JP4974242B2

JP4974242B2 - パラメータ調整装置および調整方法

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Publication number: JP4974242B2
Application number: JP2008076563A
Authority: JP
Inventors: 雅人田中; 博文平山
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009230570A

Description

本発明は、プロセス制御技術に係り、特に制御対象に一定振幅の操作量を繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて、この操作量の出力に応じた制御対象の応答に基づいてＰＩＤ等の制御機器の制御パラメータを調整するオートチューニングの機能を備えたパラメータ調整装置および調整方法に関するものである。

温調計などの制御機器では、リミットサイクル方式のオートチューニング（以下、ＡＴとする）機能が広く採用されており、これによりＰＩＤ制御演算のためのＰＩＤパラメータ値が自動決定される（例えば特許文献１参照）。このリミットサイクル式のＡＴは、制御対象に出力する操作量ＭＶに上限値と下限値を予め設定し、操作量振幅が一定のリミットサイクルを発生させて、ＰＩＤパラメータ値を調整するようにしたものである。

特開２００６−１０６９２５号公報

特許文献１に開示された従来のＡＴでは、操作量が指定された回数だけ上下動するリミットサイクルを発生させてＡＴを終了するようになっている。しかしながら、予め指定された回数だけ操作量を上下動させる従来のＡＴの場合、高次の制御対象では操作量の上下動回数が不足することがあり得る。

そのための対策として、必要な上下動回数をオペレータが判断して予め設定しておく方法も利用されている。ただし、この方法では、操作量の上下動回数が多くなるケースが想定される。操作量の上下動回数が多くなると、何らかの事情によりＡＴを中断する場合に、途中で終了せざるを得ないという状況が発生しやすくなる。そして、従来のＡＴでは、途中で終了すると、ＰＩＤパラメータ値を算出することができなくなり、それまでの上下動が無駄になってしまうという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、操作量の上下動が無駄になる確率を低減することができるパラメータ調整装置および調整方法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繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて、この操作量の出力に応じた前記制御対象の応答に基づいて制御機器の制御パラメータを算出するオートチューニングの機能を備えたパラメータ調整装置において、前記リミットサイクルを発生させるオートチューニング実行手段と、前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動最小回数を経過したときにパラメータ算出開始通知を行う上下動最小回数判定手段と、前記パラメータ算出開始通知を受けた後、前記制御パラメータの算出に必要な制御量の応答が得られる度に、前記制御パラメータを算出して制御機器に設定するパラメータ値算出手段と、前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動完了回数を経過したときに、前記オートチューニングを終了させるオートチューニング完了通知を行う上下動完了回数判定手段と、前記オートチューニング完了通知を受けたときに前記パラメータ値算出手段が算出した最新の制御パラメータとその直前に算出された制御パラメータとを比較し、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合に、制御パラメータ算出時の制御応答が安定していなかった可能性があることをオペレータに通知するパラメータ比率上下限判定手段と、前記直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合に、前記制御機器に設定されている最新の制御パラメータを前記比率に基づいて補正するパラメータ値補正手段とを備えるものである。

また、本発明は、制御対象に一定振幅の操作量を繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて、この操作量の出力に応じた前記制御対象の応答に基づいて制御機器の制御パラメータを算出するオートチューニングの機能を備えたパラメータ調整装置において、前記リミットサイクルを発生させるオートチューニング実行手段と、前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動最小回数を経過したときにパラメータ算出開始通知を行う上下動最小回数判定手段と、前記パラメータ算出開始通知を受けた後、前記制御パラメータの算出に必要な制御量の応答が得られる度に、前記制御パラメータを算出して制御機器に設定するパラメータ値算出手段と、前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動完了回数を経過したときに、前記オートチューニングを終了させるオートチューニング完了通知を行う上下動完了回数判定手段と、前記制御量の上下動回数が前記上下動完了回数を経過する前に前記オートチューニングを中断した場合に、この中断した時点で算出されている最新の制御パラメータとその直前に算出された制御パラメータとから、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率を算出し、前記制御機器に設定されている最新の制御パラメータを前記比率に基づいて補正するパラメータ値補正手段とを備えるものである。
また、本発明のパラメータ調整装置の１構成例において、前記パラメータ値補正手段は、前記直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率をオペレータに通知する手段を有するものである。

また、本発明のパラメータ調整方法は、前記リミットサイクルを発生させるオートチューニング実行手順と、前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動最小回数を経過したときにパラメータ算出開始通知を行う上下動最小回数判定手順と、前記パラメータ算出開始通知を受けた後、前記制御パラメータの算出に必要な制御量の応答が得られる度に、前記制御パラメータを算出して制御機器に設定するパラメータ値算出手順と、前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動完了回数を経過したときに、前記オートチューニングを終了させるオートチューニング完了通知を行う上下動完了回数判定手順と、前記オートチューニング完了通知を受けたときに前記パラメータ値算出手順で算出した最新の制御パラメータとその直前に算出された制御パラメータとを比較し、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合に、制御パラメータ算出時の制御応答が安定していなかった可能性があることをオペレータに通知するパラメータ比率上下限判定手順と、前記直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合に、前記制御機器に設定されている最新の制御パラメータを前記比率に基づいて補正するパラメータ値補正手順とを備えるものである。
また、本発明のパラメータ調整方法は、前記リミットサイクルを発生させるオートチューニング実行手順と、前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動最小回数を経過したときにパラメータ算出開始通知を行う上下動最小回数判定手順と、前記パラメータ算出開始通知を受けた後、前記制御パラメータの算出に必要な制御量の応答が得られる度に、前記制御パラメータを算出して制御機器に設定するパラメータ値算出手順と、前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動完了回数を経過したときに、前記オートチューニングを終了させるオートチューニング完了通知を行う上下動完了回数判定手順と、前記制御量の上下動回数が前記上下動完了回数を経過する前に前記オートチューニングを中断した場合に、この中断した時点で算出されている最新の制御パラメータとその直前に算出された制御パラメータとから、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率を算出し、前記制御機器に設定されている最新の制御パラメータを前記比率に基づいて補正するパラメータ値補正手順とを備えるものである。

本発明によれば、制御量の上下動回数が上下動最小回数を経過したときから、制御パラメータを算出して制御機器に設定するようにしているので、オートチューニングを何らかの事情により途中で終了せざるを得ない状況が発生したとしても、制御機器には理想的な値に近いＰＩＤパラメータが既に設定されている確率が高くなる。その結果、本発明では、オートチューニングを中断する場合に、それまでのリミットサイクルに要した時間と手間が無駄になる確率を低減することができる。

また、本発明では、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合には、オペレータに通知するようにしたので、オペレータは、制御パラメータの算出時の制御応答が安定していなかった可能性があること、すなわち制御機器に設定された制御パラメータが適切でない可能性があることを認識できる。

また、本発明では、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合に、制御機器に設定されている最新の制御パラメータを上記比率に基づいて補正することにより、補正前の最新の制御パラメータよりも適切な値と考えられる制御パラメータをオートチューニングの結果として取得することができる。

また、本発明では、制御量の上下動回数が上下動完了回数を経過する前にオートチューニングを中断した場合に、この中断した時点で算出されている最新の制御パラメータとその直前に算出された制御パラメータとから、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率を算出し、制御機器に設定されている最新の制御パラメータを比率に基づいて補正することにより、何らかの事情により制御応答の安定があまり期待できない途中段階でオートチューニングを中断した場合であっても、オートチューニングを継続した場合に得られると想定される制御パラメータをオートチューニングの結果として取得することができる。

また、本発明では、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率をオペレータに通知することにより、オペレータは、制御パラメータの補正に使用された補正指標を取得することができる。

［発明の原理１］
図１〜図３は本発明の原理を説明するための図であり、ＡＴ実行時の操作量出力に応じた制御量ＰＶの変化の例を示す波形図である。図１〜図３においてＳＰは設定値である。図１は上下動する操作量出力（不図示）に応じて制御量ＰＶの上下動幅が増幅しながら安定する例を示している。この図１の例では、ＡＴを開始した後に制御量ＰＶが概ね４回目の上下動回数を経過した時点で、その直前の３回目の上下動との差が小さくなり、すなわち制御量ＰＶが安定したことが確認できる。

図２は制御量ＰＶの上下動幅が減衰しながら安定する例を示している。この図２の例では、ＡＴを開始した後に制御量ＰＶが概ね４回目の上下動回数を経過した時点で、その直前の３回目の上下動との差が小さくなり、すなわち制御量ＰＶが安定したことが確認できる。図３は制御量ＰＶがすぐに安定する例を示している。この図３の例では、ＡＴを開始した後に制御量ＰＶが２回目の上下動回数を経過した時点で、その直前の１回目の上下動との差が小さくなり、すなわち制御量ＰＶが安定したことが確認できる。

従来のように操作量の必要な上下動回数をオペレータが予め設定しておく場合、設定された回数の上下動が完了していなくても、それ以前の段階で制御応答が理想的な状態に近づいている場合が多い。その理由は、高次の制御対象において制御量ＰＶの上下動の状態が安定するまでに複数回の上下動を要するものの、図１に示したように制御量ＰＶの上下動幅が徐々に増幅しながら安定した上下動に近づく場合や、図２に示したように制御量ＰＶの上下動幅が徐々に減衰しながら安定した上下動に近づく場合があるので、全く不適切な制御量ＰＶの上下動から突然に適切な上下動に推移することはないためである。したがって、制御量ＰＶの最低限の上下動回数が得られたときから、中間判断として段階的にＰＩＤパラメータ値を算出して記憶するようにすれば、ＡＴを中断する場合に、それまでの上下動が無駄になる確率を低減できることに、発明者は着眼した。

また、ＰＩＤパラメータ値が中間判断としても記憶されていることを利用し、設定回数の上下動が完了して最終的に得られた最新のＰＩＤパラメータとその直前に算出されたＰＩＤパラメータとを比較して差異が大きいか小さいかを判定し、オペレータに通知することも有効である。

［発明の原理２］
制御量ＰＶの安定があまり期待できない途中段階でＡＴを中断する場合に、中断した時点で算出されている最新のＰＩＤパラメータとその直前に算出されたＰＩＤパラメータとを比較し、その比率に基づいて最新のＰＩＤパラメータ値を補正するようにすれば、さらに有効である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図４は本発明の第１の実施の形態に係るパラメータ調整装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、上記発明の原理１に対応するものである。
パラメータ調整装置１は、制御対象に一定振幅の操作量ＭＶを繰り返し出力するリミットサイクルを発生させるＡＴ実行部３と、この操作量ＭＶの出力に応じた制御応答を検出し、制御応答の情報を取得する上下動検出部４と、ＡＴを開始した後に、制御量ＰＶの上下動回数が予め規定された上下動最小回数を経過したときにパラメータ算出開始通知を行う上下動最小回数判定部５と、ＡＴを開始した後に、制御量ＰＶの上下動回数が予め規定された上下動完了回数を経過したときにＡＴ完了通知を行う上下動完了回数判定部６と、操作量ＭＶの出力に応じた制御量ＰＶの応答に基づきＰＩＤパラメータを算出してＰＩＤ制御機器２に設定するＰＩＤパラメータ値算出部７と、ＡＴ完了通知を受けたときに最新のＰＩＤパラメータとその直前に算出されたＰＩＤパラメータとを比較し、直前のＰＩＤパラメータと最新のＰＩＤパラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合に、ＰＩＤパラメータ算出時の制御応答が安定していなかった可能性があることをオペレータに通知するＰＩＤパラメータ比率上下限判定部８とを有する。

図５は本実施の形態のパラメータ調整装置１およびＰＩＤ制御機器２を適用する温度制御系の１例を示す図である。図５の例では、加熱処理炉１１１の内部にヒータ１１２と温度センサ１１３とが設置されている。温度センサ１１３は、ヒータ１１２によって加熱される空気の温度ＰＶを測定する。温調計１００は、温度ＰＶが設定値ＳＰと一致するように操作量ＭＶを算出する。電力調整器１１４は、操作量ＭＶに応じた電力を決定し、この決定した電力を電力供給回路１１５を通じてヒータ１１２に供給する。こうして、温調計１００は、加熱処理炉１１１内の温度を制御する。パラメータ調整装置１およびＰＩＤ制御機器２は、この温調計１００の内部に設けられるものである。

以下、パラメータ調整装置１およびＰＩＤ制御機器２の動作を説明する。図６はパラメータ調整装置１の動作を示すフローチャート、図７は本実施の形態で用いるリミットサイクル式のＡＴを説明するための波形図である。
設定値ＳＰは、オペレータによって設定され、パラメータ調整装置１とＰＩＤ制御機器２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、パラメータ調整装置１とＰＩＤ制御機器２に入力される。

例えばオペレータの指示によりＡＴ機能が起動すると（図６ステップＳ１）、ＡＴ実行部３は、リミットサイクルを発生させる（ステップＳ２）。つまり、ＡＴ実行部３は、制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きい場合、予め定められた操作量下限設定値ＡＬを操作量ＭＶとして制御対象に出力し、制御量ＰＶが設定値ＳＰ以下の場合、予め定められた操作量上限設定値ＡＵを操作量ＭＶとして制御対象に出力することを、一定の動作周期毎に繰り返し行う。こうして、図７に示すように操作量ＭＶの振幅が一定のリミットサイクルが発生する。なお、図５の例の場合、操作量ＭＶの出力先が電力調整器１１４であることは言うまでもない。

次に、上下動検出部４は、操作量ＭＶの出力に応じた制御応答を検出し、制御応答の情報を取得する（ステップＳ３）。この検出処理では、上下動検出部４は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差Ｅｒを次式のように計算する。
Ｅｒ＝ＳＰ−ＰＶ・・・（１）

上下動検出部４は、図７に示すように、設定値ＳＰと制御量ＰＶの最新の極値との偏差の絶対値である第１の最大偏差絶対値Ｅｒ１、設定値ＳＰと制御量ＰＶの２番目に新しい極値との偏差の絶対値である第２の最大偏差絶対値Ｅｒ２、第１の最大偏差絶対値Ｅｒ１の直前に偏差の正負が逆転した時刻ｔ５から第１の最大偏差絶対値Ｅｒ１が得られた時刻ｔ６までの時間である第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１、第２の最大偏差絶対値Ｅｒ２の直前に偏差の正負が逆転した時刻ｔ３から第２の最大偏差絶対値Ｅｒ２が得られた時刻ｔ４までの時間である第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２を求める。

そして、上下動検出部４は、制御量ＰＶの上下動の幅Ａｈと上下動の時間に関する情報Ｔｈを次式により算出し、ＰＩＤパラメータ値算出部７に通知する。
Ａｈ＝Ｅｒ１＋Ｅｒ２・・・（２）
Ｔｈ＝Ｔｈ１＋Ｔｈ２・・・（３）
これでステップＳ３の処理が終了する。

次に、上下動最小回数判定部５は、ＡＴ開始時点から現時点までの間に制御量ＰＶの上下動回数が予め規定された上下動最小回数を経過したかどうかを判定する（ステップＳ４）。予め規定される上下動最小回数は、可能性としては１回でもよい。なお、制御量ＰＶの上下動回数のカウントにおいては、制御量ＰＶの極大値と極小値が１回ずつ現れた状態を１回と数える。あるいは、制御量ＰＶの立ち上がり（偏差（ＳＰ−ＰＶ）が正から負に変化する時点）から次の立ち上がりまでを１回と数えてもよい。また、制御量ＰＶの立ち下がり（偏差（ＳＰ−ＰＶ）が負から正に変化する時点）から次の立ち下がりまでを１回と数えてもよい。制御量ＰＶの上下動回数が上下動最小回数を経過していないと判定された場合は、ステップＳ５に進む。

上下動完了回数判定部６は、ＡＴ開始時点から現時点までの間に制御量ＰＶの上下動回数が予め規定された上下動完了回数を経過したかどうかを判定する（ステップＳ５）。予め規定される上下動完了回数は、上下動最小回数よりも大きい値であり、通常は４回程度になる。ここでは、ステップＳ４において制御量ＰＶの上下動回数が上下動最小回数を経過していないと判定されたので、ステップＳ５においても判定ＮＯとなる。こうして、制御量ＰＶの上下動回数が上下動最小回数を経過するまで、ステップＳ２〜Ｓ５の処理が一定の動作周期毎に繰り返し実行される。この動作周期は、通常、ＰＩＤ制御機器２の制御周期と同じでよい。

制御量ＰＶの上下動回数が上下動最小回数を経過すると（ステップＳ４においてＹＥＳ）、上下動最小回数判定部５は、パラメータ算出開始通知信号をＰＩＤパラメータ値算出部７に出力する。
パラメータ算出開始通知信号を受けたＰＩＤパラメータ値算出部７は、ＰＩＤパラメータを算出する（ステップＳ６）。ＰＩＤパラメータ値算出部７は、パラメータ算出開始通知信号の受信時刻（図７のｔ７）までの間に、制御応答の情報（制御量ＰＶの上下動の幅Ａｈと上下動の時間に関する情報Ｔｈ）を上下動検出部４から取得している。

ＰＩＤパラメータ値算出部７は、上下動検出部４から取得した情報と、ＰＩＤパラメータ値算出用に予め定められた算出係数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Ｓ６）。
Ｐｂ＝αＡｈ・・・（４）
Ｔｉ＝βＴｈ・・・（５）
Ｔｄ＝γＴｈ・・・（６）

そして、ＰＩＤパラメータ値算出部７は、算出した比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉおよび微分時間Ｔｄを記憶すると共にＰＩＤ制御機器２に設定する。
制御量ＰＶの上下動回数が上下動完了回数を経過するまで、ステップＳ２〜Ｓ４，Ｓ６，Ｓ５の処理が一定の動作周期毎に繰り返し実行され、ＰＩＤ制御機器２のＰＩＤパラメータは最新の値に随時更新される。

次に、制御量ＰＶの上下動回数が上下動完了回数を経過すると（ステップＳ５においてＹＥＳ）、上下動完了回数判定部６は、ＡＴ完了通知信号をＰＩＤパラメータ値算出部７に出力する。
ＡＴ完了通知信号を受けたＰＩＤパラメータ値算出部７は、ＰＩＤパラメータを算出して記憶すると共にＰＩＤ制御機器２に設定する（ステップＳ７）。このステップＳ７の処理はステップＳ６と同様である。

最後に、ＰＩＤパラメータ比率上下限判定部８は、ＰＩＤパラメータ値算出部７がＡＴ完了通知信号を受けたときに算出された最新のＰＩＤパラメータとその直前に算出されたＰＩＤパラメータとを比較する（ステップＳ８）。最新のＰＩＤパラメータと直前のＰＩＤパラメータとは、ＰＩＤパラメータ値算出部７に記憶されている。ＰＩＤパラメータ比率上下限判定部８は、直前のＰＩＤパラメータと最新のＰＩＤパラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合には、ＰＩＤパラメータの算出時の制御応答が安定していなかった可能性があることをオペレータに通知する（ステップＳ９）。この通知は、例えばＬＥＤ等を点灯させてもよいし、画面にメッセージを表示してもよい。

最新の比例帯をＰｂ_n、その直前に算出された比例帯をＰｂ_n-1としたとき、ＰＩＤパラメータ比率上下限判定部８は、以下のようにしてステップＳ８の判定を行う。すなわち、ＰＩＤパラメータ比率上下限判定部８は、比率Ｐｂ_n／Ｐｂ_n-1が予め規定された上限値ＲＵより大きい場合（Ｐｂ_n／Ｐｂ_n-1＞ＲＵ）、あるいは比率Ｐｂ_n／Ｐｂ_n-1が予め規定された下限値ＲＬより小さい場合（Ｐｂ_n／Ｐｂ_n-1＜ＲＬ）、判定ＹＥＳとして、オペレータに通知する。

以上で、ＡＴが完了する。なお、ＡＴの詳細については、例えば特許文献１や特開２００３−３３０５０４号公報などに開示されている。
ＡＴの完了後、ＰＩＤ制御機器２は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づいて、次式のように操作量ＭＶを算出して制御対象に出力することを制御周期毎に行う。
ＭＶ＝（ζ／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ−ＰＶ）・・・（７）
式（７）において、ｓはラプラス演算子、定数ζは例えば１００である。ＡＴの場合と同様に、図５の例の場合、操作量ＭＶの出力先が電力調整器１１４であることは言うまでもない。

以上のように、本実施の形態では、制御量ＰＶの上下動回数が上下動最小回数を経過したときから、ＰＩＤパラメータを算出してＰＩＤ制御機器２に設定するようにしているので、ＡＴを何らかの事情により途中で終了せざるを得ない状況が発生したとしても、ＰＩＤ制御機器２には理想的な値に近いＰＩＤパラメータが既に設定されている確率が高くなる。その結果、本実施の形態では、ＡＴを中断する場合に、それまでのリミットサイクルに要した時間と手間が無駄になる確率を低減することができる。

また、本実施の形態では、直前のＰＩＤパラメータと最新のＰＩＤパラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合には、オペレータに通知するようにしたので、オペレータは、ＰＩＤパラメータの算出時の制御応答が安定していなかった可能性があること、すなわちＰＩＤ制御機器２に設定されたＰＩＤパラメータが適切でない可能性があることを認識できる。

なお、上記のステップＳ８の例では比例帯Ｐｂのみについて比較を行っている。一般的に、比例帯Ｐｂは制御量ＰＶの上下動幅に関する値に基づいて算出されるため、実質的に制御量ＰＶの上下動の安定性をチェックする指標として利用できる。ＡＴにおいては、制御量ＰＶの上下動幅が安定しながら上下動の時間が安定しないということは通常ないので、比例帯Ｐｂの比較のみで十分である。

ただし、最新の積分時間Ｔｉ_nと直前の積分時間Ｔｉ_n-1とを上記と同様に比較したり、最新の微分時間Ｔｄ_nと直前の微分時間Ｔｄ_n-1とを比較したりしても構わない。比率Ｐｂ_n／Ｐｂ_n-1，Ｔｉ_n／Ｔｉ_n-1，Ｔｄ_n／Ｔｄ_n-1のうち２つ以上の比率を用いる場合には、２つ以上の比率が全て上下限値から外れた場合をステップＳ８における判定ＹＥＳとしてもよいし、少なくとも１つの比率が上下限値から外れた場合を判定ＹＥＳとしてもよい。

［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の実施の形態に係るパラメータ調整装置の構成を示すブロック図であり、図４と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、上記発明の原理２に対応するものである。
本実施の形態のパラメータ調整装置１ａは、ＡＴ実行部３と、上下動検出部４と、上下動最小回数判定部５と、上下動完了回数判定部６と、ＰＩＤパラメータ値算出部７と、制御量ＰＶの上下動回数が上下動完了回数を経過する前にＡＴを中断した場合に、この中断した時点で算出されている最新のＰＩＤパラメータとその直前に算出されたＰＩＤパラメータとから、直前のＰＩＤパラメータと最新のＰＩＤパラメータとの比率を算出し、最新のＰＩＤパラメータを比率に基づいて補正するＰＩＤパラメータ値補正部９とを有する。

図９はパラメータ調整装置１ａの動作を示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ７の処理は第１の実施の形態と同じである。
ＰＩＤパラメータ値補正部９は、制御量ＰＶの上下動回数が上下動完了回数を経過する前に、例えばオペレータからの指示によりＡＴが中断する場合（図９ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＰＩＤパラメータ値算出部７に記憶されている値に基づいて最新のＰＩＤパラメータを補正する（ステップＳ１１）。

ＰＩＤパラメータ値補正部９は、ＡＴが中断した時点で算出されている最新の比例帯をＰｂ_m、最新の積分時間をＴｉ_m、最新の微分時間をＴｄ_mとし、その直前に算出された比例帯をＰｂ_m-1、直前の積分時間をＴｉ_m-1、直前の微分時間をＴｄ_m-1としたとき、直前の比例帯Ｐｂ_m-1と最新の比例帯Ｐｂ_mとの比率Ｐｂ_m／Ｐｂ_m-1、直前の積分時間Ｔｉ_m-1と最新の積分時間Ｔｉ_mとの比率Ｔｉ_m／Ｔｉ_m-1、および直前の微分時間Ｔｄ_m-1と最新の微分時間Ｔｄ_mとの比率Ｔｄ_m／Ｔｄ_m-1を算出し、これらの比率を補正指標として最新のＰＩＤパラメータを次式のように補正する（ステップＳ１１）。
Ｐｂ_m’＝Ｐｂ_m（Ｐｂ_m／Ｐｂ_m-1）・・・（８）
Ｔｉ_m’＝Ｔｉ_m（Ｔｉ_m／Ｔｉ_m-1）・・・（９）
Ｔｄ_m’＝Ｔｄ_m（Ｔｄ_m／Ｔｄ_m-1）・・・（１０）

そして、ＰＩＤパラメータ値補正部９は、ＰＩＤ制御機器２に設定されている比例帯Ｐｂ_m、積分時間Ｔｉ_m、微分時間Ｔｄ_mをそれぞれ算出した比例帯の補正値Ｐｂ_m’、積分時間の補正値Ｔｉ_m’、微分時間の補正値Ｔｄ_m’に更新する。つまり、式（８）〜式（１０）の例では、ＡＴが最後まで完了したときに得られるはずの適切なＰＩＤパラメータは、最新のＰＩＤパラメータＰｂ_m，Ｔｉ_m，Ｔｄ_mから少なくとも１回は比率Ｐｂ_m／Ｐｂ_m-1，Ｔｉ_m／Ｔｉ_m-1，Ｔｄ_m／Ｔｄ_m-1で変化したものであると仮定して、ＰＩＤパラメータを補正している。

以上により、本実施の形態では、何らかの事情により制御応答の安定があまり期待できない途中段階でＡＴを中断した場合であっても、さらにＡＴを継続した場合に得られると想定されるＰＩＤパラメータをＡＴの結果として取得することができる。
なお、本実施の形態では、途中段階でＡＴを中断した場合について説明しているが、ＰＩＤパラメータ値補正部９は、第１の実施の形態で説明したように直前のＰＩＤパラメータと最新のＰＩＤパラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合に、最新のＰＩＤパラメータを補正するようにしてもよい。

また、本実施の形態の場合、ＰＩＤパラメータ値補正部９は、ＰＩＤパラメータを補正したことをオペレータに通知すると共に、この補正に用いた比率Ｐｂ_m／Ｐｂ_m-1，Ｔｉ_m／Ｔｉ_m-1，Ｔｄ_m／Ｔｄ_m-1をオペレータに通知することが好ましい。

なお、第１、第２の実施の形態で説明したパラメータ調整装置１，１ａおよびＰＩＤ制御機器２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。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１、第２の実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、ＰＩＤ等の制御機器のパラメータ調整に適用することができる。

オートチューニング実行時の操作量出力に応じた制御量の変化の例を示す波形図である。オートチューニング実行時の操作量出力に応じた制御量の変化の他の例を示す波形図である。オートチューニング実行時の操作量出力に応じた制御量の変化の他の例を示す波形図である。本発明の第１の実施の形態に係るパラメータ調整装置の構成を示すブロック図である。図４のパラメータ調整装置およびＰＩＤ制御機器を適用する温度制御系の１例を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係るパラメータ調整装置の動作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。本発明の第２の実施の形態に係るパラメータ調整装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態に係るパラメータ調整装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１，１ａ…パラメータ調整装置、２…ＰＩＤ制御機器、３…ＡＴ実行部、４…上下動検出部、５…上下動最小回数判定部、６…上下動完了回数判定部、７…ＰＩＤパラメータ値算出部、８…ＰＩＤパラメータ比率上下限判定部、９…ＰＩＤパラメータ値補正部。

Claims

制御対象に一定振幅の操作量を繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて、この操作量の出力に応じた前記制御対象の応答に基づいて制御機器の制御パラメータを算出するオートチューニングの機能を備えたパラメータ調整装置において、
前記リミットサイクルを発生させるオートチューニング実行手段と、
前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動最小回数を経過したときにパラメータ算出開始通知を行う上下動最小回数判定手段と、
前記パラメータ算出開始通知を受けた後、前記制御パラメータの算出に必要な制御量の応答が得られる度に、前記制御パラメータを算出して制御機器に設定するパラメータ値算出手段と、
前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動完了回数を経過したときに、前記オートチューニングを終了させるオートチューニング完了通知を行う上下動完了回数判定手段と、
前記オートチューニング完了通知を受けたときに前記パラメータ値算出手段が算出した最新の制御パラメータとその直前に算出された制御パラメータとを比較し、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合に、制御パラメータ算出時の制御応答が安定していなかった可能性があることをオペレータに通知するパラメータ比率上下限判定手段と、
前記直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合に、前記制御機器に設定されている最新の制御パラメータを前記比率に基づいて補正するパラメータ値補正手段とを備えることを特徴とするパラメータ調整装置。
制御対象に一定振幅の操作量を繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて、この操作量の出力に応じた前記制御対象の応答に基づいて制御機器の制御パラメータを算出するオートチューニングの機能を備えたパラメータ調整装置において、
前記リミットサイクルを発生させるオートチューニング実行手段と、
前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動最小回数を経過したときにパラメータ算出開始通知を行う上下動最小回数判定手段と、
前記パラメータ算出開始通知を受けた後、前記制御パラメータの算出に必要な制御量の応答が得られる度に、前記制御パラメータを算出して制御機器に設定するパラメータ値算出手段と、
前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動完了回数を経過したときに、前記オートチューニングを終了させるオートチューニング完了通知を行う上下動完了回数判定手段と、
前記制御量の上下動回数が前記上下動完了回数を経過する前に前記オートチューニングを中断した場合に、この中断した時点で算出されている最新の制御パラメータとその直前に算出された制御パラメータとから、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率を算出し、前記制御機器に設定されている最新の制御パラメータを前記比率に基づいて補正するパラメータ値補正手段とを備えることを特徴とするパラメータ調整装置。
請求項１または２記載のパラメータ調整装置において、
前記パラメータ値補正手段は、前記直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率をオペレータに通知する手段を有することを特徴とするパラメータ調整装置。
制御対象に一定振幅の操作量を繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて、この操作量の出力に応じた前記制御対象の応答に基づいて制御機器の制御パラメータを算出するオートチューニングの機能を備えたパラメータ調整方法において、
前記リミットサイクルを発生させるオートチューニング実行手順と、
前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動最小回数を経過したときにパラメータ算出開始通知を行う上下動最小回数判定手順と、
前記パラメータ算出開始通知を受けた後、前記制御パラメータの算出に必要な制御量の応答が得られる度に、前記制御パラメータを算出して制御機器に設定するパラメータ値算出手順と、
前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動完了回数を経過したときに、前記オートチューニングを終了させるオートチューニング完了通知を行う上下動完了回数判定手順と、
前記オートチューニング完了通知を受けたときに前記パラメータ値算出手順で算出した最新の制御パラメータとその直前に算出された制御パラメータとを比較し、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合に、制御パラメータ算出時の制御応答が安定していなかった可能性があることをオペレータに通知するパラメータ比率上下限判定手順と、
前記直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率が予め規定された上下限値から外れる場合に、前記制御機器に設定されている最新の制御パラメータを前記比率に基づいて補正するパラメータ値補正手順とを備えることを特徴とするパラメータ調整方法。
制御対象に一定振幅の操作量を繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて、この操作量の出力に応じた前記制御対象の応答に基づいて制御機器の制御パラメータを算出するオートチューニングの機能を備えたパラメータ調整方法において、
前記リミットサイクルを発生させるオートチューニング実行手順と、
前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動最小回数を経過したときにパラメータ算出開始通知を行う上下動最小回数判定手順と、
前記パラメータ算出開始通知を受けた後、前記制御パラメータの算出に必要な制御量の応答が得られる度に、前記制御パラメータを算出して制御機器に設定するパラメータ値算出手順と、
前記オートチューニングを開始した後に、前記制御量の上下動回数が予め規定された上下動完了回数を経過したときに、前記オートチューニングを終了させるオートチューニング完了通知を行う上下動完了回数判定手順と、
前記制御量の上下動回数が前記上下動完了回数を経過する前に前記オートチューニングを中断した場合に、この中断した時点で算出されている最新の制御パラメータとその直前に算出された制御パラメータとから、直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率を算出し、前記制御機器に設定されている最新の制御パラメータを前記比率に基づいて補正するパラメータ値補正手順とを備えることを特徴とするパラメータ調整方法。
請求項４または５記載のパラメータ調整方法において、
前記パラメータ値補正手順は、前記直前の制御パラメータと最新の制御パラメータとの比率をオペレータに通知する手順を含むことを特徴とするパラメータ調整方法。