JP7388849B2 - Control parameter adjustment device and method - Google Patents

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Description

本発明は、PID等のコントローラのパラメータ調整に関する技術であり、特にリミットサイクル方式によりコントローラの制御パラメータを調整する制御パラメータ調整装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a technique for adjusting parameters of a controller such as a PID, and particularly to a control parameter adjusting device and method for adjusting control parameters of a controller using a limit cycle method.

PIDコントローラのPIDパラメータの調整は、通常の場合、コントローラ自体が備えるオートチューニング(AT)機能により簡易に行なわれる。このAT機能の代表的な手法には、操作量MVを2位置(OH_AT,OL_AT)に予め設定し、これによりリミットサイクルを発生させるリミットサイクル方式がある(特許文献1参照)。 Adjustment of PID parameters of a PID controller is normally easily performed using an auto-tuning (AT) function provided in the controller itself. A typical method for this AT function is a limit cycle method in which the manipulated variable MV is preset at two positions (OH_AT, OL_AT) and a limit cycle is thereby generated (see Patent Document 1).

以下、リミットサイクル方式について簡単に説明する。図15は従来のリミットサイクル方式を説明するための波形図、図16は従来のリミットサイクル方式の処理の流れを説明するフローチャートである。ただし、説明を簡素化するため、リミットサイクルの切換点としては、PID制御を実行する際の設定値SPを用いるが、リミットサイクルの切換点が設定値SPであることは必須ではない。 The limit cycle method will be briefly explained below. FIG. 15 is a waveform diagram for explaining the conventional limit cycle method, and FIG. 16 is a flowchart for explaining the process flow of the conventional limit cycle method. However, to simplify the explanation, the setting value SP used when executing PID control is used as the limit cycle switching point, but it is not essential that the limit cycle switching point is the setting value SP.

ATの実行時には、制御量PVと設定値SPを比較し(図16ステップS300)、制御量PVが設定値SPより大きい場合、操作量MVの下限値OL_ATを制御対象に出力し(図16ステップS301)、制御量PVが設定値SP以下の場合、操作量MVの上限値OH_ATを制御対象に出力する(図16ステップS302)。 When AT is executed, the controlled variable PV and the set value SP are compared (step S300 in FIG. 16), and if the controlled variable PV is larger than the set value SP, the lower limit value OL_AT of the manipulated variable MV is output to the controlled object (step S300 in FIG. 16). S301), when the controlled variable PV is less than or equal to the set value SP, the upper limit value OH_AT of the manipulated variable MV is output to the controlled object (step S302 in FIG. 16).

次に、制御量PVの極値を検出する上下動極値検出処理を行う(図16ステップS303)。ステップS300~S303の処理を制御周期毎に行い、制御量PVの極値を4つ検出すると、上下動極値の検出完了となる。ここで、設定値SPと制御量PVとの偏差Erは次式により得られる。
Er=SP-PV ・・・(1)
Next, vertical movement extreme value detection processing is performed to detect the extreme value of the control amount PV (step S303 in FIG. 16). The processes of steps S300 to S303 are performed for each control period, and when four extreme values of the control amount PV are detected, the detection of vertical extreme values is completed. Here, the deviation Er between the set value SP and the control amount PV is obtained by the following equation.
Er=SP-PV...(1)

そして、図15に示すように、検出した4つの極値のうち、最新の極値における偏差を第1の極値偏差Er1、2番目に新しい極値における偏差を第2の極値偏差Er2、3番目に新しい極値における偏差を第3の極値偏差Er3とする。また、第1の極値偏差Er1の直前に偏差Erの正負が逆転した時刻t5から第1の極値偏差Er1が得られた時刻t6までの時間を第1の操作量切換経過時間Th1とし、また、第2の極値偏差Er2の直前に偏差Erの正負が逆転した時刻t3から第2の極値偏差Er2が得られた時刻t4までの時間を第2の操作量切換経過時間Th2とする。 As shown in FIG. 15, among the four extreme values detected, the deviation at the latest extreme value is the first extreme value deviation Er1, the deviation at the second newest extreme value is the second extreme value deviation Er2, The deviation at the third newest extreme value is defined as a third extreme value deviation Er3. Further, the time from time t5 when the polarity of the deviation Er is reversed immediately before the first extreme value deviation Er1 to time t6 when the first extreme value deviation Er1 is obtained is defined as the first manipulated variable switching elapsed time Th1, Further, the time from time t3 when the polarity of the deviation Er is reversed immediately before the second extreme value deviation Er2 to time t4 when the second extreme value deviation Er2 is obtained is defined as the second manipulated variable switching elapsed time Th2. .

最後に、比例帯Pb、積分時間Ti及び微分時間TdからなるPIDパラメータを次式のように算出し、算出したPIDパラメータをコントローラに設定する(図16ステップS304)。
Pb=250.0|Er2-Er1|/(OH_AT-OL_AT) ・・・(2)
Ti=6.0(Th1+Th2) ・・・(3)
Td=1.2(Th1+Th2) ・・・(4)
以上で、ATが終了する。
Finally, a PID parameter consisting of the proportional band Pb, integral time Ti, and differential time Td is calculated as shown in the following equation, and the calculated PID parameter is set in the controller (step S304 in FIG. 16).
Pb=250.0 |Er2-Er1|/(OH_AT-OL_AT)...(2)
Ti=6.0(Th1+Th2)...(3)
Td=1.2(Th1+Th2)...(4)
With this, AT ends.

前述のように、予め内部に設定された2位置操作量(OH_AT,OL_AT)によりATを実行するコントローラがある。市販されているコントローラの多くは、実際の制御中に利用する操作量上限値OHと操作量下限値OLをそのまま2位置操作量として利用する。通常は、OH=100%,OL=0%ということが多く、ゆえにAT時の2位置操作量は、OH_AT=100%,OL_AT=0%のようになることが多い。 As described above, there is a controller that executes AT using two-position operation amounts (OH_AT, OL_AT) that are set internally in advance. Many commercially available controllers use the manipulated variable upper limit value OH and manipulated variable lower limit value OL used during actual control as two-position manipulated variables. Normally, OH=100% and OL=0%, so the two-position operation amounts during AT are often OH_AT=100% and OL_AT=0%.

温度制御において保温性の高い制御対象では、設定値SP付近に制御量PVを維持するために必要な操作量MVは、概ねMV=20%以下というようにかなり低い。この状況でOH_AT=100%の設定のままMV=0%~100%のATを実行すると、温度上昇が速くて温度下降が遅い(保温性が高くて冷え難い)ので、ATに多大な時間を要するという問題が生じる(図17)。図17に示した例では、制御対象の保温性が高く冷え難いため、AT中に操作量上限値OH_ATが出力される時間T_OHに比べて、操作量下限値OL_ATが出力される時間T_OLが長いことが分かる。 In a controlled object with high heat retention in temperature control, the manipulated variable MV required to maintain the controlled variable PV near the set value SP is quite low, approximately MV=20% or less. In this situation, if you perform AT from MV = 0% to 100% with the setting of OH_AT = 100%, the temperature will rise quickly and fall slowly (high heat retention and difficult to cool down), so you will spend a lot of time on AT. The problem arises that it is necessary (FIG. 17). In the example shown in FIG. 17, since the controlled object has high heat retention and does not easily cool down, the time T_OL during which the manipulated variable lower limit value OL_AT is output is longer than the time T_OH during which the manipulated variable upper limit value OH_AT is output. I understand that.

このような問題については、実際の制御中に利用する操作量上限値OHと操作量下限値OLをAT時の2位置操作量として利用する場合に限らず、予め内部で設定された2位置操作量(OH_AT,OL_AT)が、図17と同様に不適切な波形を与えるものに該当してしまえば、同様の問題が生じる。問題の対処方法としては、ATが不適切であると判断できる専門家が、記録計などを用いてAT時の制御量PVの動きを見ることによって、操作量上限値OHと操作量下限値OLを適切な値に変更して、ATを再実行するしかなかった。したがって、多くの場合にATが不適切であることが見逃されてしまう可能性があった。 Regarding this kind of problem, it is not limited to the case where the operation amount upper limit value OH and operation amount lower limit value OL used during actual control are used as the two-position operation amount during AT, but also when the two-position operation set internally in advance If the quantities (OH_AT, OL_AT) correspond to those that give an inappropriate waveform as in FIG. 17, a similar problem will occur. The way to deal with this problem is for an expert who can determine that AT is inappropriate to use a recorder or the like to observe the movement of the control amount PV during AT, and to determine the operation amount upper limit OH and operation amount lower limit OL. The only option was to change the value to an appropriate value and rerun AT. Therefore, there is a possibility that the inappropriateness of AT may be overlooked in many cases.

そこで、リミットサイクル方式によるAT時の2位置操作量(OH_AT,OL_AT)のバランスが不適切な場合に、適切なバランスになる2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を自動的に算出し、適切なバランスの2位置操作量(OH_AT,OL_AT)によるATを自動的に再実行するAT方法が提案されている(特許文献2参照)。 Therefore, if the balance of the 2-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT) during AT using the limit cycle method is inappropriate, the 2-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT) that will achieve an appropriate balance are automatically calculated, and the appropriate balance is determined. An AT method has been proposed in which AT is automatically re-executed using two-position balance operation amounts (OH_AT, OL_AT) (see Patent Document 2).

以下、特許文献2に開示された方法についてその要点を説明する。リミットサイクル方式によるAT時の2位置操作量(OH_AT,OL_AT)のバランスが不適切な場合、AT波形は図17のようになる。 The main points of the method disclosed in Patent Document 2 will be explained below. If the balance between the two-position operation amounts (OH_AT, OL_AT) during AT using the limit cycle method is inappropriate, the AT waveform will be as shown in FIG. 17.

例えば、温度制御において温度上昇が速くて温度下降が遅い場合、操作量MV=OL_ATで温度下降中に操作量MV=OH_ATが出力されると、急勾配で温度上昇が始まるため、温度PVが設定値SPを下回る時間は短い。すなわち、温度PVが設定値SPを超えた時点で操作量MV=OL_ATに切り換わるので、操作量MV=OH_ATが出力される時間は相対的に短時間になる。また、急勾配での温度上昇に伴い、温度PVは設定値SPを大きく超える。すなわち、温度PVが設定値SPを上回る量(偏差Er1)の絶対値は相対的に大きくなる。 For example, in temperature control, if the temperature rises quickly and the temperature drops slowly, if the manipulated variable MV=OL_AT and the manipulated variable MV=OH_AT is output while the temperature is decreasing, the temperature will start to rise at a steep slope, so the temperature PV will be set. The time period during which the value falls below the value SP is short. That is, since the manipulated variable MV=OL_AT is switched when the temperature PV exceeds the set value SP, the time during which the manipulated variable MV=OH_AT is output becomes relatively short. Further, as the temperature rises at a steep slope, the temperature PV greatly exceeds the set value SP. That is, the absolute value of the amount by which the temperature PV exceeds the set value SP (deviation Er1) becomes relatively large.

一方、温度下降は緩い勾配になるため、温度PVが設定値SPに戻るまでには時間がかかり、温度PVが設定値SPを上回る時間は長くなる。温度PVが設定値SPを上回っている間は操作量MV=OL_ATになっており、操作量MV=OL_ATが出力される時間は相対的に長時間になる。また、温度下降は緩い勾配であるため、温度PVが設定値SPを下回る量(偏差Er2)の絶対値は相対的に小さくなる。 On the other hand, since the temperature decreases at a gentle slope, it takes time for the temperature PV to return to the set value SP, and the time for the temperature PV to exceed the set value SP becomes longer. While the temperature PV exceeds the set value SP, the manipulated variable MV=OL_AT is maintained, and the time during which the manipulated variable MV=OL_AT is output is relatively long. Furthermore, since the temperature decreases at a gentle slope, the absolute value of the amount by which the temperature PV falls below the set value SP (deviation Er2) becomes relatively small.

上記の例では、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)のOH_ATがOL_ATに比べて相対的に高過ぎることにより、バランスが不適切な状態になっている。ゆえに、偏差の絶対値の比率RE=|Er2|/|Er1|が特定の閾値以下であれば、操作量OH_ATが相対的に高過ぎると判定できる。逆に、比率RE=|Er2|/|Er1|が別の特定の閾値以上であれば、操作量OL_ATが相対的に低過ぎると判定できる。なお、極値偏差Er1が極大値で、極値偏差Er2が極小値の場合は、RE=|Er2|/|Er1|とするが、極値偏差Er1が極小値で、極値偏差Er2が極大値の場合は、RE=|Er1|/|Er2|とする。RE=|Er1|/|Er2|とした場合でも、等価な判定が可能であることは言うまでもない。 In the above example, the balance is inappropriate because OH_AT of the two-position operation amounts (OH_AT, OL_AT) is relatively too high compared to OL_AT. Therefore, if the ratio of absolute values of deviations RE=|Er2|/|Er1| is less than or equal to a specific threshold value, it can be determined that the manipulated variable OH_AT is relatively too high. Conversely, if the ratio RE=|Er2|/|Er1| is equal to or higher than another specific threshold value, it can be determined that the manipulated variable OL_AT is relatively too low. If the extreme value deviation Er1 is the local maximum value and the extreme value deviation Er2 is the local minimum value, RE=|Er2|/|Er1|, but if the extreme value deviation Er1 is the local minimum value and the extreme value deviation Er2 is the local maximum value, then RE=|Er2|/|Er1| In the case of a value, RE=|Er1|/|Er2|. It goes without saying that equivalent determination is possible even when RE=|Er1|/|Er2|.

比率REのアンバランスな分だけ、リニアな関係を想定して2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を修正することは可能であり、より適切な2位置操作量(OH_AT,OL_AT)が次式にて算出可能である。
OL_AT_new=OL_AT+(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ・・・(5)
OH_AT_new=OH_AT+(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ・・・(6)
It is possible to correct the 2-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT) by assuming a linear relationship by the unbalanced ratio RE, and a more appropriate 2-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) can be calculated using the following formula. It can be calculated by
OL_AT_new=OL_AT+(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ...(5)
OH_AT_new=OH_AT+(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ...(6)

特許文献2に開示された方法では、例えばRE>1.0の場合に、式(5)により操作量下限値OL_ATを修正し、操作量上限値OH_ATは修正しない。逆にRE<1.0の場合に、式(6)により操作量上限値OH_ATを修正し、操作量下限値OL_ATは修正しない。RE=1.0の場合は、操作量下限値OL_AT、操作量上限値OH_ATのどちらも修正しない。 In the method disclosed in Patent Document 2, for example, when RE>1.0, the manipulated variable lower limit value OL_AT is corrected using equation (5), but the manipulated variable upper limit value OH_AT is not corrected. Conversely, when RE<1.0, the manipulated variable upper limit value OH_AT is modified according to equation (6), but the manipulated variable lower limit value OL_AT is not modified. When RE=1.0, neither the manipulated variable lower limit value OL_AT nor the manipulated variable upper limit value OH_AT is corrected.

以上のように、特許文献2に開示された方法によれば、適切なバランスになる2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を自動的に算出し、適切なバランスの2位置操作量(OH_AT,OL_AT)によるATを自動的に再実行することができるが、AT自体は実質的にやり直しになるので、AT実行時間(完了までの所要時間)が長くなるという課題があり、改善が求められている。 As described above, according to the method disclosed in Patent Document 2, the two-position operation amounts (OH_AT, OL_AT) that provide an appropriate balance are automatically calculated, and the two-position operation amounts (OH_AT, OL_AT) that provide an appropriate balance are automatically calculated. ) can be automatically re-executed, but since the AT itself is essentially redone, there is a problem that the AT execution time (time required to complete) becomes longer, and improvements are needed. .

特開2003-330504号公報Japanese Patent Application Publication No. 2003-330504 特許第4546437号公報Patent No. 4546437

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リミットサイクル方式のAT実行時間を短縮することができる制御パラメータ調整装置および方法を提供することを目的とする。 The present invention was made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a control parameter adjustment device and method that can shorten the AT execution time of the limit cycle method.

本発明は、コントローラの制御パラメータを設定するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えた制御パラメータ調整装置において、予め設定された上限値の操作量と下限値の操作量とを交互に制御対象に出力するように構成されたリミットサイクルオートチューニング演算部と、制御の設定値と制御量との偏差のうち、前記操作量の出力によって生じた前記制御量の最初の2つの極値のそれぞれにおける前記偏差の絶対値の比率を算出するように構成された比率算出部と、前記上限値または前記下限値の修正量の補正係数を設定するように構成された補正係数設定部と、前記比率と前記補正係数とに基づいて、前記上限値または前記下限値の適切と推測される値を算出して、前記上限値または前記下限値を算出した値に修正するように構成された修正部とを備え、前記補正係数は、1より小さい値に設定されており、前記リミットサイクルオートチューニング演算部は、前記上限値または前記下限値が修正された後の前記制御量の応答に基づいて前記コントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定することを特徴とするものである The present invention is a control parameter adjusting device equipped with a limit cycle auto-tuning function for setting control parameters of a controller, which alternately outputs a preset upper limit manipulated variable and a lower limit manipulated variable to a controlled object. A limit cycle auto-tuning calculation unit configured as shown in FIG. a ratio calculation unit configured to calculate a ratio of absolute values; a correction coefficient setting unit configured to set a correction coefficient for a correction amount of the upper limit value or the lower limit value; and a correction coefficient setting unit configured to calculate the ratio and the correction coefficient. a correction unit configured to calculate a value estimated to be appropriate for the upper limit value or the lower limit value based on the above, and correct the upper limit value or the lower limit value to the calculated value , The correction coefficient is set to a value smaller than 1, and the limit cycle autotuning calculation unit adjusts the control parameters of the controller based on the response of the control amount after the upper limit value or the lower limit value is corrected. The method is characterized in that the calculated control parameters are calculated and set in the controller .

また、本発明は、リミットサイクル方式によりコントローラの制御パラメータを設定する制御パラメータ調整方法において、予め設定された上限値の操作量と下限値の操作量とを交互に制御対象に出力する第1のステップと、制御の設定値と制御量との偏差のうち、前記操作量の出力によって生じた前記制御量の最初の2つの極値のそれぞれにおける前記偏差の絶対値の比率を算出する第2のステップと、前記比率と、前記上限値または前記下限値の修正量の補正係数とに基づいて、前記上限値または前記下限値の適切と推測される値を算出して、前記上限値または前記下限値を算出した値に修正する第3のステップと、前記上限値または前記下限値が修正された後の前記制御量の応答に基づいて前記コントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定する第4のステップとを含み、前記補正係数は、1より小さい値に設定されていることを特徴とするものである。 Further, the present invention provides a control parameter adjustment method for setting control parameters of a controller using a limit cycle method, in which a first control method that alternately outputs a preset upper limit manipulated variable and a lower limit manipulated variable to a controlled object is provided. step, and a second step that calculates the ratio of the absolute value of the deviation at each of the first two extreme values of the controlled variable caused by the output of the manipulated variable among the deviations between the control set value and the controlled variable. step, the ratio , and a correction coefficient for the amount of correction of the upper limit value or the lower limit value, calculate a value that is estimated to be appropriate for the upper limit value or the lower limit value, and a third step of correcting the value to the calculated value; calculating a control parameter of the controller based on the response of the control amount after the upper limit value or the lower limit value is corrected; and a fourth step of setting the correction coefficient in the controller, and the correction coefficient is set to a value smaller than 1 .

本発明によれば、リミットサイクルの最初の上下動で検出される2つの極値偏差の絶対値の比率を算出して、この比率に基づいて2位置操作量を修正することにより、修正後の2位置操作量で制御量の適正な上下動が迅速に得られるようになるので、AT実行時間を短縮することができる。 According to the present invention, by calculating the ratio of the absolute values of the two extreme value deviations detected in the first vertical movement of the limit cycle and correcting the two-position manipulated variable based on this ratio, the corrected Since an appropriate vertical movement of the controlled variable can be quickly obtained with the two-position manipulated variable, the AT execution time can be shortened.

また、本発明では、2つの極値偏差の絶対値の比率と、補正係数とに基づいて2位置操作量を修正することにより、2位置操作量の修正誤差を補正することができ、制御対象の次数が高次の場合であってもATの精度の低下を防ぐことができる。 Further, in the present invention, by correcting the two-position manipulated variable based on the ratio of the absolute values of two extreme value deviations and the correction coefficient, it is possible to correct the correction error of the two-position manipulated variable, and Even when the order of is high, it is possible to prevent the accuracy of AT from decreasing.

図1は、AT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 1 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable and the controlled variable during AT execution. 図2は、本発明の参考例に係る制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a control parameter adjustment device according to a reference example of the present invention. 図3は、本発明の参考例に係る制御パラメータ調整装置が調整対象とするコントローラの構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a controller to be adjusted by a control parameter adjustment device according to a reference example of the present invention. 図4は、本発明の参考例に係る制御パラメータ調整装置のAT実行時の動作を説明するフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the control parameter adjustment device according to the reference example of the present invention when performing AT. 図5は、従来のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable and the controlled variable during conventional AT execution. 図6は、従来のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram illustrating an example of changes in the operation amount and control amount during conventional AT execution. 図7は、本発明の参考例のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable and the controlled variable during AT execution according to the reference example of the present invention. 図8は、本発明の参考例のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 8 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable and the controlled variable during AT execution according to the reference example of the present invention. 図9は、本発明の実施例に係る制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of a control parameter adjustment device according to an embodiment of the present invention . 図10は、本発明の実施例に係る制御パラメータ調整装置のAT実行時の動作を説明するフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation of the control parameter adjustment device according to the embodiment of the present invention when performing AT. 図11は、高次の制御対象の場合に発生する2位置操作量の修正誤差について説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a correction error of the two-position manipulated variable that occurs in the case of a high-order controlled object. 図12は、本発明の実施例のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable and the controlled variable during AT execution according to the embodiment of the present invention. 図13は、本発明の実施例のAT実行時の操作量と制御量の変化の1例を示す波形図である。FIG. 13 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable and the controlled variable during AT execution according to the embodiment of the present invention. 図14は、本発明の参考例および実施例に係る制御パラメータ調整装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram showing an example of the configuration of a computer that implements the control parameter adjustment device according to the reference example and the embodiment of the present invention. 図15は、従来のリミットサイクル方式を説明するための波形図である。FIG. 15 is a waveform diagram for explaining the conventional limit cycle method. 図16は、従来のリミットサイクル方式の処理の流れを説明するフローチャートである。FIG. 16 is a flowchart illustrating the process flow of the conventional limit cycle method. 図17は、従来のリミットサイクル方式の問題点を説明するための波形図である。FIG. 17 is a waveform diagram for explaining the problems of the conventional limit cycle method.

[発明の原理]
リミットサイクルを再実行とする慎重な処理の必要性の背景には、リミットサイクルが安定するまでに制御量PVの何回かの上下動が必要という認識がある。制御量PVの最初の上下動は、AT開始時の条件次第で、例えば図1のように大きめの上下動になることもあれば、小さめの上下動になることもある。特に2位置操作量(OH_AT,OL_AT)のバランスが不適切な場合、最初の上下動はほぼ確実に妥当性のない上下動が現れる。すなわち、AT開始時の制御量PVの最初の極値(極大値、極小値)は信頼性が低い。
[Principle of the invention]
The reason behind the need for careful processing of re-executing the limit cycle is the recognition that the control amount PV needs to move up and down several times before the limit cycle becomes stable. The initial vertical movement of the control amount PV may be a larger vertical movement as shown in FIG. 1, for example, or a smaller vertical movement, depending on the conditions at the start of AT. In particular, if the balance between the two-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT) is inappropriate, the first vertical movement will almost certainly be an invalid vertical movement. That is, the first extreme value (maximum value, minimum value) of the control amount PV at the start of AT has low reliability.

発明者は、リミットサイクルの最初の極値は信頼性が低いが、極値比RE(極大値と極小値の比率RE)については高い信頼性で現れることに着眼した。そして、発明者は、AT開始時の早い段階(例えば最初の上下動)で得られる極値比REを用いて操作量上限値OH_ATあるいは操作量下限値OL_ATを修正すれば、修正後の2位置操作量(OH_AT,OL_AT)で適正な上下動が迅速に得られるようになるので、AT実行時間を短縮できることに想到した。 The inventor has focused on the fact that the first extreme value of a limit cycle has low reliability, but the extreme value ratio RE (ratio RE between maximum value and minimum value) appears with high reliability. Then, the inventor can correct the manipulated variable upper limit value OH_AT or the manipulated variable lower limit value OL_AT using the extreme value ratio RE obtained at an early stage (for example, the first vertical movement) at the start of AT. We have come up with the idea that the AT execution time can be shortened because appropriate vertical movement can be quickly obtained with the manipulated variables (OH_AT, OL_AT).

参考例
以下、本発明の参考例について図面を参照して説明する。図2は本発明の参考例に係る制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図である。本参考例では、極値比REの分母が制御量PVの極大側(昇温により生じる極値)の偏差の絶対値、極値比REの分子が制御量PVの極小側(降温により生じる極値)の偏差の絶対値になる数式を採用する。
[ Reference example ]
Reference examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a control parameter adjustment device according to a reference example of the present invention. In this reference example , the denominator of the extreme value ratio RE is the absolute value of the deviation on the maximum side of the controlled variable PV (the extreme value caused by temperature rise), and the numerator of the extreme value ratio RE is the absolute value of the deviation on the local maximum side of the controlled variable PV (the extreme value caused by temperature decrease). Adopt a formula that is the absolute value of the deviation of the value).

制御パラメータ調整装置は、AT実行のための切換点SP(設定値SP)を取得する設定値SP取得部1と、AT実行時の制御量PVを取得する制御量PV取得部2と、AT実行のための操作量MVを出力する操作量MV出力部3と、リミットサイクルATの操作量下限値OL_ATを設定するための2位置操作量下側設定部4と、リミットサイクルATの操作量上限値OH_ATを設定するための2位置操作量上側設定部5と、操作量上限値OH_ATの操作量MVと操作量下限値OL_ATの操作量MVとを交互に出力して、操作量上限値OH_ATまたは操作量下限値OL_ATが修正された後の制御量PVの応答に基づいてコントローラのPIDパラメータを算出するリミットサイクルAT演算部6と、リミットサイクルATの起動指示命令を外部から入力しリミットサイクルAT演算部6に送る起動指示部7と、制御の設定値SPと制御量PVとの偏差のうち、操作量MVの出力によって生じた制御量PVの最初の2つの極値のそれぞれにおける偏差の絶対値の比率REを算出する比率RE算出部8と、比率REに基づいて操作量上限値OH_ATまたは操作量下限値OL_ATの適切と推測される値を算出して、操作量上限値OH_ATまたは操作量下限値OL_ATを算出した値に修正する2位置操作量修正部9とを備えている。 The control parameter adjustment device includes a set value SP acquisition unit 1 that acquires a switching point SP (set value SP) for AT execution, a control amount PV acquisition unit 2 that acquires a control amount PV during AT execution, A manipulated variable MV output section 3 that outputs the manipulated variable MV for , a two-position manipulated variable lower setting section 4 for setting the manipulated variable lower limit value OL_AT of the limit cycle AT, and a manipulated variable upper limit value of the limit cycle AT. The two-position manipulated variable upper setting section 5 for setting OH_AT alternately outputs the manipulated variable MV of the manipulated variable upper limit value OH_AT and the manipulated variable MV of the manipulated variable lower limit value OL_AT to set the manipulated variable upper limit value OH_AT or the manipulated variable upper limit value OH_AT. A limit cycle AT calculation unit 6 that calculates the PID parameter of the controller based on the response of the controlled variable PV after the quantity lower limit value OL_AT has been corrected, and a limit cycle AT calculation unit that inputs a start instruction command for the limit cycle AT from the outside. Among the deviations between the control set value SP and the controlled variable PV, the absolute value of the deviation at each of the first two extreme values of the controlled variable PV caused by the output of the manipulated variable MV is A ratio RE calculation unit 8 calculates the ratio RE, and calculates a value estimated to be appropriate for the operation amount upper limit OH_AT or the operation amount lower limit OL_AT based on the ratio RE, and calculates the operation amount upper limit OH_AT or the operation amount lower limit. A two-position operation amount correction unit 9 is provided for correcting OL_AT to the calculated value.

図3は図2の制御パラメータ調整装置が調整対象とするコントローラの構成を示すブロック図である。コントローラは、設定値SP入力部20と、制御量PV入力部21と、操作量MV出力部22と、AT後の通常の制御動作時に、設定値SPと制御量PVとの偏差に対して制御パラメータに基づくPID制御演算を行って操作量MVを算出するPID制御演算部23とを備えている。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a controller to be adjusted by the control parameter adjustment device of FIG. 2. As shown in FIG. The controller uses a set value SP input section 20, a controlled variable PV input section 21, and a manipulated variable MV output section 22 to control the deviation between the set value SP and the controlled variable PV during normal control operation after AT. It also includes a PID control calculation section 23 that calculates the manipulated variable MV by performing PID control calculation based on the parameters.

図4は制御パラメータ調整装置のAT実行時の動作を説明するフローチャートである。2位置操作量下側設定部4には、リミットサイクルATの操作量下限値OL_ATの初期値が予め設定され、2位置操作量上側設定部5には、リミットサイクルATの操作量上限値OH_ATの初期値が予め設定されている。
起動指示部7は、例えばオペレータからリミットサイクルATの起動指示命令を受けると、リミットサイクルAT演算部6に起動指示命令を送る。これにより、リミットサイクルAT演算部6が起動して、リミットサイクルATが開始される(図4ステップS100)。
FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the control parameter adjustment device when performing AT. In the 2-position manipulated variable lower setting section 4, an initial value of the manipulated variable lower limit value OL_AT of the limit cycle AT is set in advance, and in the 2-position manipulated variable upper setting section 5, the manipulated variable upper limit value OH_AT of the limit cycle AT is preset. An initial value is set in advance.
When the start instruction section 7 receives a start instruction command for the limit cycle AT from, for example, an operator, it sends the start instruction command to the limit cycle AT calculation section 6 . As a result, the limit cycle AT calculation unit 6 is activated and the limit cycle AT is started (step S100 in FIG. 4).

起動したリミットサイクルAT演算部6は、制御量PVと設定値SPを比較する(図4ステップS101)。設定値SPは、オペレータによって設定され、設定値SP取得部1を介してリミットサイクルAT演算部6に入力される。制御量PVは、図示しないセンサによって検出され、制御量PV取得部2を介してリミットサイクルAT演算部6に入力される。 The activated limit cycle AT calculation unit 6 compares the control amount PV and the set value SP (step S101 in FIG. 4). The set value SP is set by an operator and inputted to the limit cycle AT calculation unit 6 via the set value SP acquisition unit 1. The control amount PV is detected by a sensor (not shown), and is input to the limit cycle AT calculation section 6 via the control amount PV acquisition section 2.

リミットサイクルAT演算部6は、制御量PVが設定値SPより大きい場合、2位置操作量下側設定部4によって設定された操作量下限値OL_ATを操作量MVとして操作量MV出力部3に出力する(図4ステップS102)。また、リミットサイクルAT演算部6は、制御量PVが設定値SP以下の場合、2位置操作量上側設定部5によって設定された操作量上限値OH_ATを操作量MVとして操作量MV出力部3に出力する(図4ステップS103)。操作量MV出力部3は、リミットサイクルAT演算部6から出力された操作量MVを制御対象に出力する。 When the controlled variable PV is larger than the set value SP, the limit cycle AT calculation section 6 outputs the manipulated variable lower limit value OL_AT set by the 2-position manipulated variable lower setting section 4 to the manipulated variable MV output section 3 as the manipulated variable MV. (Step S102 in FIG. 4). In addition, when the controlled variable PV is less than or equal to the set value SP, the limit cycle AT calculation section 6 outputs the manipulated variable upper limit value OH_AT set by the 2-position manipulated variable upper setting section 5 as the manipulated variable MV to the manipulated variable MV output section 3. Output (step S103 in FIG. 4). The manipulated variable MV output section 3 outputs the manipulated variable MV output from the limit cycle AT calculation section 6 to the controlled object.

次に、比率RE算出部8は、AT実行中の操作量MVの出力に応じた制御量PVの最初の上下動から得られる制御量PVの2つの極値偏差を検出する(図4ステップS104)。設定値SPと制御量PVの極値との偏差である極値偏差Erは、式(1)により得られる。本参考例では、2つの極値偏差のうち、新しい方の極値における偏差を第1の極値偏差Er1x、1つ前の極値における偏差を第2の極値偏差Er2xとする。 Next, the ratio RE calculation unit 8 detects two extreme value deviations of the control amount PV obtained from the first vertical movement of the control amount PV according to the output of the manipulated variable MV during AT execution (step S104 in FIG. 4). ). The extreme value deviation Er, which is the deviation between the set value SP and the extreme value of the control amount PV, is obtained by equation (1). In this reference example , of the two extreme value deviations, the deviation at the newer extreme value is defined as the first extreme value deviation Er1x, and the deviation at the previous extreme value is defined as the second extreme value deviation Er2x.

ステップS101~S103の処理を制御周期毎に繰り返し、極値偏差Er1x,Er2xを検出できた時点で(ステップS104においてYES)、ステップS105に進む。 The processing of steps S101 to S103 is repeated every control cycle, and when the extreme value deviations Er1x and Er2x can be detected (YES in step S104), the process proceeds to step S105.

そして、比率RE算出部8は、第1の極値偏差Er1xの絶対値と第2の極値偏差Er2xの絶対値との比率REを算出する(図4ステップS105)。このとき、比率RE算出部8は、制御量PVの最初の2つの極値のうち、新しい方の極値が極大値で、1つ前の極値が極小値の場合は、次式のように極大値側の第1の極値偏差Er1xが分母になり、極小値側の第2の極値偏差Er2xが分子になるようにして比率REを算出する。
RE=|Er2x|/|Er1x| ・・・(7)
Then, the ratio RE calculation unit 8 calculates the ratio RE between the absolute value of the first extreme value deviation Er1x and the absolute value of the second extreme value deviation Er2x (step S105 in FIG. 4). At this time, if the newer extreme value of the first two extreme values of the controlled variable PV is the local maximum value and the previous extreme value is the local minimum value, the ratio RE calculation unit 8 calculates the following equation. The ratio RE is calculated such that the first extreme value deviation Er1x on the local maximum side becomes the denominator and the second extreme value deviation Er2x on the local minimum value side becomes the numerator.
RE=|Er2x|/|Er1x| ...(7)

また、比率RE算出部8は、制御量PVの最初の2つの極値のうち、新しい方の極値が極小値で、1つ前の極値が極大値の場合は、次式のように極小値側の第1の極値偏差Er1xが分子になり、極大値側の第2の極値偏差Er2xが分母になるようにして比率REを算出する。
RE=|Er1x|/|Er2x| ・・・(8)
In addition, when the newer extreme value of the first two extreme values of the control amount PV is the local minimum value and the previous extreme value is the maximum value, the ratio RE calculation unit 8 calculates The ratio RE is calculated such that the first extreme value deviation Er1x on the minimum value side becomes the numerator, and the second extreme value deviation Er2x on the local maximum side becomes the denominator.
RE=|Er1x|/|Er2x| ...(8)

次に、2位置操作量修正部9は、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の設定が適切か否かを判定する(図4ステップS106)。2位置操作量修正部9は、比率REが1より大きい場合(図4ステップS107においてYES)、操作量下限値OL_ATが不適切と判定し、次式のように操作量下限値の修正値OL_AT_newを算出し、この修正値OL_AT_newを2位置操作量下側設定部4に出力する。2位置操作量下側設定部4は、修正値OL_AT_newを操作量下限値OL_ATの新たな値としてリミットサイクルAT演算部6に設定する(図4ステップS108)。
OL_AT_new=OL_AT+(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ・・・(9)
Next, the 2-position operation amount correction unit 9 determines whether the settings of the 2-position operation amounts (OH_AT, OL_AT) are appropriate (step S106 in FIG. 4). If the ratio RE is larger than 1 (YES in step S107 in FIG. 4), the two-position manipulated variable correction unit 9 determines that the manipulated variable lower limit value OL_AT is inappropriate, and sets a modified value OL_AT_new of the manipulated variable lower limit value as shown in the following formula. is calculated, and this correction value OL_AT_new is output to the two-position manipulated variable lower side setting section 4. The 2-position manipulated variable lower setting section 4 sets the correction value OL_AT_new as a new value of the manipulated variable lower limit value OL_AT in the limit cycle AT calculation section 6 (step S108 in FIG. 4).
OL_AT_new=OL_AT+(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ...(9)

また、2位置操作量修正部9は、比率REが1より小さい場合(図4ステップS109においてYES)、操作量上限値OH_ATが不適切と判定し、次式のように操作量上限値の修正値OH_AT_newを算出し、この修正値OH_AT_newを2位置操作量上側設定部5に出力する。2位置操作量上側設定部5は、修正値OH_AT_newを操作量上限値OH_ATの新たな値としてリミットサイクルAT演算部6に設定する(図4ステップS110)。
OH_AT_new=OH_AT+(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ・・・(10)
Further, when the ratio RE is smaller than 1 (YES in step S109 in FIG. 4), the two-position manipulated variable correction unit 9 determines that the manipulated variable upper limit value OH_AT is inappropriate, and corrects the manipulated variable upper limit value as shown in the following equation. A value OH_AT_new is calculated, and this corrected value OH_AT_new is output to the two-position manipulated variable upper setting section 5. The two-position manipulated variable upper setting section 5 sets the correction value OH_AT_new as a new value of the manipulated variable upper limit value OH_AT in the limit cycle AT calculation section 6 (step S110 in FIG. 4).
OH_AT_new=OH_AT+(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ...(10)

2位置操作量修正部9は、比率REが1の場合、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の設定が適切と判定し、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を修正しない。
ステップS105~S110の処理は、極値偏差Er1x,Er2xを検出できた時点で1回だけ実行される。
When the ratio RE is 1, the 2-position manipulated variable correction unit 9 determines that the setting of the 2-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT) is appropriate, and does not modify the 2-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT).
The processing of steps S105 to S110 is executed only once when the extreme value deviations Er1x and Er2x can be detected.

2位置操作量(OH_AT,OL_AT)が修正された後も、ステップS101~S103の処理が制御周期毎に繰り返し実行され、ATが継続する。
次に、リミットサイクルAT演算部6は、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正後に制御量PVの極値を3つ検出する上下動極値検出処理を行う(図4ステップS111)。制御量PVの極値を3つ検出すると、上下動極値の検出完了となる。リミットサイクルAT演算部6は、上記のように、最新の極値における偏差を極値偏差Er1、2番目に新しい極値における偏差を極値偏差Er2、3番目に新しい極値における偏差を極値偏差Er3とする。また、リミットサイクルAT演算部6は、極値偏差Er1の直前に偏差Erの正負が逆転した時刻から極値偏差Er1が得られた時刻までの時間を操作量切換経過時間Th1とし、極値偏差Er2の直前に偏差Erの正負が逆転した時刻から極値偏差Er2が得られた時刻までの時間を操作量切換経過時間Th2とする。
Even after the two-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT) are corrected, the processes of steps S101 to S103 are repeatedly executed every control cycle, and AT continues.
Next, the limit cycle AT calculation unit 6 performs a vertical movement extreme value detection process to detect three extreme values of the control amount PV after correcting the two-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT) (step S111 in FIG. 4). When three extreme values of the control amount PV are detected, the detection of the vertical extreme values is completed. As described above, the limit cycle AT calculation unit 6 calculates the deviation at the latest extreme value as extreme value deviation Er1, the deviation at the second latest extreme value as extreme value deviation Er2, and the deviation at the third latest extreme value as extreme value deviation Er1. Let the deviation be Er3. In addition, the limit cycle AT calculation unit 6 sets the time from the time when the polarity of the deviation Er is reversed immediately before the extreme value deviation Er1 to the time when the extreme value deviation Er1 is obtained as the manipulated variable switching elapsed time Th1, and sets the extreme value deviation The time from the time when the polarity of the deviation Er is reversed immediately before Er2 to the time when the extreme value deviation Er2 is obtained is defined as the manipulated variable switching elapsed time Th2.

そして、リミットサイクルAT演算部6は、比例帯Pb、積分時間Ti及び微分時間TdからなるPIDパラメータを式(2)~式(4)により算出し、算出したPIDパラメータをコントローラに設定する(図4ステップS112)。 Then, the limit cycle AT calculation unit 6 calculates PID parameters consisting of the proportional band Pb, integral time Ti, and differential time Td using equations (2) to (4), and sets the calculated PID parameters in the controller (Fig. 4 step S112).

ステップS101~S103,S111,S112のリミットサイクルAT演算部6の処理は、例えば特許文献1、特許文献2に開示されている。PIDパラメータの算出・設定の終了により、リミットサイクルATが終了する。 The processing of the limit cycle AT calculation unit 6 in steps S101 to S103, S111, and S112 is disclosed in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2. The limit cycle AT ends upon completion of the calculation and setting of the PID parameters.

AT終了後の通常の制御動作では、コントローラのPID制御演算部23は、設定値SP入力部20から入力された設定値SPと、制御量PV入力部21から入力された制御量PVとを入力として、例えば以下の伝達関数式のようなPID制御演算を行って操作量MVを制御周期毎に算出する。
MV=(100/Pb){1+(1/Tis)+Tds}(SP-PV)
・・・(11)
式(11)において、sはラプラス演算子である。PID制御演算部23によって算出された操作量MVは、操作量MV出力部22を介して制御対象に出力される。
In the normal control operation after the AT is completed, the PID control calculation section 23 of the controller receives the set value SP input from the set value SP input section 20 and the control amount PV input from the control amount PV input section 21. For example, a PID control calculation such as the following transfer function formula is performed to calculate the manipulated variable MV for each control cycle.
MV=(100/Pb) {1+(1/Tis)+Tds}(SP-PV)
...(11)
In equation (11), s is a Laplace operator. The manipulated variable MV calculated by the PID control calculation unit 23 is output to the controlled object via the manipulated variable MV output unit 22.

図5は従来のAT実行時の操作量MVと制御量PVの変化の1例を示す波形図であり、図6は図5の拡大図である。図5、図6の例では、時刻20sec.の最初の設定値SP変更と同時にATを起動し、時刻520sec.の時点でATが終了する。そして、AT終了後の時刻800sec.の時点で設定値SPを再び変更し、コントローラによる昇温制御を行っている。 FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable MV and the controlled variable PV during conventional AT execution, and FIG. 6 is an enlarged view of FIG. 5. In the examples of FIGS. 5 and 6, the time 20 sec. AT is started at the same time as the first setting value SP is changed, and at time 520 sec. AT ends at the point in time. Then, at a time of 800 seconds after the end of AT. At the point in time, the set value SP is changed again, and the temperature increase control is performed by the controller.

図7は本参考例のAT実行時の操作量MVと制御量PVの変化の1例を示す波形図であり、図8は図7の拡大図である。図7、図8の例では、時刻20sec.の最初の設定値SP変更と同時にATを起動し、時刻470sec.の時点でATが終了する。そして、AT終了後の時刻800sec.の時点で設定値SPを再び変更し、コントローラによる昇温制御を行っている。 FIG. 7 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable MV and the controlled variable PV during AT execution in this reference example , and FIG. 8 is an enlarged view of FIG. 7. In the examples of FIGS. 7 and 8, the time 20 sec. AT is started at the same time as the first setting value SP is changed, and at time 470 sec. AT ends at the point in time. Then, at a time of 800 seconds after the end of AT. At the point in time, the set value SP is changed again, and the temperature increase control is performed by the controller.

図7、図8の例では、リミットサイクルの最初の上下動で極値偏差Er1x,Er2xが検出され、比率REが算出されたことにより、操作量上限値OH_ATが最初の100%から16.9%に修正される。その結果、図5、図6の場合と比較して、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)修正後の制御量PVの上下動時間が短縮され、AT実行時間(完了までの所要時間)が短縮されている。 In the examples shown in FIGS. 7 and 8, the extreme value deviations Er1x and Er2x are detected in the first vertical movement of the limit cycle, and the ratio RE is calculated, so that the manipulated variable upper limit value OH_AT increases from the initial 100% to 16.9 Corrected to %. As a result, compared to the cases shown in FIGS. 5 and 6, the vertical movement time of the controlled variable PV after the two-position manipulated variable (OH_AT, OL_AT) is corrected is shortened, and the AT execution time (time required to complete) is shortened. has been done.

以上のように、本参考例では、リミットサイクルの最初の上下動で検出される極値偏差Er1x,Er2xから比率REを算出して、この比率REに基づいて2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を修正することにより、修正後の2位置操作量(OH_AT,OL_AT)で制御量PVの適正な上下動が迅速に得られるようになるので、AT実行時間を短縮することができる。 As described above, in this reference example , the ratio RE is calculated from the extreme value deviations Er1x and Er2x detected in the first vertical movement of the limit cycle, and the two-position operation amounts (OH_AT, OL_AT) are calculated based on this ratio RE. By correcting , it becomes possible to quickly obtain an appropriate vertical movement of the control amount PV with the corrected two-position operation amounts (OH_AT, OL_AT), so the AT execution time can be shortened.

実施例
次に、本発明の実施例について説明する。図9は本発明の実施例に係る制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図であり、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の制御パラメータ調整装置は、設定値SP取得部1と、制御量PV取得部2と、操作量MV出力部3と、2位置操作量下側設定部4と、2位置操作量上側設定部5と、リミットサイクルAT演算部6と、起動指示部7と、比率RE算出部8と、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正量の補正係数αを設定する補正係数設定部10と、比率REと補正係数αとに基づいて操作量上限値OH_ATまたは操作量下限値OL_ATの適切と推測される値を算出して、操作量上限値OH_ATまたは操作量下限値OL_ATを算出した値に修正する2位置操作量補正付修正部11とを備えている。
[ Example ]
Next, examples of the present invention will be described. FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of a control parameter adjustment device according to an embodiment of the present invention, and the same components as in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. The control parameter adjustment device of this embodiment includes a set value SP acquisition section 1, a controlled variable PV acquisition section 2, a manipulated variable MV output section 3, a 2-position manipulated variable lower side setting section 4, and a 2-position manipulated variable upper side. The setting section 5, the limit cycle AT calculation section 6, the start instruction section 7, the ratio RE calculation section 8, and the correction coefficient setting section 10 that sets the correction coefficient α of the correction amount of the two-position operation amount (OH_AT, OL_AT). The operation amount upper limit value OH_AT or the operation amount lower limit value OL_AT is calculated by calculating a value that is estimated to be appropriate for the operation amount upper limit value OH_AT or the operation amount lower limit value OL_AT based on the ratio RE and the correction coefficient α. A correction unit 11 with two-position operation amount correction is provided.

制御パラメータ調整装置が調整対象とするコントローラについては、参考例で説明したとおりである。
図10は本実施例の制御パラメータ調整装置のAT実行時の動作を説明するフローチャートである。
設定値SP取得部1と制御量PV取得部2と操作量MV出力部3と2位置操作量下側設定部4と2位置操作量上側設定部5とリミットサイクルAT演算部6と起動指示部7と比率RE算出部8の動作(図10ステップS100~S105)は、参考例と同じである。
The controller to be adjusted by the control parameter adjustment device is as described in the reference example .
FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation of the control parameter adjustment device of this embodiment when performing AT.
Set value SP acquisition section 1, control amount PV acquisition section 2, manipulated variable MV output section 3, 2-position manipulated variable lower side setting section 4, 2-position manipulated variable upper side setting section 5, limit cycle AT calculation section 6, and start instruction section 7 and the operations of the ratio RE calculation unit 8 (steps S100 to S105 in FIG. 10) are the same as in the reference example .

補正係数設定部10には、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正量を適宜補正するための補正係数αが予め設定されている。発明者が鋭意研究した結果、比率REを用いて2位置操作量(OH_AT,OL_AT)を修正する場合、高次の制御対象などでは修正量が多めになってしまい、修正に誤差が発生することが判明した。 A correction coefficient α for appropriately correcting the correction amount of the two-position operation amounts (OH_AT, OL_AT) is set in the correction coefficient setting unit 10 in advance. As a result of intensive research by the inventor, it was found that when modifying the two-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT) using the ratio RE, the amount of modification becomes large for higher-order control targets, and errors occur in the modification. There was found.

制御パラメータ調整装置またはコントローラから出力される操作量MVに対する制御量PVの上下動は、制御対象の次数が高次になるほど、上下動の極値近傍の挙動が、図11の110で示すような直線的な挙動から、111,112で示すような曲線的な挙動へと変化する。制御量PVの極値近傍の曲線的な挙動が大きくなると、図11のΔEr2x,ΔEr1xで示すように極大側と極小側の各偏差の絶対値が異なる倍率で小さくなるので、比率REとしては偏りが大きい側(すなわち比率REが1.0から乖離する側)に影響する。したがって、2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正量が多めになる。 The vertical movement of the controlled variable PV relative to the manipulated variable MV output from the control parameter adjustment device or the controller is such that the higher the order of the controlled object, the more the behavior near the extreme value of the vertical movement becomes as shown at 110 in FIG. The linear behavior changes to curved behavior as shown at 111 and 112. When the curve-like behavior near the extreme value of the controlled variable PV becomes large, the absolute values of the deviations on the maximum side and minimum side become smaller by different magnifications, as shown by ΔEr2x and ΔEr1x in Fig. 11, so the ratio RE becomes biased. This affects the side where the ratio RE is large (that is, the side where the ratio RE deviates from 1.0). Therefore, the amount of correction of the two-position operation amounts (OH_AT, OL_AT) becomes large.

そこで、本実施例では、補正係数αとして1.0より小さい値が予め設定されている。2位置操作量補正付修正部11は、参考例と同様に2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の設定が適切か否かを判定する(図10ステップS106)。 Therefore, in this embodiment, a value smaller than 1.0 is preset as the correction coefficient α. The 2-position operation amount correction unit 11 determines whether the settings of the 2-position operation amounts (OH_AT, OL_AT) are appropriate, as in the reference example (step S106 in FIG. 10).

2位置操作量補正付修正部11は、比率REが1より大きい場合(図10ステップS107においてYES)、操作量下限値OL_ATが不適切と判定し、次式のように操作量下限値の修正値OL_AT_newを算出し、この修正値OL_AT_newを2位置操作量下側設定部4に出力する。2位置操作量下側設定部4は、修正値OL_AT_newを操作量下限値OL_ATの新たな値としてリミットサイクルAT演算部6に設定する(図10ステップS108a)。
OL_AT_new=OL_AT+α(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ・・・(12)
If the ratio RE is larger than 1 (YES in step S107 in FIG. 10), the two-position manipulated variable correction unit 11 determines that the manipulated variable lower limit value OL_AT is inappropriate, and corrects the manipulated variable lower limit value as shown in the following equation. A value OL_AT_new is calculated, and this corrected value OL_AT_new is output to the two-position manipulated variable lower side setting section 4. The 2-position manipulated variable lower setting unit 4 sets the correction value OL_AT_new as a new value of the manipulated variable lower limit value OL_AT in the limit cycle AT calculation unit 6 (step S108a in FIG. 10).
OL_AT_new=OL_AT+α(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ...(12)

また、2位置操作量補正付修正部11は、比率REが1より小さい場合(図10ステップS109においてYES)、操作量上限値OH_ATが不適切と判定し、次式のように操作量上限値の修正値OH_AT_newを算出し、この修正値OH_AT_newを2位置操作量上側設定部5に出力する。2位置操作量上側設定部5は、修正値OH_AT_newを操作量上限値OH_ATの新たな値としてリミットサイクルAT演算部6に設定する(図10ステップS110a)。
OH_AT_new=OH_AT+α(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ・・・(13)
Further, when the ratio RE is smaller than 1 (YES in step S109 in FIG. 10), the two-position operation amount correction correction unit 11 determines that the operation amount upper limit value OH_AT is inappropriate, and calculates the operation amount upper limit value as shown in the following equation. A correction value OH_AT_new is calculated, and this correction value OH_AT_new is output to the two-position manipulated variable upper setting section 5. The two-position manipulated variable upper setting section 5 sets the correction value OH_AT_new as a new value of the manipulated variable upper limit value OH_AT in the limit cycle AT calculation section 6 (step S110a in FIG. 10).
OH_AT_new=OH_AT+α(OH_AT-OL_AT)(RE-1)
/(RE+1) ...(13)

2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正後のリミットサイクルAT演算部6の動作(図10ステップS111,S112)は、参考例と同じである。PIDパラメータの算出・設定の終了により、リミットサイクルATが終了する。 The operation of the limit cycle AT calculation unit 6 after the correction of the two-position operation amounts (OH_AT, OL_AT) (steps S111 and S112 in FIG. 10) is the same as in the reference example . The limit cycle AT ends upon completion of the calculation and setting of the PID parameters.

図12は本実施例のAT実行時の操作量MVと制御量PVの変化の1例を示す波形図であり、図13は図12の拡大図である。図12、図13の例では、時刻20sec.の最初の設定値SP変更と同時にATを起動し、時刻464sec.の時点でATが終了する。そして、AT終了後の時刻800sec.の時点で設定値SPを再び変更し、コントローラによる昇温制御を行っている。 FIG. 12 is a waveform diagram showing an example of changes in the manipulated variable MV and the controlled variable PV during AT execution in this embodiment, and FIG. 13 is an enlarged view of FIG. 12. In the examples of FIGS. 12 and 13, the time 20 sec. AT is started at the same time as the first setting value SP is changed, and at time 464 sec. AT ends at the point in time. Then, at a time of 800 seconds after the end of AT. At the point in time, the set value SP is changed again, and the temperature increase control is performed by the controller.

本実施例では、補正係数α=0.95を採用することで、操作量上限値OH_ATが最初の100%から21.0%に修正される。その結果、参考例(図7、図8)の場合よりも制御量PVの挙動がバランスの良い上下動(時刻400sec.付近の上下動)に改善される。
こうして、本実施例では、高次の制御対象の場合に発生する2位置操作量(OH_AT,OL_AT)の修正誤差を補正することができる。
In this embodiment, by employing the correction coefficient α=0.95, the manipulated variable upper limit value OH_AT is corrected from the initial 100% to 21.0%. As a result, the behavior of the control amount PV is improved to a well-balanced vertical movement (vertical movement around time 400 sec.) compared to the reference example (FIGS. 7 and 8).
In this manner, in this embodiment, it is possible to correct correction errors in the two-position manipulated variables (OH_AT, OL_AT) that occur in the case of a high-order controlled object.

参考例および実施例で説明した制御パラメータ調整装置は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置及びインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図14に示す。 The control parameter adjustment device described in the reference examples and examples can be realized by a computer including a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an interface, and a program that controls these hardware resources. An example of the configuration of this computer is shown in FIG.

コンピュータは、CPU200と、記憶装置201と、インターフェース装置(以下、I/Fと略する)202とを備えている。I/F202には、例えば温度センサやコントローラ等が接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の制御パラメータ調整方法を実現させるためのプログラムは記憶装置201に格納される。CPU200は、記憶装置201に格納されたプログラムに従って参考例および実施例で説明した処理を実行する。
The computer includes a CPU 200, a storage device 201, and an interface device (hereinafter abbreviated as I/F) 202. For example, a temperature sensor, a controller, etc. are connected to the I/F 202. In such a computer, a program for realizing the control parameter adjustment method of the present invention is stored in the storage device 201. The CPU 200 executes the processes described in the reference example and the example according to the program stored in the storage device 201.

本発明は、リミットサイクル方式によりコントローラの制御パラメータを調整する技術に適用することができる。 The present invention can be applied to a technique for adjusting control parameters of a controller using a limit cycle method.

1…設定値SP取得部、2…制御量PV取得部、3,22…操作量MV出力部、4…2位置操作量下側設定部、5…2位置操作量上側設定部、6…リミットサイクルAT演算部、7…起動指示部、8…比率RE算出部、9…2位置操作量修正部、10…補正係数設定部、11…2位置操作量補正付修正部、20…設定値SP入力部、21…制御量PV入力部、23…PID制御演算部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Set value SP acquisition part, 2... Controlled amount PV acquisition part, 3, 22... Manipulated amount MV output part, 4... 2-position manipulated variable lower side setting part, 5... 2-position manipulated variable upper side setting part, 6... Limit Cycle AT calculation unit, 7... Start instruction unit, 8... Ratio RE calculation unit, 9... 2 position operation amount correction unit, 10... Correction coefficient setting unit, 11... Correction unit with 2 position operation amount correction, 20... Set value SP Input section, 21... Controlled amount PV input section, 23... PID control calculation section.

Claims (2)

コントローラの制御パラメータを設定するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えた制御パラメータ調整装置において、
予め設定された上限値の操作量と下限値の操作量とを交互に制御対象に出力するように構成されたリミットサイクルオートチューニング演算部と、
制御の設定値と制御量との偏差のうち、前記操作量の出力によって生じた前記制御量の最初の2つの極値のそれぞれにおける前記偏差の絶対値の比率を算出するように構成された比率算出部と、
前記上限値または前記下限値の修正量の補正係数を設定するように構成された補正係数設定部と、
前記比率と前記補正係数とに基づいて、前記上限値または前記下限値の適切と推測される値を算出して、前記上限値または前記下限値を算出した値に修正するように構成された修正部とを備え、
前記補正係数は、1より小さい値に設定されており、
前記リミットサイクルオートチューニング演算部は、前記上限値または前記下限値が修正された後の前記制御量の応答に基づいて前記コントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定することを特徴とする制御パラメータ調整装置。
In a control parameter adjustment device equipped with a limit cycle auto-tuning function that sets the control parameters of the controller,
a limit cycle autotuning calculation unit configured to alternately output a preset upper limit manipulated variable and a lower limit manipulated variable to a controlled object;
A ratio configured to calculate the ratio of the absolute value of the deviation between the control set value and the controlled variable at each of the first two extreme values of the controlled variable caused by the output of the manipulated variable. A calculation section,
a correction coefficient setting unit configured to set a correction coefficient for a correction amount of the upper limit value or the lower limit value;
A correction configured to calculate a value estimated to be appropriate for the upper limit value or the lower limit value based on the ratio and the correction coefficient, and correct the upper limit value or the lower limit value to the calculated value. Equipped with a
The correction coefficient is set to a value smaller than 1,
The limit cycle autotuning calculation unit calculates a control parameter of the controller based on a response of the control amount after the upper limit value or the lower limit value is corrected, and sets the calculated control parameter in the controller. A control parameter adjustment device characterized by:
リミットサイクル方式によりコントローラの制御パラメータを設定する制御パラメータ調整方法において、
予め設定された上限値の操作量と下限値の操作量とを交互に制御対象に出力する第1のステップと、
制御の設定値と制御量との偏差のうち、前記操作量の出力によって生じた前記制御量の最初の2つの極値のそれぞれにおける前記偏差の絶対値の比率を算出する第2のステップと、
前記比率と、前記上限値または前記下限値の修正量の補正係数とに基づいて、前記上限値または前記下限値の適切と推測される値を算出して、前記上限値または前記下限値を算出した値に修正する第3のステップと、
前記上限値または前記下限値が修正された後の前記制御量の応答に基づいて前記コントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定する第4のステップとを含み、
前記補正係数は、1より小さい値に設定されていることを特徴とする制御パラメータ調整方法。
In the control parameter adjustment method that sets the control parameters of the controller using the limit cycle method,
a first step of alternately outputting a preset upper limit manipulated variable and a lower limit manipulated variable to a controlled object;
a second step of calculating the ratio of the absolute value of the deviation between the control set value and the controlled variable at each of the first two extreme values of the controlled variable caused by the output of the manipulated variable;
Calculate the upper limit value or the lower limit value by calculating a value that is estimated to be appropriate for the upper limit value or the lower limit value based on the ratio and a correction coefficient for the amount of correction of the upper limit value or the lower limit value. The third step is to correct the value to
a fourth step of calculating a control parameter of the controller based on the response of the control amount after the upper limit value or the lower limit value is corrected, and setting the calculated control parameter in the controller ,
A method for adjusting control parameters , wherein the correction coefficient is set to a value smaller than 1 .
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