JP6409876B2 - 制御装置 - Google Patents
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Description
・外乱が発生するタイミングが外乱指示信号によって分かること
・外乱によって生じる温度変化特性に再現性があること
制御対象に対し、制御対象の制御量と予め定められた目標値との偏差に比例する比例出力と、該偏差の積分値に比例する積分出力と、該偏差の微分値に比例する微分出力とを演算し、比例出力と積分出力と微分出力とを合成した第1操作量を出力するPID演算部と、
前記制御対象に印加された外乱の特性に応じて第1操作量を補正するか否かを判断する外乱特性判断部と、
前記制御対象に印加された外乱の特性に応じて、前記PID演算部からの比例出力と積分出力と微分出力に基づいて、第1操作量に対する補正量を演算する補正量演算部と、
前記PID演算部からの第1操作量を、前記補正量演算部からの補正量で補正して第2操作量を求め、前記制御対象に出力する補正量加算部と、
を備えた制御装置が提供される。
図1は、本実施の形態における制御系のブロック図である。
制御系は、制御装置10と制御対象20とを含む。制御装置10は、PID演算部11と、外乱判断部12と、PID演算値監視部13と、外乱特性判断部14と、FF量演算部(フィードフォワード量演算部、補正量演算部)15と、FF量加算部(フィードフォワード量加算部、補正量加算部)16と、リミッタ17を備える。
なお、制御量PVは、適宜のセンサ又は計測装置により検出される。
本実施の形態の制御装置10は、外乱印加時のオーバーシュートを抑制するために、外乱が印加されてからオンラインで外乱の特性を見極め、外乱の特性に応じた適切な出力補正量(フィードフォワード量)を演算して出力するものである。これにより、フィードフォワード量の調整操作が不要になり、ユーザが簡単に使用でき、外乱による温度変化特性に再現性がなくても、適切にオーバーシュートを抑制することが可能になる。
まず、外乱特性の測定について説明する。外乱特性判断部14は、外乱特性として、外乱印加直後の制御量PVの降下速度(第1の外乱特性)と、外乱印加前後の負荷率の変動量(第2の外乱特性)を測定する。
外乱印加直後の制御量PVの降下速度に関しては、例えば、制御対象20の時定数に対して、外乱印加時の制御量PVの降下速度が速いか、遅いかを判断するものである。外乱が印加された場合、制御対象20の特性に応じて調整されたPIDの各パラメータを用いて制御すると、微分出力が大きくなりやすい。本実施の形態では、外乱が印加されて温度等の制御量PVが降下してから降下ピーク(制御量が最小になる点。以下、ボトムと呼ぶ)に達するまでの間に、微分出力(D出力)と比例出力(P出力)のピーク量(最大値)を比較し、以下の判断を行う。
外乱印加前後の負荷率の変動量に関しては、負荷率の変動量によってオーバーシュートの発生量が変わるため、その変動量をオンラインで判断するものである。本実施の形態では、制御対象20の特性に応じて調整されたPIDの各パラメータを用いて制御した場合に、PID演算値のピーク(PID演算部11の最大出力)のタイミングと制御量PVの降下ピーク(ボトム)のタイミングから以下の判断を行う。
次に、フィードフォワード量(補正量)の演算について説明する。図5は、フィードフォワ―ド量変更の要否を判断する1回目の処理タイミングと要否判断の説明図である。
まず、フィードフォワード量変更の1回目の処理タイミングとしては、一例として、制御量のPVボトム検知前に、操作量MVの最大出力が検出されたタイミングとする。なお、操作量MVの最大出力のタイミングを処理タイミングとする以外にも、制御量PVのボトム検知前に、操作量MVの最大出力が検出されたことを契機に、適宜のタイミング(好ましくは制御量PVのボトム検知前のタイミング)を処理タイミングとしてしてもよい。なお、本実施の形態における処理タイミングの例示は、フィードフォワ―ド量変更の要否判断と、フィードフォワ―ド量の変更タイミングにタイムラグがあることを妨げるものではない。
[式1]
ratio_i_pd1=(imove1×2)/(pmax+dmax)
ここで、pmaxは、PID演算部11の出力が最大のタイミングにおける比例出力であり、imove1は、PID演算部11の出力が最大のタイミングにおける積分出力の安定状態からの変化量であり、dmaxは、PID演算部11の出力が最大のタイミングにおける微分出力である(図6参照)。
ratio_i_pd2=(imove2×2)/(pbtm+dbtm)
ここで、imove2は、制御量PVがボトムのときの積分出力の安定状態からの変化量であり、pbtmは、制御量PVがボトムになるまでの比例出力の最大値であり、dbtmは、制御量PVがボトムになるまでの微分出力の最大値である(図10参照)。なお、式2において分子を2倍している点は、第1のパラメータ比率と同様である。
図12及び図13は、本実施の形態の制御装置を特性の異なる2つの対象に適用した応答波形を示す。
20 制御対象
11 PID演算部
12 外乱判断部
13 PID演算値監視部
14 外乱特性判断部
15 FF量演算部(フィードフォワード量演算部)
16 FF量加算部(フィードフォワード量加算部)
17 リミッタ
Claims (5)
- 制御対象に対し、制御対象の制御量と予め定められた目標値との偏差に比例する比例出力と、該偏差の積分値に比例する積分出力と、該偏差の微分値に比例する微分出力とを演算し、比例出力と積分出力と微分出力とを合成した第1操作量を出力するPID演算部と、
前記制御対象に印加された外乱の特性に応じて第1操作量を補正するか否かを判断する外乱特性判断部と、
前記制御対象に印加された外乱の特性に応じて、前記PID演算部からの比例出力と積分出力と微分出力に基づいて、第1操作量に対する補正量を演算する補正量演算部と、
前記PID演算部からの第1操作量を、前記補正量演算部からの補正量で補正して第2操作量を求め、前記制御対象に出力する補正量加算部と、
を備え、
前記外乱特性判断部は、前記PID演算部からの第1操作量が最大のタイミングにおける微分出力が、該タイミングにおける比例出力よりも大きい場合、第1操作量を補正すると判断し、
前記補正量演算部は、
前記PID演算部からの第1操作量が最大のタイミングにおける積分出力の安定状態からの変化量と、前記PID演算部からの第1操作量が最大のタイミングにおける比例出力及び微分出力の和との比である第1のパラメータ比率を求め、
求められた第1のパラメータ比率が小さいほど補正量の絶対値が大きくなるように第1の補正量を求める制御装置。 - 前記外乱の特性は、前記制御対象に外乱が印加された後の制御量の降下速度と、前記制御対象に外乱が印加される前後の負荷率変動量とに基づく特性であり、
前記外乱特性判断部は、前記PID演算部の比例出力、積分出力及び微分出力に基づいて、該外乱の特性を判断する請求項1に記載の制御装置。 - 前記制御量が最小又は極小となるタイミングよりも前であり、かつ、前記第1操作量が最大となる第1のタイミングにおいて、前記PID演算部からの第1操作量を、前記補正量演算部からの第1の補正量で補正する請求項1に記載の制御装置。
- 制御対象に対し、制御対象の制御量と予め定められた目標値との偏差に比例する比例出力と、該偏差の積分値に比例する積分出力と、該偏差の微分値に比例する微分出力とを演算し、比例出力と積分出力と微分出力とを合成した第1操作量を出力するPID演算部と、
前記制御対象に印加された外乱の特性に応じて第1操作量を補正するか否かを判断する外乱特性判断部と、
前記制御対象に印加された外乱の特性に応じて、前記PID演算部からの比例出力と積分出力と微分出力に基づいて、第1操作量に対する補正量を演算する補正量演算部と、
前記PID演算部からの第1操作量を、前記補正量演算部からの補正量で補正して第2操作量を求め、前記制御対象に出力する補正量加算部と、
を備え、
前記外乱特性判断部は、前記制御量が最小又は極小となる時刻よりも前に、第1操作量のピークが検出される場合、第1操作量を補正すると判断し、
前記補正量演算部は、
制御量が最小又は極小のときの積分出力の安定状態からの変化量と、制御量が最小又は極小になるまでの比例出力の最大値及び微分出力の最大値の和との比である第2のパラメータ比率を求め、
求められた第2のパラメータ比率が小さいほど補正量の絶対値が大きくなるように第2の補正量を求める制御装置。 - 前記制御量が最小又は極小となる第2のタイミングにおいて、前記PID演算部からの第1操作量を、前記補正量演算部からの第2の補正量で補正する請求項4に記載の制御装置。
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