JPH033006A - 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、リミットサイクル法によるオートチューニン
グ機能を有した調節計に係り、特に、オートチューニン
グ実行中における中止時の最適処理を行い、かつオート
チューニングに関わる動作状態（状況）を表示するよう
にしたものに関する。

〈従来の技術〉 従来のリミットサイクル法によるオートチューニング機
能を有する調節計としては、例えば第９図に示した如き
ものがある。

この調節計において、ｌは制御量（ＰＶ）が入力される
Ａ／Ｄ変換器、２は設定値（ＳＶ）を設定する設定部、
３は制御量（ＰＶ）と設定値（ＳＶ）との偏差を求める
偏差演算部、４はＰＩＤ制御部、５はオートチューニン
グ部、６はオートチューニング部５中のオートチューニ
ング／ＰＩＤ制御切換え用スイッチ、７は手動出力部、
８は手動／自動（ＰＩＤ制御）切換え用スイッチ、９は
操作信号（ＭＶ）を出力するＤ／Ａ変換器である。

上記オートチューニング部５は、チューニング管理部１
０と、０Ｎ１０ＦＦ制御部１１と、リミットサイクル測
定部１２と、ＰＩＤ定数算出部１３と、ＰＩＤ定数変更
部１４とからなる。

周知のように、この種の調節計では、制御対象、例えば
加熱炉等をＰＩＤ制御する場合、制御対象に対する最適
ＰＩＤ定数を知る必要があるため、先ず、オートチュー
ニング部５によりオートチューニングを実行し、最適な
Ｐ■Ｄ定数を求め、この定数を用いて、目的とするＰＩ
Ｄ制御を行う。

そして、このオートチューニングの一手法として、制御
対象をＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御して、その制御量（ＰＶ）
のサイクリング波形（リミットサイクル）から、ＰＩＤ
定数を求めるリミットサイクル法があり、良く用いられ
るが、種々の原因により、オートチューニングの実行中
（途中）に当該オートチューニングを中止させなければ
ならない場合がある。

例えば、（１）オートチューニングの実行に関わる設定
データの変更があった場合、より具体的に述べると、設
定値（ＳＶ）等の変更があった場合等である。（２）ま
た、オートチューニングの実行中に停電等が生じた場合
にも、同様である。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来、このようなリミットサイクル法によるオートチュ
ーニングの中止のケースにおいては、第１Ｏ図に示した
ようにオートチューニングの中止時における、オン／オ
フの何れかの出力状態（例えばＭ　Ｖ　ｏ　ＮやＭＶＯ
ＦＦの状態）で、そのままＰＩＤ制御に切り換えられる
。

このため、例えば第１０図中の時間１．の時点でオート
チューニングが中止されたとした場合、ｐｌＤＩＩＩ？
１１の操作信号（ＭＶ）は、オフ状態からスタートする
ため、変動が大きく（変動区間Ａ。

参照）、迅速な安定化が期待できないという欠点があっ
た。

逆に、オン状態からスタートした場合にも、同様の問題
が生じる。

つまり、オートチューニングが途中で中止された場合、
そのままＰＩＤ制御に切り換えたのでは、制御ＢＩ（Ｐ
Ｖ）が大きく乱れてしまう。

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたもの
である。

く課題を解決するための手段〉 か−る本発明の特徴とする点の一つは、リミットサイク
ル法によるオートチューニング機能付きの調節針にオー
トチューニング中止制御部を付加し、このオートチュー
ニング中止制御部により、オートチューニングの中止時
、オン／オフの何れかの出力状態から、ＰＩＤ制御を開
始するのではなく、その時の設定値（ＳＶ、）に対応し
た負荷率（Ｋ、）を求め、この負荷率（Ｋ、）を操作信
号（ＭＶＸ）として与えることにある。

また、本発明の特徴とする点のもう一つは、リミットサ
イクル法によるオートチューニング機能付きの調節計に
オートチューニング中止制御部と、状態表示部を付加し
、上記と同様のオートチューニング処理を行うと同時に
、オートチューニングの実行状態の表示、オートチュー
ニングの中止時には、当該中止状態の表示、オートチュ
ーニング中の設定変更に対してオートチューニングを中
止するかどうかの確認等の表示等、種々の必要データを
表示するようにしたことにある。

く作用〉 従って、上記構成の本発明では、制？ｉ’ｊｉ（ＰＶ）
の速やかな安定化が図れる。また、一方で、オートチュ
ーニングの実行状態や、中止状態等が状態表示部に視覚
的に表示されるため、的確な判断ができ、さらにオート
チューニング中の設定変更等の誤操作等が有効に防止さ
れる。

〈実施例〉 第１図は本発明に係る調節計の一実施例を示したもので
ある。

この調節計は、オートチューニング中止制御部２１と、
状態表示部２２を除くと、上述した第９図の調節計と略
同−構成であり、当該調節計と同一構成部分には、同一
符号を付しである。

上記オートチューニング中止制御部２１は、チューニン
グ中止管理部２３と、プロセスゲイン算出部２４と、積
分項変更部２５とからなり、チューニング中止管理部２
３は上記チューニング管理部１０と連携され、このチュ
ーニング中止管理部２３によりプロセスゲイン算出部２
４と積分項変更部２５は管理、制御される。また、プロ
セスゲイン算出部２４には上記リミットサイクル測定部
１２の出力が入力されるようになっており、オートチュ
ーニングが正常に終了する毎にこのプロセスゲイン算出
部２４によって、制御対象のプロセスゲイン（Ｇ、）が
計算、格納される。

そして、本発明が主題とするようにオートチューニング
が途中で中止した場合に、プロセスゲイン算出部２４に
格納された最新のプロセスゲイン。

（Ｇ、）を用いて、積分項変更部２５で、そのときの設
定値（ＳＶＸ）での負荷率（ＫＸ　）を求め、上記ＰＩ
Ｄ制御部４の積分項出力を変更して、オートチューニン
グ中止後のＰＩＤ制御部４の出力の初期値を、そのとき
の設定値（ＳＶｘ）の負荷率（ＫＸ　）とし、操作信号
（ＭＶｘ）として、制御対象に与えるようにしている。

なお、−度もオートチューニングが実行されていない状
態では、プロセスゲインＣａｐ　）は、船釣に妥当な値
（例えばＣＰ＝１）を初期値として格納しておく。

また、上記状態表示部２２は、液晶やＬＥＤ等の表示器
とキースイッチ（図示省略）からなり、この装置系が収
容されるケース２６の前面パネルにセットされ、チュー
ニング管理部１０およびチューニング中止管理部２３と
電気的に接続されている。

従って、か＼る本発明の調節計では、何等かの原因によ
り、オートチューニングが途中で中止された場合、その
中止信号が、チューニング管理部１０からチューニング
中止管理部２３に伝達され、この中止時における設定値
（ＳＶ、）での負荷率（Ｋ、）が前回のオートチューニ
ングでプロセスゲイン算出部２４によって計算、格納さ
れたプロセスゲイン（ＧＰ　）とそのときの設定値（Ｓ
ｖＸ）から、積分項変更部２５で計算され、同積分項変
更部２５によって、ＰＩＤ制御部４の積分項出力が変更
され、オートチューニング中止後のＰＩＤ制御部４の出
力の初期値が、そのときの設定値（Ｓｖｘ）の負荷率（
Ｋ、）となり、操作信号（ＭＶＸ　）として制御対象へ
与える。

これにより、極めて速やかな制？１ｌｉｉ（ＰＶ）の安
定を図ることができる。

この関係を、上記第１０図と同様に図示すると、第２図
の如くである。

例えば第２図中の時間ＬｘＯ時点でオートチュニングが
中止された場合、ＰＩＤ制御の操作信号（ＭＶ）は、通
常、オフ状態に相当する部分からスタートされるはずで
あるが、本発明では、そのときの設定値（ＳＶＸ）に対
応した負荷率（ＫＸ）が選ばれ、その位置から開始され
るため、図示の如く変動は小さく抑えられる（変動区間
Ａ。

参照）。

逆に、オン状態に相当する部分で中止した場合でも、同
様の処理が行われる。

このような調節計により、オートチューニングが途中で
中止されるケースとしては、大別すると、以下の２つの
ケースに分けられる。

（１）オートチューニングの実行に関わる設定データの
変更があった場合。

例えば、設定値（ＳＶ）の変更、出力リミッタの上、下
限値の変更、制御量（ＰＶ）バイアス。

制御量（ＰＶ）のデジタルフィルタの変更等。

（２）停電の場合。

次に、か＼るオートチューニングの実行に対する、本発
明の動作をフローチャートに従って述べると、第３図の
如くである。この第３図は、実際には本調節計を構成す
るマイコン等のプログラムとしてオートチューニング実
行中に制御周期毎に繰り返し、実行される。

オートチューニング中は毎制御周期毎にステップＳＯが
メインプログラムから呼び出され、ステップＳ１で、オ
ートチューニングの中止条件成立の有無を判断し、ＮＯ
の場合は、ステップＳ２のオートチューニング処理を行
う。

ステップＳ、では、状態表示データの更新を行う。ステ
ップＳ４で、オートチューニングの全行程が終了したか
どうかを判断し、ＮＯの場合は、ステップＳ６へ抜け、
その制御周期におけるオートチューニングのプログラム
を終了する。

ステップＳ４で、ＹＥＳの場合は、ステップＳＳで、プ
ロセスゲイン算出処理を行い、ステップＳ６で、オート
チューニングを正常終了する。このため、−回でもオー
トチューニングを正常終了すれば、その制御対象のプロ
セスゲインが計算され、メモリへ格納される。

一方、上記ステップＳＩで、中止条件が成立するＹＥＳ
の場合には、ステップＳ、で、各種設定値の変更に関わ
る中止か否かを判断し、ＹＥＳの場合は、ステップＳ８
の中止確認処理により、上記状態表示部２２にオートチ
ューニングを中止するかどうかの表示を行い、ユーザー
のｒＹＥｓ。

ｒＮＯ」の返答により、ステップＳ９で、Ｎｏの場合は
、ステップＳ２のオートチューニング処理に戻る。また
、このステップＳ、でのＹＥＳの場合および上記ステッ
プＳ、でのＮｏの場合には、ステップＳ、。の積分項変
更処理に進み、この処理の後、ステップＳ、の終了に至
り、オートチューニングが中止される。

ここで、上記ステップＳ、でのプロセスゲイン算出処理
は、リミットサイクル法によるオートチューニングの設
定値（ＳＶ）、操作信号（ＭＶ）、制御１（ＰＶ）の関
係を示した、第４図の条件下で実行され、先ず、設定値
（ＳＶ、）の負荷率（Ｋ、）は、 Ｋ、−τ。７／τ・・・・・・・・・式（１）として求
められる。

但し、第４図中、τはリミットサイクルの１周期、τ。

７は操作量（ＭＶ）がＯＮ　（ＭＶ。Ｈ）である時間、
ｒ　ｏｆｆは操作量（ＭＶ）がＯＦＦ（ＭＶ。２．）で
ある時間、Ｓｖ、はオートチューニングを実行する設定
値（ＳＶ）である。

そして、プロセスゲイン（Ｇ、）は、次のように求めら
れる。

・・・・・・・・式（２） また、上記ステップＳ、Ｏでの積分項（１（−１、ｎ時
点での積分項出力）の値は、第５図のＰＩＤ制御部の演
算ブロック図に従って求める。この第５図は第１図のＰ
ＩＤ制御部４で行われるＰＩＤ制御出力の計算内容を示
したものである。

Ｓ　Ｖ　（−１＝　Ｓ　Ｖ−、ＭＶ　＜１１＞　　＝　
Ｋ−とじたとき、ＭＶ　　（−１＝（１００／ＰＢ）　
　　　・　　　（Ｐ　　（、）　　　　＋　　Ｉ　　　
（ｎ）　　　＋Ｄ　　＋−１から、 Ｉい）　　＝（ＰＢ　／１００）・ＫＸ　　（Ｐ（−）
＋Ｄ＋、））・・・・・・・・式（３） として求められる。

但し、Ｋ、は、設定値（ＳＶｘ）に対応した負荷率で、
Ｋｘ　＝Ｇｐ−３Ｖｘで表され、Ｓ　Ｖ　、、。

はｎ時点での設定値、Ｐ　Ｖ　、、、はｎ時点での制御
量、ＭＶ、、、はｎ時点での操作信号、ｅ　（ｆｉ）　
　はｎ時点での偏差、Ｐい、はｎ時点での比例項出力、
■。−０はｎ−１時点での積分項出力、Ｄ（７）　はｎ
時点での微分項出力、ＰＢは比例帯、Ｔ１は積分時間、
ＴＤは微分時間、Δはサンプリングタイムである。

一方、上記オートチューニングを実行中に停電があった
場合の停電からの復帰時（復電時）における、本発明の
動作を、フローチャートに従って述べると、第６図の如
くである。

ステップＳ、で、復電処理を開始し、ステップＳ１□で
、復電モードを判断し、コールドスタートモードの場合
は、ステップＳＩ３のコールドスタート処理を行い、ス
テップＳＩ４の終了に至る。

上記ステップＳ＋Ｚで、ホットスタートモードの場合は
、ステップＳＩＳで、停電前動作の判断を行い、オート
チューニングの場合には、ステップＳ、６で、復電時の
操作信号（ＭＶＸ　）を、復電時の設定値（ＳＶＸ）に
対応した負荷率（ＫＸ　）とし、ステップＳＩＴのホッ
トスタート処理に進み、この処理後、ステップＳ１４の
終了に至る。また、上記ステップＳＩｓでの停電前動作
の判断で、手動モード、自動モード（ＰＩＤ制御）等の
オートチューニング以外の場合は、ステップ５ｌｌｌに
進み、このステップＳｌｌ＋で、復電時の操作信号（Ｍ
ＶＸ）を停電直前の操作信号（ＭＶｖ）として、ステッ
プＳｌ？のホットスタート処理に進む。

但し、ここで、コールドスタートとは、復電時に手動モ
ードでスタートし、その操作信号（ＭＶ）の初期値は、
出力リミッタ下限値より運転を再開する復電動作の場合
である。ホットスタートとは、停電前の運転モードおよ
び停電前の操作信号（ＭＶＶ）の値で開始する復電動作
で、上述のステップＳＩ５で示したように本例では、さ
らに２つのケースに分けられ、ステップＳＩ５のオート
チューニングの場合には、オートチューニングは停電に
よって、自動的に中止されるため、自動モード（ＰＩＤ
制御）にし、かつその操作信号（ＭＶ）の初期値（ＭＶ
Ｘ　）を、前記オートチューニングの中止の場合と同じ
ように計算、そのときの設定値（ＳＶｘ）に対する負荷
率（ＫＸ）で、再開させ、またステップＳＩＳのオート
チューニング以外の場合には、その操作信号（ＭＶ）の
初期値（ＭＶＸ）を停電前の操作信号（ＭｖＶ）の値で
再開させる。

つまり、本発明では、復電時、停電前の運転モードに対
応した最適状態から再開させるようになっている。

そして、ホットスタートが選ばれていれば、比較的短い
停電によって、オートチューニングが中止されても、復
電時のＰＩＤ制御における操作信号（ＭＶ）の初期値（
ＭＶｘ）が、そのときの設定値（ＳＶＸ）に対応した負
荷率（ＫＸ　）から始まるので、前記オートチューニン
グ中止のときの中止処理と同様速やかな制御！（ＰＶ）
の安定を図ることができる。

次に、上記状態表示部２２であるが、この状態表示部２
２では、オートチューニング部５のチューニング管理部
１０およびオートチューニング中止制御部２１のオート
チューニング中止管理部２３と電気的に接続され、各部
でのデータが入力されるようになっているため、オート
チューニングの実行状態の表示、オートチューニングの
中止時における、当該中止状態の表示、さらにオートチ
ューニング中の設定変更に対して、オートチューニング
を中止するかどうか等、種々の必要データが表示される
。

その具体例の一例を示すと、第７図（Ａ）〜（Ｈ）の如
くで、この場合は、状態表示部２２を液晶２２ａと点滅
するＬＥＤ２２ｂで構成しである。これらの各状態を、
第８図に示したオートチューニングのリミットサイクル
と対応させて説明すると、以下の如くである。この第８
図では、３サイクルの場合を示したが、このサイクルは
２サイクル等、適宜切り換えることが可能である。

■第７図（Ａ）の表示は、オートチューニングの準備状
態を示し、液晶２２ａには、ｒＡｕｔ。

ｔｕｎｉｎｇ」、準備の「Ｒｅａｄｙ」が表示され、Ｌ
ＥＤ２２ｂは点滅状態を取る。第８図のｒＲｅａｄｙ領
域」に対応する。

■第７図（Ｂ）の表示は、オートチューニングの実行状
態を示し、液晶２２ａには、ｒＡｕｔ。

ｔｕｎｉｎｇ」、実行の「Ｒｕｎ」、リミットサイクル
の実行中のステートＮαと全ステート数としてｒ２／７
」が表示され、ＬＥＤ２２ｂは点滅状態を取る。第８図
のｒ　Ｒｕ　ｎ　領域」に対応する。

■第７図（Ｃ）の表示は、オートチューニングの正常な
終了状態を示し、液晶２２ａには、「ＡｕＬｏｔｕｎｉ
ｎｇ」、終了のｒＥｎｄ！」が表示され、ＬＥＤ２２　
ｂは消灯状態を取る。第８図のｒＥｎｄ！時」に対応す
る。

■第７図（Ｄ）の表示は、オートチューニングの異常な
終了状態を示し、液晶２２ａには、「Ａｕｔｏむｕｎｉ
ｎｇ」、異常終了のｒＥｎｄ　（Ｅｒｒｏｒ）！Ｊが表
示され、ＬＥＤ２２ｂは消灯状態を取る。第８図のｒＥ
ｎｄ　（Ｅｒｒｏｒ）！時」に対応する。

■第７図（Ｅ）の表示は、オートチューニング実行中に
、設定値（ＳＶ）を変更しようとして、設定値変更のた
めの画面を選択したときに表示される状態を示し、液晶
２２ａには、設定値の変更のｒｓｅｔｔｉｎｇ　　Ｖａ
ｌｕｅ」、現在の設定値のｒ＝２００．０°Ｃ」が表示
され、ＬＥＤ２２ｂは点滅状態を取る。

■第７図（Ｆ）の表示は、上記表示■において、実際に
上記設定値（ＳＶ）の変更操作を始めようとしたとき（
例えば、設定のアップまたはダウンキーを押した瞬間）
、表示される状態を示し、液晶２２ａには、オートチュ
ーニングを中止するか否かのメツセージｒＡＴ　　Ｃａ
ｎｃｅｌ？」、これに対応する操作の選択メツセージｒ
Ｙｅｓ：ＰＡＲＡ、Ｎｏ　：　ＭＯＮ　ＩＪが表示され
、ＬＥＤ２２ｂは点滅状態を取る。

■第７図（Ｇ）の表示は、上記操作の選択メツセージで
ｒＹｅ　ｓ　：　ＰＡＲＡＪを選択したとき表示される
状態を示し、この選択により、オートチューニングは中
止されるため、液晶２２ａには、変更表示と同様のｒｓ
ｅｔｔｉｎｇ　　Ｖａｌｕｅ」、現在の設定値のｒ＝２
００．Ｏ’ＣＪが表示され、ＬＥＤ２２ｂは消灯状態を
取る。

■第７図（Ｈ）の表示は、上記操作の選択メツセージで
ｒＮｏ　：　ＭＯＮ　Ｉ　、を選択したとき表示される
状態を示し、オートチューニングの続行により、液晶２
２ａには、ｒＡｕ　ｔ　ｏ　ｉｕｎ　ｉ　ｎｇ」、実行
のｒＲｕｎ」、リミットサイクルの実行中のステートＮ
ｏ、と全ステート数として「２／７」が表示され、ＬＥ
Ｄ２２ｂは点滅状態を取る。

第８図のｒ　Ｒｕ　ｎ　領域」に対応する。

このように本発明の状態表示部２２では、オートチュー
ニングの実行状態や、オートチューニングの中止時にお
ける種々の必要データが視覚的に表示される。

なお、本発明の調節計には、図示されていないが、種々
の演算や制御用のコントローラとして、マイコンが組み
込まれている。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように本発明の調節計によれば
、次のような優れた効果が得られる。

（１）先ず、リミットサイクル法によるオートチュニン
グ機能付きの調節計にオートチューニング中止制御部を
付加しであるため、オートチューニングが中止した際、
制御！（ＰＶ）を速やかに安定化させることができる。

（２）また、上記オートチューニング中止制御部を、チ
ューニング中止管理部とプロセスゲイン算出部と積分項
変更部とから構成しであるため、オートチューニングが
中止した際、オートチューニングを行った設定値（ＳＶ
）に対して、ＰＩＤ制御を再開するときの最適の出力値
を求めることができる。

（３）また、このオートチューニングの中止態様として
、添付の各フローチャートに示したように、オートチュ
ーニングの実行に関わる設定データの変更の場合および
停電時の場合と、すべての中止状態に対応することがで
きる。

（４）さらに、上記調節計にオートチューニング中止制
御部と共に状態表示部を付加した場合、オートチューニ
ングの実行状態や、中止状態等が視覚的に表示されるた
め、的確な判断ができ、さらに誤操作等を有効に防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る調節計の一実施例を示したブロッ
ク図、第２図は第１図の調節計の動作状態を示したグラ
フ、第３図は第１図の調節計における、オートチューニ
ングの実行に関わる流れを示したフローチャート、第４
図はプロセスゲインを求めるためのグラフ、第５図は積
分項の変更を求めるためのＰＩＤ制御部の演算ブロック
図、第６図は第１図の調節計における、復電時の流れを
示したフローチャート、第７図（Ａ）〜（Ｈ）は第１図
の調節計の状態表示部の各表示態様を示した表示態様図
、第８図はオートチューニングのリミットサイクルを示
したグラフ、第９図は従来例に係る調節針を示したブロ
ック図、第１０図は第１図の調節計の動作状態を示した
グラフである。 図中、 ２・・ ３・・ ４・・ ５・・ １０・ ２１・ ２２・ ２３・ ２４・ ２５・ ・設定部、 ・偏差演算部、 ・ＰＩＤ制御部、 ・オートチューニング部、 ・チューニング管理部、 ・オートチューニング中止制御部、 ・状態表示部、 ・チューニング中止管理部、 ・プロセスゲイン算出部、 ・積分項変更部、 第 図 （Ｃ＞ 第 図 （Ｇ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＰＩＤ制御部とリミットサイクル法によるオート
   チューニング部を備え、制御対象に対するＰＩＤ定数を
   オートチューニングにより求め、当該定数を用いて、制
   御量（ＰＶ）をＰＩＤ制御して、操作信号（ＭＶ）を出
   力する調節計において、オートチューニング中止制御部
   を付加し、前記オートチューニング部によるオートチュ
   ーニングの実行中にオートチューニングを中止させた際
   、またはオートチューニングの実行中に瞬時停電等によ
   りオートチューニングが自動的に中止された際に、当該
   オートチューニング中止制御部により、制御量（ＰＶ）
   を速やかに安定化させることを特徴とする調節計。
2. （２）前記オートチューニング中止制御部が、チューニ
   ング中止管理部とプロセスゲイン算出部と積分項変更部
   とからなることを特徴とする請求項１記載の調節計。
3. （３）ＰＩＤ制御部とリミットサイクル法によるオート
   チューニング部を備え、制御対象に対するＰＩＤ定数を
   オートチューニングにより求め、当該定数を用いて、制
   御量（ＰＶ）をＰＩＤ制御して、操作信号（ＭＶ）を出
   力する調節計において、オートチューニング中止制御部
   と、状態表示部を付加し、前記オートチューニングの実
   行状態を表示すると共に、オートチューニングの中止時
   には、当該中止状態の表示と、オートチューニング中の
   設定変更の確認等を問うようにしたことを特徴とする調
   節計。