JPH02213903A

JPH02213903A - 制御装置

Info

Publication number: JPH02213903A
Application number: JP3551289A
Authority: JP
Inventors: Masaki Namie; 正樹浪江; Tomoyuki Tsukabe; 塚部　智之
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1990-08-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の分野）この発明は、自動的に制御対象の特性に応じてＰ　Ｉ　
Ｄハラメータを設定するオートチューニング方式を用い
た制御装置に関する。

（発明の概要）この発明に係るオートチューニング方式を用いた制御装
置は、２位置制御要素を設けてリミットサイクルを発生
させ、更に、その振動周期と振幅から制御対象の特性を
算出する算出部を設けることにより、より的確に操作量
と制御量とを観測して制御対象の特性が同定され、その
同定結果に基づいてＰＩＤ演算処理時の制御原因を最適
に設定できるようにしたものである。

（従来技術とその問題点）従来のＰＩＤ制御要素のＰＩＤパラメータ設計法として
は、Ｚ−Ｎ　（Ｚｉｅｇｌｅｒ、Ｎｔｃｈｏｌｓ）の近
似応答法やＣ番Ｈ−Ｒ（Ｃｈｉｅｎ。

Ｈｒｏｎｅｓ、Ｒｅ５ｗ１ｃｋ）法が良く知られている
が、いずれの方法も制御対象の特性を、下記の（１）式
の伝達関数で近似表現したときの最大傾きＴとむだ時間
りを知る必要がある。

ここでに：定常ゲイン、Ｔ：時定数、Ｌ：むだ時間未決としては第３図に示すような最大傾き凡とむだ時間
りの測定法がある。

すなわち、制御対象にステップ上の操作量変化を与え、
この間の制御量を観測し、第３図に示す最大傾ぎ凡とむ
だ時間りを求める方法である。

しかしながら、この方法を自動化して調節計に組み込む
にあたっては、以下に示すような問題がある。

まず第１に、最大傾き五の測定は、制御量ｙの計測ノイ
ズの影響を受けやすいため、ノイズの影響を除去するた
めの工夫が必要になる。

次に、測定スタート時に、制御量ｙが整定していなけれ
ばならないので、整定状態の判定が必要となる。

（発明の目的）この発明は、上記問題点に着目してなされたもので、そ
の目的とするところは、リミットサイクルを発生させ、
その振幅と周期から制御対象を同定することにより、測
定ノイズに強くより的確な自動制御をなし得る上にオー
トチューニング開始前に制御量を予め整定させる手間を
も省いたオートチューニング方式を用いたＰＩＤ制御装
置を提供するところにある。

（発明の構成と効果）この発明は、上記目的を達成するため、基準となる設定
装置と制御対象からフィードバックされる現在の制御量
の偏差信号を基に制御対象に操作量を出力する制御装置
において、上記偏差信号を基にリミットサイクルを発生させる２位
置制御要素と、その２位置制御要素の出力を操作量として上記制御対象
に与えるための切替えスイッチと、上記２位置制御要素
で発生されたリミットサイクルの振動周期と振幅を観測
し、この２つから上記制御対象の特性を算出する算出部
と、上記算出部で求められた上記制御対象の特性からＰ
ＩＤパラメータを設計する設計部と、その［’Ｄハラメ
ータの設計に基づきＰＩＤ演算を行ない、オートチュー
ニング期間で操作量の出力制御をするＰＩＤ演算部と、から構成されていることを特徴とするものである。

上記の構成によれば、２位置制御要素によりリミットサ
イクルを発生させて、第２図に示すようにそのリミット
サイクルの振動周期と振幅を測定するようにしたので、
従来のように最大傾き（変化率）を測定するのに比ベノ
イズの影響が極力防止されるとともに振動周期と振幅の
測定開始時点は、リミットサイクル発生前の制御量の影
響がなくなってからの時点で選べることになり、従来の
ようにオートチューニング前に制御量を予め整定する必
要がなくなる。

また、その結果、より的確に操作量と制御量とを観測し
て制御対象の特性が同定され、その同定結果にもとづい
てＰＩｐ演算演算処理料御原因を最適に設定できるなど
の効果を奏する。

（実施例の説明）以下、この発明のＰＩＤ制御装置の一実施例を図面に基
づいて説明する。

第１図は、この発明の制御装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。

図中１はＰＩＤ演算部で、オートチューニング期間で動
作するようになっている。

図中２は制御対象で、３は偏差信号ｅを受けて第２図の
示すリミットサイクルの操作量を出力するヒステリシス
付の２位置制御要素である。４は２位置制御要素３の出
力を操作量として制御対象２に与えるための切り替えス
イッチ、５は２位置制御要素３で発生したリミットサイ
クルの振動周期Ｐｃと振幅ａを観察し、この２つから、
最大傾き界とむだ時間りを算出する算出部である。

図中６はＰＩＤパラメータ設計部で、このＰＩＤパラメ
ータ設計部６は、算出部５で求められた最大傾ｓＫとむ
だ時間りを基にＺ−Ｌの近似・応容性やＣ−Ｈ−Ｒ法な
どの良く知られた設計法でＰＩＤパラメータを設計する
。

そうして、上記ＰＩＤ演算部１にてＰＩＤ演算がされ、
オーチューニング期間に亘り操作量の出力制御がなされ
るようになっている。

次に、算出部５における算出原理について説明する。

五、Ｌの算出部の説明制御対象２の特性を求める（１）式は、上述したように
下記式で求められる。

次に、制御対象２の記述関数は、（２）式で表される。

制御対象２の入力（すなわち偏差ｅ）波を（３）式の純
正弦波と近似すると、ｅ（１）　＝ａ　＊　ｓ　ｉ　ｎ　（ｗｏ　ｔ）　　　
　　　−（３）制御対象２の出力の基本波成分は（４）
式となる。

・・・（４）ところで（１）式の制御対象２の周波数伝達関数は（５
）式となる。

Ｇ　ｔ　Ｉｆ）　＝　　　Ｋ−’＝’ 丁口］下０にＭＫ制御対象２に（４）式を入力した場合の出力、すなわち
リミットサイクルの基本波成分は（６）式となる。

（７）式より、時刻Ｔとむだ時間りについて（８）式を
得ることができる。

第１図より、ｅ＝ｒ−ｙの関係があるから、（３）式と
（６）式より（７）式が得られる。

（鄭）・・・（８）ここで、一般に（９）式が成立するので、これにより下
記の（１０）式が得られる。

式を用意しておけば良い。

さらに、（１１）式が成する場合には、ａ＞＞ｈ　　　
　　　　　　　　　　・・・（１１）（１０）式のむだ
時間り算出式は、（１２）式のように近似することもで
きる。

なお、実施例では、２位置制御要素３の入力に偏差ｅを
用いた。すなわち、リミットサイクルを目標値ｒを中心
に発生させたが、目標値以外を中心にしても良い。

さらに、リミットサイクルの山と谷の振幅が異なる場合
には、平均をとって（１０）式の振幅ａと近似させれば
良い。

また、２位置制御要素３の出力は、Ｍと−Ｍとしている
が、任意の２値で良い。その時は２値の差の１／２を（
１０）式のＭと近似すれば良い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のオートチューニゲ方式を用いた制御
装置の一実施例の概略構成を示す構成図、第２図は２位
置制御要素から発生されるリミットサイクル（制御波形
図）、第３図は従来の最大傾き五とむだ時間りを求める
ときの測定法を示す図である。１・・・ＰＩＤ演算部２・・・制御対象３・・・２位置制御要素４・・・切り替えスイッチ５・・・算出部６・・・ＰＩＤパラメータ設計部（設計部）ｒ・・・目
標値ｅ・・・偏差Ｕ・・・操作量ｙ・・・制御量第３図特許出願人　　立石電機株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

１．　基準となる設定装置と制御対象からフィードバッ
クされる現在の制御量の偏差信号を基に制御対象に操作
量を出力する制御装置において、上記偏差信号を基にリ
ミットサイクルを発生させる２位置制御要素と、その２位置制御要素の出力を操作量として上記制御対象
に与えるための切替えスイッチと、上記２位置制御要素
で発生されたリミットサイクルの振動周期と振幅を観測
し、この２つから上記制御対象の特性を算出する算出部
と、上記算出部で求められた上記制御対象の特性からＰＩＤ
パラメータを設計する設計部と、そのＰＩＤパラメータの設計に基づきＰＩＤ演算を行な
い、オートチューニング期間で操作量の出力制御をする
ＰＩＤ演算部と、から構成されていることを特徴とするオートチューニン
グ方式を用いた制御装置。