JPH02186402A - Pid controller - Google Patents

Pid controller

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JPH02186402A
JPH02186402A JP492889A JP492889A JPH02186402A JP H02186402 A JPH02186402 A JP H02186402A JP 492889 A JP492889 A JP 492889A JP 492889 A JP492889 A JP 492889A JP H02186402 A JPH02186402 A JP H02186402A
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JP
Japan
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control
evaluation
value
pid
control parameter
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Application number
JP492889A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadayoshi Saito
斎藤 忠良
Koji Tachibana
立花 幸治
Susumu Takahashi
進 高橋
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to EP19890117274 priority patent/EP0360206A3/en
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Abstract

PURPOSE:To save a regulating work, to cancel individual difference, and to optimally tune a control parameter by obtaining an evaluation index based on the target value of a control object and a control quantity, and assuming the corrected value of a PID control parameter. CONSTITUTION:A target value SV of a control object 2 and a control quantity PV are inputted, the three evaluation indexes are obtained by a recognizing means 4 from a control quantity responding shape when the target value is changed or a disturbance is impressed, the three evaluation indexes are respectively quantitatively evaluated, and the corrected value of the PID control parameter is assumed by a correcting means 6 based on the evaluation. Further according to the unsatisfaction degree of the two evaluating indexes for two target control specifications out of the three evaluation indexes, the assumed corrected value of the PID control parameter is evaluated by an evaluating means 7. On the other hand, when the two evaluating indexes do not satisfy the target control specifications, the means 6 and 7, and a control parameter regulated value arithmetic function 8 are respectively made to function by a controllability deciding means 5.

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野〕 本発明は、フィードバック制御におけるPID(比例、
積分、微分)コントローラに係り、特にI’lD制御パ
ラメータのオートチューニングを可能にしたPIDコン
トローラに関する。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention is directed to PID (proportional,
The present invention relates to an integral (integral, differential) controller, and particularly to a PID controller that enables automatic tuning of I'ID control parameters.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、T’IDコントローラにおけるPID制御パラメ
ータのチューニングは、調a貝が制御量の変動を観察し
ながら手動で行なっていた。一方。
Conventionally, tuning of PID control parameters in a T'ID controller has been performed manually by a controller while observing fluctuations in the controlled variable. on the other hand.

制御理論面から、制御対象に同定用テスト信号を印加し
て制御対象の動特性を同定し、その結果に基づき制御パ
ラメータを最適値にチューニングする方式が数多く提案
されている。
From the viewpoint of control theory, many methods have been proposed in which the dynamic characteristics of the controlled object are identified by applying an identification test signal to the controlled object, and the control parameters are tuned to optimal values based on the results.

さらに、制御量応答形状をみて、制御パラメータをチュ
ーニングするヒュウーリステックな方法(エキスパート
法)としては、r計測技術:  (110和61年9月
)、エキスパート・セルフ・チューニング!gIffl
I計(P、66〜P、72)Jに述べられている。この
方法は、実応答形状を予め用意した複数の基本応答形状
と照合し、合致した基本応答形状に対する複数の調整ル
ールの中から実応答形状またはその遷移傾向に応じて最
適ルールを選択し、 P I l)制御パラメータを修
正する方法である。
Furthermore, as a hyuristic method (expert method) for tuning control parameters by looking at the control variable response shape, r measurement technology: (110, September 1961), Expert Self-Tuning! gIffl
I total (P, 66-P, 72) J. This method compares the actual response shape with a plurality of basic response shapes prepared in advance, selects the optimal rule from among the plurality of adjustment rules for the matched basic response shapes according to the actual response shape or its transition tendency, and I l) A method of modifying control parameters.

なお、この種の方法としては、例えば[計」り技術(昭
和61年9月)、エキスパート法による+310セルフ
チユーニング(P、52〜P、59)Jが知られている
Incidentally, as this type of method, for example, ``Measure'' Technique (September 1988) and +310 Self-Tuning by Expert Method (P, 52 to P, 59) J are known.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら上記従来技術のうち、P I D制御パラ
メータのチューニングを手Oで行なう場合は。
However, among the above conventional techniques, when the PID control parameters are manually tuned.

調整作業に長時間を費やすとともに、チューニング結果
に調整員の個人差が呪オ)れるなどの問題があった。ま
た同定用テスト信号を用いてチューニングを行なう場合
は、同定用テス)・信号の印加により制御量が動揺する
ため、品質が低下したり、特に非線形性の高いプラント
では異常状態に陥るなどの問題が発生する。さらに制御
対象の動特性変化に対しては、その都度同定テストを実
施しないと制御パラメータの最適値が得られず、操作性
が悪いという問題があった。また、前記エキスパート法
によると、調整ルール数が多くなり、メモリ容址が多く
なる欠点があった。
There were problems such as the adjustment work took a long time and the tuning results were subject to individual differences among the adjusters. In addition, when tuning is performed using an identification test signal, the control amount fluctuates due to the application of the identification test signal, resulting in problems such as quality deterioration and abnormal conditions, especially in plants with high nonlinearity. occurs. Furthermore, in response to changes in the dynamic characteristics of the controlled object, the optimum values of control parameters cannot be obtained unless an identification test is performed each time, resulting in poor operability. Further, the expert method has the disadvantage that the number of adjustment rules increases and the memory capacity increases.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、人手を
煩せずに、しかも、制御対象に同定用テスl〜信号を印
加することなく、制御パラメータを自動的に最適化する
オートチューニング方式のPIDコントローラを提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an auto-tuning method for automatically optimizing control parameters without requiring human labor and without applying an identification test signal to a controlled object. The purpose of this invention is to provide a PID controller.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は上記目的を達成するために、制御対象を比例制
御、積分制御及び微分制御するP T I)コントロー
ラにおいて、前記制御対象の目標値と制御量とを入力し
て目標値変化時または外乱印加時の制御量応答形状から
3個の評価指標を求める制御応答形状認識手段と、前記
3個の評価指標をそれぞれ定性的に評価し、この評価に
基づいてI”ID制御パラメータの修正値を推定する制
御パラメータ修正手段と、前記3個の評価指標のうち2
個の[1標制御仕様に対する該2個の評価指標の不満足
度に応じて前記PID制御パラメータの推定修正値を評
価する制御性能不満足度評価手段とを設けたことを特徴
としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a PTI controller that performs proportional control, integral control, and differential control of a controlled object, by inputting a target value and a controlled amount of the controlled object, and controlling the controller when the target value changes or when a disturbance occurs. A control response shape recognition means that obtains three evaluation indices from the control amount response shape at the time of application, qualitatively evaluates each of the three evaluation indices, and based on this evaluation, a correction value of the I''ID control parameter is determined. A control parameter correction means to be estimated and two of the three evaluation indicators.
The control performance dissatisfaction degree evaluation means evaluates the estimated correction value of the PID control parameter according to the degree of dissatisfaction of the two evaluation indicators with respect to the one-standard control specification.

また前記2個の評価指標が前記目標制御仕様を満足しな
い場合に、前記制御パラメータ修正手段。
Further, when the two evaluation indicators do not satisfy the target control specification, the control parameter modification means.

制御性能不満足度評価手段及び制御パラメータ調整値演
算機能をそれぞれ機能させる制御性判定手段を、前記各
手段に追加したことを特徴としている。
The present invention is characterized in that a controllability determining means is added to each of the above-mentioned means to function as a control performance dissatisfaction evaluation means and a control parameter adjustment value calculation function, respectively.

〔作用〕[Effect]

」二記制御量応答形状認識手段は、制御偏差が所定値を
越えたときに制御量応答形状のl31i!l’lを開始
−する、これにより、制御対象のIJh特性変化を連や
かに検出できる。制御パラメータ修正手段は、熟練運転
員の思考と似た方法で制御パラメータをチューニングさ
せるために、ファジィ推論を適用し、制御量応答形状の
オーバーシュー1へに、減衰比及び周期の前回値と今回
値との比である周期比を定性的に評価することにより、
制御パラメータの最適値を推定する方法を採っている。
” The controlled variable response shape recognition means detects l31i! of the controlled variable response shape when the control deviation exceeds a predetermined value. l'l is started, thereby making it possible to continuously detect changes in the IJh characteristics of the controlled object. The control parameter modification means applies fuzzy inference to tune the control parameters in a manner similar to the thinking of a skilled operator, and adjusts the previous and current values of the damping ratio and period to overshoe 1 of the control variable response shape. By qualitatively evaluating the period ratio, which is the ratio to the
A method is used to estimate the optimal values of control parameters.

これにより、制御パラメータの最適チューニングを熟練
運転員が行なったと同様に実現できる。制御性能不満足
度評価手段は、現在の制御性能が11標制御仕様に対し
てどの程度不満足かを評価し、その度合でファジィ推論
結果を重み付けする。これにより、制御パラメータを安
定に収束できる。さらに、制御性能判定手段は、オーバ
ーシュート量及び減衰比が目標制御仕様を満足するまで
上記制御パラメータ修正手段を繰返し実行させる。これ
により、制御性能を最適状態に維持できる。
As a result, optimal tuning of control parameters can be achieved in the same way as if it were done by a skilled operator. The control performance dissatisfaction level evaluation means evaluates the extent to which the current control performance is unsatisfactory with respect to the 11 standard control specifications, and weights the fuzzy inference results according to the degree. Thereby, the control parameters can be stably converged. Further, the control performance determining means repeatedly executes the control parameter modifying means until the overshoot amount and the damping ratio satisfy the target control specifications. Thereby, control performance can be maintained in an optimal state.

〔実施例〕〔Example〕

以下1本発明に係るPIDコントローラの実施例を図面
を参照して説明する。
An embodiment of a PID controller according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本実施例の制御パラメータのオートチューニン
グ方式の機能構成を示すブロック図である0図において
、PIDコントローラ1は目標値SVと制御3iI量P
 Vとを比較して得られた制御偏差をI) I D演算
し、その結果を操作量MVとして制御対象2に入力する
。Pl:Dコントローラ1のオートチューニング機f+
13は、制御量応答形状認識機能4.制御性能判定機能
5.制御パラメータ修正機能6.制御性能不満足度評価
機能7及び制御パラメータ調整値演算機能8から構成さ
れている。
FIG. 1 is a block diagram showing the functional configuration of the automatic tuning method for control parameters of this embodiment. In FIG.
The control deviation obtained by comparing with V is calculated by I) ID, and the result is input to the controlled object 2 as the manipulated variable MV. Pl: D controller 1 auto tuning machine f+
13 is a control amount response shape recognition function 4. Control performance judgment function 5. Control parameter modification function 6. It is comprised of a control performance dissatisfaction evaluation function 7 and a control parameter adjustment value calculation function 8.

さらに、制御パラメータ修正機能6は制御パラメータ修
正係数推定機能6aと調整ルール6bとからなっている
Further, the control parameter modification function 6 includes a control parameter modification coefficient estimation function 6a and an adjustment rule 6b.

次に、上記各機能について説明する。制御応答形状認識
手段4は、目標値SV及び制御11) Vを常時vA開
し、制御にPVが目標値S■に整定した後、制御偏差が
所定値を越えた時点で制御応答形状を411111し始
める。観測開始と同時に制御量pvの極値探索を行ない
、制御にpvが]−1標値Svに整定した時点で観測を
終了し8.得られた複数個の極値及び発生時間からオー
バーシュート111゜減衰比及び周期比を求める。これ
らの求め方を第2図及び第3図を参照して説明する。第
2図は11標値S■が時間toにおいてYoからYlヘ
ステップ変化したときの制御ipvの時間応答例であり
Next, each of the above functions will be explained. The control response shape recognition means 4 keeps the target value SV and the control 11) V open at all times, and after the control PV has settled to the target value S■, the control response shape is changed to 411111 when the control deviation exceeds a predetermined value. Begin to. At the same time as the start of observation, a search for the extreme value of the control variable pv is performed, and the observation is ended when the control value pv has settled to ]-1 target value Sv.8. The overshoot 111° damping ratio and period ratio are determined from the obtained plurality of extreme values and occurrence times. How to obtain these values will be explained with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is an example of the time response of the control ipv when the 11 target value S■ changes stepwise from Yo to Yl at time to.

時間tt* tz、 tsでそれぞれ極値X、1. X
2. X3が呪われ1時間t4で整定した場合を示す。
At times tt* tz and ts, the extreme values X, 1. X
2. A case is shown in which X3 is cursed and stabilizes in one hour t4.

このときのオーバーシュートff1E、減衰比[〕及び
周期Tは次式で求められる。
The overshoot ff1E, damping ratio [], and period T at this time are determined by the following equations.

E:(XL−Yl)/(Yt−Yo) D=(Xt−Xl)/(X3  Xl)T= t s−
t 1 従って周期比Rは周期の前回値をT1とすると次式で求
められる。
E: (XL-Yl)/(Yt-Yo) D=(Xt-Xl)/(X3 Xl)T=t s-
t 1 Therefore, the period ratio R is determined by the following equation, assuming that the previous value of the period is T1.

R= T h / T また5第3図は11標値SvがYO以下であり。R= T h / T Furthermore, in Fig. 5, the 11 target value Sv is below YO.

υj御対象2の入力端にステップ外乱DBが印加された
ときのWIIt御量Pvの時間応答例であり、時間jl
+j2+j3+ j4でそれぞれ極値Xt、 X21 
X5yx1が現れ1時間t6で整定した場合を示す。こ
のときのオーバーシュート量E +減衰比り及び周期′
rは次式で求められる。
υj is an example of the time response of the WIIt control amount Pv when a step disturbance DB is applied to the input end of the control target 2, and the time jl
+j2+j3+j4 are extreme values Xt and X21, respectively
The case where X5yx1 appears and settles at 1 hour t6 is shown. At this time, the overshoot amount E + damping ratio and period'
r is determined by the following formula.

E=CYo−Xl)/(Xj−Yo) D =(Xa −X4) / (Xs −Xz)T==
t4−tz 目標値変化時の制御量応答形状に極値が現れない場合も
しくは外乱印加時の制御量応答形状に第2の極値が現れ
ない場合には、オーバーシュート量を負の値、周期を零
に各々設定する。また、目標値変化時の制御量応答形状
に極値が1つだけ現れた場合、もしくは外乱印加時の制
御量応答形状に極値が2つだけ現れた場合には、整定時
1j()との時間差を周期として用いる。
E=CYo-Xl)/(Xj-Yo) D=(Xa-X4)/(Xs-Xz)T==
t4-tz If an extreme value does not appear in the controlled variable response shape when the target value changes, or if a second extreme value does not appear in the controlled variable response shape when a disturbance is applied, set the overshoot amount to a negative value and the period. are each set to zero. In addition, if only one extreme value appears in the controlled variable response shape when the target value changes, or if only two extreme values appear in the controlled variable response shape when a disturbance is applied, 1j() and The time difference between is used as the period.

制御性能判定機能5は、得られたオーバーシュート量及
び減衰比が各々[1標制御仕様をi+′11足すれば、
制御パラメータは最適値にあるものとし、チューニング
を終結する。オーバーシュートLt &び減衰比が各々
の目標制御仕様をどちらか1つでも満足しない場合には
、制御パラメータ修正(機能6及び制御性能不満足度評
価機能7を動作させろ。
The control performance judgment function 5 determines that the obtained overshoot amount and damping ratio are respectively [if one standard control specification is added to i+'11,
The control parameters are assumed to be at their optimum values, and tuning is completed. If the overshoot Lt and damping ratio do not satisfy any one of the target control specifications, modify the control parameters (operate function 6 and control performance dissatisfaction evaluation function 7).

次に、ファジィ推論を用いた制御パラメータ修正係数推
定機能6aについて説明する。オーバーシュートJ11
.減衰比及び周期比の大きさを定性的に評価するために
第4図乃至第6図に示すようなメンバーシップ関数を定
義する。図中のE(i)(i=1〜5)、 D(j、)
(j = 1〜3)及びR(i)(i=1〜3)、はそ
れぞれメンバーシップ関数を規定する常数であり、PB
、IBM、ZE、NBはそれぞれ大きさを定性的に評価
するためにメンバーシップ関数に与えた名称であり、各
々ト記の意味を持つ。
Next, the control parameter modification coefficient estimation function 6a using fuzzy inference will be explained. overshoot J11
.. In order to qualitatively evaluate the magnitudes of the damping ratio and the period ratio, membership functions as shown in FIGS. 4 to 6 are defined. E(i) (i=1-5), D(j,) in the figure
(j = 1 to 3) and R(i) (i = 1 to 3) are constants that define membership functions, respectively, and PB
, IBM, ZE, and NB are names given to the membership functions to qualitatively evaluate the size, and each has the meaning described below.

P B : Po5itiVe BigP M : P
o5iLjve MediumZ I”、 : Zsr
PB: Po5itiVe BigP M: P
o5iLjve MediumZ I", : Zsr
.

N T3 : Negat−ive [3jgまた、図
の縦軸はメンバーシップ値であり、定性的な度合を表す
。これらのメンバーシップ関数を用いて作成した種々の
制御応答形状に対するP。
N T3 : Negat-ive [3jgThe vertical axis in the figure is the membership value, which represents a qualitative degree. P for various control response shapes created using these membership functions.

I、Dの各制御パラメータの調整ルール6bの一例を第
7図に示す。
An example of the adjustment rule 6b for each control parameter I and D is shown in FIG.

[21において、例えばルール2の場合は、E、D。[In 21, for example, in the case of rule 2, E, D.

RがそれぞれPB、PM、PBであれば、CKP。CKP if R is PB, PM, and PB, respectively.

CTT、CTDがそれぞれNB、Nrf、ZEになると
いう意味であり、それぞれ前者を条件部、後考を結論部
と称する。ここで、Eはオーバーシュート量、Dは減衰
比、Rは周期比であり、CKPは比例ゲイン、CTIは
積分時間、CTDは微分時間に関する各々の修正係数を
示す。
This means that CTT and CTD become NB, Nrf, and ZE, respectively, and the former is called the condition part and the latter part is called the conclusion part. Here, E is an overshoot amount, D is a damping ratio, R is a period ratio, CKP is a proportional gain, CTI is an integral time, and CTD is a correction coefficient related to a differential time.

第8図は定性的に決定された制御パラメータの修正係数
を定量的な値に変換するためのメンバーシップ関数であ
る。図中のC(i)(i = 1〜4)はメンバーシッ
プ関数の形を規定する定数である。
FIG. 8 shows membership functions for converting qualitatively determined correction coefficients of control parameters into quantitative values. C(i) (i = 1 to 4) in the figure is a constant that defines the form of the membership function.

PB、ZE、NBは制御パラメータ修正係数の大きさを
定性的に表すためにメンバーシップ関数に与えた名称で
あり、第3図の中で使用している名称に対応している。
PB, ZE, and NB are names given to membership functions to qualitatively represent the magnitude of the control parameter correction coefficient, and correspond to the names used in FIG. 3.

また5図の縦軸はメンバーシップ値である。Moreover, the vertical axis of FIG. 5 is the membership value.

以下、第7図に示したルール2及びルール3を適用した
場合を例にとり、制御パラメータの修正係数の求め方に
ついて説明する。第9図にファジィ推論による比例ゲイ
ンの修正係数CK Pの決定方法を示す。制御量応答形
状認識機能4で1j)られだオーバーシューt” ri
E n、減衰比D o及び周期比Roの定性的な度合を
第4図乃至第6図の各メンバーシップ関数を用いて求め
る。ルール2ではそれぞれGcp、 Gdm、 Grp
、ルール3ではそれぞれGep、 Gdra、 Grz
となる。ルール毎に積集合(最小値)演算を行い、各ル
ールの適合度を求める。
Hereinafter, the method for determining the correction coefficient of the control parameter will be explained using the case where Rule 2 and Rule 3 shown in FIG. 7 are applied as an example. FIG. 9 shows a method for determining the proportional gain correction coefficient CKP by fuzzy inference. Controlled variable response shape recognition function 4 1j) Rare overshoot t" ri
Qualitative degrees of E n, damping ratio Do, and period ratio Ro are determined using the membership functions shown in FIGS. 4 to 6. In rule 2, Gcp, Gdm, Grp respectively.
, in rule 3, Gep, Gdra, Grz, respectively.
becomes. An intersection set (minimum value) operation is performed for each rule to determine the degree of suitability of each rule.

ルール2ではGrp、ルール3ではGrzが各々の適合
度として得られる。次に、各ルールの結論部のメンバー
シップ関数を各ルールの適合度で重み付けし、それらの
和集合(最大値)演算を行い、その重心の値を比例ゲイ
ン修正係数CKPoとする。
In rule 2, Grp and in rule 3, Grz are obtained as respective degrees of fitness. Next, the membership function of the conclusion part of each rule is weighted by the suitability of each rule, their union (maximum value) calculation is performed, and the value of the center of gravity is set as the proportional gain correction coefficient CKPo.

積分時間及び微分時間の各修正係数CTI、CTDにつ
いても同様にして求める。
The respective correction coefficients CTI and CTD for the integral time and differential time are determined in the same manner.

次に、制御性能不満足度評価機能7について説明する。Next, the control performance dissatisfaction evaluation function 7 will be explained.

第10図にその処理ブロック図を示す。FIG. 10 shows a processing block diagram.

オーバーシュート量及び減衰比の目標制御仕様に対する
不満足度をブロック7a及び7bに示すようなメンバー
シップ関数で定義する1図中の1flRL及びERHは
オーバーシュート量の目標制御仕様下限イ直及び」二限
値、DRは減衰比の目標制御仕様上限値(下限値は零)
である。図の縦軸はメンバーシップ値であり、不満足度
の大きさを表す、前記制御量応答形状認識機能4で得ら
れたオーバーシュートIit E及び減衰比■をブロッ
ク7a及び7bに各々入力し、各々の目6rt4御仕様
にtすする不満足度を求め、ブロック7cでこれらの最
大値を選択し制御性能不満足度を得る。この制御性能不
満足度と重み係数下限値WLとをブロック7dで比較し
その最大値を重み係数Wとして出力する。
The degree of dissatisfaction with the target control specifications for the amount of overshoot and the damping ratio is defined by membership functions as shown in blocks 7a and 7b. value, DR is the target control specification upper limit value of the damping ratio (lower limit value is zero)
It is. The vertical axis of the figure is the membership value, and the overshoot Iit E and damping ratio ■ obtained by the control variable response shape recognition function 4, which represent the degree of dissatisfaction, are input into blocks 7a and 7b, respectively. In step 6rt4, the degree of dissatisfaction with respect to the specifications is determined, and in block 7c, the maximum value of these is selected to obtain the degree of dissatisfaction with control performance. This control performance dissatisfaction degree and the weighting coefficient lower limit value WL are compared in block 7d, and the maximum value thereof is output as the weighting coefficient W.

下限値WLは制御パラメータの収束が緩慢になるのを防
止するためのものである。
The lower limit value WL is provided to prevent slow convergence of the control parameters.

制御パラメータ調整値演算機能8では、前記制御性能不
満足度評価機能7で得られた重み係数と前記制御パラメ
ータ修正機能6で得られた制御パラメータの修正係数と
制御パラメータの現在値とを乗じて得た制御パラメータ
の修正値に、PID制御パラメータの現在値を加算して
今回の?A!6値を決定する。
The control parameter adjustment value calculation function 8 calculates the value obtained by multiplying the weighting coefficient obtained by the control performance dissatisfaction degree evaluation function 7, the control parameter correction coefficient obtained by the control parameter correction function 6, and the current value of the control parameter. The current value of the PID control parameter is added to the corrected value of the control parameter. A! 6 Determine the value.

第11図に前記オートチューニング機能3の概略処理フ
ロー図を示す。ブロック10により−・定周期でSv及
びPVを人力し、その都度、ブロック11で前記オート
チューニング機能3の処理状態を示す状態フラグを判別
する。状態フラグがOの場合は制御応答の監視状態、状
態フラグが1の場合は制御応答の駅測評価状態、状態フ
ラグが2の場合は制御パラメータ計算状態を、0:味す
る。状態フラグが0の場合はブロック12により、制御
偏差が所定値を超えたか否かを判定する。制御偏差が所
定値を超えたときにはブロック13により状態フラグを
1に設定し、制御応答のi測状態に移る。制御偏差が所
定値を超えないときは制御応答の監視状態を維持する。
FIG. 11 shows a schematic processing flow diagram of the auto-tuning function 3. In block 10, Sv and PV are manually input at regular intervals, and each time, in block 11, a status flag indicating the processing status of the auto-tuning function 3 is determined. When the status flag is O, the monitoring status of the control response, when the status flag is 1, the station measurement evaluation status of the control response, and when the status flag is 2, it is the control parameter calculation status. If the status flag is 0, block 12 determines whether the control deviation exceeds a predetermined value. When the control deviation exceeds a predetermined value, the state flag is set to 1 in block 13, and the control response i-measurement state is entered. When the control deviation does not exceed a predetermined value, the control response monitoring state is maintained.

ブロック11で状態フラグが1の場合はブロック14に
よりPvの極値探索を行う、この処理はブロック15に
よりPVがSvに整定する(if!測完了)まで続けら
れる。
If the status flag is 1 in block 11, an extreme value search for Pv is performed in block 14, and this process is continued until PV is settled to Sv in block 15 (if! measurement complete).

観al’lが完rするとブロック14の極値探索結果を
用いて、評価指標(オーバーシュート量、減衰比。
When the evaluation is completed, the results of the extreme value search in block 14 are used to determine the evaluation index (overshoot amount, damping ratio).

周期比等)をブロック16で求め、ブロック17で状態
フラグ2に設定し、制御パラメータ計算状態に移る。こ
こまでの処理フローは前記制御応答形状認識機能4に対
応する。
(period ratio, etc.) is determined in block 16, and state flag 2 is set in block 17, and the process moves to a control parameter calculation state. The processing flow up to this point corresponds to the control response shape recognition function 4 described above.

次に、ブロック11での判定結果、状態フラグが2の場
合はブロック18により観測した制御応答が最適状態に
あるか否かを、上記ブロック16で求めた評価指標が目
標制御仕様を満足するか否かで判定する。この処理は前
記制御性能判定機能5に対応する。制御応答が最適状態
に達していない場合だけブロック19により重み係数を
、ブロック20により制御パラメータの修正係数を、ブ
ロック21により制御パラメータの調整値を順次求める
。得られた制御パラメータの調整値は前記PIDコント
ローラ1の制御演算に用いられろ。
Next, if the status flag is 2 as a result of the determination in block 11, then block 18 determines whether the observed control response is in the optimal state or not, and whether the evaluation index determined in block 16 satisfies the target control specification. Determine whether or not. This process corresponds to the control performance determination function 5 described above. Only when the control response has not reached the optimal state, block 19 sequentially obtains a weighting coefficient, block 20 a control parameter correction coefficient, and block 21 a control parameter adjustment value. The obtained control parameter adjustment values are used for control calculations of the PID controller 1.

ブロック19は前記制御性能不満足度評価機能7゜ブロ
ック20は前記制御パラメータの修正係数推論機能6a
及び調整ルール6bに対応し、ブロック21は前記制御
パラメータ調整値演算機能8に対応する。ブロック18
で最適状態であると判定された場合及びブロック21の
処理が終ると、ブロック22により状態フラグをOにリ
セットし。
Block 19 is the control performance dissatisfaction evaluation function 7. Block 20 is the control parameter correction coefficient inference function 6a.
and adjustment rule 6b, and block 21 corresponds to the control parameter adjustment value calculation function 8. block 18
If it is determined that the state is the optimum state and the processing in block 21 is completed, the state flag is reset to O in block 22.

III御応答の監視状態に戻る。Return to the monitoring state of the III control response.

次に、本発明によるPIDコンコンローラを二次遅れ・
むだ時間特性の制御対象に対して適用した結果を第12
図に示す。本図は目標値S Vを変化させたときの制御
量Pvの時間応答を示し、(a)は本発明によるPID
コントローラを用いた場合。
Next, the PID controller according to the present invention is
The results of applying the dead time characteristics to the controlled object are shown in the 12th section.
As shown in the figure. This figure shows the time response of the controlled variable Pv when the target value S V is changed, and (a) shows the PID according to the present invention.
When using a controller.

(b)は前記制御性能不満足度評価機能を用いない場合
の、各々のオー1−チューニング結果を示す。
(b) shows each O1-tuning result when the control performance dissatisfaction evaluation function is not used.

(a)では3回の試行で目標制御仕様(オーバーシュー
ト址:3〜7%、減衰比:O〜0.5)に安定に達して
いることが分かる。一方、(b)では2回目の試行で制
御パラメータが過大に修正されたために、以降の試行に
振動的なチューニング過程が呪われている。
In (a), it can be seen that the target control specifications (overshoot: 3 to 7%, damping ratio: O to 0.5) are stably reached after three trials. On the other hand, in (b), the control parameters were excessively corrected in the second trial, so that subsequent trials are cursed with an oscillatory tuning process.

このように、本実施例によれば、少ない調整ルールで制
御パラメータのオートチューニングが可能になるととも
に、繰返し試行時における制御パラメータの収束を安定
に行える効果がある。
As described above, according to this embodiment, it is possible to auto-tune the control parameters with a small number of adjustment rules, and there is an effect that the convergence of the control parameters can be stably performed during repeated trials.

第13図は、本発明による他の実施例であるPIDコン
トローラにおける制御パラメータのす−トチューニング
方式に関する機能構成を示し。
FIG. 13 shows a functional configuration regarding a control parameter straight tuning method in a PID controller according to another embodiment of the present invention.

第14図はこのオートチューニング機能の概略処理フロ
ー図を示す。第13図及び第14図において、第1図及
び第11図に示す実施例と同一または同等部分には同一
符号を付して示す。第1図に示す実施例と異なる点は制
御性能判定機能5を除き、制御応答形状認識機能3で得
られた評価指標が[J標制御仕様を満足している場合に
も、制御パラメータ修正機能6.制御性能不満足度評価
機能7及び制御パラメータ調整値演算機能8を機能させ
るようにしたものである。
FIG. 14 shows a schematic processing flow diagram of this auto-tuning function. In FIGS. 13 and 14, parts that are the same as or equivalent to those in the embodiment shown in FIGS. 1 and 11 are designated by the same reference numerals. The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that, except for the control performance determination function 5, the control parameter correction function 6. A control performance dissatisfaction level evaluation function 7 and a control parameter adjustment value calculation function 8 are made to function.

本実施例によれば、前記実施例と同等の効果を得ること
ができるが、 R,l制御性能が[1標制御仕様を満足
しているときにも全ての機能を実行するため前記実施例
に比べてマイコンの負荷!ドがa’G くなる欠点があ
る。
According to this embodiment, it is possible to obtain an effect equivalent to that of the above-mentioned embodiment, but in order to execute all functions even when the R,l control performance satisfies the [1 standard control specification], the above-mentioned embodiment Microcontroller load compared to ! The disadvantage is that the C becomes a'G.

また、上記各実施例において、制御応答波形認識機能の
第3の評価指標として、制御量のXγ」ニリ時間(例え
ば目標値変化時は第1の極値発生時間)もしくは制御数
の整定時間の前+01値との比を用いてもよい。また、
制御パラメータ修正機能6において、メンバーシップ関
数は三角型としたが、・必ずしもこの形に限定されず、
2次曲線や指数曲線を採用してもよい。また、メンバー
シップ関数の形だけでなく、その数を任意に設定しても
よい。
In addition, in each of the above embodiments, as the third evaluation index of the control response waveform recognition function, the Xγ'' time of the controlled variable (for example, the first extreme value generation time when the target value changes) or the settling time of the controlled number A ratio with the previous +01 value may be used. Also,
In the control parameter correction function 6, the membership function is triangular, but it is not necessarily limited to this shape.
A quadratic curve or an exponential curve may also be used. Moreover, not only the form of the membership function but also the number thereof may be arbitrarily set.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以−lユ詳細に説明したように、本発明によれば、下記
のような効果がある。
As described in detail below, the present invention provides the following effects.

(1,)PIDコントローラにおけるPID制御パラメ
ータを自動的にチューニングできるので、運転員による
調整作業を大幅に削減できるとともに、調整結果の個人
差を解消することができる。
(1.) Since the PID control parameters in the PID controller can be automatically tuned, the adjustment work by the operator can be significantly reduced, and individual differences in adjustment results can be eliminated.

(2)同定信号を用いないので、制御対象を乱さずに制
御パラメータを最適にチューニングすることができる。
(2) Since no identification signal is used, control parameters can be optimally tuned without disturbing the controlled object.

(:3)制御対象の動特性変化を、人手を煩わすことな
く速やかに検出できるため、常に最適な制御特性に維持
することができる。
(:3) Changes in the dynamic characteristics of the controlled object can be detected quickly without any manual effort, so the optimal control characteristics can be maintained at all times.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係るPIr)コントローラの一実施例
における制御パラメータのオートチューニング方式の機
能構成を示すブロック図、第2図は制御量応答形状から
評価指標を求めるためのグラフであり、目標値のステッ
プ変化時の制御量応答形状例、第3図は同じくステップ
外乱印加時の制御量応答形状例、第4図乃至第6図はオ
ーバーシュート量評価用メンバーシップ関数及び周期比
評価用メンバーシップ関数を示すグラフ、第7図は調整
ルールの一例を示す図、第8図は制御パラメータ修正係
数用メンバーシップ関数を示すグラフ、第9図はファジ
ィ推論による制御パラメータ修正係数の求め方を示すグ
ラフ、第10図は制御性能不満足度評価機能の処理を示
すブロック図、第11図は本実施例によるオートチュー
ニング機能の概略処理フロー図、第12図は本実施例に
よるオートチューニング結果を示すグラフ、第13[4
は本発明の他の実施例によるP I l)コントローラ
における制・御パラメータのオー1−チューニング方式
の機能構成を示すブロック図、第14図は同じくオート
チューニング機能の概略処理フロー図である。 1・・・PIDコントローラ、2・・・制御対象、3・
・・制御パラメータオートチューニング機構、4・・・
制御量応答形状認識機能、5・・・制御性能判定機能、
6・・・制御パラメータ修正機能、6a・・・制御パラ
メータ修正係数推定機能、6b・・・調整ルール、7・
・・制御性能不満足度評価機能、8・・・制御パラメー
タ調代理人 プtJ!l!r  小ノI目j力メ f 面 察2 図 −・−剖す一ピン勅哨1紀i已!突む1縫ニfV 〜−
−1’J4fF(jL盛 の #tOr:jJ $40 #50 式 %式% メ 1Z の 夢 ω 茶I4昭
FIG. 1 is a block diagram showing the functional configuration of an auto-tuning method for control parameters in an embodiment of the PIr) controller according to the present invention, and FIG. An example of the controlled variable response shape when a step change in value, FIG. 3 is an example of the controlled variable response shape when a step disturbance is applied, and FIGS. 4 to 6 are membership functions for overshoot amount evaluation and members for period ratio evaluation. Figure 7 is a graph showing an example of an adjustment rule, Figure 8 is a graph showing a membership function for control parameter correction coefficients, and Figure 9 shows how to obtain control parameter correction coefficients by fuzzy inference. Graph, FIG. 10 is a block diagram showing the processing of the control performance dissatisfaction evaluation function, FIG. 11 is a schematic processing flow diagram of the auto-tuning function according to this embodiment, and FIG. 12 is a graph showing the auto-tuning results according to this embodiment. , 13th [4
14 is a block diagram showing a functional configuration of an auto-tuning method for control/control parameters in a controller according to another embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a schematic processing flow diagram of the auto-tuning function. 1... PID controller, 2... Controlled object, 3.
...Control parameter auto-tuning mechanism, 4...
Controlled amount response shape recognition function, 5... Control performance judgment function,
6... Control parameter correction function, 6a... Control parameter correction coefficient estimation function, 6b... Adjustment rule, 7.
...Control performance dissatisfaction evaluation function, 8...Control parameter adjustment agent PtJ! l! r Small I eye j force f Face inspection 2 Diagram -・- Anatomy one pin imperial sentry 1 Ki i 已! 1st stitch fV ~-
-1'J4fF (jL Sheng's #tOr:jJ $40 #50 formula% formula% me1Z's dreamω tea I4aki

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 1. 制御対象を比例制御、積分制御及び微分制御する
PIDコントローラにおいて、前記制御対象の目標値と
制御量とを入力して目標値変化時または外乱印加時の制
御量応答形状から3個の評価指標を求める制御応答形状
認識手段と、前記3個の評価指標をそれぞれ定性的に評
価しこの評価に基づいてPID制御パラメータの修正値
を推定する制御パラメータ修正手段と、前記3個の評価
指標のうち2個の目標制御仕様に対する該2個の評価指
標の不満足度に応じて前記PID制御パラメータの推定
修正値を評価する制御性能不満足度評価手段とを設けた
ことを特徴とするPIDコントローラ。
1. In a PID controller that performs proportional control, integral control, and differential control on a controlled object, the target value and control amount of the controlled object are input, and three evaluation indicators are calculated from the control amount response shape when the target value changes or when a disturbance is applied. control response shape recognition means to seek; control parameter modification means for qualitatively evaluating each of the three evaluation indicators and estimating a modified value of the PID control parameter based on the evaluation; and two of the three evaluation indicators. and a control performance dissatisfaction level evaluation means for evaluating the estimated correction value of the PID control parameter according to the dissatisfaction level of the two evaluation indicators with respect to the target control specifications.
2. 3個の評価指標の大きさをそれぞれ定性的に評価
するための3個の評価指標評価手段と、定性的に評価さ
れた前記3個の評価手段との関係によりPID制御パラ
メータの修正値を推定するための調整ルールを設けたこ
とを特徴とする請求項1記載のPIDコントローラ。
2. Estimating the corrected value of the PID control parameter based on the relationship between three evaluation index evaluation means for qualitatively evaluating the magnitude of each of the three evaluation indices and the three qualitatively evaluated evaluation means. 2. The PID controller according to claim 1, further comprising an adjustment rule for controlling the PID controller.
3. 制御性能不満足度評価手段が、3個の評価指標の
うち第1及び第2の評価指標のそれぞれの目標指標に対
する不満足度を比較し、これらの最大値として重み係数
を決定することを特徴とする請求項1記載のPIDコン
トローラ。
3. The control performance dissatisfaction evaluation means compares the dissatisfaction levels of the first and second evaluation indicators with respect to the respective target indicators among the three evaluation indicators, and determines the weighting coefficient as the maximum value thereof. The PID controller according to claim 1.
4. 3個の評価指標のうち、第1の評価指標はオーバ
ーシユート量、第2の評価指標は減衰比、第3の評価指
標は周期の前回値と今回値との比とした周期比であるこ
とを特徴とする請求項1記載のPIDコントローラ。
4. Among the three evaluation indexes, the first evaluation index is the amount of overshoot, the second evaluation index is the damping ratio, and the third evaluation index is the cycle ratio, which is the ratio of the previous value of the cycle to the current value. The PID controller according to claim 1, characterized in that:
5. 第3の評価指標は立上り時間の前回値と今回値と
の比とした立上り時間比であることを特徴とする請求項
4記載のPIDコントローラ。
5. 5. The PID controller according to claim 4, wherein the third evaluation index is a rise time ratio defined as a ratio between a previous value and a current value of the rise time.
6. 第3の評価指標は暫定時間の前回値と今回値との
比とした暫定時間比であることを特徴とする請求項4記
載のPIDコントローラ。
6. 5. The PID controller according to claim 4, wherein the third evaluation index is a provisional time ratio defined as a ratio between a previous value of provisional time and a current value of provisional time.
7. 制御対象を比例制御,積分制御及び微分制御する
PIDコントローラにおいて、前記制御対象の目標値と
制御量とを入力して、目標値変化時または外乱印加時の
制御量応答形状から3個の評価指標を求める制御応答形
状認識手段と、前記3個の評価指標をそれぞれ定性的に
評価しこの評価に基づいてPID制御パラメータの修正
値を推定する制御パラメータ修正手段と、前記3個の評
価指標のうち2個の目標制御仕様に対する該2個の評価
指標の不満足度に応じて前記PID制御パラメータの推
定修正値を評価する制御性能不満足度評価手段と、前記
2個の評価指標が前記目標制御仕様を満足しない場合の
前記制御パラメータ修正手段,制御性能不満足度評価手
段及び制御パラメータ調整値演算機能をそれぞれ機能さ
せる制御性判定手段とを設けたことを特徴とするPID
コントローラ。
7. In a PID controller that performs proportional control, integral control, and differential control on a controlled object, the target value and control amount of the controlled object are input, and three evaluation indicators are calculated from the control amount response shape when the target value changes or when a disturbance is applied. control response shape recognition means for determining the value of the PID control parameter; control parameter modification means for qualitatively evaluating each of the three evaluation indicators and estimating a modified value of the PID control parameter based on the evaluation; control performance dissatisfaction evaluation means for evaluating the estimated correction value of the PID control parameter according to the degree of dissatisfaction of the two evaluation indicators with respect to the two target control specifications; A PID characterized in that it is provided with controllability determining means for functioning the control parameter correction means, control performance dissatisfaction level evaluation means, and control parameter adjustment value calculation function when the control parameters are not satisfied.
controller.
8. 3個の評価指標の大きさをそれぞれ定性的に評価
するための3個の評価指標評価手段と、定性的に評価さ
れた前記3個の評価手段との関係によりPID制御パラ
メータの修正値を推定するための調整ルールを設けたこ
とを特徴とする請求項7記載のPIDコントローラ。
8. Estimating the corrected value of the PID control parameter based on the relationship between three evaluation index evaluation means for qualitatively evaluating the magnitude of each of the three evaluation indices and the three qualitatively evaluated evaluation means. 8. The PID controller according to claim 7, further comprising an adjustment rule for controlling the PID controller.
9. 制御性能不満足度評価手段が、3個の評価指標の
うち第1及び第2の評価指標のそれぞれの目標指標に対
する不満足度を比較し、これらの最大値として重み係数
を決定することを特徴とする請求項7記載のPIDコン
トローラ。
9. The control performance dissatisfaction evaluation means compares the dissatisfaction levels of the first and second evaluation indicators with respect to the respective target indicators among the three evaluation indicators, and determines the weighting coefficient as the maximum value thereof. The PID controller according to claim 7.
10. 3個の評価指標のうち、第1の評価指標はオー
バーシユート量、第2の評価指標は減衰比、第3の評価
指標は周期の前回値と今回値との比とした周期比である
ことを特徴とする請求項7記載のPIDコントローラ。
10. Among the three evaluation indexes, the first evaluation index is the amount of overshoot, the second evaluation index is the damping ratio, and the third evaluation index is the cycle ratio, which is the ratio of the previous value of the cycle to the current value. The PID controller according to claim 7, characterized in that:
11. 第3の評価指標は立上り時間の前回値と今回値
との比とした立上り時間比であることを特徴とする請求
項10記載のPIDコントローラ。
11. 11. The PID controller according to claim 10, wherein the third evaluation index is a rise time ratio defined as a ratio between a previous value of rise time and a current value.
12. 第3の評価指標は暫定時間の前回値と今回値と
の比とした暫定時間比であることを特徴とする請求項1
0記載のPIDコントローラ。
12. Claim 1, wherein the third evaluation index is a provisional time ratio defined as a ratio between a previous value of the provisional time and a current value.
PID controller described in 0.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4442834A1 (en) * 1993-12-03 1995-06-08 Toyota Motor Co Ltd Ascertaining optimum value for control action gain in feedback systems
JPH0981206A (en) * 1995-09-08 1997-03-28 Kayaba Ind Co Ltd Fuzzy control device

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