基準ＰＩ
Ｄに対する修正係数として表現し、広範囲の制御対象に対応するパラメータ変換関数を求めるために各制御対象での修正係数を平均化し、等間隔に設定した調節強度「Ｔｃ」に応じたＰＩＤ定数を算出するための係数Ｋｐｃ、Ｔｉｃ、Ｔｄｃを求める手法も可能である。

このようにして求めた係数Ｋｐｃ、Ｔｉｃ、Ｔｄｃと調節強度「Ｔｃ」との関係をグラフで表すと、図１０〜図１２に示すような関数が得られ、これらがパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）となる。

それら図１０〜図１２では、等間隔に求めた「Ｔｃ」に応じた係数は各々直線補間が行われているが、高次関数による補間を行うことも可能である。

図１０〜図１２に示したパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）に基づいて複数の制御対象に対して行ったシミュレーションの結果として、基準から基準より速い応答を図１３〜図１５に、基準から基準より遅い応答を図１６〜図１８に示す。

図１３〜図１５では、Ｔｃ＝０での基準応答からＴｃ＝−０．５，Ｔｃ＝−１と調節強度をマイナス方向に等間隔で変化させたとき、設定値への到達時間がほぼ等間隔で変化していることが分かる。

また、図１６〜図１８では、Ｔｃ＝０での基準応答からＴｃ＝０．２５，Ｔｃ＝０．５，Ｔｃ＝０．７５，Ｔｃ＝１と調節強度をプラス方向に等間隔で変化させたとき、設定値への到達時間がほぼ等間隔で変化していることが分かり、調整強度「Ｔｃ」に応じて制御の制御応答が変化していることが確認できる。

なお、本発明に係る制御用ＰＩＤ定数算出方法を用いると、上述したデジタル制御装置と同様の効果を得ることが可能である。

本発明に係るデジタル制御装置を示すブロック図である。 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する図表である。 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する図表である。 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。

１ 制御演算部
３ 制御対象
５ 減算部
７ 演算部
９ パラメータ変換関数部
９ａ、９ｂ、９ｃ 定数関数部
１１ 入力部

Claims (3)

1. 制御対象の応答特性を調整するための調節強度を入力する入力部と、
   基礎となるＰＩＤ定数および前記入力部からの前記調節強度とを入力値として、前記調節強度に応じた制御用ＰＩＤ定数を計算するパラメータ変換関数を有するパラメータ変換関数部と、
   このパラメータ変換関数部で算出された前記制御用ＰＩＤ定数に基づいて制御値を前記制御対象側に出力する制御演算部と、
   を具備し、
   前記パラメータ変換関数部は、前記パラメータ変換関数として、前記調節強度がこの中央値から最大減少値に近づくほど制御応答が速くなる前記制御用ＰＩＤ定数が算出され、前記調節強度がこの中央値から最大増加値に近づくほど前記制御応答が遅くなる前記制御用ＰＩＤ定数が算出される関数であって、前記基礎となるＰＩＤ定数による制御特性に対し、前記調節強度に応じた前記制御応答になるよう前記制御用ＰＩＤ定数を算出する関数を有し、
   前記入力部は、前記調節強度として、前記基礎となるＰＩＤ定数に基づく前記制御応答について速くするか遅くするかの調整値を入力し、
   さらに、
   前記パラメータ変換関数部は、前記パラメータ変換関数が、応答特性の異なる複数の制御対象について、所定の調整則で得られた基準ＰＩＤ定数による制御応答を基準制御とし、この基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を各々形成し、これらの制御用ＰＩＤ定数を前記各基準ＰＩＤ定数と係数との形式で表現した際の当該ＰＩＤ各項の係数を各々平均化して求めた係数を平均係数とし、前記制御用ＰＩＤ定数について、前記平均係数を前記基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する各々の係数とし、前記基準ＰＩＤ定数を算出するための係数を「１」として基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する係数までの間を各々一次又は高次関数で表現されたことを特徴とするデジタル制御装置。
2. 前記パラメータ変換関数部は、前記パラメータ変換関数が、前記基準ＰＩＤ定数から当該基準よりも速い制御応答を実現する係数までおよび当該基準よりも遅い制御応答を実現する係数までの応答が均等に変化するように前記調節強度との関連付けが行われた関数である請求項１記載のデジタル制御装置。
3. 制御対象を制御する制御値を算出する制御用ＰＩＤ定数を求める制御用ＰＩＤ定数算出方法であり、
   応答特性の異なる複数の制御対象を制御する各制御値をＰＩＤ演算するための各基準ＰＩＤ定数を所定の調整則に基づき求め、
   前記制御対象毎に前記基準ＰＩＤ定数による制御応答より速い制御応答を実現する速い制御用ＰＩＤ定数と、遅い制御応答を実現する遅い制御用ＰＩＤ定数とを所定の手法で求め、
   前記制御対象毎に、前記速い制御用ＰＩＤ定数および前記遅い制御用ＰＩＤ定数を前記基準ＰＩＤ定数に係数を掛けた状態で表現した場合の当該係数を求め、
   前記制御対象毎の前記速いおよび遅い制御用ＰＩＤ定数において基準制御より速い制御応答および遅い制御応答に対応するＰ、ＩおよびＤ項に係る係数どうしの平均係数を求め、
   前記速い制御用ＰＩＤ定数に係る平均係数を調節強度の最大減少値に対応する制御用ＰＩＤ定数への変換係数とし、前記遅い制御用ＰＩＤ定数に係る平均係数を調節強度の最大増加値に対応する制御用ＰＩＤ定数への変換係数とし、
   前記基準ＰＩＤ定数の得られる変換係数を「１」として、調節強度の最大減少値に対応した前記速い制御用ＰＩＤ定数を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現したパラメータ変換関数を作成するとともに、調節強度の最大増加値に対応した前記遅い制御用ＰＩＤ定数を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現したパラメータ変換関数を作成し、
   前記調節強度を前記パラメータ変換関数に入力して前記制御用ＰＩＤ定数を得る、
   ことを特徴とする制御用ＰＩＤ定数算出方法。

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