JPH03269702A - セルフチューニング調節計 - 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、少なくとも比例（Ｐ〉、積分（Ｉ）。

などの演算定数を自動的に決定するようにしたセルフチ
ューニング調節計に関し、さらに詳しくは、制御対象（
プロセス）を−時的にオン／オフ制御を行い、その時に
生ずるプロセスのハンチング（リミットサイクル）を観
測し、その観測結果に基づいて演算定数をチューニング
するようにしたリミットサイクル法のセルフチューニン
グ調節計に関する。

〈従来の技術〉 フィードバック制御に用いられるプロセス調節計として
、ＰＩ（Ｄ）演算定数（パラメータ）を自動的にチュー
ニングするようにしたセルフチューニング調節計が実用
化されている。

この様なセルフチューニング調節計として、リミットサ
イクル法は、例えは「昭和４８年計測自動制御学会第１
２回学術講演会予稿集Ｐ６１７〜６２４　　ＰＩＤ自動
設定形アタプテイブ・コントローラ　須見、描出」など
により公知である。

第６図は、公知のリミットサイクル法を用いたセルフチ
ューニング調節計の構成概念図である。

図において１は制御対象であるプロセス、２はプロセス
１からのプロセス量Ｐｖと、設定値ＳＰとの偏差信号Ｄ
Ｖを入力するＰＩ　（Ｄ）制御手段、３は同じくオン／
オフ信号発生手段で、これらの各調節部からの信号がセ
レクタＳＬを介してプロセス１に操作信号ＭＶとして出
力する。４は波形観測及び演算定数設定手段で、オン／
オフ動作調節時における、プロセス１のリミットサイク
ルを観測し、その観測結果に基づいてＰＩ演算定数を算
出し、それらをＰＩ制御手段２に設定するものである。

この様な構成の調節計は、ＰＩ　（Ｄ）定数のチューニ
ングを行う場合、セレクタＳＬを、オン／オフ信号発生
手段３の出力を選択するようにし、プロセス１を一時的
にオン／オフ制御を行う。

第７図は、このオン／オフ制御時の動作波形図である。

（ａ）はセレクタＳＬを介してオン／オフ信号発生手段
３からプロセス１に出力される操作信号Ｍ■の波形であ
り、０％〜１００％または出力下限値と出力上限値の振
幅を有する操作信号が出力されている。

プロセス１からのプロセス量Ｐ■は、（ｂ）に示すよう
に設定値ＳＰを中心にして、ハンチングしたものとなり
、その周期や振幅がプロセスの動特性を代表したものと
なっている。

波形観測及び演算定数設定手段４は、このオン／オフ動
作調節時における、プロセス１のリミットサイクルを観
測し、その観測結果（周期、＠幅）に基づいてＰＩ　（
Ｄ）演算定数を算出し、それらをＰＩ　（Ｄ）制御手段
２に設定する。

ＰＩ　（Ｄ）演算定数がＰＩ　（Ｄ）制御手段２に設定
されると、セレクタＳＬは今度はＰＩ　（Ｄ＞制御手段
２の出力を選択し、プロセス１に出力する。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来のこの様なリミットサイクル法を用いたセルフチュ
ーニング調節計は、プロセスの負荷状態によってオン／
オフレシオ（デユーティ比）や振幅が変化して波形が歪
み、正確な波形観測が行えず、このためにＰＩ　（Ｄ＞
演算定数を精度よく算出することができないと言う問題
点があった。

本発明は、この様な点に鑑みてなされたもので、その目
的は、オン／オフ動作調節時における、プロセス１のリ
ミットサイクル波形の歪みを無くし、正確なＰＩ　（Ｄ
＞演算定数をチューニングできる調節計を実現すること
にある。

く課題を解決するための手段〉 前記した課題を解決する本願発明は、 プロセスからのプロセス量と設定値との偏差信号に少な
くとも比例（Ｐ）、積分（Ｉ）演算を行い、得られた操
作信号をプロセスに出力するＰＩ制御手段と、 プロセスからのプロセス量と設定値との偏差信号をに入
力し、オン／オフ信号をプロセスに出力するオン／オフ
信号発生手段と、 プロセスにオン／オフ信号を出力している時に生ずるプ
ロセス量の波形を観測し、その観測結果に基づいて前記
ＰＩ制御手段に設定するＰＩ演算定数を演算する波形観
測及び演算定数設定手段と、プロセスにオン／オフ信号
を出力している時に生ずるプロセス量の波形を観測し、
その観測結果に基づいてオン／オフ信号の振幅の補正値
を演算する補正値演算手段と、 前記オン／オフ信号発生手段からプロセスに出力される
オン／オフ信号の振幅の上限値及びまたは下限値を、前
記補正値演算手段からの補正値に基づいて補正する振幅
補正手段と、 で構成される。

〈作用〉 ＰＩＤ演算定数をセルフチューニングするモードでは、
オン／オフ信号発生手段からのオン／オフ信号がセレク
タを介してプロセスに出力され、プロセスはオン／オフ
制御される。

補正値演算手段は、プロセスにオン／オフ信号を出力し
ている時に生ずるプロセス量の波形に歪みが生じる場合
、その観測結果に基づいてオン／オフ信号の振幅の補正
値を演算する。

振幅補正手段は、プロセスに出力するオン／オフ信号の
振幅を補正値に基づいて変更する。

波形観測及び演算定数設定手段は、プロセスがオン／オ
フ制御状態におけるプロセス量のリミットサイクルを観
測し、ＰＩ　（Ｄ）演算定数を算出して、これをＰＩ　
（Ｄ）制御手段に設定する。

〈実施例〉 以下図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すｍ或ブロック図であ
る９図において、１はプロセス、２はプロセス（制御対
象）からのプロセス量ＰＶと設定値ＳＰとの偏差信号Ｄ
Ｖに、少なくとも比例ＣＰ）、積分（Ｉ）演算を行い、
得られた信号をセレクタＳＬを介して、操作信号ＭＶと
してプロセス１に出力するＰＩ制御手段で、ＰＩ演算定
数は、外部からの信号によって任意の値に設定可能のよ
うに構成されている。

３はプロセス１からのプロセス量ＰＶと設定値ＳＰとの
偏差信号ＤＶをに入力し、オン／オフ信号をプロセスｌ
に出力するオン／オフ信号発生手段である。４はプロセ
ス１にオン／オフ信号を出力している時に生ずるプロセ
ス量Ｐ■のリミットサイクル（波形〉を観測し、その観
測結果に基づいてＰ　Ｉ　ｉｌ制御手段２に設定するＰ
Ｉ演算定数を演算する波形観測及び演算定数設定手段で
ある。

これらの構成要素は、従来装置のものと変わらない。５
はプロセス１にオン／オフ信号を出力している時に生ず
るプロセス量ＰＶのリミットサイクルを観測し、その観
測結果に基づいてプロセス１に出力されるオン／オフ信
号の振幅の補正量を演算する補正値演算手段、６はオン
／オフ信号発生手段３からプロセスに出力されるオン／
オフ信号の振幅の上限値及びまたは下限値を、補正値演
算手段５からの補正値に基づいて補正する振幅補正手段
である。

この実施例では、オン／オフ信号発生手段３から出力さ
れるオン／オフ信号に補正値を加算する加算回路６１と
、この加算回路の出力を制限するリミッタ６２で構成さ
れている。

このように構成した装置の動作を次に説明する。

第２図は、全体動作を示す概略フローチャートである。

はじめに、オートチューニングモードか否か判断される
（ステップ１）、オートチューニングモードの指定は、
例えばパネル前面に設けられた、スイッチ等の操作によ
りプロセスの立ち上げ時や、必要に応じて指定される。

オートチューニングモードでない場合は、セレクタＳＬ
は、ＰＩ　（Ｄ）制御手段２からの信号をプロセス１に
出力し、通常のＰＩ（Ｄ）制御が行われる（ステップ９
）。

オートチューニングモードが指定されると、セレクタＳ
Ｌはオン／オフ信号発生手段３からの信号を選択すると
共に、このオン／オフ信号をプロセス１に出力する。こ
れによりプロセス１はオン／オフ制御されるので、設定
値ＳＰを境にしてハンチングする。

第３図は、この状態でのプロセス量ＰＶのリミットサイ
クルを示す波形図である。

波形観測及び補正値演算手段５は、プロセス１からのプ
ロセス量ＰＶの第３図に示すＰＶのリミットサイクル波
形を観測し、１周期Ｔｏ、ＰＶが設定値ＳＰを越えてい
る期間Ｔ１から、デユーティ比りを（１）式から算出す
る（ステップ２）。

Ｄ＝　　（Ｔｌ／Ｔｏ＞　　　　　　　　・・・　（１
）次に、ステップ２で得られたチューティ比かほぼ０．
５付近にあるか、波形が安定しているか否かを判断する
（ステップ３）。

その結果、デユーティ比りかほぼ０．５付近に無く、か
つ波形が不安定な場合は、波形歪みが生じていると判断
して、デユーティ比りから、（２）式に従ってプロセス
１に出力するオン／オフ信号（操作信号ＭＶ＞の補正（
ａＭを演算する（ステップ４）。

補正値Ｍ ＝前回の補正値子ＳＰＸ　（０，５−Ｄ）Ｘ２・・　（
２） ただし、ＳＰはスパンで、 ＳＰ＝　（上限値−下限値）−前回補正値波形観測及び
補正値演算手段５での（２）式による演算で得られた補
正値Ｍは、振幅補正手段６に送られ、ここでオン／オフ
信号の振幅が補正され、オン／オフ制御が行われる（ス
テップ５）。

すなわち、振幅補正手段６は、補正値が「Ｏｊであれば
リミッタ６２の上限値ＯＨ，下限値ＯＬで振幅が制限さ
れたオン／オフ信号がプロセス１にそのまま出力される
か、補正値か「Ｏ」以外の値Ｍ場合は、リミッタ６２に
入るオン／オフ出力信号が補正値Ｍだけバイアスされる
ので、プロセス１に出力される操作信号（Ｍ■）は、上
限値ＯＨ１下＠値ＯＬ＋Ｍの２値のオン／オフ信号か、
上限値ＯＨ＋Ｍ、下限値ＯＬの２値のオン／オフ信号か
になる。

第４図は、オートチューニングモードが指定された状態
において、プロセス１に出力されるオン／オフ信号の様
子を示す概念図である。

補正値Ｍか「０」より大きい値の場合は、（ａ）に示す
ような特性を持つオン／オフ信号が出力され、補正値Ｍ
が「０」より小さい場合は、（ｂ）に示すような特性を
持つオン／オフ信号が出力される。

この様な動作により、プロセス量ＰＶのリミットサイク
ルを観測し、その波形の歪みが大きいと判断されるよう
な場合には、その歪みを１周期のデユーティ比の０．５
からのずれから得て、これを用いてオン／オフ動作の上
限／下限値に修正を加えるもので、歪みの少ないリミッ
トサイクルを得ることが可能となる。

ステップ２〜５の動作は、デユーティ比りがほぼ０．５
付近になり、かつ波形が安定するまで続けられる。

第５図は、オートチューニングモードか指定された状態
におけるプロセス量Ｐ■のリミットサイクル波形と、プ
ロセス１に出力される操作信号Ｍ■としてのオン／オフ
信号の波形図である。

オン／オフ信号の振幅を補正値にしたかって修正するこ
とにより、プロセス量ＰＶのリミットサイクル波形の歪
みが無くなり、波形歪みが次第に少なくなって正弦波に
近くなることが分かる。

波形が安定したと判断されると、ステップ６に移行する
。

ここでは、波形観測及び演算定数設定手段４によって、
プロセス量Ｐ■からの歪みの少なくなったリミットサイ
クル（波形）を観測し、その観測結果（周期Ｔｏ、振幅
Ａ）に基づいてＰＩ　（Ｄ）制御手段２に設定するＰＩ
　（Ｄ）演算定数を演算する。

ＰＩ　（Ｄ）演算定数の演算式は、例えばＺｉｅｇｌｅ
ｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓの方法を用いれば、（３）弐〜（５
）式で求まる。

比例帯ＰＢ＝１００／　（０，６ＸＫｃ）（３） 積分時間Ｔｉ＝０．５ｘＴｏ　　　　　−＝−＜４）微
分時間Ｔｄ＝０．１２ＸＴｏ　　　　−＝　（５）ただ
し、Ｋｃは臨界ゲイジで Ｋｃ （４×オン／オフ信号の振幅）／（πＸＡ＞なお、この
実施例では、リミットサイクルの波形観測を行う手段を
別のブロックで示したが、これらは、ＰＩＤ定数演算部
４と補正値演算部５で共通に用いてもよい。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明によれば、リミット
サイクルの波形が乱れるような場合には、プロセスへ出
力するオン／オフ信号の振幅を修正することで正弦波に
近い波形とすることができるので、常に精度の良好なＰ
Ｉ　（Ｄ）演算定数をＰＩＤ制御手段に設定することが
できる。

また、プロセスへ出力されるオン／オフ信号の振幅がプ
ロセスの応答に応じて制限されるので、プロセスへ与え
る外乱を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図は全体動作を示す概略フローチャート、第３図はプロ
セス量Ｐｖのリミットサイクルを示す波形図、第４図は
オートチューニングモードが指定された状態において、
プロセスに出力されるオン／オフ信号の様子を示す概念
図、第５図はオートチューニングモードが指定された状
態におけるプロセス量ＰＶのリミットサイクル波形と、
プロセス１に出力される操作信号ＭＶとしてのオン／オ
フ信号の波形図、第６図は公知のリミットサイクル法を
用いたセルフチューニング調節計の構成概念図、第７図
は、このオン／オフ制御時の動作波形図である。 １・・・プロセス（制御対象） ２・・・ＰＩ　（Ｄ）制御手段 ３・・・オン／オフ信号発生手段 ４・・・波形観測及び演算定数設定手段５・・・波形観
測及び補正値演算手段 ６・・・振幅補正手段 ＳＬ・・・セレクタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プロセスからのプロセス量と設定値との偏差信号
   に少なくとも比例（Ｐ）、積分（Ｉ）演算を行い、得ら
   れた操作信号をプロセスに出力するＰＩ制御手段と、 プロセスからのプロセス量と設定値との偏差信号をに入
   力し、オン／オフ信号をプロセスに出力するオン／オフ
   信号発生手段と、 プロセスにオン／オフ信号を出力している時に生ずるプ
   ロセス量の波形を観測し、その観測結果に基づいて前記
   ＰＩ制御手段に設定するＰＩ演算定数を演算する波形観
   測及び演算定数設定手段と、プロセスにオン／オフ信号
   を出力している時に生ずるプロセス量の波形を観測し、
   その観測結果に基づいてオン／オフ信号の振幅の補正値
   を演算する補正値演算手段と、 前記オン／オフ信号発生手段からプロセスに出力される
   オン／オフ信号の振幅の上限値及びまたは下限値を、前
   記補正値演算手段からの補正値に基づいて補正する振幅
   補正手段と、 を備えたセルフチューニング調節計。
2. （２）補正値演算手段は、プロセス量のリミットサイク
   ルを観測し、その１周期のディユティ比Ｄを計算すると
   共に、前回の補正値と、スパンＳＰから次式に従い補正
   値を演算する請求項（１）記載のセルフチューニング調
   節計。 補正値 ＝前回の補正値＋ＳＰ×（０．５−Ｄ）×２ただし、 ＳＰはスパンで ＳＰ＝（上限値−下限値）−前回補正値 で与えられる。