JPH0367302A - オートチューニングコントローラ - 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】

この発明は、複数の推論結果を合成してＰＩＤ（比例、
積分、微分）コントローラのゲイン調整を行うもので、
前記ゲイン変更時にプラントへの入力が大きく変化しな
いようにしたオートチューニングコントローラに関する
ものである。

【従来の技術】

第３図は例えば、森俊吾「ファジィ理論によるＰＩＤ汎
用形ワンループコントローラ」計装Ｖｏｌ。 ３１　、　　Ｎｏ、　５　Ｐ２１＝Ｐ２５（１９８８）
に示された従来のオートチューニングコントローラの機
能構成を示す概略図であり、図において、ｌは制御対象
であるプロセス、２はＰＩＤコントローラ、３は適切な
チューニング命令３ａを出力する推論部としてのファジ
ィ推論部である。 −ａにファジィ・オートチューニング・コントローラは
ファジィ推論を用いて定量的にＰＩＤ定数のチューニン
グを行うもので、ファジィ推論部３の付属機能として作
用する特＠量抽出部は測定値、目標値ＳＶ、操作（出力
値）量ＭＶ、偏差ＥＶ等の複数の推論要素を常時観測し
、特ｒｂ、量を抽出してファジィ推論部へ伝達する。フ
ァジィ推論部３は知識として内蔵しているルール、及び
メンバーシップ関数を用いて、特ｔＵｔを評価し、その
評価の度合に応じて重ね付けをする。更に今回の評価結
果を前回までの評価結果と加え合せて得た値を、ＰＩＤ
コントローラ２に対してチューニング命令３ａとして与
えるものである。 次に具体的な動作について説明する。まず、プロセス１
は操作量ＭＶを人力すると、プロセス量ｐｖの出力応答
を示す制御特性を有している。このプロセス１を良好に
制御するために、特性補償器としてＰＩＤコントローラ
２を用いて閉ループ系を構成している。ＰＩＤコントロ
ーラ２では通常次式に従って操作ｉｌＭＶを決定する。 ｘ（ｉ）＝ｘ（ｉ−１）＋Ｅｖ（ｉ）・・・・・・・（
１〉ただし、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン。 Ｋｄは微分ゲイン、ＭＶ（ｉ）はｉ番目のサンプリング
時刻の操作ＩＭＶ、Ｅ　Ｖ　（ｉ）はｉ番目のサンプリ
ング時刻の偏差ＥＶ、Ｘ（＋）はｉ番目のサンプリング
時刻の積分変数、Δｔはサンプリング時間を示す。 また、ファジィ推論部３では、目標値ＳＶ、偏差ＥＶ、
操作量ＭＶ及びプロセス量ｐｖの各情報をもとに、ＰＩ
Ｄコントローラ２で使用する前記各ゲインＫｐ、Ｋｉ、
Ｋｄの適切な値をファジィルールにより推論して決定す
る。そして、チューニング命令３ａをＰＩＤコントロー
ラ２に出力し、その結果により該ＰＩＤコントローラ２
のゲインを変更する。このゲインの変更は、ある程度の
時間間隔をおいて目標値ＳＶ、偏差ＥＶ、操作ｉ１ＭＶ
。 プロセスＭＰ■の推論要素の挙動を分析してから決定す
るため、サンプリング時刻よりもかなり大きな周期で行
われる。従って、ゲインの変更の大きさも大幅なものに
なる可能性がある。

【発明が解決しようとする課題】

従来のオートチューニングコントローラは以上のように
構成されているので、ＰＩＤコントローラのゲインの切
換時にプラントへの操作ｉｉＭＶが大きくステ・２ブ状
に変化したりすると、そのためにプロセスＰＶも大きく
変化してプラントに悪影響を与える。つまり、必要以上
のエネルギーがプラントで消費される他、円滑な制御特
性を実現することが困難になるなどの課題があった。 この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、ファジィ推論部から出力されるチューニング命
令によってＰＩＤコントローラのゲインが大幅に変化し
た場合にも操作量ＭＶは円滑な出力値を発生してプロセ
スのプロセス量Ｐｖを滑らかに制御するオートチューニ
ングコントローラを得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

この発明に係るオートチューニングコントローラは、複
数の推論要素を推論部に取込んでチューニング命令を出
力する推論部と、前記チューニング命令を受けると適切
なゲインを決定し、修正項で円滑な操作量を出力するよ
うに修正するチューニング推論式ゲインコントロール手
段と、前記操作量によって制御されるプロセスとをもっ
て構成し、ゲイン切換えによる操作量の変化と修正項の
出力を暫時減少するように制御することによって小さく
するようにしたものである。

【作　用】

この発明におけるチューニング推論式ゲインコントロー
ル手段の修正項は、ゲインを修正しない時には修正項の
出力が漸減するように制御し、またゲインを切換えて修
正した時には該チューニング推論式ゲインコントロール
手段からの操作量の大幅な変化を防ぎ、所定時間後には
零に近づくので、プロセスへの入力が大幅に変化するこ
とはない。

【実施例】

以下、この発明の一実施例を図について説明する。図中
、第３図と同一の部分は同一の符号をもって図示した第
１図において、２ａはプロセス１を制御するためのＰＩ
Ｄコントローラ、２ｂはプロセス１への操作ｉｌＭＶを
滑らかに制御するための修正項であり、その出力値ｍは
ＰＩＤコントローラ２ａの出力Ｃに加算されて操作量Ｍ
Ｖとなる。 ４は目標値ＳＶ、偏差ＥＶ、操作量ＭＶ及びプロセス量
ｐｖ等の複数の推論要素をもとに推論を行い適切なＰＩ
Ｄゲインを決定する推論部としてのチューニング推論部
である。 次に動作について説明する。まず、プロセス１は操作量
ＭＶを受けて制御されるが、該操作量ＭＶはＰＩＤコン
トローラ２ａの出力Ｃと修正項２ｂの出力ｍとを加算し
て生成されるフィードバック制御信号である。 そこで、チューニング推論部４では、前記フィードバッ
クループ制御信号である操作量ＭＶの他に、プロセス量
ＰＶ、及び目標値Ｓ■と、その偏差ＥＶとを取込んでフ
ァジィ推論を実行する。 そして、現在のＰＩＤコントローラ２ａで使用している
ＰＩＤゲインの適切な値を随時求め、制御系全体として
円滑な操作量ＭＶが得られるように修正する。ＰＩＤコ
ントローラ２ａの出力Ｃは、次式で求めることができる
。 に（ｉ）＝ｘ（ｉ−１）＋Ｅｖ（ｉ）・・・・・・・（
３）ただし、Ｋｐは比例ゲイン（Ｐゲイン）、　　Ｋｉ
は積分ゲイン（■ゲイン）、Ｋｄは微分ゲイン（Ｄゲイ
ン）、Ｃ（ｉ）はｉ番目のサンプリング時刻のＰＩＤＤ
ントローラ２ａの出力、ＥＶ（ｉ）はｉ番目のサンプリ
ング時刻の偏差ＥＶ、ｘ（ｉ）はｉ番目のサンプリング
時刻の積分変数、Δ

【はサンプリング時間を示す。 修正項２ｂは、プロセス１への操作量ＭＶをＰＩＤコン
トローラ２ａのゲインが切換えられた場合でも常に滑ら
かに制御するように動作する。ここで、修正項２ｂの出
力ｍは、次のような演算式によって求められる。 （１）ゲインの修正かに番目のサンプリング時刻で行わ
れた場合、夫々、元のＰＩＤコントローラ２ａのゲイン
Ｋｐ＋、Ｋｉｌ、Ｋｄ、がＫ　ｐ　＋　Ｋ　ｉ−＋　Ｋ
　ｄに修正された値とすると、 ｍ　（ｋ）　−Ｃ＋　（ｋ）　　Ｃ（ｋ）　　＋α・ｍ
（ｋ−１）　−・（５）ここで、Ｃｒ　（ｋ）は元のＰ
ＩＤコントローラ２ａの出力、 Ｃ（ｋ）は修正後のＰＩＤコントロー ラ２ａの出力、 α・ｍ　（ｋ−１）は（ｋ−１）番目のリング。 リング時刻の減少修正項、 ｍ　（ｋ）はに番目のサンプリング時刻の修正項、 αは修正項２ｂの減少係数で０以上 １以下、 その他の変数は（３）　、　（４）式と同一である。 プロセス１への操作ＩＭＶは、ＰＩＤコントローラ２ａ
の出力Ｃと修正項２ｂの出力ｍの和として次式のように
表わされる。 ＭＶ（ｉ）　＝Ｃ（ｉ）　　４ｍ（ｉ）　　・・・・（
８）以上のように修正項２ｂの出力ｍを徐々に減少させ
ることにより操作量ＭＶの変動量を求め、滑らかな操作
量が得られるように制御する。 次に上記の修正を施すことによって滑らかな操作量ＭＶ
が得られたことを以下に証明する。 （３）ゲインの修正が行われた場合、 ＭＶ（ｋ）−ＭＶ（ｋ４）＝Ｃ（ｋ）４ｍ（ｋ）−Ｃ＋
（ｋ−１）−ｍ（ｋ−１）＝Ｃ（ｋ）＋Ｃ＋　（ｋ）−
Ｃ（ｋ）＋ｄ−ｍ（ｋ−１）Ｃ＋（ｋ−１）−ｍ（ｋ４
） ＝（Ｃ＋（ｋ）−Ｃ＋（ｋ−１））−（１−α）ｍ（ｋ
−１）・　・　・　・　（９） −ＥＶ（ｉ　−１）））　　・　・　・　・　・　・　
・　・（６）（２〉ゲインの修正が行われなかった場合
、ｍ（ｉ）　＝ｃｘ　−ｍ（ｉ　−１）　　・・・・・
（７）（９）式の第１項は元のゲイン（Ｋ　ｐ　１Ｋ　
ｉ　＋、　Ｋ　ｄ　＋）でＰＩＤ制御を行った場合のｌ
サンプリング時間の操作ｉｌＭＶの変化分にあたり、通
常のＰＩＤ制御における操作ＩＩＭＶの変化に相当する
。また、第２項は修正項２ｂが機能した時の出力ｍに減
少量にあたる。従って、減少係数αを適当な値に決める
ことにより、操作ｉｌＭＶの変化は滑らがなものとなり
、一定時間後に零に近づく。 （４）ゲインの修正が行われない場合、ＭＶ（ｉ）−Ｍ
Ｖ（ｉ−１）　＝　（Ｃ（ｉ）−ｃ（ｉ−１）Ｌ　（１
−α）ｍ（ｉ−１）・　・　・　・　・　・　・　・（
１０）に従って操作ＩＭＶを決定する。 Ｐ　Ｉ　Ｉ）ゲインの変更が行われる場合（ゲインＫｐ
、、Ｋｉ、、Ｋｄ、がＫｐ、Ｋｉ、Ｋｄに修正される場
合）には、次式に従って操作ｆｆｉＭＶを決定する。 ｘ＋（ｋ）　　＝　ｘ（ｋ−１）＋ＥＶ（ｋ）　　・・
・・・・（１１）（１０）式は（９）式とほぼ同じもの
であり、変化分に関しては上述と同じことがいえる。 また、第２図は他の実施例を示したものである。 図において、２ｃは積分変数変更形ＰＩＤコントローラ
である。 次に積分変数変更形ＰＩＤコントローラ２ｃの動作につ
いて説明する。 まず、チューニング推論部４により、ＰＩＤゲインの変
更が行われない場合には、積分変数変更形ＰＩＤ：Ｉン
トローラ２ｃは、前述の（１）　、　（２）式％式％（
１３） このように構成した積分変数変更形ＰＩＤコントローラ
２ｃは第１の実施例において修正項２ｂの減少係数αを
１とし、ＰＩＤゲイン変更時に修正項２ｂを積分変数に
加えて新たな積分変数としたものである。この実施例は
、第１の実施例に比べＰＩＤゲインを変更しない場合の
計算量を減少させることができる特徴がある。 なお、上記実施例においては、チューニング推論部４で
推論結果のチューニング命令４ａを出力し、ＰＩＤゲイ
ンを決定するようにしたが、通常のルールベースの推論
、ファジィによる推論、それらを複合した推論など、い
ずれの推論手段を用いてもよい。 また、上記第１の実施例において、コントローラをＰＩ
Ｄコントローラ２ａとしたが、その他、Ｐコントローラ
、ＰＩシコンローラ、ＰＤコントローラ、２自由度コン
トローラ、非線形コントローラ、ファジィコントローラ
など、チューニング推論によりゲインを変更することが
できるチューニング推論式ゲインコントロール手段であ
れば、すべて同様の手順で実現することが可能である。 さらに、上記第２の実施例において、コントローラを積
分変数変更形ＰＩＤコントローラ２ｃとしたが、■コン
トローラ、ＰＩシコンローラなど、積分要素を含むチュ
ーニング推論式ゲインコントロール手段であれば、すべ
て同様の手順で実現することができる。 【発明の効果】 以上のように、この発明によれば、チューニング推論部
からチューニング命令をチューニング推論式ゲインコン
トロール手段に入力し、修正項を徐々に零に近づけるよ
うに制御したので、ゲインの変更によってもプラントへ
の操作量がステップ状に変化することもなくなり、結果
としてプラント操作のための操作エネルギーが小さくて
すむ効果がある。また、上記によって円滑な制御が実現
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるオートチューニング
コントローラを示すブロック図、第２図はこの発明の他
の一実施例によるオートチューニングコントローラを示
すブロック図、第３図は従来のオートチューニングコン
トローラを示スブロック図である。 図において、１はプロセス、２ａはＰｔＤコントローラ
（チューニング推論式ゲインコントロール手段）、２ｂ
は修正項、４はチューニング推論部（推論部）、４ａは
チューニング命令である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の推論要素を取込んでチューニング推論を実行し、
   その推論結果をチューニング命令として出力する推論部
   と、前記チューニング命令を受けると適切なゲインを決
   定して滑らかな操作量とするように修正項でゲインを変
   更し、変更後のゲインによって計算された出力と元のゲ
   インとを用いて計算した出力との差分値にゲイン変更前
   の修正出力を加えて制御し、かつ、ゲインを修正しない
   場合には修正項の出力が次第に減少するように制御する
   チューニング推論式ゲインコントロール手段と、上記操
   作量によって制御されプロセス量を出力するプロセスと
   を備えたオートチューニングコントローラ。