JP7294832B2 - Control device - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置に関し、特に、制御装置のパラメータを調節する装置に関する。 The present invention relates to control devices, and more particularly to devices for adjusting parameters of control devices.

本技術の背景技術として、特開2015-76024(特許文献1)がある。この文献には、「プラントの設定値を変更したときの設定値、操作変数、制御変数を計測し、計測した信号をフィッティングして規範モデルのベース関数を定義し、ベース関数に制御応答を調整する調整パラメータを導入して規範モデルとする。設定値変更時の制御変数と操作変数の応答、または、外乱信号印加時の制御変数の応答を推定し、これらの応答データから制御特性を表す指標を抽出する。この指標を基に定義した評価関数を用いて調整パラメータの最適値を求めることにより、要求される制御特性に応じた規範モデルを決定し、制御ゲインの最適化を図る。」が記載されている(要約参照)。 As a background art of this technology, there is Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-76024 (Patent Document 1). In this document, "the setpoint, manipulated variable, and control variable are measured when the setpoint of the plant is changed, the measured signals are fitted to define the base function of the reference model, and the control response is adjusted to the base function. Estimate the response of the control variable and the manipulated variable when the set value is changed, or the response of the control variable when a disturbance signal is applied, and use these response data to represent the control characteristics. By finding the optimum value of the adjustment parameter using the evaluation function defined based on this index, the reference model according to the required control characteristics is determined and the control gain is optimized.” described (see abstract).

特開2015-76024号公報JP 2015-76024 A

しかしながら、前述した先行技術(特許文献1)では、規範モデル(参照モデル)のパラメータを再調整するための運転条件を用意し、事前の知見に基づいてパラメータ調整するものであり、通常運転時に事前の知見なしにパラメータを再調整するものではない。また、PID制御器におけるPIDゲインが実現可能な範囲を考慮した再調整方法でもない。 However, in the above-described prior art (Patent Document 1), operating conditions are prepared for readjusting the parameters of the reference model (reference model), and the parameters are adjusted based on prior knowledge. parameters are not readjusted without knowledge of Moreover, it is not a readjustment method considering the range in which the PID gain in the PID controller can be realized.

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、PID制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備え、前記パラメータ変更部は、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値を用いたとき、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値を用いたとき、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、及び、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値を用いたとき、前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする。 A representative example of the invention disclosed in the present application is as follows. That is, a calculation unit that calculates a desired output value of the controlled object, and a gain value adjustment unit that calculates the gain value of the PID controller so that the difference between the desired output value and the output value of the controlled object becomes small. and a parameter changing unit for changing the parameter value of the calculating unit, wherein the parameter changing unit changes the measured value of the output of the controlled object when the gain value newly calculated by the gain value adjusting unit is used. and when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the estimated value is not within the predetermined range, and when the gain value newly calculated by the gain value adjusting unit is not within the predetermined range, the gain value is newly calculated by the gain value adjusting unit When the calculated gain value reaches a predetermined value, when the gain value newly calculated by the gain value adjusting unit is used, when the input value to the controlled object is not within a predetermined range, and when the gain value adjustment When at least one of the following conditions is satisfied : when the gain value newly calculated by the unit is used, and when the input value to the controlled object reaches a predetermined value, the parameter value of the calculation unit is changed. .

本発明の一態様によれば、制御対象の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to improve operational efficiency and production efficiency while ensuring the reliability and stability of the controlled object. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

実施例1~8における制御装置の全体の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of a control device in Examples 1 to 8; 実施例1~8における制御装置のシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a control device in Examples 1 to 8; FIG. 実施例1、4における制御装置と制御対象を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a control device and a controlled object in Examples 1 and 4; 実施例1、2、4、5におけるPID制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。It is a figure which shows the process of the PID controller gain value adjustment part in Example 1, 2, 4, and 5. FIG. 実施例1、4におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing processing of a parameter change determination unit in Examples 1 and 4; 実施例1~3、5~8におけるパラメータ変更部の処理を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing processing of a parameter changer in Examples 1 to 3 and 5 to 8; 実施例1~3、5における所望の出力値演算部の処理を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing processing of a desired output value calculator in Examples 1 to 3 and 5; 実施例2における制御装置と制御対象を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a control device and a controlled object in Example 2; 実施例2におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing processing of a parameter change determination unit in Example 2; 実施例3における制御装置と制御対象を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a control device and a controlled object in Example 3; 実施例3におけるPID制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。It is a figure which shows the process of the PID controller gain value adjustment part in Example 3. FIG. 実施例3におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing processing of a parameter change determination unit in Example 3; 実施例4におけるパラメータ変更部の処理を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing processing of a parameter changing unit in Example 4; 実施例4における所望の出力値演算部の処理を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing processing of a desired output value calculation unit in Example 4; 実施例5における制御装置と制御対象を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a control device and a controlled object in Example 5; 実施例5におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing processing of a parameter change determination unit in Example 5; 実施例6における制御装置と制御対象を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a control device and a controlled object in Example 6; 実施例6におけるPID制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing processing of a PID controller gain value adjusting unit in Example 6; 実施例6におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing processing of a parameter change determination unit in Example 6; 実施例6における所望の出力値演算部の処理を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing processing of a desired output value calculation unit in Example 6; 実施例7における制御装置と制御対象を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a control device and a controlled object in Embodiment 7; 実施例7におけるPID制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing processing of a PID controller gain value adjusting unit in Embodiment 7; 実施例7におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing processing of a parameter change determination unit in Example 7; 実施例7における所望の出力値演算部の処理を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing processing of a desired output value calculation unit in Embodiment 7; 実施例8における制御装置と制御対象を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a control device and controlled objects in an eighth embodiment; 実施例8におけるPID制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing processing of a PID controller gain value adjustment unit in Example 8; 実施例8におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing processing of a parameter change determination unit in Example 8; 実施例8における所望の出力値演算部の処理を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing processing of a desired output value calculation unit in Example 8;

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施例1]
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
[Example 1]
In the present embodiment, a calculation unit that calculates a desired output value of the controlled object, and a difference between the desired output value (time-series signal, etc.) and the output value of the controlled object (time-series signal, etc.) is reduced. Thus, a gain value adjustment unit that calculates the gain value of the PID controller, and if at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the calculation unit and a parameter changer for changing the parameter values of the controller.

特に、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように(小さくなるように)、前記演算部のパラメータ値を変更する。 In particular, when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot is The parameter value of the calculation unit is changed so as to be within a predetermined range (become smaller).

また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。 Further, the parameter changing unit changes the parameter value of the calculating unit so that the responsiveness of the calculating unit becomes slow.

また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。 Also, the computing unit is represented by a transfer function, and the parameter changing unit is configured to change the transfer function change the time constant of

また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。 Moreover, the said control apparatus is an apparatus which controls a plant.

図1は、実施例1の制御装置1の全体の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a control device 1 according to the first embodiment.

制御装置1において、PID制御器ゲイン値調整部2は、PID制御器5のゲイン値を調整する。パラメータ変更判定部3は、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、PID制御器ゲイン値調整部2が新たに演算したゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、前記ゲイン値が所定値に達したか否かの判定、及び制御対象への入力値が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。パラメータ変更部6は、パラメータ変更判定部3が変更を許可したとき、所望の出力値演算部4の変更パラメータ(パラメータ値)を演算する。所望の出力値演算部4は、制御目標に基づいて、制御対象の出力の所望のプロフィールを演算する。PID制御器5は、制御対象を制御するための操作量を演算する。 In the control device 1 , the PID controller gain value adjusting section 2 adjusts the gain value of the PID controller 5 . The parameter change determination unit 3 determines whether the overshoot amount and undershoot amount of the output from the controlled object are within a predetermined range, and the gain value newly calculated by the PID controller gain value adjustment unit 2 is within a predetermined range. determining whether or not the gain value has reached a predetermined value; and determining whether or not the input value to the controlled object is within a predetermined range. Accordingly, the change of the parameters of the desired output value calculation unit 4 is permitted. The parameter changing unit 6 calculates a desired change parameter (parameter value) of the output value calculating unit 4 when the parameter change determining unit 3 permits the change. A desired output value calculator 4 calculates a desired profile of the output of the controlled object based on the control target. The PID controller 5 calculates the manipulated variable for controlling the controlled object.

図2は、制御装置1のシステム構成図である。 FIG. 2 is a system configuration diagram of the control device 1. As shown in FIG.

制御装置1は、ハードウェアとして、記憶装置11、CPU12、ROM13、RAM14、データバス15、入力回路16、入出力ポート17及び出力回路18を有する。入力回路16は、外部から入力された信号を処理する。外部から入力される信号は、例えば、制御装置1に設置又は接続されているセンサからの信号などである。外部から入力される信号は、入力回路16を経て、入力信号となり入出力ポート17へ送られる。入出力ポート17に送られた各入力情報は、データバス15を経て、RAM14又は記憶装置11に格納される。ROM13及び記憶装置11の少なくとも一方は、後述する処理を実行するためのプログラムを格納しており、該プログラムはCPU12で実行される。その際、RAM14及び記憶装置11の少なくとも一方に格納された値を、適宜、使用して演算を行う。演算結果のうち外部へ送り出す情報(値)は、データバス15を経て入出力ポート17に送られ、出力信号として出力回路18に送られる。出力回路18は、出力信号を外部に出力する。外部へ出力される出力信号は、制御対象を所望の動きをさせるためのアクチュエータ駆動信号などである。 The control device 1 has a storage device 11, a CPU 12, a ROM 13, a RAM 14, a data bus 15, an input circuit 16, an input/output port 17 and an output circuit 18 as hardware. The input circuit 16 processes signals input from the outside. A signal input from the outside is, for example, a signal from a sensor installed or connected to the control device 1 . A signal input from the outside passes through the input circuit 16 and is sent to the input/output port 17 as an input signal. Each piece of input information sent to the input/output port 17 is stored in the RAM 14 or storage device 11 via the data bus 15 . At least one of the ROM 13 and the storage device 11 stores a program for executing processing described later, and the program is executed by the CPU 12 . At that time, the values stored in at least one of the RAM 14 and the storage device 11 are appropriately used for the calculation. Information (values) out of the operation results is sent to the input/output port 17 via the data bus 15 and sent to the output circuit 18 as an output signal. The output circuit 18 outputs an output signal to the outside. The output signal that is output to the outside is an actuator drive signal or the like for causing the controlled object to move as desired.

なお、CPU12がプログラムを実行して行う処理の一部を、他の演算装置(例えば、FPGA(Field Programable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハードウェア)で実行してもよい。 Note that part of the processing performed by the CPU 12 by executing the program may be performed by another computing device (for example, hardware such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit)).

図3は、制御装置1と、制御装置1に制御されるプラント7とを示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the control device 1 and the plant 7 controlled by the control device 1. As shown in FIG.

パラメータ変更判定部3は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。PID制御器5は、プラント7の温度を制御するための操作量(例えば、蒸気温度を調節するための目標バルブ開度)を演算する。 The parameter change determination unit 3 performs at least one of determining whether the overshoot amount of the output from the controlled object is within a predetermined range and determining whether the undershoot amount is within the predetermined range. Depending on the result, the desired parameter of the output value calculator 4 is permitted to be changed. The PID controller 5 calculates a manipulated variable for controlling the temperature of the plant 7 (for example, a target valve opening for adjusting the steam temperature).

以下、各処理の詳細を説明する。 Details of each process will be described below.

<PID制御器ゲイン値調整部(図4)>
PID制御器ゲイン値調整部2は、PID制御器5のゲイン値を調整する。具体的には、図4に示すように、プラント温度Tdegのプロフィールと所望のプラント温度De_Tdegのプロフィールとの差が最も小さくなるように、調整後PIDゲイン暫定値を決める。得られたPID制御器5のPゲイン値、Iゲイン値、Dゲイン値の暫定値をそれぞれKp_new,Ki_new,Kd_newとする。
<PID controller gain value adjustment unit (Fig. 4)>
The PID controller gain value adjusting section 2 adjusts the gain value of the PID controller 5 . Specifically, as shown in FIG. 4, the post-adjustment PID gain provisional value is determined such that the difference between the profile of the plant temperature Tdeg and the profile of the desired plant temperature De_Tdeg is minimized. The obtained provisional values of the P-gain value, I-gain value and D-gain value of the PID controller 5 are defined as Kp_new, Ki_new and Kd_new, respectively.

プラント温度Tdegのプロフィールと所望のプラント温度De_Tdegのプロフィールとの差を評価する評価関数としては、例えば、J2=||Tdeg-De_Tdeg||であるL2ノルム、又は、J1=|Tdeg-De_Tdeg|であるL1ノルムなどがある。J1やJ2を最小化するPIDゲイン値は、例えば、IFT(Iterative Feedback Tuning)、FRIT(Fictitious Reference Iterative Tuning)などのデータ駆動制御で決定すればよく、PIDゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。最適化のための解法は、ニュートン法、ガウス=ニュートン法などの様々な方法があり、多くの参考文献があるので、ここでは詳述しない。 As an evaluation function for evaluating the difference between the profile of the plant temperature Tdeg and the desired profile of the plant temperature De_Tdeg, for example, the L2 norm of J2=||Tdeg−De_Tdeg|| or J1=|Tdeg−De_Tdeg| There are some L1 norms and so on. The PID gain value that minimizes J1 and J2 may be determined by data-driven control such as IFT (Iterative Feedback Tuning) and FRIT (Fictitious Reference Iterative Tuning). return home. There are various methods such as Newton's method, Gauss-Newton's method, etc. for optimization, and there are many references, so they will not be described in detail here.

なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで実行してもよい。 Note that this adjustment process may be executed either offline or online.

<パラメータ変更判定部(図5)>
パラメータ変更判定部3は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。具体的には、図5に示す処理を実行する。
・下記の条件a)が成立する場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=1を出力する。一方、条件a)が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=0を出力する。
条件a)
Tdegのオーバーシュート量がK_Tdeg_O1以上、又は、
Tdegのアンダーシュート量がK_Tdeg_U1以上
<Parameter change determination unit (Fig. 5)>
The parameter change determination unit 3 performs at least one of determining whether the overshoot amount of the output from the controlled object is within a predetermined range and determining whether the undershoot amount is within the predetermined range. Depending on the result, the desired parameter of the output value calculator 4 is permitted to be changed. Specifically, the processing shown in FIG. 5 is executed.
- When the following condition a) is established, the parameter change permission flag fp_ref=1 is output. On the other hand, if the condition a) is not satisfied, the parameter change permission flag fp_ref=0 is output.
Condition a)
The overshoot amount of Tdeg is K_Tdeg_O1 or more, or
Undershoot amount of Tdeg is K_Tdeg_U1 or more

<パラメータ変更部(図6)>
パラメータ変更部6は、パラメータ変更判定部3で変更が許可された場合、所望の出力値演算部4の変更パラメータ(パラメータ値)を演算する。具体的には、図6に示す処理を実行する。
・fp_ref=1の場合、所望の出力値演算部パラメータb1を下記のように(パラメータb1が大きくなるように)補正して、制御対象の出力の推定値の応答特性を低下する。
b1=b1+k1_b1
・fp_ref=0の場合、所望の出力値演算部パラメータb1は、現在の値を維持する。
<Parameter change unit (Fig. 6)>
When the parameter change determination unit 3 permits the change, the parameter change unit 6 calculates a change parameter (parameter value) of the desired output value calculation unit 4 . Specifically, the processing shown in FIG. 6 is executed.
When fp_ref=1, the desired output value calculation unit parameter b1 is corrected as follows (so that the parameter b1 becomes larger) to lower the response characteristic of the estimated value of the output of the controlled object.
b1=b1+k1_b1
• When fp_ref=0, the desired output value calculator parameter b1 maintains its current value.

<所望の出力値演算部(図7)>
所望の出力値演算部4は、制御目標に基づいて、制御対象の出力(プラント7の温度)の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図7に示す処理を実行する。
<Desired output value calculator (Fig. 7)>
The desired output value calculator 4 calculates a desired profile of the output of the controlled object (the temperature of the plant 7) based on the control target. Specifically, the process shown in FIG. 7 is executed.

制御目標である目標プラント温度Tg_Tdegに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望のプラント温度De_Tdegのプロフィールを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。 A desired plant temperature De_Tdeg profile is calculated using, for example, a transfer function for the target plant temperature Tg_Tdeg, which is the control target. Control targets include, for example, step signals and ramp signals.

また、伝達関数のパラメータの一つであるb1は、可変とし、パラメータ変更部6で演算された値を用いるとよい。パラメータb1は、伝達関数の分母多項式の係数の一つであり、b1の値が大きいほど、当該伝達関数の応答性が遅い性質がある。 Also, b1, which is one of the parameters of the transfer function, is variable, and the value calculated by the parameter changer 6 is preferably used. The parameter b1 is one of the coefficients of the denominator polynomial of the transfer function, and the larger the value of b1, the slower the response of the transfer function.

なお、パラメータ変更判定部3で、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合は、直ちにfp_ref=1とせず、PID制御器ゲイン値調整部2によりPIDゲイン値を再調整して、再調整されたPIDゲイン値を用いて制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、fp_ref=1としてもよい。 In addition, in the parameter change determination unit 3, if at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within the predetermined range, fp_ref is not immediately set to 1, and the PID controller gain value When the PID gain value is readjusted by the adjustment unit 2 and controlled using the readjusted PID gain value, at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and estimated value of the output of the controlled object is a predetermined value. If not in range, fp_ref=1 may be used.

本実施例によれば、PID制御器5のゲイン値を調整する制御装置1は、制御対象(プラント7)の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部4と、所望の出力値演算部4によって演算された所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器5のゲイン値を調整するPID制御器ゲイン値調整部2と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するパラメータ変更部6とからなる。また、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように(小さくなるように)、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部6は、所望の出力値演算部4の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部4は伝達関数で表され、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置1は、プラント7を制御する装置である。 According to this embodiment, the control device 1 that adjusts the gain value of the PID controller 5 includes the desired output value calculator 4 that calculates the desired output value of the controlled object (plant 7), and the desired output value calculator PID control for adjusting the gain value of the PID controller 5 so that the difference between the desired output value (time-series signal, etc.) calculated by the unit 4 and the output value (time-series signal, etc.) of the controlled object becomes small. If at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter value of the desired output value calculation unit 4 is changed. and a parameter changing unit 6 . Further, when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit 6 determines that at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot is The parameter value of the desired output value calculator 4 is changed so as to be within the predetermined range (to be smaller). Moreover, the parameter changer 6 changes the parameter value of the desired output value calculator 4 so that the response of the desired output value calculator 4 is slowed down. Further, the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, and the parameter changer 6 determines if at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range. , to change the time constant of the transfer function. Also, the control device 1 is a device for controlling the plant 7 .

前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき(所定範囲にない場合)は、所望の出力値演算部4の出力値が、理論的に実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。すなわち、PID制御器5によるゲイン値の補正では実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値(プロフィール)を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部4が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが相当程度小さくなるまで当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。つまり、PIDゲインには安全上や仕様上などの理由から限界値が設定されていることがあり、PIDゲイン値が該限界値を超えない範囲で所望の出力値演算部4のパラメータの値を変更するので、PIDゲインが実現可能な範囲を考慮して、所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整できる。 When at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object occurs (if it is not within a predetermined range), the output value of the desired output value calculation unit 4 is theoretically There is a possibility that the output value (profile) is practically unrealizable. That is, there is a possibility that the output value (profile) cannot be realized by correcting the gain value by the PID controller 5 . In this case, in order to suppress overshoot and undershoot, it is necessary to correct the desired output value (profile) of the controlled object to a theoretically achievable value. When the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, the larger the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function, the slower the responsiveness of the transfer function. Therefore, in order to delay the responsiveness of the transfer function until at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot becomes considerably small, the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function is increased. In other words, the PID gain may have a limit value set for reasons such as safety and specifications. Since it is changed, the desired parameter value of the output value calculator 4 can be readjusted in consideration of the range in which the PID gain can be achieved.

これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、プラント7の理論的限界を考慮しつつ、PID制御ゲインを安定的に調整でき、プラント7の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。 As a result, overshoot and undershoot of the output of the controlled object can be suppressed by readjusting the desired parameter values of the output value calculator 4 during normal operation without prior knowledge. As a result, under the operating environment, the PID control gain can be stably adjusted while considering the theoretical limit of the plant 7, and the operational efficiency and production efficiency can be improved while ensuring the reliability and stability of the plant 7. .

[実施例2]
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、又は当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
[Example 2]
In the present embodiment, a calculation unit that calculates a desired output value of the controlled object, and a difference between the desired output value (time-series signal, etc.) and the output value of the controlled object (time-series signal, etc.) is reduced. , the gain value adjustment unit that calculates the gain value of the PID controller, and the gain value newly calculated by the gain value adjustment unit is not within a predetermined range, or the newly calculated gain value is a predetermined value and a parameter changing unit for changing the parameter value of the calculating unit when the value of the parameter reaches .

特に、前記パラメータ変更部は、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値が所定範囲内となるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。 In particular, when the gain value newly calculated by the gain value adjusting section is not within the predetermined range, the parameter changing section changes the parameter value of the calculating section so that the gain value is within the predetermined range.

また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、パラメータ値を変更する。 Also, the parameter changing unit changes the parameter value so as to slow down the response of the computing unit.

また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、又は当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記伝達関数の時定数を変更する。 Further, the computing unit is represented by a transfer function, and the parameter changing unit determines whether the gain value newly computed by the gain value adjusting unit is not within a predetermined range or when the newly computed gain value is a predetermined value. is reached, change the time constant of the transfer function.

また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。 Moreover, the said control apparatus is an apparatus which controls a plant.

図1は、実施例2の制御装置1の全体の構成を示しており、実施例1と同じであるので、詳述しない。図2は、実施例2の制御装置1のシステム構成を示しており、実施例1と同じであるので、詳述しない。 FIG. 1 shows the overall configuration of a control device 1 of embodiment 2, which is the same as that of embodiment 1, and therefore will not be described in detail. FIG. 2 shows the system configuration of the control device 1 of Example 2, which is the same as that of Example 1, and therefore will not be described in detail.

図8は、制御装置1と、制御装置1に制御されるプラント7とを示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing the control device 1 and the plant 7 controlled by the control device 1. As shown in FIG.

パラメータ変更判定部3は、PID制御器ゲイン値調整部2によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、及び当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。それ以外は、実施例1と同じであるので、詳述しない。 The parameter change determination unit 3 determines whether or not the gain value newly calculated by the PID controller gain value adjustment unit 2 is within a predetermined range, and determines whether the newly calculated gain value reaches a predetermined value. At least one of the judgments of whether or not is executed, and the desired change of the parameters of the output value calculation unit 4 is permitted according to the judgment result. Other than that, since it is the same as the first embodiment, the details will not be described.

以下、各処理の詳細を説明する。 Details of each process will be described below.

<PID制御器ゲイン値調整部(図4)>
PID制御器ゲイン値調整部2は、PID制御器5のゲイン値を調整する。具体的には、図4に示す実施例1と同じであるので、詳述しない。
<PID controller gain value adjustment unit (Fig. 4)>
The PID controller gain value adjusting section 2 adjusts the gain value of the PID controller 5 . Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 4, it will not be described in detail.

<パラメータ変更判定部(図9)>
パラメータ変更判定部3は、PID制御器ゲイン値調整部2によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、及び当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。具体的には、図9に示す処理を実行する。
・下記の条件a)が成立する場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=1を出力する。一方、条件a)が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=0を出力する。
条件a) 新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かを判定する場合
Kp_new ≧ K_Kp_new_H、又は
Ki_new ≧ K_Ki_new_H、又は
Kd_new ≧ K_Kd_new_H
条件a) 新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かを判定する場合
K_Kp_new_L ≧ Kp_new、又は
Kp_new ≧ K_Kp_new_H、又は
K_Ki_new_L ≧ Ki_new、又は
Ki_new ≧ K_Ki_new_H、又は
K_Kd_new_L ≧ Kd_new、又は
Kd_new ≧ K_Kd_new_H
<Parameter change determination unit (Fig. 9)>
The parameter change determination unit 3 determines whether or not the gain value newly calculated by the PID controller gain value adjustment unit 2 is within a predetermined range, and determines whether the newly calculated gain value reaches a predetermined value. At least one of the judgments of whether or not is executed, and the desired change of the parameters of the output value calculation unit 4 is permitted according to the judgment result. Specifically, the processing shown in FIG. 9 is executed.
- When the following condition a) is established, the parameter change permission flag fp_ref=1 is output. On the other hand, if the condition a) is not satisfied, the parameter change permission flag fp_ref=0 is output.
Condition a) When judging whether or not the newly calculated gain value has reached a predetermined value
Kp_new ≥ K_Kp_new_H, or
Ki_new ≥ K_Ki_new_H, or
Kd_new ≥ K_Kd_new_H
Condition a) When judging whether or not the newly calculated gain value is within a predetermined range
K_Kp_new_L ≥ Kp_new, or
Kp_new ≥ K_Kp_new_H, or
K_Ki_new_L ≥ Ki_new, or
Ki_new ≥ K_Ki_new_H, or
K_Kd_new_L ≥ Kd_new, or
Kd_new ≥ K_Kd_new_H

<パラメータ変更部(図6)>
パラメータ変更部6は、パラメータ変更判定部3で変更が許可された場合、所望の出力値演算部4の変更パラメータ(パラメータ値)を演算する。具体的には、図6に示す実施例1と同じであるので、詳述しない。
<Parameter change unit (Fig. 6)>
When the parameter change determination unit 3 permits the change, the parameter change unit 6 calculates a change parameter (parameter value) of the desired output value calculation unit 4 . Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 6, a detailed description thereof will be omitted.

<所望の出力値演算部(図7)>
所望の出力値演算部4は、制御目標に基づいて、制御対象の出力(プラント7の温度)の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図7に示す実施例1と同じであるので、詳述しない。
<Desired output value calculator (Fig. 7)>
The desired output value calculator 4 calculates a desired profile of the output of the controlled object (the temperature of the plant 7) based on the control target. Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 7, the details will not be described.

本実施例によれば、PID制御器5のゲイン値を調整する制御装置1は、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部4と、所望の出力値演算部4によって演算された所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器5のゲイン値を調整するPID制御器ゲイン値調整部2と、前記PID制御器ゲイン値調整部2によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、又は、当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するパラメータ変更部6とからなる。また、パラメータ変更部6は、前記PID制御器ゲイン値調整部2によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値が所定範囲内となるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部6は、前記制御対象の所望の出力値演算部4の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部4は伝達関数で表され、パラメータ変更部6は、前記PID制御器ゲイン値調整部2によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、又は当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置は、プラント7を制御する装置である。 According to this embodiment, the control device 1 that adjusts the gain value of the PID controller 5 includes a desired output value calculator 4 that calculates a desired output value of the controlled object, and a desired output value calculator 4 that calculates PID controller gain value adjustment for adjusting the gain value of the PID controller 5 so that the difference between the desired output value (time-series signal, etc.) and the output value (time-series signal, etc.) of the controlled object is reduced If the gain value newly calculated by the PID controller gain value adjusting unit 2 is not within a predetermined range, or if the newly calculated gain value reaches a predetermined value, a desired output value It comprises a parameter changing unit 6 for changing the parameter values of the computing unit 4 . Further, when the gain value newly calculated by the PID controller gain value adjusting unit 2 is not within the predetermined range, the parameter changing unit 6 adjusts the desired output value calculating unit so that the gain value is within the predetermined range. Change the parameter value of 4. Further, the parameter changer 6 changes the parameter value of the desired output value calculator 4 so that the desired output value calculator 4 to be controlled slows down in response. Further, the desired output value calculation unit 4 is represented by a transfer function, and the parameter change unit 6 detects when the gain value newly calculated by the PID controller gain value adjustment unit 2 is not within a predetermined range, or when the new gain value When the calculated gain value reaches a predetermined value, the time constant of the transfer function is changed. Also, the control device is a device for controlling the plant 7 .

前記PID制御器ゲイン値調整部2によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、又は当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、所望の出力値演算部4の出力値が、制御システムの仕様上、現実に実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。すなわち、PID制御器5によるゲイン値の補正では実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。この場合、前記ゲイン値を適正化するために、制御対象の所望の出力値(プロフィール)を現実に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部4が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、ゲイン値が適正化される(例えば所定範囲内になる)まで、当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。 When the gain value newly calculated by the PID controller gain value adjusting unit 2 is not within the predetermined range, or when the newly calculated gain value reaches a predetermined value, the output of the desired output value calculating unit 4 The value may be an output value (profile) that cannot actually be realized due to the specifications of the control system. That is, there is a possibility that the output value (profile) cannot be realized by correcting the gain value by the PID controller 5 . In this case, in order to optimize the gain value, it is necessary to correct the desired output value (profile) of the controlled object to a value that can actually be achieved. When the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, the larger the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function, the slower the responsiveness of the transfer function. Therefore, the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function is increased in order to delay the responsiveness of the transfer function until the gain value is optimized (for example, within a predetermined range).

これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整することによって、ゲイン値を適正化できる。その結果、稼働環境下で、プラント7の理論的限界を考慮しつつ、PID制御ゲインを安定的に調整でき、プラント7の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。 As a result, the gain value can be optimized by readjusting the desired parameter value of the output value calculator 4 during normal operation without prior knowledge. As a result, under the operating environment, the PID control gain can be stably adjusted while considering the theoretical limit of the plant 7, and the operational efficiency and production efficiency can be improved while ensuring the reliability and stability of the plant 7. .

[実施例3]
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
[Example 3]
In the present embodiment, a calculation unit that calculates a desired output value of the controlled object, and a difference between the desired output value (time-series signal, etc.) and the output value of the controlled object (time-series signal, etc.) is reduced. Thus, a gain value adjustment unit that adjusts the gain value of the PID controller, and if at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the calculation unit and a parameter changer for changing the parameter values of the controller.

特に、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。 In particular, when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit changes the desired output value and the output value of the controlled object. The parameter value of the calculation unit is changed so that the difference between .

また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。 Further, the parameter changing unit changes the parameter value of the calculating unit so that the responsiveness of the calculating unit becomes slow.

また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。 Also, the computing unit is represented by a transfer function, and the parameter changing unit is configured to change the transfer function change the time constant of

また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。 Moreover, the said control apparatus is an apparatus which controls a plant.

図1は、実施例3の制御装置1の全体の構成を示しており、実施例1と同じであるので、詳述しない。図2は、実施例3の制御装置1のシステム構成を示しており、実施例1と同じであるので、詳述しない。 FIG. 1 shows the overall configuration of a control device 1 of embodiment 3, which is the same as that of embodiment 1, and therefore will not be described in detail. FIG. 2 shows the system configuration of the control device 1 of embodiment 3, which is the same as that of embodiment 1, and therefore will not be described in detail.

図10は、制御装置1と、制御装置1に制御されるプラント7とを示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing the control device 1 and the plant 7 controlled by the control device 1. As shown in FIG.

パラメータ変更判定部3は、PID制御器ゲイン値調整部2によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かの判定、及び評価指数(所望の出力値と制御対象の出力値との差に相当する値)が所定値以下となっているか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。それ以外は、実施例1と同じであるので、詳述しない。 The parameter change determination unit 3 determines whether or not the gain value newly calculated by the PID controller gain value adjustment unit 2 is within a predetermined range, and whether or not the newly calculated gain value reaches a predetermined value. and determining whether or not an evaluation index (a value corresponding to the difference between the desired output value and the output value of the controlled object) is equal to or less than a predetermined value, and depending on the determination result to permit the desired parameter of the output value calculator 4 to be changed. Other than that, since it is the same as the first embodiment, the details will not be described.

以下、各処理の詳細を説明する。 Details of each process will be described below.

<PID制御器ゲイン値調整部(図11)>
PID制御器ゲイン値調整部2は、PID制御器5のゲイン値を調整する。具体的には、図11に示すように、プラント温度Tdegのプロフィールと所望のプラント温度De_Tdegのプロフィールとの差が最も小さくなるように、調整後PIDゲイン暫定値を決める。得られたPID制御器5のPゲイン値、Iゲイン値、Dゲイン値の暫定値をそれぞれKp_new,Ki_new,Kd_newとする。
<PID controller gain value adjustment unit (Fig. 11)>
The PID controller gain value adjusting section 2 adjusts the gain value of the PID controller 5 . Specifically, as shown in FIG. 11, the post-adjustment PID gain provisional value is determined such that the difference between the profile of the plant temperature Tdeg and the profile of the desired plant temperature De_Tdeg is minimized. The obtained provisional values of the P-gain value, I-gain value and D-gain value of the PID controller 5 are defined as Kp_new, Ki_new and Kd_new, respectively.

プラント温度Tdegのプロフィールと所望のプラント温度De_Tdegのプロフィールとの差を評価する評価関数としては、例えば、J2=||Tdeg-De_Tdeg||であるL2ノルム、又は、J1=|Tdeg-De_Tdeg|であるL1ノルムなどがある。J1やJ2を最小化するPIDゲイン値は、例えば、IFT(Iterative Feedback Tuning)、FRIT(Fictitious Reference Iterative Tuning)などのデータ駆動制御で決定すればよく、PIDゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。最適化のための解法は、ニュートン法、ガウス=ニュートン法などの様々な方法があり、多くの参考文献があるので、ここでは詳述しない。 As an evaluation function for evaluating the difference between the profile of the plant temperature Tdeg and the desired profile of the plant temperature De_Tdeg, for example, the L2 norm of J2=||Tdeg−De_Tdeg|| or J1=|Tdeg−De_Tdeg| There are some L1 norms and so on. The PID gain value that minimizes J1 and J2 may be determined by data-driven control such as IFT (Iterative Feedback Tuning) and FRIT (Fictitious Reference Iterative Tuning). return home. There are various methods such as Newton's method, Gauss-Newton's method, etc. for optimization, and there are many references, so they will not be described in detail here.

また、PID制御器ゲイン値調整部2は、評価関数の値(J1、J2などの評価指数)を出力する。 Also, the PID controller gain value adjusting unit 2 outputs the value of the evaluation function (evaluation indexes such as J1 and J2).

なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで実行してもよい。 Note that this adjustment process may be executed either offline or online.

<パラメータ変更判定部(図12)>
パラメータ変更判定部3は、PID制御器ゲイン値調整部2によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、及び当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かの判定をの少なくとも一つ実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。具体的には、図12に示す処理を実行する。
・下記の条件a)が成立する場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=1を出力する。一方、条件a)が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=0を出力する。
条件a) 新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かを判定する場合
・fp_ref(前回値)= 0 の場合、
Kp_new ≧ K_Kp_new_H、又は
Ki_new ≧ K_Ki_new_H、又は
Kd_new ≧ K_Kd_new_H
・fp_ref(前回値)= 1 の場合、
J2 ≧ K_J2_H (又は、J1 ≧K_J1_H)
条件a) 新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かを判定する場合
・fp_ref(前回値)= 0 の場合、
K_Kp_new_L ≧ Kp_new、又は
Kp_new ≧ K_Kp_new_H、又は
K_Ki_new_L ≧ Ki_new、又は
Ki_new ≧ K_Ki_new_H、又は
K_Kd_new_L ≧ Kd_new、又は
Kd_new ≧ K_Kd_new_H
・fp_ref(前回値)= 1 の場合、
J2 ≧ K_J2_H (又は、J1 ≧ K_J1_H)
<Parameter change determination unit (Fig. 12)>
The parameter change determination unit 3 determines whether or not the gain value newly calculated by the PID controller gain value adjustment unit 2 is within a predetermined range, and determines whether the newly calculated gain value reaches a predetermined value. At least one determination of whether or not is executed, and a desired change of the parameter of the output value calculator 4 is permitted according to the determination result. Specifically, the process shown in FIG. 12 is executed.
- When the following condition a) is established, the parameter change permission flag fp_ref=1 is output. On the other hand, if the condition a) is not satisfied, the parameter change permission flag fp_ref=0 is output.
Condition a) When judging whether or not the newly calculated gain value has reached a predetermined value If fp_ref (previous value) = 0,
Kp_new ≥ K_Kp_new_H, or
Ki_new ≥ K_Ki_new_H, or
Kd_new ≥ K_Kd_new_H
・If fp_ref (previous value) = 1,
J2 ≧ K_J2_H (or J1 ≧ K_J1_H)
Condition a) When judging whether or not the newly calculated gain value is within a predetermined range If fp_ref (previous value) = 0,
K_Kp_new_L ≥ Kp_new, or
Kp_new ≥ K_Kp_new_H, or
K_Ki_new_L ≥ Ki_new, or
Ki_new ≥ K_Ki_new_H, or
K_Kd_new_L ≥ Kd_new, or
Kd_new ≥ K_Kd_new_H
・If fp_ref (previous value) = 1,
J2 ≧ K_J2_H (or J1 ≧ K_J1_H)

<パラメータ変更部(図6)>
パラメータ変更部6は、パラメータ変更判定部3で変更が許可された場合、所望の出力値演算部4の変更パラメータ(パラメータ値)を演算する。具体的には、図6に示す実施例1と同じであるので、詳述しない。
<Parameter change unit (Fig. 6)>
When the parameter change determination unit 3 permits the change, the parameter change unit 6 calculates a change parameter (parameter value) of the desired output value calculation unit 4 . Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 6, a detailed description thereof will be omitted.

<所望の出力値演算部(図7)>
所望の出力値演算部4は、制御目標に基づいて、制御対象の出力(プラント7の温度)の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図7に示す実施例1と同じであるので、詳述しない。
<Desired output value calculator (Fig. 7)>
The desired output value calculator 4 calculates a desired profile of the output of the controlled object (the temperature of the plant 7) based on the control target. Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 7, the details will not be described.

本実施例によれば、PID制御器5のゲイン値を調整する制御装置1は、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部4と、所望の出力値演算部4によって演算された所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器5のゲイン値を調整するPID制御器ゲイン値調整部2と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するパラメータ変更部6とからなる。また、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部6は、前記演算部の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、前記演算部は伝達関数で表され、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置は、プラント7を制御する装置である。 According to this embodiment, the control device 1 that adjusts the gain value of the PID controller 5 includes a desired output value calculator 4 that calculates a desired output value of the controlled object, and a desired output value calculator 4 that calculates PID controller gain value adjustment for adjusting the gain value of the PID controller 5 so that the difference between the desired output value (time-series signal, etc.) and the output value (time-series signal, etc.) of the controlled object is reduced and a parameter changing unit 6 for changing the parameter value of the desired output value calculating unit 4 when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range. Consists of Further, when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit 6 changes the desired output value and the output value of the controlled object. The desired parameter value of the output value calculator 4 is changed so that the difference between . Moreover, the parameter changer 6 changes the desired parameter value of the output value calculator 4 so that the responsiveness of the calculator is slowed down. Further, the computing unit is represented by a transfer function, and the parameter changing unit 6 is configured to change the transfer function change the time constant of Also, the control device is a device for controlling the plant 7 .

前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき(所定範囲にない場合)は、所望の出力値演算部4の出力値が、理論的に実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。すなわち、PID制御器5によるゲイン値の補正では実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値(プロフィール)を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部4が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が相当程度小さくなるまで、当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。 When at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object occurs (if it is not within a predetermined range), the output value of the desired output value calculation unit 4 is theoretically There is a possibility that the output value (profile) is practically unrealizable. That is, there is a possibility that the output value (profile) cannot be realized by correcting the gain value by the PID controller 5 . In this case, in order to suppress overshoot and undershoot, it is necessary to correct the desired output value (profile) of the controlled object to a theoretically achievable value. When the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, the larger the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function, the slower the responsiveness of the transfer function. Therefore, in order to delay the responsiveness of the transfer function until the difference between the desired output value and the output value of the controlled object becomes considerably small, the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function is increased.

これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、プラント7の理論的限界を考慮しつつ、PID制御ゲインを安定的に調整でき、プラント7の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。 As a result, overshoot and undershoot of the output of the controlled object can be suppressed by readjusting the desired parameter values of the output value calculator 4 during normal operation without prior knowledge. As a result, under the operating environment, the PID control gain can be stably adjusted while considering the theoretical limit of the plant 7, and the operational efficiency and production efficiency can be improved while ensuring the reliability and stability of the plant 7. .

[実施例4]
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
[Example 4]
In the present embodiment, a calculation unit that calculates a desired output value of the controlled object, and a difference between the desired output value (time-series signal, etc.) and the output value of the controlled object (time-series signal, etc.) is reduced. Thus, a gain value adjustment unit that adjusts the gain value of the PID controller, and if at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the calculation unit and a parameter changer for changing the parameter values of the controller.

また、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように(小さくなるように)、前記演算部のパラメータ値を変更する。 In addition, when at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit sets at least one of the overshoot amount and the undershoot amount to a predetermined value. Change the parameter value of the computing unit so that it falls within the range (becomes smaller).

また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。 Further, the parameter changing unit changes the parameter value of the calculating unit so that the responsiveness of the calculating unit becomes slow.

特に、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の次数を変更する。 In particular, the computing unit is represented by a transfer function, and the parameter changing unit changes the transfer function change the order of

また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。 Moreover, the said control apparatus is an apparatus which controls a plant.

図1は、実施例4の制御装置1の全体の構成を示しており、実施例1と同じであるので、詳述しない。図2は、実施例4の制御装置1のシステム構成を示しており、実施例1と同じであるので、詳述しない。図3は、実施例4の制御装置1と、制御装置1に制御されるプラント7を示しているが、実施例1と同じであるので、詳述しない。 FIG. 1 shows the overall configuration of a control device 1 of embodiment 4, which is the same as that of embodiment 1, and therefore will not be described in detail. FIG. 2 shows the system configuration of the control device 1 of embodiment 4, which is the same as that of embodiment 1, and therefore will not be described in detail. FIG. 3 shows the control device 1 of Example 4 and the plant 7 controlled by the control device 1, but since it is the same as Example 1, it will not be described in detail.

以下、各処理の詳細を説明する。 Details of each process will be described below.

<PID制御器ゲイン値調整部(図4)>
PID制御器ゲイン値調整部2は、PID制御器5のゲイン値を調整する。具体的には、図4に示す実施例1と同じであるので、詳述しない。
<PID controller gain value adjustment unit (Fig. 4)>
The PID controller gain value adjusting section 2 adjusts the gain value of the PID controller 5 . Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 4, it will not be described in detail.

<パラメータ変更判定部(図5)>
パラメータ変更判定部3は、PID制御器ゲイン値調整部2において、新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、及び当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。具体的には、図5に示す実施例1と同じであるので、詳述しない。
<Parameter change determination unit (Fig. 5)>
The parameter change determination unit 3 determines whether or not the newly calculated gain value is within a predetermined range in the PID controller gain value adjustment unit 2, and determines whether the newly calculated gain value reaches a predetermined value. At least one of the determinations as to whether or not is performed, and the desired change of the parameters of the output value calculation unit 4 is permitted according to the determination result. Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 5, the details will not be described.

<パラメータ変更部(図13)>
パラメータ変更部6は、パラメータ変更判定部3で変更が許可された場合、所望の出力値演算部4の変更パラメータ(パラメータ値)を演算する。具体的には、図13に示す処理を実行する。
・fp_ref=1の場合、所望の出力値演算部パラメータn(伝達関数の分母次数)を
下記のように(伝達関数の分母次数nが大きくなるように)補正して、制御対象の出力の推定値の応答特性を低下する。
n=n+1
・fp_ref=0の場合、所望の出力値演算部パラメータn(伝達関数の分母次数)は、現在の値を維持する。
<Parameter changing unit (Fig. 13)>
When the parameter change determination unit 3 permits the change, the parameter change unit 6 calculates a change parameter (parameter value) of the desired output value calculation unit 4 . Specifically, the processing shown in FIG. 13 is executed.
・When fp_ref=1, the desired output value calculation unit parameter n (the denominator order of the transfer function) is corrected as follows (so that the denominator order n of the transfer function increases) to estimate the output of the controlled object. Decrease the responsiveness of the value.
n=n+1
• When fp_ref=0, the desired output value calculator parameter n (the denominator order of the transfer function) maintains its current value.

<所望の出力値演算部(図14)>
所望の出力値演算部4は、制御目標に基づいて、制御対象の出力(プラント7の温度)の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図14に示す処理を実行する。
<Desired Output Value Calculator (FIG. 14)>
The desired output value calculator 4 calculates a desired profile of the output of the controlled object (the temperature of the plant 7) based on the control target. Specifically, the processing shown in FIG. 14 is executed.

制御目標である目標プラント温度Tg_Tdegに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望のプラント温度De_Tdegのプロフィールを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。 A desired plant temperature De_Tdeg profile is calculated using, for example, a transfer function for the target plant temperature Tg_Tdeg, which is the control target. Control targets include, for example, step signals and ramp signals.

また、伝達関数のパラメータの一つである伝達関数の分母次数nは、可変とし、パラメータ変更部6で演算された値を用いるとよい。パラメータnは、伝達関数の分母多項式の次数の一つであり、nの値が大きいほど、一般的に当該伝達関数の応答性が遅い性質がある。 Also, the denominator order n of the transfer function, which is one of the parameters of the transfer function, may be variable, and the value calculated by the parameter changer 6 may be used. The parameter n is one of the degrees of the denominator polynomial of the transfer function, and generally the larger the value of n, the slower the response of the transfer function.

なお、パラメータ変更判定部3で、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合は、直ちにfp_ref=1とせず、PID制御器ゲイン値調整部2によりPIDゲイン値を再調整して、再調整されたPIDゲイン値を用いて制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、fp_ref=1としてもよい。 In addition, in the parameter change determination unit 3, if at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within the predetermined range, fp_ref is not immediately set to 1, and the PID controller gain value When the PID gain value is readjusted by the adjustment unit 2 and controlled using the readjusted PID gain value, at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and estimated value of the output of the controlled object is a predetermined value. If not in range, fp_ref=1 may be used.

本実施例によれば、PID制御器5のゲイン値を調整する制御装置1は、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部4と、所望の出力値演算部4によって演算された所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器5のゲイン値を調整するPID制御器ゲイン値調整部2と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するパラメータ変更部6とからなる。また、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内となるように(小さくなるように)、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部6は、所望の出力値演算部4の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部4は伝達関数で表され、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の次数を変更する。また、前記制御装置は、プラント7を制御する装置である。 According to this embodiment, the control device 1 that adjusts the gain value of the PID controller 5 includes a desired output value calculator 4 that calculates a desired output value of the controlled object, and a desired output value calculator 4 that calculates PID controller gain value adjustment for adjusting the gain value of the PID controller 5 so that the difference between the desired output value (time-series signal, etc.) and the output value (time-series signal, etc.) of the controlled object is reduced and a parameter changing unit 6 for changing the parameter value of the desired output value calculating unit 4 when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range. Consists of Further, when at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated output of the controlled object is not within the predetermined range, the parameter changing unit 6 determines that the overshoot amount and the undershoot amount are within the predetermined range. The desired parameter value of the output value calculator 4 is changed so as to become (become smaller). Moreover, the parameter changer 6 changes the parameter value of the desired output value calculator 4 so that the response of the desired output value calculator 4 is slowed down. Further, the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, and the parameter changer 6 determines if at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range. , to change the order of the transfer function. Also, the control device is a device for controlling the plant 7 .

前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき(所定範囲にない場合)、所望の出力値演算部4の出力値が理論的に実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。すなわち、PID制御器5のゲイン値の補正では実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値(プロフィール)を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。制御対象の所望の出力値演算部4が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における次数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが相当程度小さくなるまで当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における次数相当の値を大きくする。 When at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object occurs (if it is not within a predetermined range), the output value of the desired output value calculation unit 4 theoretically There is a possibility that the output value (profile) cannot be realized. That is, there is a possibility that the output value (profile) cannot be realized by correcting the gain value of the PID controller 5 . In this case, in order to suppress overshoot and undershoot, it is necessary to correct the desired output value (profile) of the controlled object to a theoretically achievable value. When the desired output value calculator 4 to be controlled is represented by a transfer function, the larger the value corresponding to the degree in the denominator polynomial of the transfer function, the slower the responsiveness of the transfer function. Therefore, in order to delay the responsiveness of the transfer function until at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot becomes considerably small, the value corresponding to the order of the denominator polynomial of the transfer function is increased.

これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、プラント7の理論的限界を考慮しつつ、PID制御ゲインを安定的に調整でき、プラント7の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。 As a result, overshoot and undershoot of the output of the controlled object can be suppressed by readjusting the desired parameter values of the output value calculator 4 during normal operation without prior knowledge. As a result, under the operating environment, the PID control gain can be stably adjusted while considering the theoretical limit of the plant 7, and the operational efficiency and production efficiency can be improved while ensuring the reliability and stability of the plant 7. .

[実施例5]
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
[Example 5]
In the present embodiment, a calculation unit that calculates a desired output value of the controlled object, and a difference between the desired output value (time-series signal, etc.) and the output value of the controlled object (time-series signal, etc.) is reduced. , a gain value adjusting unit that adjusts the gain value of the PID controller, and if the input value to the controlled object is not within a predetermined range, or if the input value to the controlled object reaches a predetermined value, the calculation and a parameter changing unit for changing the parameter value of the unit.

特に、前記パラメータ変更部は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、前記制御対象への入力値が所定範囲内となるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。 In particular, when the input value to the controlled object is not within a predetermined range, or when the input value to the controlled object reaches a predetermined value, the parameter changing unit determines that the input value to the controlled object is within the predetermined range. The parameter values of the calculation unit are changed so that

また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。 Further, the parameter changing unit changes the parameter value of the calculating unit so that the responsiveness of the calculating unit becomes slow.

また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、前記伝達関数の時定数を変更する。 Further, the computing unit is represented by a transfer function, and the parameter changing unit changes the transmission Change the time constant of the function.

また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。 Moreover, the said control apparatus is an apparatus which controls a plant.

図1は、実施例5の制御装置1の全体の構成を示しており、実施例1と同じであるので、詳述しない。図2は、実施例5の制御装置1のシステム構成を示しており、実施例1と同じであるので、詳述しない。 FIG. 1 shows the overall configuration of a control device 1 of embodiment 5, which is the same as that of embodiment 1, and therefore will not be described in detail. FIG. 2 shows the system configuration of the control device 1 of embodiment 5, which is the same as that of embodiment 1, and therefore will not be described in detail.

図15は、制御装置1と、制御装置1に制御されるプラント7とを示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing the control device 1 and the plant 7 controlled by the control device 1. As shown in FIG.

パラメータ変更判定部3は、PID制御器5の出力(制御対象への入力)である操作量が所定範囲にあるか否かの判定、及び前記ゲイン値が所定値に達したか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。それ以外は、実施例1と同じであるので、詳述しない。 The parameter change determination unit 3 determines whether the manipulated variable, which is the output of the PID controller 5 (input to the controlled object), is within a predetermined range, and determines whether the gain value has reached a predetermined value. at least one of is executed, and the change of the desired parameter of the output value calculation unit 4 is permitted according to the determination result. Other than that, since it is the same as the first embodiment, the details will not be described.

以下、各処理の詳細を説明する。 Details of each process will be described below.

<PID制御器ゲイン値調整部(図4)>
PID制御器ゲイン値調整部2は、PID制御器5のゲイン値を調整する。具体的には、図4に示す実施例1と同じであるので、詳述しない。
<PID controller gain value adjustment unit (Fig. 4)>
The PID controller gain value adjusting section 2 adjusts the gain value of the PID controller 5 . Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 4, it will not be described in detail.

<パラメータ変更判定部(図16)>
パラメータ変更判定部3は、PID制御器5の出力(制御対象への入力)である操作量が所定範囲にあるか否かの判定、及び前記ゲイン値が所定値に達したか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。具体的には、図16に示す処理を実行する。
・下記の条件a)が成立する場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=1を出力する。一方、条件a)が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=0を出力する。
条件a)
Tg_VO≧K_Tg_VO_H
<Parameter change determination unit (Fig. 16)>
The parameter change determination unit 3 determines whether the manipulated variable, which is the output of the PID controller 5 (input to the controlled object), is within a predetermined range, and determines whether the gain value has reached a predetermined value. at least one of is executed, and the change of the desired parameter of the output value calculation unit 4 is permitted according to the determination result. Specifically, the processing shown in FIG. 16 is executed.
- When the following condition a) is established, the parameter change permission flag fp_ref=1 is output. On the other hand, if the condition a) is not satisfied, the parameter change permission flag fp_ref=0 is output.
Condition a)
Tg_VO≧K_Tg_VO_H

なお、PID制御器5の出力であるTg_VO(目標バルブ開度)ではなく、PID制御器5で演算されるP分、I分、D分のそれぞれに対して、所定範囲にあるか否かで判定してもよい。また、制御対象への入力は、PID制御器5の出力である目標バルブ開度だけでなく、目標燃料流量、実バルブ開度、燃料流量などの制御対象への入力情報でもよい。 It should be noted that it is not Tg_VO (target valve opening degree) which is the output of the PID controller 5, but whether or not each of P, I and D calculated by the PID controller 5 is within a predetermined range. You can judge. The input to the controlled object may be not only the target valve opening, which is the output of the PID controller 5, but also input information to the controlled object such as the target fuel flow rate, the actual valve opening degree, and the fuel flow rate.

<パラメータ変更部(図6)>
パラメータ変更部6は、パラメータ変更判定部3で変更が許可された場合、所望の出力値演算部4の変更パラメータ(パラメータ値)を演算する。具体的には、図6に示す実施例1と同じであるので、詳述しない。
<Parameter change unit (Fig. 6)>
When the parameter change determination unit 3 permits the change, the parameter change unit 6 calculates a change parameter (parameter value) of the desired output value calculation unit 4 . Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 6, a detailed description thereof will be omitted.

<所望の出力値演算部(図7)>
所望の出力値演算部4は、制御目標に基づいて、制御対象の出力(プラント7の温度)の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図7に示す実施例1と同じであるので、詳述しない。
<Desired output value calculator (Fig. 7)>
The desired output value calculator 4 calculates a desired profile of the output of the controlled object (the temperature of the plant 7) based on the control target. Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 7, the details will not be described.

本実施例によれば、PID制御器5のゲイン値を調整する制御装置1は、制御対象(プラント7)の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部4と、所望の出力値演算部4によって演算された所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器5のゲイン値を調整するPID制御器ゲイン値調整部2と、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するパラメータ変更部6とからなる。また、パラメータ変更部6は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、前記制御対象への入力値が所定範囲内となるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部6は、所望の出力値演算部4の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部4は伝達関数で表され、パラメータ変更部6は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置1は、プラント7を制御する装置である。 According to this embodiment, the control device 1 that adjusts the gain value of the PID controller 5 includes the desired output value calculator 4 that calculates the desired output value of the controlled object (plant 7), and the desired output value calculator PID control for adjusting the gain value of the PID controller 5 so that the difference between the desired output value (time-series signal, etc.) calculated by the unit 4 and the output value (time-series signal, etc.) of the controlled object becomes small. If the input value to the controlled object is not within a predetermined range or if the input value to the controlled object reaches a predetermined value, the device gain value adjustment unit 2 and the parameter value of the desired output value calculation unit 4 are changed. and a parameter changing unit 6 for Further, when the input value to the controlled object is not within the predetermined range, or when the input value to the controlled object reaches the predetermined value, the parameter changing unit 6 determines that the input value to the controlled object is within the predetermined range. The parameter value of the desired output value calculator 4 is changed so that Moreover, the parameter changer 6 changes the parameter value of the desired output value calculator 4 so that the response of the desired output value calculator 4 is slowed down. Further, the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, and the parameter changer 6 changes when the input value to the controlled object is not within a predetermined range or when the input value to the controlled object reaches a predetermined value. If so, change the time constant of the transfer function. Also, the control device 1 is a device for controlling the plant 7 .

前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、所望の出力値演算部4の出力値が、制御システムの仕様上、現実に実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。すなわち、操作量などの制御対象への入力値が実現不可能な出力値(プロフィール)となっている可能性がある。この場合、制御対象への入力値を適正化するために、前記制御対象の所望の出力値(プロフィール)を現実に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部4が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、ゲイン値を適正化される(例えば所定範囲内になる)まで、当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。つまり、制御対象への入力値には安全上や仕様上などの理由から限界値が設定されていることがあり、入力値が該限界値を超えない範囲で所望の出力値演算部4のパラメータの値を変更するので、稼働環境下で制御対象の安全性や仕様上の制約を考慮して、所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整できる。 When the input value to the controlled object is not within a predetermined range, or when the input value to the controlled object reaches a predetermined value, the desired output value of the output value calculation unit 4 is actually There is a possibility that the output value (profile) cannot be realized. That is, there is a possibility that the input value to the controlled object such as the manipulated variable becomes an unrealizable output value (profile). In this case, in order to optimize the input value to the controlled object, it is necessary to correct the desired output value (profile) of the controlled object to a value that can actually be achieved. When the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, the larger the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function, the slower the responsiveness of the transfer function. Therefore, the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function is increased in order to delay the responsiveness of the transfer function until the gain value is optimized (for example, within a predetermined range). In other words, a limit value may be set for the input value to the controlled object for reasons such as safety and specifications. is changed, the desired parameter value of the output value calculator 4 can be readjusted in consideration of the safety of the controlled object under operating environment and restrictions on specifications.

これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整することによって、操作量などの制御対象への入力値を適正化できる。その結果、稼働環境下で、プラント7の理論的限界を考慮しつつ、PID制御ゲインを安定的に調整でき、プラント7の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。 As a result, by readjusting the desired parameter value of the output value calculation unit 4 during normal operation without prior knowledge, it is possible to optimize the input value to the controlled object such as the manipulated variable. As a result, under the operating environment, the PID control gain can be stably adjusted while considering the theoretical limit of the plant 7, and the operational efficiency and production efficiency can be improved while ensuring the reliability and stability of the plant 7. .

[実施例6]
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
[Example 6]
In the present embodiment, a calculation unit that calculates a desired output value of the controlled object, and a difference between the desired output value (time-series signal, etc.) and the output value of the controlled object (time-series signal, etc.) is reduced. Thus, a gain value adjustment unit that adjusts the gain value of the PID controller, and if at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the calculation unit and a parameter changer for changing the parameter values of the controller.

また、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように(小さくなるように)、前記演算部のパラメータ値を変更する。 In addition, when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit sets at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot to The parameter value of the calculation unit is changed so as to be within a predetermined range (become smaller).

また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。 Further, the parameter changing unit changes the parameter value of the calculating unit so that the responsiveness of the calculating unit becomes slow.

また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する Also, the computing unit is represented by a transfer function, and the parameter changing unit is configured to change the transfer function change the time constant of

特に、前記制御装置は、自動運転車を制御する装置である。 In particular, said control device is a device for controlling an autonomous vehicle.

図1は、実施例6の制御装置1の全体の構成を示しており、実施例1と同じであるので、詳述しない。図2は、実施例6の制御装置1のシステム構成を示しており、実施例1と同じであるので詳述しない。 FIG. 1 shows the overall configuration of a control device 1 of embodiment 6, which is the same as that of embodiment 1, and therefore will not be described in detail. FIG. 2 shows the system configuration of the control device 1 of embodiment 6, which is the same as that of embodiment 1, and therefore will not be described in detail.

図17は、制御装置1と、制御装置1に制御される自動運転車8とを示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing the control device 1 and the self-driving vehicle 8 controlled by the control device 1. As shown in FIG.

パラメータ変更判定部3は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。PID制御器5は、自動運転車8の運動を制御するための操作量(例えば、目標速度、目標回転角速度)を演算する。 The parameter change determination unit 3 performs at least one of determining whether the overshoot amount of the output from the controlled object is within a predetermined range and determining whether the undershoot amount is within the predetermined range. Depending on the result, the desired parameter of the output value calculator 4 is permitted to be changed. The PID controller 5 calculates a manipulated variable (for example, target speed, target rotational angular velocity) for controlling motion of the self-driving vehicle 8 .

以下、各処理の詳細を説明する。 Details of each process will be described below.

<PID制御器ゲイン値調整部(図18)>
PID制御器ゲイン値調整部2は、PID制御器5のゲイン値を調整する。具体的には、図18に示すように、速度VSPのプロフィールと所望の速度De_VSPのプロフィールとの差が最も小さくなるように、調整後PIDゲイン暫定値を決める。得られたPID制御器5のPゲイン値、Iゲイン値、Dゲイン値の暫定値をそれぞれKp_new,Ki_new_tmp,Kd_newとする。
<PID controller gain value adjustment unit (Fig. 18)>
The PID controller gain value adjusting section 2 adjusts the gain value of the PID controller 5 . Specifically, as shown in FIG. 18, the post-adjustment PID gain provisional value is determined such that the difference between the velocity VSP profile and the desired velocity De_VSP profile is minimized. The obtained provisional values of the P gain value, I gain value, and D gain value of the PID controller 5 are defined as Kp_new, Ki_new_tmp, and Kd_new, respectively.

速度VSPのプロフィールと所望の速度De_VSPのプロフィールとの差を評価する評価関数としては、例えば、J2=||VSP-De_VSP||であるL2ノルム、又は、J1=|VSP-De_VSP|であるL1ノルムなどがある。J1やJ2を最小化するPIDゲイン値は、例えば、IFT(Iterative Feedback Tuning)、FRIT(Fictitious Reference Iterative Tuning)などのデータ駆動制御で決定すればよく、PIDゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。最適化のための解法は、ニュートン法、ガウス=ニュートン法などの様々な方法があり、多くの参考文献があるので、ここでは詳述しない。 As an evaluation function for evaluating the difference between the velocity VSP profile and the desired velocity De_VSP profile, for example, the L2 norm that is J2=||VSP−De_VSP|| or the L1 norm that is J1=|VSP−De_VSP| Norm, etc. The PID gain value that minimizes J1 and J2 may be determined by data-driven control such as IFT (Iterative Feedback Tuning) and FRIT (Fictitious Reference Iterative Tuning). return home. There are various methods such as Newton's method, Gauss-Newton's method, etc. for optimization, and there are many references, so they will not be described in detail here.

なお、本最適化処理は、オフライン、オンラインのどちらで実行してもよい。 Note that this optimization process may be executed either offline or online.

<パラメータ変更判定部(図19)>
パラメータ変更判定部3は、制御対象からの出力のオーバーシュート量の判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。具体的には、図19に示す処理を実行する。
・下記の条件a)が成立する場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=1を出力する。一方、条件a)が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=0を出力する。
条件a)
VSPのオーバーシュート量がK_VSP_O1以上、又は、
VSPのアンダーシュート量がK_VSP_U1以上
<Parameter change determination unit (Fig. 19)>
The parameter change determination unit 3 performs at least one of determination of the overshoot amount of the output from the controlled object and determination of whether the undershoot amount is within a predetermined range, and depending on the determination result, the desired output Permission to change the parameters of the value calculator 4 is permitted. Specifically, the process shown in FIG. 19 is executed.
- When the following condition a) is established, the parameter change permission flag fp_ref=1 is output. On the other hand, if the condition a) is not satisfied, the parameter change permission flag fp_ref=0 is output.
Condition a)
VSP overshoot amount is K_VSP_O1 or more, or
VSP undershoot amount is K_VSP_U1 or more

<パラメータ変更部(図6)>
パラメータ変更部6は、パラメータ変更判定部3で変更が許可された場合、所望の出力値演算部4の変更パラメータ(パラメータ値)を演算する。具体的には、図6に示す実施例1と同じであるので詳述しない。
<Parameter change unit (Fig. 6)>
When the parameter change determination unit 3 permits the change, the parameter change unit 6 calculates a change parameter (parameter value) of the desired output value calculation unit 4 . Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 6, the detailed description is omitted.

<所望の出力値演算部(図20)>
所望の出力値演算部4は、制御目標に基づいて、制御対象の出力(自動運転車8の速度)の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図20に示す処理を実行する。
<Desired Output Value Calculator (FIG. 20)>
The desired output value calculator 4 calculates a desired profile of the output of the controlled object (the speed of the automatic driving vehicle 8) based on the control target. Specifically, the processing shown in FIG. 20 is executed.

制御目標である目標速度Tg_VSPに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の速度De_VSPのプロフィールを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。 For target speed Tg_VSP, which is a control target, a desired speed De_VSP profile is calculated using, for example, a transfer function. Control targets include, for example, step signals and ramp signals.

また、伝達関数のパラメータの一つであるb1は、可変とし、パラメータ変更部6で演算された値を用いるとよい。パラメータb1は、伝達関数の分母多項式の係数の一つであり、b1の値が大きいほど、当該伝達関数の応答性が遅い性質がある。 Also, b1, which is one of the parameters of the transfer function, is variable, and the value calculated by the parameter changer 6 is preferably used. The parameter b1 is one of the coefficients of the denominator polynomial of the transfer function, and the larger the value of b1, the slower the response of the transfer function.

なお、パラメータ変更判定部3で、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合は、直ちにfp_ref=1とせず、PID制御器ゲイン値調整部2によりPIDゲイン値を再調整して、再調整されたPIDゲイン値を用いて制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、fp_ref=1してもよい。 In addition, in the parameter change determination unit 3, if at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within the predetermined range, fp_ref is not immediately set to 1, and the PID controller gain value When the PID gain value is readjusted by the adjustment unit 2 and controlled using the readjusted PID gain value, at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and estimated value of the output of the controlled object is a predetermined value. If not in range, fp_ref=1 may be used .

本実施例によれば、PID制御器5のゲイン値を調整する制御装置1は、制御対象(自動運転車8)の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部4と、所望の出力値演算部4によって演算された所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器5のゲイン値を調整するPID制御器ゲイン値調整部2と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するパラメータ変更部6とからなる。また、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように(小さくなるように)、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部6は、所望の出力値演算部4の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部4は伝達関数で表され、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置は、自動運転車8を制御する装置である。 According to the present embodiment, the control device 1 that adjusts the gain value of the PID controller 5 includes a desired output value calculation unit 4 that calculates a desired output value of the controlled object (self-driving vehicle 8), and a desired output The gain value of the PID controller 5 is adjusted so that the difference between the desired output value (time-series signal, etc.) calculated by the value calculator 4 and the output value (time-series signal, etc.) of the controlled object becomes small. If at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter value of the desired output value calculation unit 4 is changed. and a parameter changing unit 6 to be changed. Further, when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit 6 determines that at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot is The parameter value of the desired output value calculator 4 is changed so as to be within the predetermined range (to be smaller). Moreover, the parameter changer 6 changes the parameter value of the desired output value calculator 4 so that the response of the desired output value calculator 4 is slowed down. Further, the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, and the parameter changer 6 determines if at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range. , to change the time constant of the transfer function. Further, the control device is a device that controls the automatic driving vehicle 8 .

前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき(所定範囲にない場合)は、所望の出力値演算部4の出力値が、理論的に実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。すなわち、PID制御器5によるゲイン値の補正では実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値(プロフィール)を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部4が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが相当程度小さくなるまで当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。 When at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object occurs (if it is not within a predetermined range), the output value of the desired output value calculation unit 4 is theoretically There is a possibility that the output value (profile) is practically unrealizable. That is, there is a possibility that the output value (profile) cannot be realized by correcting the gain value by the PID controller 5 . In this case, in order to suppress overshoot and undershoot, it is necessary to correct the desired output value (profile) of the controlled object to a theoretically achievable value. When the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, the larger the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function, the slower the responsiveness of the transfer function. Therefore, in order to delay the responsiveness of the transfer function until at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot becomes considerably small, the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function is increased.

これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、自動運転車8の運動の理論的限界を考慮しつつ、PID制御ゲインを安定的に調整でき、自動運転車8の信頼性や安定性を確保しつつ、運転性やエネルギー効率を向上できる。 As a result, overshoot and undershoot of the output of the controlled object can be suppressed by readjusting the desired parameter values of the output value calculator 4 during normal operation without prior knowledge. As a result, under the operating environment, the PID control gain can be stably adjusted while considering the theoretical limit of the motion of the automatic driving vehicle 8, and the reliability and stability of the automatic driving vehicle 8 can be ensured. and energy efficiency.

[実施例7]
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
[Example 7]
In the present embodiment, a calculation unit that calculates a desired output value of the controlled object, and a difference between the desired output value (time-series signal, etc.) and the output value of the controlled object (time-series signal, etc.) is reduced. Thus, a gain value adjustment unit that adjusts the gain value of the PID controller, and if at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the calculation unit and a parameter changer for changing the parameter values of the controller.

また、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように(小さくなるように)、前記演算部のパラメータ値を変更する。 In addition, when at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit sets at least one of the overshoot amount and the undershoot amount to a predetermined value. Change the parameter value of the computing unit so that it falls within the range (becomes smaller).

また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。 Further, the parameter changing unit changes the parameter value of the calculating unit so that the responsiveness of the calculating unit becomes slow.

また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する Also, the computing unit is represented by a transfer function, and the parameter changing unit is configured to change the transfer function change the time constant of

特に、前記制御装置は、ロボットを制御する装置である。 In particular, said control device is a device for controlling a robot.

図1は、実施例7の制御装置1の全体の構成を示しており、実施例1と同じであるので、詳述しない。図2は、実施例7の制御装置1のシステム構成を示しており、実施例1と同じであるので詳述しない。 FIG. 1 shows the overall configuration of a control device 1 of embodiment 7, which is the same as that of embodiment 1, and therefore will not be described in detail. FIG. 2 shows the system configuration of the control device 1 of Embodiment 7, which is the same as that of Embodiment 1, and therefore will not be described in detail.

図21は、制御装置1と、制御装置1に制御されるロボット9とを示す図である。 FIG. 21 is a diagram showing the control device 1 and the robot 9 controlled by the control device 1. As shown in FIG.

パラメータ変更判定部3は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。PID制御器5は、ロボット9の運動を制御するための操作量(例えば、角度、速度、トルク)を演算する。 The parameter change determination unit 3 performs at least one of determining whether the overshoot amount of the output from the controlled object is within a predetermined range and determining whether the undershoot amount is within the predetermined range. Depending on the result, the desired parameter of the output value calculator 4 is permitted to be changed. The PID controller 5 calculates manipulated variables (for example, angle, speed, torque) for controlling motion of the robot 9 .

以下、各処理の詳細を説明する。 Details of each process will be described below.

<PID制御器ゲイン値調整部(図22)>
PID制御器ゲイン値調整部2は、PID制御器5のゲイン値を調整する。具体的には、図22に示すように、位置POSのプロフィールと所望の位置De_POSのプロフィールとの差が最も小さくなるように、調整後PIDゲイン暫定値を決める。得られたPID制御器5のPゲイン値、Iゲイン値、Dゲイン値の暫定値をそれぞれKp_new,Ki_new,Kd_newとする。
<PID controller gain value adjustment unit (Fig. 22)>
The PID controller gain value adjusting section 2 adjusts the gain value of the PID controller 5 . Specifically, as shown in FIG. 22, the post-adjustment PID gain provisional value is determined such that the difference between the profile of the position POS and the profile of the desired position De_POS is minimized. The obtained provisional values of the P-gain value, I-gain value and D-gain value of the PID controller 5 are defined as Kp_new, Ki_new and Kd_new, respectively.

位置POSのプロフィールと所望の位置De_POSのプロフィールとの差を評価する評価関数としては、例えば、J2=||POS-De_POS||であるL2ノルム、又は、J1=|POS-De_POS|であるL1ノルムなどがある。J1やJ2を最小化するPIDゲイン値は、例えば、IFT(Iterative Feedback Tuning)、FRIT(Fictitious Reference Iterative Tuning)などのデータ駆動制御で決定すればよく、PIDゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。最適化のための解法は、ニュートン法、ガウス=ニュートン法などの様々な方法があり、多くの参考文献があるので、ここでは詳述しない。 As an evaluation function for evaluating the difference between the profile of the position POS and the profile of the desired position De_POS, for example, the L2 norm that is J2=||POS-De_POS|| or the L1 norm that is J1=|POS-De_POS| Norm, etc. The PID gain value that minimizes J1 and J2 may be determined by data-driven control such as IFT (Iterative Feedback Tuning) and FRIT (Fictitious Reference Iterative Tuning). return home. There are various methods such as Newton's method, Gauss-Newton's method, etc. for optimization, and there are many references, so they will not be described in detail here.

なお、本最適化処理は、オフライン、オンラインのどちらで実行してもよい。 Note that this optimization process may be executed either offline or online.

<パラメータ変更判定部(図23)>
パラメータ変更判定部3は、制御対象からの出力のオーバーシュート量の判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。具体的には、図23に示す処理を実行する。
・下記の条件a)が成立する場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=1を出力する。一方、条件a)が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=0を出力する。
条件a)
POSのオーバーシュート量がK_POS_O1以上、又は、
POSのアンダーシュート量がK_POS_U1以上
<Parameter change determination unit (Fig. 23)>
The parameter change determination unit 3 performs at least one of determination of the overshoot amount of the output from the controlled object and determination of whether the undershoot amount is within a predetermined range, and depending on the determination result, the desired output Permission to change the parameters of the value calculator 4 is permitted. Specifically, the process shown in FIG. 23 is executed.
- When the following condition a) is established, the parameter change permission flag fp_ref=1 is output. On the other hand, if the condition a) is not satisfied, the parameter change permission flag fp_ref=0 is output.
Condition a)
POS overshoot amount is greater than or equal to K_POS_O1, or
POS undershoot amount is more than K_POS_U1

<パラメータ変更部(図6)>
パラメータ変更部6は、パラメータ変更判定部3で変更が許可された場合、所望の出力値演算部4の変更パラメータ(パラメータ値)を演算する。具体的には、図6に示す実施例1と同じであるので詳述しない。
<Parameter change unit (Fig. 6)>
When the parameter change determination unit 3 permits the change, the parameter change unit 6 calculates a change parameter (parameter value) of the desired output value calculation unit 4 . Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 6, the detailed description is omitted.

<所望の出力値演算部(図24)>
所望の出力値演算部4は、制御目標に基づいて、制御対象の出力(ロボット9の位置)の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図24に示す処理を実行する。
<Desired output value calculator (Fig. 24)>
The desired output value calculator 4 calculates a desired profile of the output of the controlled object (the position of the robot 9) based on the control target. Specifically, the processing shown in FIG. 24 is executed.

制御目標である目標位置Tg_POSに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の位置De_POSを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。 A desired position De_POS is calculated using, for example, a transfer function with respect to the target position Tg_POS, which is the control target. Control targets include, for example, step signals and ramp signals.

また、伝達関数のパラメータの一つであるb1は、可変とし、パラメータ変更部6で演算された値を用いるとよい。パラメータb1は、伝達関数の分母多項式の係数の一つであり、b1の値が大きいほど、当該伝達関数の応答性が遅い性質がある。 Also, b1, which is one of the parameters of the transfer function, is variable, and the value calculated by the parameter changer 6 is preferably used. The parameter b1 is one of the coefficients of the denominator polynomial of the transfer function, and the larger the value of b1, the slower the response of the transfer function.

なお、パラメータ変更判定部3で、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合は、直ちにfp_ref=1とせず、PID制御器ゲイン値調整部2によりPIDゲイン値を再調整して、再調整されたPIDゲイン値を用いて制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、fp_ref=1としてもよい。 In addition, in the parameter change determination unit 3, if at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within the predetermined range, fp_ref is not immediately set to 1, and the PID controller gain value When the PID gain value is readjusted by the adjustment unit 2 and controlled using the readjusted PID gain value, at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and estimated value of the output of the controlled object is a predetermined value. If not in range, fp_ref=1 may be used.

本実施例によれば、PID制御器5のゲイン値を調整する制御装置1は、制御対象(ロボット9)の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部4と、所望の出力値演算部4によって演算された所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器5のゲイン値を調整するPID制御器ゲイン値調整部2と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するパラメータ変更部6とからなる。また、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように(小さくなるように)、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部6は、所望の出力値演算部4の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部4は伝達関数で表され、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置は、ロボット9を制御する装置である。 According to this embodiment, the control device 1 that adjusts the gain value of the PID controller 5 includes the desired output value calculator 4 that calculates the desired output value of the controlled object (robot 9), and the desired output value calculator PID control for adjusting the gain value of the PID controller 5 so that the difference between the desired output value (time-series signal, etc.) calculated by the unit 4 and the output value (time-series signal, etc.) of the controlled object becomes small. If at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter value of the desired output value calculation unit 4 is changed. and a parameter changing unit 6 . Further, when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit 6 changes at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot. The parameter value of the desired output value calculator 4 is changed so that the two are within a predetermined range (become smaller). Moreover, the parameter changer 6 changes the parameter value of the desired output value calculator 4 so that the response of the desired output value calculator 4 is slowed down. Further, the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, and the parameter changer 6 determines if at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range. , to change the time constant of the transfer function. Also, the control device is a device for controlling the robot 9 .

前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき(所定範囲にない場合)は、所望の出力値演算部4の出力値が、理論的に実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。すなわち、PID制御器5によるゲイン値の補正では実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値(プロフィール)を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部4が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが相当程度小さくなるまで当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。 When at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object occurs (if it is not within a predetermined range), the output value of the desired output value calculation unit 4 is theoretically There is a possibility that the output value (profile) is practically unrealizable. That is, there is a possibility that the output value (profile) cannot be realized by correcting the gain value by the PID controller 5 . In this case, in order to suppress overshoot and undershoot, it is necessary to correct the desired output value (profile) of the controlled object to a theoretically achievable value. When the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, the larger the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function, the slower the responsiveness of the transfer function. Therefore, in order to delay the responsiveness of the transfer function until at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot becomes considerably small, the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function is increased.

これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、ロボット9の動作の理論的限界を考慮しつつ、PID制御ゲインを安定的に調整でき、ロボット9の信頼性や安定性を確保しつつ、作業性やエネルギー効率を向上できる。 As a result, overshoot and undershoot of the output of the controlled object can be suppressed by readjusting the desired parameter values of the output value calculator 4 during normal operation without prior knowledge. As a result, under the operating environment, the PID control gain can be stably adjusted while considering the theoretical limit of the operation of the robot 9, and workability and energy efficiency can be improved while ensuring the reliability and stability of the robot 9. can improve.

[実施例8]
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
[Example 8]
In the present embodiment, a calculation unit that calculates a desired output value of the controlled object, and a difference between the desired output value (time-series signal, etc.) and the output value of the controlled object (time-series signal, etc.) is reduced. Thus, a gain value adjustment unit that adjusts the gain value of the PID controller, and if at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the calculation unit and a parameter changer for changing the parameter values of the controller.

また、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように(小さくなるように)、前記演算部のパラメータ値を変更する。 In addition, when at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit sets at least one of the overshoot amount and the undershoot amount to a predetermined value. Change the parameter value of the computing unit so that it falls within the range (becomes smaller).

また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。 Further, the parameter changing unit changes the parameter value of the calculating unit so that the responsiveness of the calculating unit becomes slow.

また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する Also, the computing unit is represented by a transfer function, and the parameter changing unit is configured to change the transfer function change the time constant of

特に、前記制御装置は、ドローンなどの飛行体を制御する装置である。 In particular, the control device is a device that controls a flying object such as a drone.

図1は、実施例8の制御装置1の全体の構成を示しており、実施例1と同じであるので、詳述しない。図2は、実施例8の制御装置1のシステム構成を示しており、実施例1と同じであるので詳述しない。 FIG. 1 shows the overall configuration of a control device 1 of embodiment 8, which is the same as that of embodiment 1, and therefore will not be described in detail. FIG. 2 shows the system configuration of the control device 1 of the eighth embodiment, which is the same as that of the first embodiment and will not be described in detail.

図25は、制御装置1と、制御装置1に制御されるドローン10とを示す図である。 FIG. 25 is a diagram showing the control device 1 and the drone 10 controlled by the control device 1. As shown in FIG.

パラメータ変更判定部3は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。PID制御器5は、ドローン10の運動を制御するための操作量(例えば、各ロータの回転速度)を演算する。 The parameter change determination unit 3 performs at least one of determining whether the overshoot amount of the output from the controlled object is within a predetermined range and determining whether the undershoot amount is within the predetermined range. Depending on the result, the desired parameter of the output value calculator 4 is permitted to be changed. The PID controller 5 calculates the manipulated variable (for example, the rotational speed of each rotor) for controlling the motion of the drone 10 .

以下、各処理の詳細を説明する。 Details of each process will be described below.

<PID制御器ゲイン値調整部(図26)>
PID制御器ゲイン値調整部2は、PID制御器5のゲイン値を調整する。具体的には、図26に示すように、飛行速度FSPのプロフィールと所望の飛行速度De_FSPのプロフィールとの差が最も小さくなるように、調整後PIDゲイン暫定値を決める。得られたPID制御器5のPゲイン値、Iゲイン値、Dゲイン値の暫定値をそれぞれKp_new,Ki_new,Kd_newとする。
<PID controller gain value adjustment unit (Fig. 26)>
The PID controller gain value adjusting section 2 adjusts the gain value of the PID controller 5 . Specifically, as shown in FIG. 26, the post-adjustment PID gain provisional value is determined such that the difference between the flight speed FSP profile and the desired flight speed De_FSP profile is minimized. The obtained provisional values of the P-gain value, I-gain value and D-gain value of the PID controller 5 are defined as Kp_new, Ki_new and Kd_new, respectively.

位置POSのプロフィールと所望の位置De_POSのプロフィールとの差を評価する評価関数としては、例えば、J2=||FSP-De_FSP||であるL2ノルム、又は、J1=|FSP-De_FSP|であるL1ノルムなどがある。J1やJ2を最小化するPIDゲイン値は、例えば、IFT(Iterative Feedback Tuning)、FRIT(Fictitious Reference Iterative Tuning)などのデータ駆動制御で決定すればよく、PIDゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。最適化のための解法は、ニュートン法、ガウス=ニュートン法などの様々な方法があり、多くの参考文献があるので、ここでは詳述しない。 As an evaluation function for evaluating the difference between the profile of the position POS and the profile of the desired position De_POS, for example, the L2 norm that is J2=||FSP-De_FSP|| or the L1 norm that is J1=|FSP-De_FSP| Norm, etc. The PID gain value that minimizes J1 and J2 may be determined by data-driven control such as IFT (Iterative Feedback Tuning) and FRIT (Fictitious Reference Iterative Tuning). return home. There are various methods such as Newton's method, Gauss-Newton's method, etc. for optimization, and there are many references, so they will not be described in detail here.

なお、本最適化処理は、オフライン、オンラインのどちらで実行してもよい。 Note that this optimization process may be executed either offline or online.

<パラメータ変更判定部(図27)>
パラメータ変更判定部3は、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にあるか否かを判定し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部4のパラメータの変更を許可する。具体的には、図27に示す処理を実行する。
・下記の条件a)が成立する場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=1を出力する。一方、条件a)が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグfp_ref=0を出力する。
条件a)
FSPのオーバーシュート量がK_FSP_O1以上、又は、
FSPのアンダーシュート量がK_FSP_U1以上
<Parameter change determination unit (Fig. 27)>
The parameter change determination unit 3 determines whether or not at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the output from the controlled object is within a predetermined range. allow changes to Specifically, the processing shown in FIG. 27 is executed.
- When the following condition a) is established, the parameter change permission flag fp_ref=1 is output. On the other hand, if the condition a) is not satisfied, the parameter change permission flag fp_ref=0 is output.
Condition a)
The overshoot amount of FSP is K_FSP_O1 or more, or
FSP undershoot amount is more than K_FSP_U1

<パラメータ変更部(図6)>
パラメータ変更部6は、パラメータ変更判定部3で変更が許可された場合、所望の出力値演算部4の変更パラメータ(パラメータ値)を演算する。具体的には、図6に示す実施例1と同じであるので詳述しない。
<Parameter change unit (Fig. 6)>
When the parameter change determination unit 3 permits the change, the parameter change unit 6 calculates a change parameter (parameter value) of the desired output value calculation unit 4 . Specifically, since it is the same as the first embodiment shown in FIG. 6, the detailed description is omitted.

<所望の出力値演算部(図28)>
所望の出力値演算部4は、制御目標に基づいて、制御対象の出力(ドローン10の飛行速度)の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図28に示す処理を実行する。
<Desired output value calculator (Fig. 28)>
The desired output value calculator 4 calculates a desired profile of the output of the controlled object (the flight speed of the drone 10) based on the control target. Specifically, the processing shown in FIG. 28 is executed.

制御目標である目標飛行速度Tg_FSPに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の位置De_FSPを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。 A desired position De_FSP is calculated using, for example, a transfer function for the target flight speed Tg_FSP, which is the control target. Control targets include, for example, step signals and ramp signals.

また、伝達関数のパラメータの一つであるb1は、可変とし、パラメータ変更部6で演算された値を用いるとよい。パラメータb1は、伝達関数の分母多項式の係数の一つであり、b1の値が大きいほど、当該伝達関数の応答性が遅い性質がある。 Also, b1, which is one of the parameters of the transfer function, is variable, and the value calculated by the parameter changer 6 is preferably used. The parameter b1 is one of the coefficients of the denominator polynomial of the transfer function, and the larger the value of b1, the slower the response of the transfer function.

なお、パラメータ変更判定部3で、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合は、直ちにfp_ref=1とせず、PID制御器ゲイン値調整部2によりPIDゲイン値を再調整して、再調整されたPIDゲイン値を用いて制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、fp_ref=1としてもよい。 In addition, in the parameter change determination unit 3, if at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within the predetermined range, fp_ref is not immediately set to 1, and the PID controller gain value When the PID gain value is readjusted by the adjustment unit 2 and controlled using the readjusted PID gain value, at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and estimated value of the output of the controlled object is a predetermined value. If not in range, fp_ref=1 may be used.

本実施例によれば、PID制御器5のゲイン値を調整する制御装置1は、制御対象(ロボット9)の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部4と、所望の出力値演算部4によって演算された所望の出力値(時系列信号など)と前記制御対象の出力値(時系列信号など)との差が小さくなるように、PID制御器5のゲイン値を調整するPID制御器ゲイン値調整部2と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所定の出力値演算部4のパラメータ値を変更するパラメータ変更部6とからなる。また、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように(小さくなるように)、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部6は、所望の出力値演算部4の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部4は伝達関数で表され、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置は、ドローン10などの飛行体を制御する装置である。 According to this embodiment, the control device 1 that adjusts the gain value of the PID controller 5 includes the desired output value calculator 4 that calculates the desired output value of the controlled object (robot 9), and the desired output value calculator PID control for adjusting the gain value of the PID controller 5 so that the difference between the desired output value (time-series signal, etc.) calculated by the unit 4 and the output value (time-series signal, etc.) of the controlled object becomes small. If at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter value of the predetermined output value calculation unit 4 is changed. and a parameter changing unit 6 . Further, when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit 6 changes at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot. The parameter value of the desired output value calculator 4 is changed so that the two are within a predetermined range (become smaller). Moreover, the parameter changer 6 changes the parameter value of the desired output value calculator 4 so that the response of the desired output value calculator 4 is slowed down. Further, the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, and the parameter changer 6 determines if at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range. , to change the time constant of the transfer function. Also, the control device is a device that controls a flying object such as the drone 10 .

前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき(所定範囲にない場合)は、所望の出力値演算部4の出力値が、理論的に実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。すなわち、PID制御器5によるゲイン値の補正では実現できない出力値(プロフィール)となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値(プロフィール)を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部4が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが相当程度小さくなるまで当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。 When at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object occurs (if it is not within a predetermined range), the output value of the desired output value calculation unit 4 is theoretically There is a possibility that the output value (profile) is practically unrealizable. That is, there is a possibility that the output value (profile) cannot be realized by correcting the gain value by the PID controller 5 . In this case, in order to suppress overshoot and undershoot, it is necessary to correct the desired output value (profile) of the controlled object to a theoretically achievable value. When the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, the larger the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function, the slower the responsiveness of the transfer function. Therefore, in order to delay the responsiveness of the transfer function until at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot becomes considerably small, the value corresponding to the time constant in the denominator polynomial of the transfer function is increased.

これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、ドローン10の飛行運動の理論的限界を考慮しつつ、PID制御ゲインを安定的に調整でき、ドローン10の信頼性や安定性を確保しつつ、運動性やエネルギー効率を向上できる。 As a result, overshoot and undershoot of the output of the controlled object can be suppressed by readjusting the desired parameter values of the output value calculator 4 during normal operation without prior knowledge. As a result, under the operating environment, the PID control gain can be stably adjusted while considering the theoretical limit of the flight motion of the drone 10, and the reliability and stability of the drone 10 can be secured while motility and energy efficiency are maintained. can be improved.

以上に説明したように、本発明の実施例によると、PID制御器5のゲイン値を調整する制御装置1は、制御対象(プラント7、自動運転車8、ロボット9、ドローン10など)の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部4と、前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、PID制御器5のゲイン値を演算するPID制御器ゲイン値調整部2と、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するパラメータ変更部6とを備え、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、及び、前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するので、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整できる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the control device 1 that adjusts the gain value of the PID controller 5 can be controlled according to the desired value of the controlled object (plant 7, automatic driving vehicle 8, robot 9, drone 10, etc.). and a PID controller gain that calculates the gain value of the PID controller 5 so that the difference between the desired output value and the output value of the controlled object is small. A value adjusting unit 2 and a parameter changing unit 6 for changing the parameter value of the desired output value calculating unit 4. The parameter changing unit 6 adjusts the overshoot amount and undershoot of the measured value and estimated value of the output of the controlled object. When at least one of the shot amounts is out of the predetermined range, or when the gain value newly calculated by the gain value adjusting section is not in the predetermined range, the gain value newly calculated by the gain value adjusting section reaches the predetermined value. If at least one of the following conditions is established: the input value to the controlled object is not within the predetermined range, or the input value to the controlled object reaches the predetermined value, the parameter of the desired output value calculation unit 4 Since the value is changed, the desired parameter value of the output value calculation unit 4 can be readjusted during normal operation without prior knowledge.

また、パラメータ変更部6は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するので、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制し、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部4のパラメータ値を再調整できる。 Further, when at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit 6 determines that at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot is Since the parameter value of the desired output value calculation unit 4 is changed so as to be within the predetermined range, overshoot and undershoot are suppressed, and the desired parameter value of the output value calculation unit 4 is obtained during normal operation without prior knowledge. You can readjust the value.

また、パラメータ変更部6は、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値が所定範囲内となるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するので、PIDゲインが実現可能な範囲を考慮して、所望の出力値演算部4のパラメータ値を設定できる。特に、PIDゲインには安全上や仕様上などの理由で限界値が設定されていることがあり、PIDゲイン値が該限界値を超えない範囲で所望の出力値演算部4のパラメータの値を変更し、稼働環境下で制御対象の安全性や仕様上の制約を考慮して、PID制御ゲインを安定して調整できる。 Further, when the gain value newly calculated by the gain value adjusting unit is not within the predetermined range, the parameter changing unit 6 changes the desired parameter value of the output value calculating unit 4 so that the gain value is within the predetermined range. is changed, a desired parameter value of the output value calculator 4 can be set in consideration of the range in which the PID gain can be realized. In particular, the PID gain may have a limit value set for reasons such as safety and specifications. The PID control gain can be stably adjusted in consideration of the safety of the controlled object and specification restrictions under the operating environment.

また、パラメータ変更部6は、所望の出力値演算部4の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するので、制御対象を所望の条件で運転できる。 Further, the parameter changing unit 6 changes the parameter value of the desired output value calculating unit 4 so that the difference between the output value of the desired output value calculating unit 4 and the output value of the controlled object becomes small. The subject can be driven under desired conditions.

また、パラメータ変更部6は、所望の出力値演算部4の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更するので、前記制御対象の出力の計測値又は推定値のオーバーシュートやアンダーシュートを抑制できる。 In addition, since the parameter changing unit 6 changes the parameter value of the calculating unit so that the responsiveness of the desired output value calculating unit 4 is slowed down, the measured value or the estimated value of the output of the controlled object may overshoot or Undershoot can be suppressed.

また、所望の出力値演算部4は、伝達関数で表されるので、制御対象に出力されるべき所望の出力値を簡単に演算できる。また、伝達関数のパラメータ値によって、所望の出力値演算部4のパラメータ値を容易に変更できる。 Further, since the desired output value calculator 4 is represented by a transfer function, it can easily calculate the desired output value to be output to the controlled object. Moreover, the desired parameter value of the output value calculator 4 can be easily changed according to the parameter value of the transfer function.

また、パラメータ変更部6は、所望の出力値演算部4のパラメータ値として、前記伝達関数の時定数を変更するので、制御対象の特性が立ち上がるまでの時間によってシステムの特性を制御できる。 Moreover, since the parameter changer 6 changes the time constant of the transfer function as a desired parameter value of the output value calculator 4, the characteristics of the system can be controlled by the time required for the characteristics of the controlled object to rise.

また、パラメータ変更部6は、所望の出力値演算部4のパラメータ値として、前記伝達関数の次数を変更するので、制御対象の動作の複雑さを制御することによってシステムの特性を制御できる。 Further, the parameter changer 6 changes the order of the transfer function as a desired parameter value of the output value calculator 4, so that the system characteristics can be controlled by controlling the complexity of the operation of the controlled object.

また、PID制御器ゲイン値調整部2は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、PIDゲイン値を再調整し、パラメータ変更部6は、前記再調整されたPIDゲイン値を用いて制御したとき、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部4のパラメータ値を変更するので、前記制御対象の出力の計測値又は推定値のオーバーシュートやアンダーシュートを抑制できる。 In addition, the PID controller gain value adjustment unit 2 readjusts the PID gain value when at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range, and the parameter When at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range when the control is performed using the readjusted PID gain value, the changing unit 6 changes the desired Since the parameter value of the output value calculator 4 is changed, overshoot and undershoot of the measured value or estimated value of the output of the controlled object can be suppressed.

また、パラメータ変更部6は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、前記制御対象への入力値が所定範囲内となるように、所望の出力値演算部4のパラメータの値を変更するので、制御対象への入力が実現可能な範囲を考慮して、所望の出力値演算部4のパラメータ値を設定できる。特に、制御対象への入力値には安全上や仕様上などの理由で限界値が設定されていることがあり、入力値が該限界値を超えない範囲で所望の出力値演算部4のパラメータの値を変更し、稼働環境下で制御対象の安全性や仕様上の制約を考慮して、PID制御ゲインを安定して調整できる。 Further, when the input value to the controlled object is not within the predetermined range, the parameter changing unit 6 changes the desired parameter value of the output value calculating unit 4 so that the input value to the controlled object is within the predetermined range. Since it is changed, a desired parameter value of the output value calculation unit 4 can be set in consideration of the range in which the input to the controlled object can be realized. In particular, a limit value may be set for the input value to the controlled object for reasons such as safety and specifications. can be changed, and the PID control gain can be stably adjusted in consideration of the safety of the controlled object and restrictions on specifications under the operating environment.

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications and equivalent configurations within the scope of the appended claims. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and the present invention is not necessarily limited to those having all the described configurations. Also, part of the configuration of one embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment. Moreover, the configuration of another embodiment may be added to the configuration of one embodiment. Further, additions, deletions, and replacements of other configurations may be made for a part of the configuration of each embodiment.

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。 In addition, each configuration, function, processing unit, processing means, etc. described above may be realized by hardware, for example, by designing a part or all of them with an integrated circuit, and the processor realizes each function. It may be realized by software by interpreting and executing a program to execute.

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に格納することができる。 Information such as programs, tables, and files that implement each function can be stored in storage devices such as memories, hard disks, SSDs (Solid State Drives), or recording media such as IC cards, SD cards, and DVDs.

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。 In addition, the control lines and information lines indicate those considered necessary for explanation, and do not necessarily indicate all the control lines and information lines necessary for mounting. In practice, it can be considered that almost all configurations are interconnected.

1 制御装置
2 PID制御器ゲイン値調整部
3 パラメータ変更判定部
4 所望の出力値演算部
5 PID制御器
6 パラメータ変更部
7 発電プラント
8 自動運転車
9 ロボット
10 ドローン
11 制御装置の記憶装置
12 制御装置のCPU
13 制御装置のROM
14 制御装置のRAM
15 制御装置のデータバス
16 制御装置の入力回路
17 制御装置の入出力ポート
18 制御装置の出力回路
1 Control device 2 PID controller gain value adjustment unit 3 Parameter change determination unit 4 Desired output value calculation unit 5 PID controller 6 Parameter change unit 7 Power plant 8 Self-driving car 9 Robot 10 Drone 11 Control device storage device 12 Control device CPU
13 ROM of control device
14 RAM of the controller
15 control device data bus 16 control device input circuit 17 control device input/output port 18 control device output circuit

Claims (12)

制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、
前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、PID制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、
前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備え、
前記パラメータ変更部は、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値を用いたとき、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値を用いたとき、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、及び、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値を用いたとき、前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
a computing unit that computes a desired output value of the controlled object;
a gain value adjustment unit that calculates a gain value of the PID controller so that the difference between the desired output value and the output value of the controlled object is small;
a parameter changing unit that changes the parameter value of the computing unit;
The parameter changing unit
When at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range when using the gain value newly calculated by the gain value adjustment unit ,
When the gain value newly calculated by the gain value adjustment unit is not within the predetermined range,
When the gain value newly calculated by the gain value adjustment unit reaches a predetermined value,
when the input value to the controlled object is not within a predetermined range when the gain value newly calculated by the gain value adjusting unit is used ; and
changing the parameter value of the computing unit when at least one of the following conditions is satisfied: when the gain value newly computed by the gain value adjusting unit is used; and when the input value to the controlled object reaches a predetermined value. A control device characterized by:
請求項1に記載の制御装置において、
前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
The control device according to claim 1,
When at least one of the overshoot amount and the undershoot amount of the measured value and the estimated output of the controlled object is not within a predetermined range, the parameter changing unit sets at least one of the overshoot amount and the undershoot amount within a predetermined range. A control device, characterized in that the parameter values of the calculation unit are changed so as to be within.
請求項1に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値が所定範囲内となるように、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
The control device according to claim 1,
When the gain value newly calculated by the gain value adjusting unit is not within a predetermined range, the parameter changing unit changes the parameter value of the calculating unit so that the gain value is within a predetermined range. control device.
請求項1に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
The control device according to claim 1,
The control device, wherein the parameter changing unit changes the parameter value of the computing unit so that a difference between the desired output value and the output value of the controlled object becomes small.
請求項1に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
The control device according to claim 1,
The control device, wherein the parameter changing unit changes the parameter value of the calculating unit so that the responsiveness of the calculating unit becomes slow.
請求項1に記載の制御装置であって、
前記演算部は、伝達関数で表されることを特徴とする制御装置。
The control device according to claim 1,
The control device, wherein the calculation unit is represented by a transfer function.
請求項6に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記演算部のパラメータ値として、前記伝達関数の時定数を変更することを特徴とする制御装置。
A control device according to claim 6,
The control device, wherein the parameter changing unit changes a time constant of the transfer function as the parameter value of the calculating unit.
請求項6に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記演算部のパラメータ値として、前記伝達関数の次数を変更することを特徴とする制御装置。
A control device according to claim 6,
The control device, wherein the parameter changing unit changes the order of the transfer function as the parameter value of the calculating unit.
請求項1に記載の制御装置であって、
前記ゲイン値調整部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、PIDゲイン値を再調整し、
前記パラメータ変更部は、前記再調整されたPIDゲイン値を用いて制御したとき、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
The control device according to claim 1,
The gain value adjustment unit readjusts the PID gain value when at least one of an overshoot amount and an undershoot amount of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range,
If at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range when the control is performed using the readjusted PID gain value, A control device, characterized in that the parameter values of the calculation unit are changed.
請求項1に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、前記制御対象への入力値が所定範囲内となるように、前記演算部のパラメータの値を変更することを特徴とする制御装置。
The control device according to claim 1,
When the input value to the controlled object is not within the predetermined range, the parameter changing unit changes the value of the parameter of the calculation unit so that the input value to the controlled object is within the predetermined range. control device.
請求項1に記載の制御装置であって、
少なくとも、プラントの温度を制御する装置、自動運転車を制御する装置、ロボットを制御する装置、及び飛行体を制御する装置のいずれかであることを特徴とする制御装置。
The control device according to claim 1,
A control device that is at least one of a device for controlling the temperature of a plant, a device for controlling an automatic driving vehicle, a device for controlling a robot, and a device for controlling an aircraft.
PID制御器を含む制御装置が制御対象機器を制御する方法であって、 A method for controlling a device to be controlled by a control device including a PID controller,
前記制御装置は、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、前記PID制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを有し、 The control device includes a computing unit that computes a desired output value of the controlled object, and computes a gain value of the PID controller so that a difference between the desired output value and the output value of the controlled object becomes small. a gain value adjustment unit and a parameter change unit for changing the parameter value of the calculation unit;
前記方法は、 The method includes:
前記演算部が、任意のパラメータ値を用いて制御対象の所望の出力値を演算し、 The calculation unit calculates a desired output value of the controlled object using an arbitrary parameter value,
前記ゲイン値調整部が、前記演算された所望の出力値を用いて、ゲイン値を演算し、 The gain value adjustment unit calculates a gain value using the calculated desired output value,
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値を用いたとき、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、 When at least one of the amount of overshoot and the amount of undershoot of the measured value and the estimated value of the output of the controlled object is not within a predetermined range when using the gain value newly calculated by the gain value adjustment unit,
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、 When the gain value newly calculated by the gain value adjustment unit is not within the predetermined range,
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、 When the gain value newly calculated by the gain value adjustment unit reaches a predetermined value,
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値を用いたとき、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、及び、 when the input value to the controlled object is not within a predetermined range when the gain value newly calculated by the gain value adjusting unit is used; and
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値を用いたとき、前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、前記パラメータ変更部が、前記演算部のパラメータ値を変更し、前記演算部に出力することを特徴とする方法。 When at least one of the following conditions is established: when the gain value newly calculated by the gain value adjusting unit is used, and when the input value to the controlled object reaches a predetermined value, the parameter changing unit changes the value of the calculating unit to A method characterized by changing a parameter value and outputting it to the calculation unit.
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