JPH04186401A - Method and device for tuning digital control device - Google Patents

Method and device for tuning digital control device

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Publication number
JPH04186401A
JPH04186401A JP31383090A JP31383090A JPH04186401A JP H04186401 A JPH04186401 A JP H04186401A JP 31383090 A JP31383090 A JP 31383090A JP 31383090 A JP31383090 A JP 31383090A JP H04186401 A JPH04186401 A JP H04186401A
Authority
JP
Japan
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control
tuning
response
gain
speed
Prior art date
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Pending
Application number
JP31383090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihiko Matsuda
敏彦 松田
Masahiro Tobiyo
正博 飛世
Kenzo Kamiyama
神山 健三
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP31383090A priority Critical patent/JPH04186401A/en
Publication of JPH04186401A publication Critical patent/JPH04186401A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To attain auto-tuning without reducing a control response speed by connecting a specific control gain tuning device to a digital control device and tuning the control characteristics of the device. CONSTITUTION:A data I/O means 103 rewrites control response data stored in a control response storing means 102 and feedback control gain. A control gain tuning device 5 inputs the control response data stored in the means 102 by a control response reading means 51 through the means 103 and finds out an evaluation index by a control response evaluating means 522 based upon set control characteristics set up in a control characteristic setting means 53 and the control response data. A control gain correcting means 54 corrects the control gain based upon the evaluation index and then the means 103 corrects the corrected control gain to tune control characteristics to required ones. Thus auto-tuning can be attained without reducing the control response speed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディジタル制御装置のチューニング方法及び装
置に関わり、特に制御ゲインのオートチューニングによ
り、所望の制御特性に設定する方法及びその装置に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a tuning method and device for a digital control device, and more particularly to a method and device for setting desired control characteristics by automatic tuning of control gains.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、ディジタル制御装置における制御特性の設定は検
査員が制御量の応答を観測しながら手動で行っていた。
Conventionally, control characteristics in a digital control device were manually set by an inspector while observing the response of the controlled variable.

このため、設定作業に長時間を費やすとともに、チュー
ニング結果に個人差が現われるなどの問題があった。
For this reason, there were problems such as a long time being spent on setting work and individual differences appearing in the tuning results.

これを解決するには制御特性を所望の特性に自動的に設
定するオートチューニングを用いればよい。このような
オートチューニングの手段には特開昭64−46101
号に述べられているPIDコントローラを対象としたも
のがある。これは、指令値変化時の制御量応答波形から
、オーバシュート量。
To solve this problem, auto-tuning can be used to automatically set the control characteristics to desired characteristics. Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-46101 is a method for such auto-tuning.
There is one that targets the PID controller described in No. This is the amount of overshoot from the control variable response waveform when the command value changes.

減衰係数及び周期の前回値と今回値との比である周期比
を制御量応答波形認識手段により制御応答の評価指標と
して求め、これらの評価指標と調整ルールとに基づきフ
ァジィ推論により制御ゲインを修正する制御ゲイン修正
手段を設け、この制御ゲイン修正手段を上記オーバシュ
ート量または減衰係数が許容範囲を超えた時に、すなわ
ち、所望の制御特性でない場合に上記制御ゲイン修正手
段を機能させる制御性能判定手段を設けている。この方
法はファジィ推論を適用し、熟練検査員と同様な方法で
制御ゲインをチューニングするため、チューニング時に
制御対象に外乱を与えることがない、非線形性の強い制
御対象でもチューニングが可能であるなどの優れた特性
を備えている。
The period ratio, which is the ratio between the previous value and the current value of the damping coefficient and period, is obtained as an evaluation index of the control response using the controlled variable response waveform recognition means, and the control gain is corrected by fuzzy inference based on these evaluation indexes and adjustment rules. control performance determining means for controlling the control gain modifying means to operate the control gain modifying means when the overshoot amount or attenuation coefficient exceeds a permissible range, that is, when the desired control characteristics are not achieved; has been established. This method applies fuzzy inference and tunes the control gain in the same way as a skilled inspector, so it does not cause any disturbance to the controlled object during tuning, and it is possible to tune even highly nonlinear controlled objects. It has excellent characteristics.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術はPIDコントローラを対象としたもので
あるため、モータのディジタル速度制御装置に上記従来
技術を適用するには次の問題があった。モータ速度の制
御応答は数〜数土肥でありPIDコントローラの制御対
象の制御応答に比べ数百〜数万倍も早い高速応答を行う
。そのため、ディジタル制御装置に組み込まれているマ
イクロプロセッサはPIDコントローラのマイクプロセ
ッサに比較して、そのサンプリング周期は数百から数万
分の−の短い周期で制御演算を行っている。
Since the above-mentioned conventional technology is aimed at a PID controller, there are the following problems when applying the above-mentioned conventional technology to a digital speed control device for a motor. The control response of the motor speed is several to several degrees, which is hundreds to tens of thousands of times faster than the control response of the object controlled by the PID controller. Therefore, compared to the microprocessor of a PID controller, the microprocessor built into the digital control device performs control calculations at a shorter sampling period of several hundred to tens of thousands of minutes.

したがって、マイクロプロセッサに処理時間の余裕がな
く、サンプリング周期毎に制御応答を評価してオーバシ
ュート量などの評価指標を求めることは難しいため、オ
ートチューニングの処理を行うことはできない。あるい
は速度制御演算周期を長くして処理時間に余裕を作りオ
ートチューニングの処理を行うと必要とする高速な速度
制御応答が得られなくなるという問題点がある。さらに
、モータ、負荷などの定数は運転状態ではあまり大きく
変化しないため制御特性のチューニングは最初に一度行
うだけで十分であるので、従来はディジタル制御装置の
設置時に行っている。このため、オートチューニング手
段をディジタル制御装置に内蔵した場合には、運転時は
使用されない機能を備えることになり、複雑、高価にな
ることからコストパフォーマンスが悪くなるという問題
点がある。更に、従来の制御量応答波形認識手段を使用
すると制御応答が高速であることから所望の働きが追い
つけずオートチューニングができくなる問題もある。
Therefore, since the microprocessor does not have enough processing time and it is difficult to evaluate the control response every sampling period and obtain evaluation indicators such as the amount of overshoot, it is impossible to perform auto-tuning processing. Alternatively, if the speed control calculation cycle is lengthened to provide a margin for processing time and auto-tuning processing is performed, there is a problem that the required high-speed speed control response cannot be obtained. Furthermore, since the constants of the motor, load, etc. do not change significantly during operating conditions, it is sufficient to tune the control characteristics once at the beginning, and conventionally this is done when the digital control device is installed. For this reason, when the auto-tuning means is built into the digital control device, there is a problem in that it has functions that are not used during operation, which makes it complicated and expensive, resulting in poor cost performance. Furthermore, when conventional controlled variable response waveform recognition means are used, there is a problem that the control response is so fast that it cannot keep up with the desired function and auto-tuning becomes impossible.

本発明の目的は上記問題点を解決したオートチューニン
グ機能を備えたディジタル速度制御装置のチューニング
方法及び装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a tuning method and apparatus for a digital speed control device having an auto-tuning function that solves the above-mentioned problems.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記課題を解決するために、ディジタル制御装置にサン
プリング毎の指令値と制御量の検呂値を制御応答データ
として蓄積する制御応答蓄積手段、前記制御応答蓄積手
段に蓄積された制御応答とフィードバック制御の制御ゲ
インの書き換えを可能とするデータ入出力手段を設け、
さらに、前記制御応答蓄積手段に蓄積された制御応答デ
ータを入力する制御応答読みだし手段、望む制御特性を
設定する制御特性設定手段、制御応答データと前記制御
特性設定手段に設定された設定制御特性とから評価指標
を求める制御応答評価手段、前記評価指標を基に制御ゲ
インを修正する制御ゲイン修正手段からなる制御ゲイン
チューニング装置を設けたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a control response accumulation means for accumulating a command value and a check value of a control amount for each sampling as control response data in a digital control device, and a control response and feedback control accumulated in the control response accumulation means are provided. A data input/output means is provided to enable rewriting of the control gain.
Further, a control response reading means inputs the control response data accumulated in the control response accumulation means, a control characteristic setting means for setting desired control characteristics, and a set control characteristic set in the control response data and the control characteristic setting means. A control gain tuning device is provided, which includes a control response evaluation means for determining an evaluation index from the above, and a control gain modification means for modifying the control gain based on the evaluation index.

〔作用〕[Effect]

制御応答蓄積手段のサンプリング毎の指令値と制御量の
検出値を蓄積する、データ入出力手段は前記制御応答蓄
積手段に蓄積された制御応答データとフィードバック制
御の制御ゲインの書き換えを行う、制御ゲインチューニ
ング装置は制御応答読みだし手段によりデータ入出力手
段を介し、前記制御応答蓄積手段に蓄積された制御応答
データを入力し、制御特性設定手段に設定された設定制
御特性と制御応答データとから制御応答評価手段により
評価指標を求め、制御ゲイン修正手段により前記評価指
標を基に制御ゲインを修正し、データ入出力手段により
制御ゲインを修正し、制御特性を所望の特性にチューニ
ングする。
The data input/output means which accumulates the command value and the detected value of the control amount for each sampling of the control response accumulation means rewrites the control response data accumulated in the control response accumulation means and the control gain of the feedback control. The tuning device inputs the control response data accumulated in the control response storage means through the data input/output means using the control response reading means, and performs control based on the set control characteristic set in the control characteristic setting means and the control response data. The response evaluation means obtains an evaluation index, the control gain modification means modifies the control gain based on the evaluation index, the data input/output means modifies the control gain, and the control characteristics are tuned to desired characteristics.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について図にしたがって説明する
。第1図は本発明に係わる一実施例を示す図である。1
はディジタル制御装置、2はパワー変換器、3はモータ
、4はモータ3の速度を検圧する速度検出器、5はチュ
ーニング装置である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. 1
2 is a digital control device, 2 is a power converter, 3 is a motor, 4 is a speed detector for detecting the speed of the motor 3, and 5 is a tuning device.

ディジタル制御装置1は速度検出器4で検出されるモー
タ3の速度検出値と速度指令を入力し、その偏差にPI
D補償演算を行いパワー変換器2を動作させて速度を制
御する速度制御101とサンプリング周期毎の速度指令
と速度検出値とを蓄積する速度応答蓄積102、速度応
答蓄積102の蓄積データの読比し、速度制御101の
制御ゲインの書き換えを行うデータ入出力103とから
構成する。チューニング装置5はディジタル制御装置1
の速度応答蓄積102に蓄積された速度指令rn+速度
検出値nn を入力する速度応答読出し51.補間処理
521と制御応答評価522とからなる制御特性評価5
2.所望する制御特性を設定する制御特性設定53、速
度制御101の制御ゲインを変更する制御ゲイン変更5
41.制御ゲイン修正量を決める制御ゲイン修正量決定
542、制御ゲイン修正量決定542の制御ゲイン修正
方法を規定するチューニングルール543からなる制御
ゲイン修正54から構成する。
The digital control device 1 inputs the speed detection value of the motor 3 detected by the speed detector 4 and the speed command, and calculates the PI for the deviation.
A speed control 101 that performs a D compensation calculation and operates the power converter 2 to control the speed, a speed response storage 102 that stores speed commands and detected speed values for each sampling period, and a reading ratio of the accumulated data of the speed response storage 102. and a data input/output 103 that rewrites the control gain of the speed control 101. Tuning device 5 is digital control device 1
Speed response readout 51. inputs the speed command rn+speed detection value nn stored in the speed response storage 102 of the speed response storage 102. Control characteristic evaluation 5 consisting of interpolation processing 521 and control response evaluation 522
2. Control characteristic setting 53 for setting desired control characteristics; control gain change 5 for changing control gain of speed control 101
41. The control gain modification 54 includes a control gain modification amount determination 542 that determines a control gain modification amount, and a tuning rule 543 that defines a control gain modification method for the control gain modification amount determination 542.

速度制御101及び速度応答蓄積102の機能はディジ
タル制御装!1内のマイクロプロセッサのプログラムに
よって処理され機能する。第2図に示すフローチャート
によりその処理プログラムを説明する。処理は所定のサ
ンプリング周期毎に発生する制御割り込みによって開始
され、速度制御101の処理1000と速度応答蓄積1
02の処理1001が行われる。処理1000はさらに
ステップ1000a〜1000dから構成する。
The functions of speed control 101 and speed response storage 102 are digital control devices! It is processed and functions by the program of the microprocessor in 1. The processing program will be explained with reference to the flowchart shown in FIG. Processing is started by a control interrupt that occurs at every predetermined sampling period, and includes processing 1000 of speed control 101 and speed response accumulation 1.
02 processing 1001 is performed. Process 1000 further includes steps 1000a to 1000d.

ステップ1000aでは速度指令rと速度検出値nの入
力を行う。ステップ1000bで偏差eをステップ10
00aで入力した速度指令rと速度検出値nから計算す
る。ステップ1000cでPID補償演算を行い、偏差
eに比例ゲインを乗じた値と今までの偏差eの積分値に
積分ゲインを乗じた値と偏差の微分値に微分ゲインを乗
じた値とを加え合わせて制御量の電流指令を決定する。
In step 1000a, a speed command r and a detected speed value n are input. In step 1000b, the deviation e is set in step 10.
It is calculated from the speed command r input at 00a and the detected speed value n. PID compensation calculation is performed in step 1000c, and the value obtained by multiplying the deviation e by the proportional gain, the value obtained by multiplying the integral value of the previous deviation e by the integral gain, and the value obtained by multiplying the differential value of the deviation by the differential gain are added. to determine the current command for the controlled variable.

ステップ1000clで電流指令をパワー変換器2に出
力してモータ3を動作させる。
At step 1000cl, a current command is output to the power converter 2 to operate the motor 3.

速度応答蓄積102にあたる処理1001はステップ1
001a〜1001cから構成する。ステップ1001
aで速度指令rをディジタル制御装置1のマイクロプロ
セッサに備えたメモリである速度指令メモリREFのi
番地に格納、速度検出値nを同じく速度検出値メモリS
PDのi番地1こ格納し、iを1増加する動作を行う。
Processing 1001 corresponding to speed response accumulation 102 is step 1
Consists of 001a to 1001c. Step 1001
i of the speed command memory REF, which is a memory provided in the microprocessor of the digital control device 1, for the speed command r at a.
Store speed detection value n in speed detection value memory S
The i address of PD is stored by 1, and i is incremented by 1.

ステップ1001bではiが速度指令メモリREF、速
度検出値メモリSPDのそれぞれの最終番地であるIN
M番地までデータを蓄積したかどうかを判定し、最終番
地INHに達している場合にはステップ1001cを行
うようにする。ステップ1001 cはiを速度指令メ
モリREF、速度検出値メモリSPDのそれぞれの先頭
値Oに設定する。この処理1001により各制御サンプ
リング毎の指令値rnと速度検出値nnが速度指令メモ
リREF、速度検出値メモリSP’Dに格納される。
In step 1001b, i is IN which is the final address of the speed command memory REF and the speed detected value memory SPD.
It is determined whether data has been accumulated up to address M, and if the final address INH has been reached, step 1001c is performed. Step 1001c sets i to the leading value O of each of the speed command memory REF and the speed detected value memory SPD. Through this process 1001, the command value rn and speed detection value nn for each control sampling are stored in the speed command memory REF and the speed detection value memory SP'D.

データ入出力103は速度応答蓄積102の蓄積データ
をチューニング装置5から読出し可能とする、及びチュ
ーニング装置5の制御ゲイン変更541により速度制御
101の制御ゲインを変更する働きを行い、その動作も
同じくディジタル制御装置1のマイクロプロセッサによ
って処理され機能する。第3図によりデータ入出力10
3の動作を説明する。
The data input/output 103 functions to enable the tuning device 5 to read the accumulated data of the speed response accumulation 102, and to change the control gain of the speed control 101 by the control gain change 541 of the tuning device 5, and its operation is also digital. It is processed and functions by the microprocessor of the control device 1. Data input/output 10 according to Figure 3
The operation of step 3 will be explained.

蓄積データを速度応答読出し51により入力するデータ
読出し時には第3図(a)に示すデータ形式で、チュー
ニング装置5の速度応答読出し51とデータ入出力10
3との間でデータの授受が行われる。読出しを示すコマ
ンドとして′r′。
When reading the stored data, which is inputted by the speed response readout 51, the speed response readout 51 of the tuning device 5 and the data input/output 10 are performed in the data format shown in FIG. 3(a).
Data is exchanged with 3. 'r' as a command indicating reading.

続いて、区切りを示す空白I Sp l、次に読み出す
蓄積データメモリのアドレス、区切りを示す空白# s
Pj、読み出すデータ数を示すデータカウント、最後に
くぎりを示す空白JSpl が速度応答読出し51から
データ入出力103に与えられる。これをディジタル制
御装置1のマイコンが入力すると、蓄積データをアドレ
ス位置からデータを順次データカウント数個読出し、チ
ューニング装置5に出力する。チューニング装置5の速
度応答読出し51はこのデータを順次量は取り、メモリ
に格納することにより、速度応答データの読出しを行う
Next, a space I Sp l indicating a break, the address of the stored data memory to be read next, and a space # s indicating a break.
Pj, a data count indicating the number of data to be read, and finally a blank JSpl indicating a nail are applied from the speed response readout 51 to the data input/output 103. When the microcomputer of the digital control device 1 inputs this, it sequentially reads out several data counts of accumulated data from the address position and outputs it to the tuning device 5. The speed response readout 51 of the tuning device 5 reads out the speed response data by sequentially taking the data and storing it in the memory.

速度制御101の制御ゲインを制御ゲイン変更541が
書き換える場合には、第3図(b)に示すデータ形式で
、データ入出力103との間でデータの授受を行う。書
込みを示すコマンドとしてg kl が送られ、区切り
を示す空白i sPl、次に書き込む制御ゲインを記憶
しているメモリの先頭アドレス、区切りを示す空白1s
pj、書き込むデータ数を示すデータカウント、区切り
を示す空白l s pJ、の後に書き込むデータをデー
タカウントの数だけ送る。こ九をディジタル制御装置1
のマイコンが入力すると、データカウント数個のデータ
をアドレスで指定される位置のメモリから順次書き込む
動作を行いデータ入出力103の機能が果たされる。
When the control gain change 541 rewrites the control gain of the speed control 101, data is exchanged with the data input/output 103 in the data format shown in FIG. 3(b). g kl is sent as a command to indicate writing, a space i sPl indicates a break, the start address of the memory that stores the control gain to be written next, and a space 1s indicates a break.
After pj, a data count indicating the number of data to be written, and a space l s pJ indicating a break, the data to be written is sent as many times as the data count. Digital control device 1
When the microcomputer receives the input, it performs an operation of sequentially writing data of several data counts from the memory at the location specified by the address, thereby fulfilling the function of the data input/output 103.

次にチューニング装置Sの動作を説明する。チューニン
グ装置5の全体的な動作は次のようになる。速度応答読
出し51によりディジタル制御装置1のメモリに蓄積さ
れた速度応答データが読み出され、制御特性評価52で
制御応答の特徴量が抽出される。その際、メモリに蓄積
されたデータは、サンプリング時点のデータであるので
、補間処理521によりサンプリング間のデータを補な
い正確な制御特性特徴量抽出を行う6特微量は制御特性
53に設定された所望の制御特性と比較され、制御特性
評価指標が決定される。制御特性評価指標は制御ゲイン
修正量決定542に入力され、調整ルール543を基に
ファジィ推論が行われて、制御ゲイン変更541により
データ入出力103を介して速度制御101の制御ゲイ
ンを書き換え制御特性のチューニングを行う。
Next, the operation of the tuning device S will be explained. The overall operation of the tuning device 5 is as follows. Speed response readout 51 reads speed response data stored in the memory of digital control device 1, and control characteristic evaluation 52 extracts feature quantities of the control response. At this time, since the data stored in the memory is the data at the time of sampling, the six special quantities that perform accurate control characteristic feature extraction without compensating for data between samplings are set as control characteristics 53 through interpolation processing 521. A control characteristic evaluation index is determined by comparison with a desired control characteristic. The control characteristic evaluation index is input to the control gain correction amount determination 542, fuzzy inference is performed based on the adjustment rule 543, and the control gain of the speed control 101 is rewritten via the data input/output 103 by the control gain change 541 to change the control characteristics. Perform tuning.

制御特性評価52で行う制御特性評価指標の決定処理に
ついて第4図及び第5図を基に説明する。
The control characteristic evaluation index determination process performed in the control characteristic evaluation 52 will be explained based on FIGS. 4 and 5.

制御特性評価52で評価する制御特性評価指標は時定数
、オーバシュート量、減衰係数である。第4図はその処
理のフローチャート、第5図は速度応答読出し51によ
り読み出された蓄積データと制御応答の関係を示してい
る。ステップ200゜では速度指令のステップ変化幅r
、とその開始時刻T0を求める。その処理は速度指令値
r、を読出し、iを順次増加し、次式を満たすiを求め
、(2)、 (3)式によりステップ変化@rw、ステ
ップ開始時刻T0を算出する。
The control characteristic evaluation index evaluated in the control characteristic evaluation 52 is a time constant, an overshoot amount, and a damping coefficient. FIG. 4 is a flowchart of the process, and FIG. 5 shows the relationship between the accumulated data read out by the speed response readout 51 and the control response. At step 200°, the step change width r of the speed command
, and its start time T0. The process reads out the speed command value r, sequentially increases i to find i that satisfies the following equation, and calculates the step change @rw and step start time T0 using equations (2) and (3).

r亀≠r1+、              ・・・(
1)r、≠ri+1−r、           ・・
・(2)T o =T s本i           
    ・(3)ただし、Tsはサンプリング周期 ステップ2001はステップ変化幅r、の63%の値n
t を次式により算出する nt =0.63+k rw          ・・
・(4)ステップ2002では時定数を求めるために次
式に示す63%値を挟むnPpnMを速度検出値の蓄積
データから探索する。
r turtle≠r1+, ...(
1) r, ≠ri+1−r, ・・
・(2) T o = T s book i
・(3) However, Ts is the value n of 63% of the step change width r for the sampling period step 2001.
Calculate t using the following formula: nt = 0.63+k rw...
- (4) In step 2002, nPpnM sandwiching the 63% value shown in the following equation is searched from the accumulated data of speed detection values in order to obtain a time constant.

nP≦nt≦nq           ・−(5)ス
テップ2003では時定数trを求める。このステップ
は補間処理521の処理にあたり、次式によりモータ速
度がntに正確に一致する時点を補間により求め、時定
数Trを算出する。
nP≦nt≦nq (5) In step 2003, the time constant tr is determined. This step corresponds to the interpolation process 521, in which the time point at which the motor speed exactly matches nt is determined by interpolation using the following equation, and the time constant Tr is calculated.

Tr=(p +(nt−np)/(nq−np))・T
s  T。
Tr=(p+(nt-np)/(nq-np))・T
sT.

・・・(6) ステップ2004では極値n□pnm2H・・・を求め
る。速度検出値nnを順次読み出し、増加から減少に転
する点na’、nbを求める。
(6) In step 2004, the extreme value n□pnm2H... is determined. The detected speed values nn are sequentially read out, and points na' and nb where the speed changes from increasing to decreasing are determined.

極値n=1はna、n6の2点間にあるのでその値を補
間処理521により求める。補間は次の2次式により行
う。ただし、時間tの原点はnaの時点とする。
Since the extreme value n=1 is between the two points na and n6, its value is determined by interpolation processing 521. Interpolation is performed using the following quadratic equation. However, the origin of time t is assumed to be at time na.

n=αt2+βt+γ         ・・・(7)
(7)式は2次式であるのでna、nbt ncの3点
を用いてα、β、γを決定すると次式となる。
n=αt2+βt+γ...(7)
Since equation (7) is a quadratic equation, when α, β, and γ are determined using the three points na, nbt nc, the following equation is obtained.

rs γ”na               ・・・(1o
)(7)式が極値をとる時間t、を求めると次式となり
、極値n□は(12)式により求まる。
rs γ"na ... (1o
) The time t at which equation (7) takes an extreme value is determined by the following equation, and the extreme value n□ is found from equation (12).

na−3nb+nc 11 na’+9nb”+nc”−20nanb  6
nbnc+8ncna・・・(12) 他の極値n12.・・・も同様にして求める。なお、制
御特性の応答が振動的でない場合に極値は生じないが、
その場合には求めることのできない極値nmzHn+m
2y・・・の値はOとする。
na-3nb+nc 11 na'+9nb"+nc"-20nanb 6
nbnc+8ncna...(12) Other extreme value n12. ... is found in the same way. Note that extreme values do not occur if the response of the control characteristics is not oscillatory, but
In that case, the extreme value nmzHn+m that cannot be found
The value of 2y... is O.

ステップ2005では時定数評価指標TRを計算する。In step 2005, a time constant evaluation index TR is calculated.

ステップ2003で求めた時定数、制御特性設定53に
設定された時定数の目標制御特性trsから次式により
求める。
The time constant determined in step 2003 and the target control characteristic trs of the time constant set in the control characteristic setting 53 are determined by the following equation.

T R= tr/ r rs            
 ・・・(13)ステップ2006ではオーバシュート
量評価指標Eを計算する。ステップ2004で求めた最
初の極値n+ai、ステップ2000で求めたステップ
変化幅rw、ステップ指令値から次式で求める。
TR=tr/rrs
(13) In step 2006, an overshoot amount evaluation index E is calculated. It is determined by the following equation from the first extreme value n+ai determined in step 2004, the step change width rw determined in step 2000, and the step command value.

E −(n wa、−r t+、)/ r W    
   −(14)なお、極値n1□の値がOの場合には
、オーバシュート量評価指標Eは1とする。
E −(n wa, −r t+,)/r W
-(14) Note that when the value of the extreme value n1□ is O, the overshoot amount evaluation index E is set to 1.

ステップ2007では減衰係数評価指標りを計算する。In step 2007, a damping coefficient evaluation index is calculated.

ステップ2004で求まる極値n1□。The extreme value n1□ found in step 2004.

n■2.n、、から次式により求める。n■2. It is determined from n, , using the following formula.

n=(nm、nmz)/(nmz  nm2)   ・
・・(1s)なお、極値n1□Hn wa2 p n 
113のいずれかの値がOの場合に、減衰係数評価指標
りは0とする。
n=(nm, nmz)/(nmz nm2) ・
...(1s) Furthermore, the extreme value n1□Hn wa2 p n
When any value of 113 is O, the attenuation coefficient evaluation index is set to 0.

次にファジィ推論を用いた制御ゲイン修正−54につい
て説明する。制御ゲイン修正量決定542は時定数TR
、オーバシュート量E及び減衰係数D、それぞれの制御
特性評価指標の大きさを定性的に評価するために、それ
ぞれの制御特性評価指標に対してそれぞれ第6図(a)
乃至第6図(c)に示すようなメンバーシップ関数を定
義する。図中のTR1〜TR4,E1〜E、、 Dよ、
D2はメンバーシップ関数を規定する定数であり、NB
、ZE。
Next, control gain modification-54 using fuzzy inference will be explained. Control gain correction amount determination 542 is based on time constant TR
, overshoot amount E, and damping coefficient D. In order to qualitatively evaluate the magnitude of each control characteristic evaluation index, FIG. 6(a) is used for each control characteristic evaluation index.
Membership functions as shown in FIGS. 6(c) to 6(c) are defined. TR1 to TR4, E1 to E, and D in the diagram.
D2 is a constant that defines the membership function, and NB
,ZE.

PM、PBは大きさを定性的に評価するためにメンバー
シップ関数に与えた名称であり、それぞれ下記の意味を
持つ。
PM and PB are names given to membership functions to qualitatively evaluate the size, and each has the following meanings.

N B : Negative BigZ E : Z
er。
NB: Negative BigZ E: Z
Er.

P M : Po5itive MediumP B 
 : Po5itive  Bigまた、図の縦軸は確
信度であり0〜1の値をとる。
PM: Po5itive MediumPB
: Po5itive Big The vertical axis of the figure is the confidence level, which takes a value of 0 to 1.

チューニングルール543のルールの一例を第7図に示
す。種々の制御応答形状に対して、制御特性評価指標を
前記メンバーシップ関数で評価し、定性的に評価した結
果により各制御ゲインをどのように修正すればよいかが
定性的に指定されている。例えば、ルール1の場合は、 1f(TRis  Pa  and  E  is  
ZE  and  D  is  ZE)then(K
p is PB and Tl1s ZE and T
o is ZE)という意味である。ここに、TRは時
定数、Eはオーバーシュート量、Dは減衰係数のそれぞ
れの制御特性評価指標であり、Kp、Tr、Toは比例
ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインのおのおのの修正係数
を示す、第8図は定性的に決定される制御ゲインの修正
係数Kp、TI、Toを定量的な量に変換するメンバー
シップ関数であり、制御ゲイン修正量決定542に備え
られている。図中の01〜C4はメンバーシップ関数の
形を規定する定数である。NB、ZE、PBは制御ゲイ
ンの修正係数の大きさを定性的に表わすためにメンバー
シップ関数に与えた名称であり、第6図で使用している
名称と同一の意味を持つ。また、図の縦軸は確信度であ
る。
An example of the tuning rules 543 is shown in FIG. The control characteristic evaluation index is evaluated using the membership function for various control response shapes, and how each control gain should be modified is qualitatively specified based on the qualitatively evaluated results. For example, in the case of rule 1, 1f(TRis Pa and E is
ZE and D is ZE) then(K
p is PB and Tl1s ZE and T
o is ZE). Here, TR is a time constant, E is an overshoot amount, D is a control characteristic evaluation index of a damping coefficient, and Kp, Tr, and To are correction coefficients of a proportional gain, an integral gain, and a differential gain. FIG. 8 shows membership functions for converting the qualitatively determined control gain correction coefficients Kp, TI, and To into quantitative quantities, which are provided in the control gain correction amount determination 542. 01 to C4 in the figure are constants that define the form of the membership function. NB, ZE, and PB are names given to membership functions to qualitatively represent the magnitude of the control gain correction coefficient, and have the same meanings as the names used in FIG. 6. Moreover, the vertical axis of the figure is the confidence level.

制御ゲイン修正量決定542は制御特性評価52からの
制御特性指標を入力し、それぞれの制御特性評価指標を
第6図に示すメンバーシップ関数により定性的に判定し
、チューニングルール543に基づきファジィ推論を行
い、制御ゲイン修正係数を定性的に決定し、さらに、第
8図に示すメンバーシップ関数により制御ゲインの修正
係数を定量的な値とする。与えられたオーバシュート量
E、減衰係数り9時定数TRに対する定性的な制御ゲイ
ン修正係数が第7図に示したように複数のチューニング
ルールで規定された場合、各メンバーシップ値に応じた
加重平均をとり定量的な値に変換する。
The control gain correction amount determination 542 inputs the control characteristic index from the control characteristic evaluation 52, qualitatively determines each control characteristic evaluation index using the membership function shown in FIG. 6, and performs fuzzy inference based on the tuning rule 543. Then, the control gain correction coefficient is determined qualitatively, and the control gain correction coefficient is made into a quantitative value using the membership function shown in FIG. When the qualitative control gain correction coefficient for a given overshoot amount E, damping coefficient and time constant TR is specified by multiple tuning rules as shown in Fig. 7, weighting is applied according to each membership value. Take the average and convert it into a quantitative value.

制御ゲイン変更541は制御ゲイン修正量決定542で
得られPID制御ゲインの修正係数とPID制御ゲイン
の前回値とを乗じて今回の制御ゲインを決定し、データ
入出力103を介し速度制御101の制御ゲインを変更
する。
The control gain change 541 determines the current control gain by multiplying the PID control gain correction coefficient obtained in the control gain correction amount determination 542 by the previous value of the PID control gain, and controls the speed control 101 via the data input/output 103. Change the gain.

本実施例によれば、オートチューニングのためにディジ
タル制御装置1での処理は、サンプリング周期毎に指令
値と速度検出値をメモリに格納するだけの簡単な処理で
済むので、制御応答速度を低下させることなくディジタ
ル制御装置1のマイコンで処理でき、オートチューニン
グを行うことができる。さらに、ディジタル制御装置1
にファジィ推論を行い制御ゲインを修正する複雑な部分
を内蔵する必要は無く、構成が複雑になることはない。
According to this embodiment, the process in the digital control device 1 for auto-tuning is as simple as storing the command value and the detected speed value in the memory every sampling period, so that the control response speed is reduced. It can be processed by the microcomputer of the digital control device 1 without having to perform automatic tuning. Furthermore, the digital control device 1
There is no need to incorporate a complicated part that performs fuzzy inference to modify the control gain, and the configuration does not become complicated.

また、ディジタル制御装置1とチューニング装置5とが
分離されているので、1つのチューニング装置5を多数
のディジタル制御装置1に順次使用することもでき、低
価格でオートチューニング機能を実現できる効果がある
。さらに、補間処理により制御特性を正しく評価してい
るので、設定した制御特性に正確にオートチューニング
が行える効果もある。
In addition, since the digital control device 1 and the tuning device 5 are separated, one tuning device 5 can be used sequentially for many digital control devices 1, which has the effect of realizing an auto-tuning function at a low cost. . Furthermore, since the control characteristics are correctly evaluated through interpolation processing, there is also the effect that auto-tuning can be performed accurately to the set control characteristics.

補間処理521は時定数trの補間には1次式を、極値
nm1y nm2y・・・の補間には2次式を用いた例
を説明したが時定数tr、極値の補間n、1゜n、2.
・・・ともに同一次数、あるいはより高次または低次の
補間を行っても良い。また、制御ゲイン修正量決定54
2においてメンバーシップ関数を三角形としたが、必ず
しもこの形にこだわる必要はなく2次曲線や指数関数な
どを用いても良い。
In the interpolation processing 521, an example has been explained in which a linear equation is used for interpolation of the time constant tr, and a quadratic equation is used for interpolation of the extreme values nm1y nm2y, etc. n, 2.
. . . Both may be interpolated at the same order, or at a higher or lower order. In addition, control gain correction amount determination 54
In 2, the membership function is triangular, but it is not necessary to stick to this shape, and a quadratic curve, an exponential function, etc. may be used.

さらに、メンバーシップ関数の形だけでなく、その数も
任意に設定してもよく、また制御応答評価指標として他
のものを用いても良い。
Furthermore, not only the shape of the membership function but also the number thereof may be arbitrarily set, and other functions may be used as the control response evaluation index.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、オートチューニングのためのディジタ
ル制御装置での処理は、サンプリング周期毎に指令値と
速度検出値をメモリに格納するだけの簡単な処理で済む
ので、制御応答速度を低下させることなくディジタル制
御装置のマイコンで処理でき、オートチューニングを行
うことができる。さらに、ディジタル制御装置にファジ
ィ推論を行い制御ゲインを修正する複雑な部分を内蔵す
る必要が無いため、ディジタル制御装置の構成が複雑に
なることはない。また、ディジタル制御装置とチューニ
ング装置とが分離されるので、1つのチューニング装置
を多数のディジタル制御装置に順次使用することもでき
、低価格でオートチューニング機能を実現できる効果が
ある。さらに、補間処理により制御特性を正しく評価し
ているので、設定した制御特性にオートチューニングが
行える効果もある。
According to the present invention, the processing in the digital control device for auto-tuning is as simple as storing the command value and speed detection value in the memory every sampling period, so that the control response speed can be reduced. It can be processed by the microcomputer of the digital control device and auto-tuning can be performed. Furthermore, since there is no need to incorporate a complicated part that performs fuzzy inference and corrects the control gain into the digital control device, the configuration of the digital control device does not become complicated. Furthermore, since the digital control device and the tuning device are separated, one tuning device can be used in sequence for a large number of digital control devices, which has the effect of realizing an auto-tuning function at a low cost. Furthermore, since the control characteristics are correctly evaluated through interpolation processing, there is also the effect that auto-tuning can be performed to the set control characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明によるディジタル制御装置におけるオー
トチューニングの構成を示す図、第2図はディジタル制
御装置の動作を説明するフローチャート、第3図は蓄積
データの読出し、制御ゲインの書き換えで用いるデータ
フォーマットを説明する図、第4図は制御特性評価指標
を求める処理のフローチャート、第5図は制御特性評価
指標を求める処理を説明するための制御応答の図、第6
図(a)乃至第6図(c)は制御応答評価用のメンバー
シップ関数を示す図、第7図はチューニングル−ルの一
例を示す図、第8図は制御ゲイン修正係数用メンバーシ
ップ関数を示す図でアル。 1・・・ディジタル制御装置、2・・・パワー変換器、
3・・・モータ、4・・・速度検出器、5・・・チュー
ニング装置。 第1図 第2図 第3図 8)データ読み出し 第4図 第6図   第6図   第6図 鎗)         (J)        CC/
)第7図 第8図
Fig. 1 is a diagram showing the configuration of auto-tuning in a digital control device according to the present invention, Fig. 2 is a flowchart explaining the operation of the digital control device, and Fig. 3 is a data format used for reading accumulated data and rewriting control gains. FIG. 4 is a flowchart of the process for determining the control characteristic evaluation index, FIG. 5 is a control response diagram for explaining the process for determining the control characteristic evaluation index, and FIG.
Figures (a) to 6(c) are diagrams showing membership functions for control response evaluation, Figure 7 is a diagram showing an example of a tuning rule, and Figure 8 is a membership function for control gain correction coefficients. In the diagram showing al. 1... Digital control device, 2... Power converter,
3...Motor, 4...Speed detector, 5...Tuning device. (J) CC/
)Figure 7Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、定められたサンプリング周期毎に指令値と制御量の
検出値を入力してフィードバック制御を行うディジタル
制御装置において、サンプリング毎に前記指令値と前記
制御量の検出値とを制御応答データとして蓄積する制御
応答蓄積手段、前記制御応答蓄積手段に蓄積された制御
応答データの読出しと前記フィードバック制御の制御ゲ
インの書き換えを行うデータ入出力手段を設けたディジ
タル制御装置、前記ディジタル制御装置の制御応答蓄積
手段に蓄積された制御応答データを前記ディジタル制御
装置のデータ入出力手段を介して入力する制御応答読み
だし手段、望む制御特性を設定する制御特性設定手段、
前記制御応答読みだし手段により入力した制御応答デー
タと前記制御特性設定手段に設定された制御特性とから
評価指標を求める制御応答評価手段、前記評価指標を基
に制御ゲインを修正する制御ゲイン修正手段からなる制
御ゲインチューニング装置を接続して制御特性をチュー
ニングすることを特徴とするディジタル制御装置のチュ
ーニング装置。 2、請求項第1項記載のチューニング装置において、評
価指標算出に必要とする値をサンプリング間の制御応答
データから補間演算を行い推定して得ることにより評価
指標を求めることを特徴とするディジタル制御装置のチ
ューニング方法。 3、請求項第1項記載のディジタル制御装置のチューニ
ング装置において、ディジタル制御装置の調整時にのみ
ディジタル制御装置にチューニング装置を接続し、ディ
ジタル制御装置の運転時にはチューニング装置を接続し
ないことを特徴とするディジタル制御装置のチューニン
グ方法。
[Claims] 1. In a digital control device that performs feedback control by inputting a command value and a detected value of a controlled variable at each predetermined sampling period, the command value and the detected value of the controlled variable are input at each sampling period. A digital control device comprising: a control response accumulation means for accumulating the control response data as control response data; a data input/output means for reading out the control response data accumulated in the control response accumulation means and rewriting the control gain of the feedback control; control response reading means for inputting control response data accumulated in the control response accumulation means of the control device via the data input/output means of the digital control device; control characteristic setting means for setting desired control characteristics;
control response evaluation means for calculating an evaluation index from the control response data inputted by the control response reading means and the control characteristic set in the control characteristic setting means; and control gain modification means for modifying the control gain based on the evaluation index. 1. A tuning device for a digital control device, characterized in that the control characteristic is tuned by connecting a control gain tuning device consisting of the following. 2. The tuning device according to claim 1, wherein the digital control is characterized in that the evaluation index is obtained by estimating the value required for calculating the evaluation index by performing an interpolation calculation from the control response data between samplings. How to tune the device. 3. The tuning device for a digital control device according to claim 1, characterized in that the tuning device is connected to the digital control device only when adjusting the digital control device, and is not connected when the digital control device is operating. How to tune a digital control device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017169437A (en) * 2016-03-14 2017-09-21 オムロン株式会社 Control device and method for tuning servo motor
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