JP5086127B2 - パラメータ調整装置および調整方法 - Google Patents

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設定する方法も利用されているが、専門的な判断がオペレータに要求されることになる。また、ＡＴを起動する際の条件に依存して、操作量の必要な上下動回数が変化することもある。すなわち、操作量の上下動回数をオペレータが設定したとしても、上下動回数が不足することがあり得ることに変わりはない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来よりも確実に必要な回数だけ操作量を上下動させ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、前記操作量の出力に応じた制御量の上下動幅を検出する上下動検出手段と、前記制御量の上下動幅の増幅の停止とこの上下動幅の減衰の停止とを別個に確認できたときに、前記オートチューニングを完了可能な状況であると判定するオートチューニング完了可否判定手段と、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最低限の上下動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回数判定手段と、前記操作量の出力に応じた制御量の応答に基づき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を備え、前記パラメータ値算出手段は、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の算出と設定を行い、前記オートチューニング実行手段と前記パラメータ値算出手段とは、前記オートチューニング完了可否判定手段がオートチューニングを完了可能な状況であると判定した後に、前記オートチューニングを終えるようにしたものである。

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、前記操作量の出力に応じた制御量の上下動幅を検出する上下動検出手順と、前記制御量の上下動幅の増幅の停止とこの上下動幅の減衰の停止とを別個に確認できたときに、前記オートチューニングを完了可能な状況であると判定するオートチューニング完了可否判定手順と、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最低限の上下動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回数判定手順と、前記操作量の出力に応じた制御量の応答に基づき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を備え、前記パラメータ値算出手順は、前記パラメータ算出開始通知が行われた後、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の算出と設定を行い、前記オートチューニング完了可否判定手順でオートチューニングを完了可能な状況であると判定した後に、前記オートチューニングを終えるようにしたものである。

本発明によれば、制御量の上下動幅の増幅が停止したことと、制御量の上下動幅の減衰が停止したことを別個に確認できたときに、制御量の安定した上下動波形が得られたと判断してオートチューニングを終了するようにしたので、高次の制御対象の場合でも操作量の上下動回数が不足することがなくなり、制御機器のオートチューニングにおいて従来よりも確実に必要な回数だけ操作量を上下動させることができる。

また、本発明では、オートチューニングを開始した後に、制御量の上下動回数が予め規定された最低限の上下動回数を経過したときから、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、制御パラメータの算出と設定を行う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制御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。

［発明の原理１］
図１〜図５は本発明の原理を説明するための図であり、図１〜図３、図５は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、図４はマルチループの温度制御系の例を示す図である。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、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、図３はＡＴ開始後に制御量ＰＶがすぐに安定する例を示している。

図４の例は、焼成炉１０の内部の温度を温調計１３−１〜１３−５によって制御するものである。温度センサ１２−１〜１２−５は、それぞれヒータ１１−１〜１１−５によって加熱されるゾーンＺ１〜Ｚ５の温度を測定する。温調計１３−１〜１３−５は、それぞれ温度センサ１２−１〜１２−５によって測定された温度が設定値と一致するように操作量を算出する。電力機器１４−１〜１４−５は、それぞれ温調計１３−１〜１３−５から出力された操作量に応じた電力をヒータ１１−１〜１１−５に供給する。図４の例では、ゾーンＺ１，Ｚ３，Ｚ５（温調計１３−１，１３−３，１３−５）のみＡＴを実行しているところを示している。

図５（Ａ）はＡＴ実行時に温調計１３−３から出力された操作量に応じて焼成炉１０のゾーンＺ３の温度ＰＶ３が上下動する例を示し、図５（Ｂ）は温調計１３−１から出力された操作量に応じて焼成炉１０のゾーンＺ１の温度ＰＶ１が上下動する例を示している。図５（Ａ）、図５（Ｂ）において、ＳＰ３はゾーンＺ３の温度設定値、ＳＰ１はゾーンＺ１の温度設定値である。図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、ゾーンＺ３の温度ＰＶ３やヒータ１１−１のオン／オフの影響でゾーンＺ１の温度ＰＶ１の上下動の中心点が安定せず、温度ＰＶ１の上下動幅が微妙に増幅と減衰を繰り返してしまう例を示している。

高次の制御対象の場合に、従来のＡＴにおいて操作量ＭＶの上下動回数が不足する理由は、制御量ＰＶの上下動の状態が安定するまでに操作量ＭＶの複数回の上下動を要するためであり、操作量ＭＶの必要な上下動回数を予め想定することは難しい。原理的には、制御量ＰＶの安定した上下動は、その振幅も周期も制御対象により概ね一定である。ここで、ＡＴの起動条件によっては、制御量ＰＶの上下動幅が徐々に増幅していきながら安定した上下動に近づく図１の場合や、制御量ＰＶの上下動幅が徐々に減衰していきながら安定した上下動に近づく図２の場合や、制御量ＰＶの安定した上下動が得られやすい条件に偶然近い状況から始まる図３の場合があることに、発明者は着眼した。

さらに重要なポイントとして、例えば図４に示したマルチループの温度制御系（ゾーン制御系）においては、隣接ゾーンでなくても多少の温度干渉のある複数のゾーンでＡＴを同時に起動する場合があり、図５（Ｂ）に示したように時定数の関係によっては制御量ＰＶの上下動幅が微妙に増幅と減衰を繰り返してしまう場合があることに、発明者は着眼した。

そして、図１〜図４、図５（Ａ）、図５（Ｂ）のあらゆるケースを想定すると、制御量ＰＶの上下動幅の増幅が停止したことと、制御量ＰＶの上下動幅の減衰が停止したことを別個に確認できたときに、操作量ＭＶの必要な上下動回数による制御量ＰＶの安定した上下動波形が得られたと判断してＡＴを終了すれば、課題解決のために有効であることに、発明者は想到した。換言すれば、制御量ＰＶの安定した上下動波形を検出しようとすることは現実的ではなく、増幅のみの継続が終了したことと、減衰のみの継続が終了したことを、「別個に確認する」ことが、汎用的な制御機器において十分に実用的なリミットサイクル波形の検出方法だということである。なお、「別個に確認する」とは、制御量ＰＶの上下動幅の減衰停止を確認した後に制御量ＰＶの上下動幅の増幅停止を確認するか、あるいは制御量ＰＶの上下動幅の増幅停止を確認した後に制御量ＰＶの上下動幅の減衰停止を確認することをいう。

［発明の原理２］
上記のように制御量ＰＶの上下動幅の増幅停止や減衰停止を確認してＡＴを終了すると、操作量ＭＶの上下動回数が多くなるケースが想定される。操作量ＭＶ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。制御量ＰＶの上下動幅の増幅停止や減衰停止を確認する場合、完全な確認がとれなくても、確認がとれる以前の段階で制御量ＰＶの上下動は理想的な状態に近づいている。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。

［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６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量ＰＶの上下動幅（ピークトゥピーク）を検出する上下動検出部４と、制御量ＰＶの上下動幅の増幅の停止とこの上下動幅の減衰の停止とを別個に確認できたときに、ＡＴを完了可能な状況であると判定するＡＴ完了可否判定部５と、ＡＴ完了可否判定部５がＡＴを完了可能な状況であると判定した後に、制御量ＰＶの上下動回数が予め規定された上下動回数を経過したときにＡＴ完了通知を行う上下動回数判定部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とを有する。

図７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７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８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９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８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９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７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、制御量ＰＶの上下動幅を検出する（ステップＳ３）。上下動検出部４は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差（ＳＰ−ＰＶ）が正の値になるとき（制御量ＰＶが設定値ＳＰより小さいとき）に検出される最大の偏差絶対値である｜Ｅｒａ｜＝｜ＳＰ−ＰＶ｜を検出し、また偏差（ＳＰ−ＰＶ）が負の値になるとき（制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きいとき）に検出される最大の偏差絶対値である｜Ｅｒｂ｜＝｜ＳＰ−ＰＶ｜を検出する。そして、上下動検出部４は、次式により制御量ＰＶの上下動幅ΔＰＶを算出する。
ΔＰＶ＝｜Ｅｒａ｜＋｜Ｅｒｂ｜ ・・・（１）

そして、上下動検出部４は、制御量ＰＶの上下動幅ΔＰＶの値をＡＴ完了可否判定部５と上下動回数判定部６に通知する。さらに、上下動検出部４は、設定値ＳＰと制御量ＰＶの極値との偏差（ＳＰ−ＰＶ）である極値偏差Ｅｒと、この極値偏差Ｅｒの直前に偏差（ＳＰ−ＰＶ）の正負が逆転した時刻から極値偏差Ｅｒが得られた時刻までの時間である操作量切換経過時間ＴｈとをＰＩＤパラメータ値算出部７に通知する。上記の最大偏差絶対値｜Ｅｒ｜は、極値偏差Ｅｒの絶対値であることは言うまでもない。

なお、上下動検出部４は、一定の動作周期毎に動作するが、上下動幅ΔＰＶの算出は動作周期毎とは限らない。上下動幅ΔＰＶが算出されるのは、図９に示すように最大偏差絶対値｜Ｅｒｂ｜が検出された後に最大偏差絶対値｜Ｅｒａ｜が検出されたとき、あるいは最大偏差絶対値｜Ｅｒａ｜が検出された後に最大偏差絶対値｜Ｅｒｂ｜が検出されたときのいずれかである。

続いて、ＡＴ完了可否判定部５は、最新の上下動幅ΔＰＶ_nと直前の上下動幅ΔＰＶ_n-1とから、ＡＴを完了可能な状況であるかどうかを判定する（ステップＳ４）。まず、ＡＴ完了可否判定部５は、直前の上下動幅ΔＰＶ_n-1に対する最新の上下動幅ΔＰＶ_nの割合が式（２）を満たすときに、制御量ＰＶの上下動幅が増幅していると判定する（すなわち、上下動幅の減衰が停止したと判定する）。
ΔＰＶ_n／ΔＰＶ_n-1＞１−ξ ・・・（２）

ξは上下動幅の増幅や減衰を検出するためのマージンであり、例えば０．０５である。マージンξをもって上下動幅の増幅を検出するということは、制御量ＰＶの上下動幅が減衰し続ける状況が停止して、これ以上は減衰しなくなった状態であることを検出することを意味する。

また、ＡＴ完了可否判定部５は、直前の上下動幅ΔＰＶ_n-1に対する最新の上下動幅ΔＰＶ_nの割合が式（３）を満たすときに、制御量ＰＶの上下動幅が減衰していると判定する（すなわち、上下動幅の増幅が停止したと判定する）。
ΔＰＶ_n／ΔＰＶ_n-1＜１＋ξ ・・・（３）
マージンξをもって上下動幅の減衰を検出するということは、制御量ＰＶの上下動幅が増幅し続ける状況が停止して、これ以上は増幅しなくなった状態であることを意味する。

ＡＴ完了可否判定部５は、ＡＴ開始時点から現時点までの間に式（２）と式（３）のうち少なくとも一方が成立したことがない場合、ＡＴを完了可能な状況でないと判定する（ステップＳ４においてＮＯ）。ＡＴを完了可能な状況でないと判定された場合は、ステップＳ２に戻る。こうして、ステップＳ２〜Ｓ４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。

そして、ＡＴ完了可否判定部５は、ＡＴ開始時点から現時点までの間に式（２）が成立して制御量ＰＶの上下動幅の減衰停止を検出した後に式（３）が成立して制御量ＰＶの上下動幅の増幅停止を検出した場合、あるいはＡＴ開始時点から現時点までの間に制御量ＰＶの上下動幅の増幅停止を検出した後に制御量ＰＶの上下動幅の減衰停止を検出した場合、ＡＴを完了可能な状況であると判定する（ステップＳ４においてＹＥＳ）。

図１の例の場合、制御量ＰＶの上下動幅が徐々に増幅していきながら安定した上下動に近づくので、ＡＴの開始当初に式（２）が成立して制御量ＰＶの上下動幅の減衰停止が検出され、その後に式（３）が成立して制御量ＰＶの上下動幅の増幅停止が検出されることになる。また、図２の例の場合、制御量ＰＶの上下動幅が徐々に減衰していきながら安定した上下動に近づくので、ＡＴの開始当初に制御量ＰＶの上下動幅の増幅停止が検出され、その後に制御量ＰＶの上下動幅の減衰停止が検出されることになる。図３や図５（Ｂ）の場合は、そのときの状況に応じて式（２）、式（３）の順、あるいは式（３）、式（２）の順で成立することになる。

ＡＴ完了可否判定部５は、ＡＴを完了可能な状況であると判定した場合、ＡＴ完了可能通知信号を上下動回数判定部６とＰＩＤパラメータ値算出部７に出力する（ステップＳ５）。

続いて、上下動回数判定部６は、ＡＴ完了可能通知信号を受けた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回数（通常は３回程度）を経過したかどうかを判定する（ステップＳ６）。予め規定された上下動回数を経過していない場合は、ステップＳ７に進み、リミットサイクルを継続する。ステップＳ７のリミットサイクルの継続とステップＳ８の上下動幅の検出は、それぞれステップＳ２，Ｓ３の処理と同じである。こうして、ステップＳ６〜Ｓ８の処理が一定の動作周期毎に繰り返し実行される。

上下動回数判定部６は、ＡＴ完了可能通知信号を受けた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回数を経過したと判定した場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）、ＡＴ完了通知信号をＡＴ実行部３とＰＩＤパラメータ値算出部７に出力する（ステップＳ９）。

ＡＴ完了通知信号を受けたＡＴ実行部３は、リミットサイクルを終了する。また、ＡＴ完了通知信号を受けたＰＩＤパラメータ値算出部７は、ＰＩＤパラメータを算出する（ステップＳ１０）。図１０はＰＩＤパラメータ値算出部７の動作を説明するための波形図である。

ＰＩＤパラメータ値算出部７は、ＡＴ完了可能通知信号の受信時刻からＡＴ完了通知信号の受信時刻（図１０のｔ７）までの間に、ＰＩＤパラメータ値を算出するために必要な情報として、設定値ＳＰと制御量ＰＶの最新の極値との偏差である第１の極値偏差Ｅｒ１、設定値ＳＰと制御量ＰＶの２番目に新しい極値との偏差である第２の極値偏差Ｅｒ２、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までの時間である第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１、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までの時間である第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２を、上下動検出部４から取得している。

そして、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（例えばα＝１、β＝１、γ＝１）により、ＰＩＤパラメータを以下のように算出する（ステップＳ１０）。
Ｐｂ＝１００．０α｜Ｅｒ２−Ｅｒ１｜／｛０．９（ＡＵ−ＡＬ）｝ ・・・（４）
Ｔｉ＝β（Ｔｈ１＋Ｔｈ２） ・・・（５）
Ｔｄ＝０．２１γ（Ｔｈ１＋Ｔｈ２） ・・・（６）

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ＰＩＤ制御機器２に設定する。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７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の上下動幅の増幅が停止したことと、制御量ＰＶの上下動幅の減衰が停止したことを別個に確認できたときに、制御量ＰＶの安定した上下動波形が得られたと判断してオートチューニングを終了するようにしたので、高次の制御対象の場合でも操作量ＭＶの上下動回数が不足することがなくなり、従来よりも確実に必要な回数だけ操作量ＭＶを上下動させることができる。

［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。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。本実施の形態においても、パラメータ調整装置１とＰＩＤ制御機器２の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図６の符号を用いて説明する。図１１は本実施の形態のパラメータ調整装置１の動作を示すフローチャートである。

図１１のステップＳ１〜Ｓ３の処理は第１の実施の形態と同じである。次に、上下動回数判定部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最低限の上下動回数（例えば極大と極小を２回ずつ）を経過したかどうかを判定する（ステップＳ１１）。予め規定された最低限の上下動回数を経過していない場合は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４の処理は第１の実施の形態と同じである。

こうして、第１の実施の形態と同様にステップＳ２，Ｓ３，Ｓ１１，Ｓ４，の処理が一定の動作周期毎に繰り返し実行され、制御量ＰＶの上下動回数が予め規定された最低限の上下動回数を経過すると（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、上下動回数判定部６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パラメータを算出し、算出したＰＩＤパラメータをＰＩＤ制御機器２に設定する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２の処理はステップＳ１０と同様である。
次に、ステップＳ４〜Ｓ１０の処理は第１の実施の形態と同じである。ＡＴ完了可否判定部５がＡＴ完了可能通知信号を出力した後、上下動回数判定部６がＡＴ完了通知信号を出力するまでの間、第１の実施の形態と同様にステップＳ６〜Ｓ８のループが繰り返される。

こうして、本実施の形態では、制御量ＰＶの最低限の上下動回数が得られたときから、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。

図１２〜図１５は本実施の形態におけるＰＩＤパラメータ算出の状況を示す波形図である。制御量ＰＶの上下動幅が徐々に増幅していきながら安定した上下動に近づく図１２の例では、ＡＴ開始時点から制御量ＰＶの極大と極小が２回ずつ経過した時点で、ＰＩＤパラメータの算出が開始され、計４回ＰＩＤパラメータが算出されたところでＡＴが完了した例を示している。制御量ＰＶの上下動幅が徐々に減衰していきながら安定した上下動に近づく図１３の例の場合も、計４回ＰＩＤパラメータが算出されたところでＡＴが完了した例を示している。

ＡＴ開始後に制御量ＰＶがすぐに安定する図１４の例では、１回ＰＩＤパラメータが算出された時点でＡＴが完了した例を示している。制御量ＰＶの上下動幅が微妙に増幅と減衰を繰り返す図１５の例では、計２回ＰＩＤパラメータが算出されたところでＡＴが完了した例を示している。

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。 マルチループの温度制御系の例を示す図である。 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６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１の実施の形態に係るパラメータ調整装置のＰＩＤパラメータ値算出部の動作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の実施の形態におけるＰＩＤパラメータ算出の状況を示す波形図である。 本発明の第２の実施の形態におけるＰＩＤパラメータ算出の状況を示す波形図である。 本発明の第２の実施の形態におけるＰＩＤパラメータ算出の状況を示す波形図である。 本発明の第２の実施の形態におけるＰＩＤパラメータ算出の状況を示す波形図である。

符号の説明

１…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…ＡＴ完了可否判定部、６…上下動回数判定部、７…ＰＩＤパラメータ値算出部。

Claims (2)

1. 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、
   前記操作量の出力に応じた制御量の上下動幅を検出する上下動検出手段と、
   前記制御量の上下動幅の増幅の停止とこの上下動幅の減衰の停止とを別個に確認できたときに、前記オートチューニングを完了可能な状況であると判定するオートチューニング完了可否判定手段と、
   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最低限の上下動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回数判定手段と、
   前記操作量の出力に応じた制御量の応答に基づき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を備え、
   前記パラメータ値算出手段は、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の算出と設定を行い、
   前記オートチューニング実行手段と前記パラメータ値算出手段とは、前記オートチューニング完了可否判定手段がオートチューニングを完了可能な状況であると判定した後に、前記オートチューニングを終えることを特徴とするパラメータ調整装置。
2. 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、
   前記操作量の出力に応じた制御量の上下動幅を検出する上下動検出手順と、
   前記制御量の上下動幅の増幅の停止とこの上下動幅の減衰の停止とを別個に確認できたときに、前記オートチューニングを完了可能な状況であると判定するオートチューニング完了可否判定手順と、
   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最低限の上下動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回数判定手順と、
   前記操作量の出力に応じた制御量の応答に基づき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を備え、
   前記パラメータ値算出手順は、前記パラメータ算出開始通知が行われた後、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の算出と設定を行い、
   前記オートチューニング完了可否判定手順でオートチューニングを完了可能な状況であると判定した後に、前記オートチューニングを終えることを特徴とするパラメータ調整方法。

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