JPH0244386A - Ｐｉｄ制御装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気負荷を付勢してプロセスを操作し、プロ
セスの変数を検出してこれに対応してプロセスの操作量
をＰＩＤ　（比例、積分および微分）演算して算出し、
該操作量対応に電気負荷を付勢するＰＩＤ制御装置に関
し、特に、この演算および操作指示をマイクロコンピュ
ータで行なうＰＩＤ制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ＰＩＤ制御を実行するプロセス、例えば複写機の
定着器の場合、定着ヒータの容量が大きいため直接商用
交流電源を定着ヒータに印加する。

そして、制御方法として第２図に示すように、制御周期
（Ｔ）の内、定着温度（プロセス変数）に対応してＰＩ
Ｄ制御で求めた操作量（この場合は。

Ｔ内の通電時間）Ｍｎをオンとし、残りのＴ−Ｍｎをオ
フにするという一種のデユーティ制御で定着温度を一定
に保つように制御している。

〔発明が解決しようとする課題〕

一方、商用交流電源は、地域、環境等により。

Ａ、Ｃ，８０〜１２０Ｖｒ膳Ｓと大きく異なる場合、あ
るいは、変動する場合がある。しかしながら、ＰｒＤ演
算で使用する係数Ｋｐ、に、およびＫｄは、一般に定数
であり、商用交流電源の標準電圧値１１００Ｖｒｐを前
提に定められた値である。しかし、商用交流電源の電圧
が標準値よりずれていると、あるいは変動すると、ＰＩ
Ｄ制御特性、すなわち係数Ｋｐ。

Ｋ１およびＫｄが、実電圧に合致しないものとなり、す
なわちＰｒＤＩＩＩｍ特性が電源電圧に合致せず、定着
器の温度制御（プロセス制御）が不安定もしくは不十分
となるという問題がある。

本発明は、前述のＰＩＤ制御の安定性および信頼性を高
くすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明では、ＰＩＤ演算を行
ない操作量Ｍｎを求める前に、＠源電圧の実効値を検出
して、この検出した実効値に適合する係数Ｋｐ、ＫＩお
よびＫｄを選定し、この選定した係数に基づいて操作量
を算出し、プロセスを操作する。

すなわち１本発明の１つのｐｒｏ＃ｍ装置は。

交流電源で付勢される電気負荷を含むプロセスの、ｎ時
点の操作量Ｍｎをマイクロコンピュータによって下式で
求めて、該プロセスをＰＩＤ制御するＰＩＤ制御装置に
おいて、 ｈ＝Ｍｎ−１千Δｈ。

Δ翻＝にｐ（ＰＶｎ　−１−ＰＶｎ）　＋Ｋ　Ｉ（Ｓｒ
−ＰＶｎ）　＋Ｋｄ（２ＰＶｎ　−１−ＰＶｎ−ＰＶｎ
　−２）　。

Ｋｐ、Ｋ　、　、Ｘｄ　：係数、団゛：プロセスの目標
値。

ＰＶｎ、ＰＶｎ−１，ＰＶｎ−２：各時点でのプロセス
変数。

前記交流電源の実効値を検出する検出手段を備え、マイ
クロコンピュータが、該検出手段で検出した実効値に応
じて、前記Ｋｐ、に工およびＫｄを実効値適合値に切換
える。

本発明のもう１つのＰＩＤ制御装置は、交流電源で付勢
される電気負荷を含むプロセスの、ｎ時点の操作量Ｍｎ
をマイクロコンピュータによって下式で求めて、該プロ
セスをＰＩＤ制御するＰＩＤ制御装置において。

ＰＶｎ　Ｓ　ｎ線点でのプロセス変数。

前記交流電源の実効値を検出する検出手段を備えて、マ
イクロコンピュータが、該検出手段で検出した実効値に
応じて、前記Ｋｐ、ＫｒおよびＫｄを該実効値適合値に
切換える。

〔作用〕

プロセスの電気負荷に印加される交流電源電圧が変動す
ると、マイクロコンピュータがこれに対応して、該交流
電源電圧に適合する予め定められた係数にρ、ＫＩおよ
びＫｄを選択して、これに基づいて上記ＰＩＤ制御の操
作量Ｍｎを算出して、この操作量Ｍｎに基づいてプロセ
スを操作するので、交流電源の実電圧に適合した特性の
ＰＩＤ制御が実現し、ＰＩＤ制御の安定性および信頼性
がが高くなる。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の
実施例の説明より明らかになろう。

〔実施例１〕 第１図に本発明の一実施例である。定着器（プロセス）
のＰＩＤ制御装置を示す、制御回路は、マイクロコンピ
ュータ４　（以下マイコンと略称する）及びその入出力
ポートに接続された各種入出力回路で構成されている。

ここで用いているマイコン４は、シングルチップ・８ビ
ツトマイクロコンピユータであり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ
／Ｄコンバータ、タイマ、汎用シリアルインターフェー
ス。

Ｉ１０ボートなどが備わっている。

マイコン４の割込入力端子ｌＮＴｌには、商用電源ｌの
電圧波形のゼロクロスタイミングで高レベル「Ｈｌ」に
なるゼロクロス信号が入力される。このゼロクロス信号
は、商用電源１の電圧を余波整流回路２で全波整流し、
この全波整流信号をゼロクロス生成回路（比較器）３に
与えて、ゼロクロスの直前から直後の間高レベル「Ｈｌ
」になる２値信号として得たものである。

また、全波整流信号がマイコン４のＡ／Ｄ変換信号入力
端子ＡＮｏに入力される。

サーミスタ６が定着ヒータ８の温度を検出して。

該温度に対応するアナログ信号を発生し、温度検出回路
５がこのアナログ信号を増幅して信号レベルを調整して
マイコン４のＡ／Ｄ変換信号入力端子ＡＮ１に入力する
。

マイコン４の出力ボートＰＯに低レベルｒ　ＬｏＪが出
力されると、スイッチング回路７が導通状態となり、定
着ヒータ８に電圧が印加される９第３ａ図〜第３Ｃ図に
、マイコン４の制御動作を示す、第３ａ図がメインフロ
ーを示し、第３ｂ図がゼロクロス信号の立上りタイミン
グで発生する割込フローを示し、第３ｃ図が割込みＡ／
Ｄ変換のフローを示す。

まず第３ａ図を参照すると、電源が投入されると、マイ
コン４はまずシステムの初期化を行なう（ステップ１：
以下、カッコ内ではステップという語を省略する）、つ
まり、各ポートの設定。

ＲＡＭのクリア等を行なう６ マイコン４は次に、商用電源１の周波数を検出する（２
）、検出方法は、タイマに０．５ｓｅｃをセットし、ゼ
ロクロス信号の立上り検出時点でタイマをスタートする
。タイマのスタートから０．５ｓｅｃの間にゼロクロス
信号の立上りを検出する毎にカウントする。そして、　
０．５ｓｅｃ経過した後、タイマをストップして、上記
カウント値をチエツクする。

カウント値が５５より大きかったら６０１（ｚと、５５
以下であれば５０Ｈｚと検出する。

周波数の検出が終ると、定着ヒ〜り８の制御周期カウン
タ（ＨＥＴＣＮＴ）に１をセットする。尚、本実施例で
の定着ヒータ８の制御周期は１秒である。

さて、（ＨＥＴＣＮＴ）に１をセットすると、実効値検
出モードになるまで待機状態となる。実効値検出モード
になるのは、電源電圧のサンプリングが終了した時点で
ある。この電源電圧のサンプリングは、第３ｃ図に示す
割込処理で行なう。

電源電圧のサンプリングが終了し、実効値検出モードに
なると、電源電圧の実効値（ＲＭＳ）を計算する（４）
　、　　（ＲＭＳ）の計算は下式に示す如く、公知のア
ルゴリズムを用いて求める。

（ＳＮ）＝（ＳＮ１）”　＋（Ｓ朗Ｐ２）２＋・・・＋
（Ｓ訓句２（ＡＶＥ）＝　（ＳＵＭＳＱＲ）／ｎ （ＲＭＳ）＝　Ｂｉ ここで、５ＡＭＩＷｈ個目のサンプリングデータである
。

次に制御周期経過かどうか、っまり（ＨＥＴＣＮＴ）　
＝０かどうかをチエツクする（５）　、　（ＨＥＴＣＮ
Ｔ）はゼロクロス割込み（第３ｂ図）毎にディクリメン
トす・・・（１） る、　（ＨＥＴＣＮＴ）＝　Ｏの場合は制御周期経過と
判断し、ステップ６〜８の手順で操作量（ＦＵＳＣＹＣ
）の更新処理を行なう。ステップ６〜８の処理を行なう
前に（ＮＥＴＣＲＴ）に、　５０）１ｚの場合は１００
を、　６０Ｈｚの場合は１２０を再セットする。

次にマイコン４は、検出した実効値（ＲＭＳ）に適合す
る、Ｐ　Ｉ　ＤＷＩ算の係数であるＫｐ、Ｋ［およびＫ
ｄの選定を行なう（６）。検出実効値に適合する係数の
値は、メモリに保持しているので、検出した実効値（Ｒ
ＭＳ）に対応する係数を読出す、メモリに保持している
係数を第１表に示す。

第１表 マイコン４は次に、読出した係数Ｋｐ、ＫｒおよびＫｄ
を用いて、下式に示すＰＩＤ演算を行ない、操作量（Ｆ
ＬＩＳＣＹＣ）の変化分（ＥＭ）を求める（７）。

（団）＝Ｋｐ（（ＴＮＩ）−（ＴＮＯ））＋に１（（訂
）−（耐０）〕＋Ｋｄ（２（ＴＮＩ）−（ＴＮＯ）−（
ＴＮ２））　　　　　　・・・（２）、：、１：−テ、
　（丁ＮＯ）、　（ＴＮＩ）および（ＴＮ２）はそれぞ
れ。

現在、１秒前および２秒前の定着ヒータ温度（プロセス
変数）である、　（ＳＴ）は定着ヒータ温度の設定値（
目標値）である。但し、電源投入時の１回だけはデータ
が揃っていないので、　（丁Ｎ０）＝（ＴＮＩ）＝（丁
Ｎ２）＝現在の温度、とする。

そして最後に、下式により操作量（ＦＵＳＣ’／Ｃ）を
更新する。

（ＦＵＳＣＹＣ）　＝　（ＦＵＳＣＹＣ）　＋　（ＥＭ
）　　　　・・・（３）なお５以上が１次の通りのＰＩ
Ｄ制御の操作量の算出である。

Ｍｎ＝Ｍｎ−＋＋ΔＭｎ。

ΔＭｎ＝Ｋｐ（ＰＶｎ　−１−ＰＶｎ）＋Ｋ　Ｈ（ＳＴ
−ＰＶｎ）＋Ｋｄ（２ＰＶｎ−１−ＰＶｎ−ＰＶｎ　−
２）。

ＫＰ、Ｋ　、　、Ｋｄ　：係数、ＳＴ：プロセスの目標
値。

ＰＶｎ、ＰＶｎ−１、ＰＶｎ−２：各時点でのプロセス
変数、さてマイコン４はまた、（ＦＵＳＣＹＣ）を操作
量（通電時間）カウンタ（ＦＵＳＣＮＴ）にセットする
。

次に、前述の実効値（ＲＭＳ）を計算する根拠の。

電源電圧のサンプリングについて、第３ｂ図を参照して
説明する。ゼロクロス信号の立上りエツジで割込みが発
生すると、マイコン４は、電源電圧サンプリングモード
か否かをチエツクする（９）。

電圧サンプリングモードでなければステップ１０〜１２
の処理をスキップする。電圧サンプリングモードであれ
ば、電圧サンプリングモードをクリアする（１０）、そ
して、Ａ／Ｄ変換割込を禁止する（１１）、最後に、電
源電圧の実効値検出モードをセットする（１２）。

次に、操作量カウンタ（ＦＵＳＣＮＴ）をチエツクしく
　１３　）　、　（ＦＬＩＳＣＮ丁）＝０ならヒータオ
フと児なし。

ヒータトリガをオフする（１５）。（ＦＵＳＣＮＴ）が
Ｏでないなら、　（ＦＵＳＣＮＴ）をデクリメントし、
ヒータトリガをオンする（１４）、次に、制御周期カウ
ンタ（ＨＥＴＣＮＴ）をディクリメントする。そして、
電源電圧サンプリングスタートか否かをチエツクする（
１６）、つまり、　（ＨＥＴＣＮＴ）＝　Ｏ（制御１周
期が終了した二次の制御１周期の開始直前）でかつヒー
タトリガがオフの場合、１！圧サンプリングスタートモ
ードとなる。電圧サンプリンゲス久−トモードになると
、電圧サンプリングモードをセットしく１７）、Ａ／Ｄ
変換割込みを許可する（１８）。

最後に、ＡＮＩのデータ、つまり定着ヒータ８の温度デ
ータを読込み、　（ＴＮＯ）にストアする（１９）。

終りに、Δ／Ｄ変換割込みの内容を、第３ｃ図を参照し
て説明する。このＡ／Ｄ変換割込みは。

（ＨＥＴＣＮＴ）　＝　Ｏ（制御１周期が終了した二次
の制御１周期の開始直前）でかつヒータトリガがオフの
時のゼロクロス信号の立上りから次のゼロクロス（１１
号の立上りまでの間に一定時間毎（本実施例では２３０
μｓｅｃ毎）に発生する。従って、その間の電圧サンプ
リングデータを、（ＳＡＭＰＩ）、　（ＳＡＭＰＩ）・
・・（ＳＡＭＰＩ）にストアする（２０）。

このようにストアされる電圧検出値は、ヒータがオフで
しかも、次の制御１周期の操作量演算の直前のときのも
のである。このように、電源電圧検出のタイミングを、
操作量（ＦＵＳＣＮＴ）更新（ＰＩＤ演算）の直前でし
かもヒータオフのときにしているのは０次の理由による
。すなわち、負荷として定着ヒータランプのようなタン
グステンでできているものに対しては、電源電圧印加時
に電圧がドロップし、安定するまで時間がかかる。従っ
て、電圧印加時に電源電圧の実効値を検出しても、過渡
状態の電圧となってしまい、定常時の値と異なってしま
う。そこで、負荷に電圧を印加してない時に電源電圧読
取を行なう。また、電圧が変動するので１次の、負荷へ
の電圧印加の直前に電源電圧読取を行なう。

〔実施例２〕 この実施例のハードウェア構成は、第１図に示すものと
同じであり、マイコン４の制御動作も前述の、第３ａ図
〜第３Ｃ図に示すものと同様であるが、第３ａ図に示す
ステップ７のｒＰＩＤの演算」とステップ８の「操作量
更新」の内容が異なる。これを以下に説明する。

前述の通り、ＰＩＤ演算の係数であるＫＰ。

ＫｌおよびＫｄの選定を行なう（６）と、マイコン４は
、先ず前回の操作量（ＦＵＳＣ’ＩＣ）から前回までの
積分値（ＳＩＩＪＡ）を下式により補正する。

（ＳＩＧＭＡ）＝（（ＦｔｌＳＣＹＣ）−Ｋｐ　（（Ｓ
Ｔ）−（ＴＮＩ））　−Ｋｄ　（（Ｔ？Ｊ２）　（ＴＮ
Ｉ））　）／Ｋ　Ｉ・・・（２） ここで、ＫＰ、Ｋ　、　、Ｋｄは新しく選定した係数、
（ＳＴ）は定着ヒータの設定温度（目標口、　（ＴＮＩ
）、（ＴＮ２）は前回（１秒前）、前々回（４少前）の
ヒータ温度、である。

（２′）式により（ＳＩＧＭＡ）の補正が終了すると、
下式により（ＦＵＳＣＹＣ）を更新する（８）。

（ＳＩＧＭＡ）＝　（ＳＩ製）＋　（ｓｒ）−（ＴＮＯ
）（ＦＵＳＣＹＣ）＝にρ（（ＳＴ）　（ＴＮＯ））＋
Ｋ　ｒ　（ＳＩＧＭＡ）＋Ｋｄ（（耐１）−（耐０）〕
・・・（３）（ＦｔｌＳＣＹＣ）を操作量カウンタ（Ｆ
ＵＳＣＮＴ）にセットする。

他の制御動作は、前述の実施例１の場合と同様である。

なお、この実施例２における前記（３′）式は。

ｈ＝にｐ−Ｅｎ＋Ｋ　Ｉ、Σ回十Ｋｄ（Ｅｎ−Ｅｎ　−
ｔ　）。

Ｋｐ、にｆ、Ｋｄ：係数、　Ｅｎ＝＝ＳＴ−Ｐａｎ、　
ＳＴ　：プロセスの設定値。

ＰＶｎｅｎ時点でのプロセス変数、 を示している。しかして、前記（２′）式は、　Ｋｐ、
に８およびＫｄが切換わった直後のＭｎの大なる変化を
補償するための、ΣＥｉの補正であり、これは１次式を
意味する。

ΣＥｎ−ｓ　＝（（Ｍｎ−ＫｐＥｎ−ｔ　−Ｋｄ（Ｅｎ
−ｔ　　Ｅｎ−２））／Ｋ　＋この補正により、操作量
の大きな変化が防止される。

〔発明の効果〕

プロセスの電気負荷に印加される交流電源電圧が変動す
ると、マイクロコンピュータがこれに対応して、該交流
電源電圧に適合する予め定められた係数ＫＰｔＫｒおよ
びＫｄを選択して、これに基づいて上記ＰＩＤ制御の操
作量Ｍｎを算出して、この操作量Ｍｎに基づいてプロセ
スを操作するので、交流電源の実電圧に適合した特性の
ＰｒＤ制御が実現し、ＰＩＤ制御の安定性および信頼性
がが高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。 第２図は、第１図に示す定着ヒータ８の温度制御のため
の、制御周期と、その中の通電期間を示すタイムチャー
トである。 第３ａ図、第３ｂ図および第３ｃ図は、第１図に示すマ
イクロコンピュータ４の制御動作を示すフローチャート
である。 ■＝交流電源（交流電源）　　　　２：余波整流回路３
：ゼロクロス検出回路 ４：マイクロコンピュータ（マイクロコンピュータ、検
出手段）５：温度検出回路　　　　　　　６：サーミス
タ７：スイッチング回路　　　　　　８：定着ヒータ（
電気負荷）Ｍｎ二通電時間（操作量） 蒐１図 芦２図 東３ｂ図 東３Ｃ図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源で付勢される電気負荷を含むプロセスの
   、ｎ時点の操作量Ｍ＿ｎをマイクロコンピュータによっ
   て下式で求めて、該プロセスをＰＩＤ制御するＰＩＤ制
   御装置において、 Ｍ＿ｎ＝Ｍ＿ｎ＿−＿１＋ΔＭ＿ｎ， ΔＭ＿ｎ＝Ｋ＿ｐ（ＰＶ＿ｎ＿−＿１−ＰＶ＿ｎ）＋Ｋ
   ＿Ｉ（ＳＴ−ＰＶ＿ｎ）＋Ｋ＿ｄ（２ＰＶ＿ｎ＿−＿１
   −ＰＶ＿ｎ−ＰＶ＿ｎ＿−＿２）Ｋ＿ｐ、Ｋ＿Ｉ、Ｋ＿
   ｄ：係数，ＳＴ：プロセスの目標値、ＰＶ＿ｎ、ＰＶ＿
   ｎ＿−＿１，ＰＶ＿ｎ＿−＿２：各時点でのプロセス変
   数、前記交流電源の実効値を検出する検出手段を備えて
   、マイクロコンピュータが、該検出手段で検出した実効
   値に応じて、前記Ｋ＿ｐ，Ｋ＿ＩおよびＫ＿ｄを該実効
   値適合値に切換えることを特徴とするＰＩＤ制御装置。
2. （２）交流電源で付勢される電気負荷を含むプロセスの
   、ｎ時点の操作量Ｍ＿ｎをマイクロコンピュータによっ
   て下式で求めて、該プロセスをＰＩＤ制御するＰＩＤ制
   御装置において、 ▲数式、化学式、表等があります▼ Ｋ＿ｐ、Ｋ＿Ｉ、Ｋ＿ｄ：係数、Ｅｎ＝ＳＴ−ＰＶ＿ｎ
   、ＳＴ：プロセスの設定値、ＰＶ＿ｎ：ｎ時点でのプロ
   セス変数、 前記交流電源の実効値を検出する検出手段を備えて、マ
   イクロコンピュータが、該検出手段で検出した実効値に
   応じて、前記Ｋ＿ｐ、Ｋ＿ＩおよびＫ＿ｄを該実効値適
   合値に切換えることを特徴とするＰＩＤ制御装置。
3. （３）マイクロコンピュータは、操作量Ｍ＿ｎ更新の直
   前でかつ前記電気負荷への電源供給ないときの検出手段
   で検出した実効値に応じて、前記Ｋ＿ｐ、Ｋ＿Ｉおよび
   Ｋ＿ｄを切換える、前記特許請求の範囲第（１）項又は
   第（２）項記載のＰＩＤ制御装置。
4. （４）マイクロコンピュータは、Ｋ＿ｐ、Ｋ＿Ｉおよび
   Ｋ＿ｄを切換えるとき、切換えによる操作量の不具合が
   発生しないように▲数式、化学式、表等があります▼を
   補正する前記特許請求の範囲第（２）項記載のＰＩＤ制
   御装置。