JPH0454243B2 - - Google Patents

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JPH0454243B2
JPH0454243B2 JP8316582A JP8316582A JPH0454243B2 JP H0454243 B2 JPH0454243 B2 JP H0454243B2 JP 8316582 A JP8316582 A JP 8316582A JP 8316582 A JP8316582 A JP 8316582A JP H0454243 B2 JPH0454243 B2 JP H0454243B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
identification
signal
sample value
pid control
parameters
Prior art date
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Expired
Application number
JP8316582A
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Japanese (ja)
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JPS58201103A (en
Inventor
Takashi Shigemasa
Yoshinori Ichikawa
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP8316582A priority Critical patent/JPS58201103A/en
Publication of JPS58201103A publication Critical patent/JPS58201103A/en
Publication of JPH0454243B2 publication Critical patent/JPH0454243B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、プロセスを閉ループ制御中にプロセ
ス特性を同定し、その結果からサンプル値PID制
御演算部のサンプル値制御定数を最適値に自動調
整する機能を有するサンプル値PID制御装置に関
する。
[Detailed description of the invention] [Technical field to which the invention pertains] The present invention identifies process characteristics during closed-loop control of a process, and automatically adjusts sample value control constants of a sample value PID control calculation unit to optimal values based on the results. The present invention relates to a sample value PID control device having the function of

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

制御対象となるプロセスの応答を最良に制御す
るにはプロセスの動特性を測定する手続きが必要
となる。その動特性を測定する手続きは、動特性
の同定(Identification)と呼ばれている。この
同定を行なうには、プロセスを制御する制御装置
から切り離して、開ループ状態で同定する場合
と、プロセスを制御する制御装置と接続して制御
しながら、閉ループ状態で同定する場合がある。
このプロセスの動特性を同定するには、プロセス
の運転稼動率、経済性向上などの観点から、閉ル
ープ状態で速みやかに同定できることが望まし
い。
In order to optimally control the response of a process to be controlled, a procedure is required to measure the dynamic characteristics of the process. The procedure for measuring the dynamic characteristics is called dynamic characteristic identification. In order to perform this identification, there are cases where identification is performed in an open loop state, separated from the control device that controls the process, and identification is performed in a closed loop state while connected to and controlled by the control device that controls the process.
In order to identify the dynamic characteristics of this process, it is desirable to be able to quickly identify them in a closed loop state from the viewpoint of improving the operating efficiency and economic efficiency of the process.

閉ループ動作下で制御対象のプロセスの動特性
を同定し、その同定結果から、サンプル値性御定
数を自動調整する機能を有するサンプル値PID制
御装置の従来技術として、サンプル値PIDコント
ローラの閉ループ形オートチユーニング方式(第
19回SICE学術講演会1201)がある。
The closed-loop automatic sample-value PID controller has the function of identifying the dynamic characteristics of the controlled process under closed-loop operation and automatically adjusting the sample-value control constants based on the identification results. Tuning method (No.
The 19th SICE Academic Conference 1201) will be held.

この方法によると、制御対象となるプロセスを
サンプル値PID制御中に、その制御系内にパーシ
ステントリ・エキサイテイング
(PersistentlyExciting)なる同定信号を注入し、
プロセスのパルス伝達関数をオンラインパラメー
タ同定部により同定し、その同定結果から、サン
プル値PID制御演算部のサンプル値制御定数を自
動設計し、用いることにより、サンプル値制御定
数を閉ループ制御中に自動調整する機能を備えた
サンプル値PID制御装置を構成することができ
る。また、オンラインパラメータ同定部の忘却係
数を1.0より小さい値に設定することにより、プ
ロセスの特性がゆつくりと変化する場合に追従で
きる。しかしながら、ノイズの少ないプロセスで
は、オンラインパラメータ同定フイルタの共分散
行列が小さくなりすぎて、同定途中に外乱により
プロセス特性が変化した場合、すみやかにパラメ
ータが追従することができないという問題点があ
つた。
According to this method, while the process to be controlled is under sample value PID control, an identification signal called Persistent Exciting is injected into the control system.
The pulse transfer function of the process is identified by the online parameter identification section, and from the identification results, the sample value control constant of the sample value PID control calculation section is automatically designed and used to automatically adjust the sample value control constant during closed-loop control. It is possible to configure a sample value PID control device with the function of Furthermore, by setting the forgetting coefficient of the online parameter identification unit to a value smaller than 1.0, it is possible to follow the case where the characteristics of the process slowly change. However, in a process with little noise, the covariance matrix of the online parameter identification filter becomes too small, making it difficult for the parameters to quickly follow up if the process characteristics change due to disturbance during identification.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、同定中のプロセスの特性変化に対し
て、速やかに追従し、短時間に制御定数の自動調
整の完了することのできるサンプル値PID制御装
置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sample value PID control device that can quickly follow changes in characteristics of a process being identified and can complete automatic adjustment of control constants in a short time.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、制御対象となるプロセスをサンプル
値制御するサンプル値PID制御演算部を備え、こ
のサンプル値PID制御演算部で制御される制御ル
ープ内に所定の同定信号を印加し、それに基づい
て前記プロセスの動特性モデルのパラメータを同
定することで前記サンプル値PID制御演算部の制
御定数を自動的に算出してオートチユーニングす
るように構成されてなるサンプル値PID制御装置
において、 前記プロセスの動特性モデルのパラメータを同
定し、このパラメータとプロセスの操作信号およ
び出力信号とからプロセスのモデル誤差を算出す
るとともに、前記パラメータの誤差の大きさを示
すパラメータの誤差共分散行列を求め、この共分
散行列および前記モデル誤差とから忘却係数信号
を演算するパラメータ同定手段と、 このパラメータ同定手段により算出されたパラ
メータからS(ラプラス演算子)領域の伝達関数
の低次パラメータを演算する伝達関数演算手段
と、 前記忘却係数信号と前記低次パラメータとが
各々所定条件を満たした時に前記プロセス特性の
同定が完了したと判断する同定完了検出手段と、 この同定完了検出手段により同定完了が判断さ
れた時に前記低次パラメータから前記サンプル値
PID制御演算部の制御定数を算出するサンプル値
制御定数演算手段と、 を備えてなることを特徴とするサンプル値PID制
御装置。
The present invention includes a sample value PID control calculation unit that controls a process to be controlled by sample value, and applies a predetermined identification signal to a control loop controlled by the sample value PID control calculation unit, and based on the sample value PID control calculation unit, A sample value PID control device configured to automatically calculate and auto-tuning control constants of the sample value PID control calculation unit by identifying parameters of a dynamic characteristic model of the process. The parameters of the characteristic model are identified, and the model error of the process is calculated from these parameters and the operation signal and output signal of the process, and the error covariance matrix of the parameters indicating the magnitude of the error of the parameter is determined, and this covariance is a parameter identification means for calculating a forgetting coefficient signal from a matrix and the model error; and a transfer function calculation means for calculating a lower-order parameter of a transfer function in an S (Laplace operator) domain from the parameters calculated by the parameter identification means. , identification completion detection means for determining that the identification of the process characteristic is completed when the forgetting coefficient signal and the low-order parameter each satisfy a predetermined condition; Said sample values from lower order parameters
A sample value PID control device comprising: sample value control constant calculation means for calculating a control constant of a PID control calculation section.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、サンプル値PIDコントロール
の出力信号にパーミステントリ、エキサイチイン
グな同定信号を加えて操作信号としてプロセスに
注入、閉ループ制御を実施しながら、サンプル周
期毎に得られるプロセス出力信号、プロセスの入
力信号から、プロセスのパルス伝達関数のパラメ
ータをオンライン同定し、その結果から、最良な
サンプル値制御定数を自動的に調整することがで
きる。しかも、同定途中にプロセスの特性が外乱
により変化した場合でも、忘却係数を変化させて
共分散行列を大きくリセツトするので、速みやか
に特性の変化に追従することができる。
According to the present invention, a permissive and exciting identification signal is added to the output signal of the sample value PID control and injected into the process as an operation signal, and a process output signal obtained at each sample period is obtained while performing closed-loop control. , from the input signal of the process, the parameters of the pulse transfer function of the process can be identified online, and from the results, the best sample value control constants can be automatically adjusted. Moreover, even if the characteristics of the process change due to disturbance during identification, the forgetting coefficient is changed and the covariance matrix is largely reset, so that changes in the characteristics can be quickly followed.

つまり、閉ループ制御下でプロセスの特性の同
定と制御定数の自動調整ができるので、制御装置
の実機調整期間がほとんどいらなくなる。また、
プロセスを操作中にも、自動調整ができるので、
プラントを高い稼動率で操作することができ、利
すること折常に大である。
In other words, since process characteristics can be identified and control constants can be automatically adjusted under closed-loop control, there is almost no need for actual adjustment of the control device. Also,
Automatic adjustments can be made even while the process is operating, so
The plant can be operated at a high rate of operation, which is often of great benefit.

また、コントローラの比例ゲインを零に固定す
ると、開ループ状態となるが、同定信号をコント
ローラの出力箇所で加えているので、閉ループの
みならず、開ループでもプロセスの動特性を同定
できる。
Furthermore, when the proportional gain of the controller is fixed to zero, it becomes an open loop state, but since the identification signal is applied at the output of the controller, the dynamic characteristics of the process can be identified not only in the closed loop but also in the open loop.

また、プロセスのパルス伝達関数を同定するの
に、カルマンフイルタに類似したオンラインパラ
メータ同定ウイルタを用いているので、統計処理
が自動的に行なわれ、観測ノイズの影響を受ける
ことなく、安定したプロセス特性の同定ならびに
制御定数の自動調整が行なえる。
In addition, since an online parameter identification filter similar to a Kalman filter is used to identify the pulse transfer function of the process, statistical processing is automatically performed and stable process characteristics are obtained without being affected by observation noise. identification and automatic adjustment of control constants.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下この発明の一実施例について図面を用いて
詳細に説明する。第1図は、この発明に係るサン
プル値PID制御装置の回路構成を示すブロツク図
である。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the circuit configuration of a sample value PID control device according to the present invention.

なお、本発明のサンプル値PID制御装置の前提
となる装置、すなわち、「制御対象となるプロセ
スをサンプル値制御するサンプル値PID制御演算
部を備え、このサンプル値PID制御演算部で制御
される制御ループ内に所定の同定信号を印加し、
それに基づいてプロセスの動特性モデルのパラメ
ータを同定することでサンプル値PID制御演算部
の制御定数を自動的に算出するオートチユーニン
グ機能を備えてなるサンプル値PID制御装置」に
ついては、例えば、特開昭57−39412号公報(特
公昭63−18202号公報)に詳細に記載されている
ため、本願明細書ではその詳細な説明は省略す
る。
Note that the sample value PID control device of the present invention is based on a device that is equipped with a sample value PID control calculation unit that controls a process to be controlled using sample values, and that is controlled by the sample value PID control calculation unit. Apply a predetermined identification signal within the loop,
For example, regarding the "sample value PID control device equipped with an auto-tuning function that automatically calculates the control constants of the sample value PID control calculation section by identifying the parameters of the process dynamic characteristic model based on this," Since it is described in detail in JP-A No. 57-39412 (Japanese Patent Publication No. 63-18202), detailed explanation thereof will be omitted in the present specification.

制御対象は、例えば鉄鋼、化学工業プラント内
の温度、流量、圧力などのプロセス1で、プロセ
スの制御量y(t)は、所定サンプル周期τで動
作する第1のサンプラ2により、プロセス出力信
号y*(k)として装置に帰還される。一方、目標値
r(t)は、第1のサンプラとと同期して動作す
る第2のサンプラ3により、目標値信号r*(k)が生
成され、プロセス出力信号y*(k)と偏差演算部4
で、偏差信号e*(k)(e*(k)=r*(k)−y*(k))が演算さ
れる。この偏差信号e*(k)をもとに、プロセス1を
制御するための出力信号uO *(k)がサンプル値PID
制御演算部5により生成される。パーシステント
リ・エキサイテイングな同定信号v*(k)は同定信
号発生部6により、プロセス1を同定する時に発
生される。この同定信号v*(k)と出力信号uO *(k)は、
加算部7で加算され、プロセスの入力信号U*(k)
が演算され、U*(k)はO0次ホールド部8に入力さ
れ、プロセス1の操作信号u(t)となる。以上
により基本的なサンプル値PID制御装置が構成さ
れている。ここで、kは離散時間であり、実際の
時刻tがkτであることを意味するものである。
The controlled object is a process 1 such as temperature, flow rate, and pressure in a steel or chemical industrial plant, and the process control amount y(t) is determined by a process output signal by a first sampler 2 that operates at a predetermined sampling period τ. It is returned to the device as y * (k). On the other hand, the target value r(t) is determined by a second sampler 3 operating in synchronization with the first sampler, which generates a target value signal r * (k), which is determined by the difference between the process output signal y * (k) and the target value signal r*(k). Arithmetic unit 4
Then, the deviation signal e * (k) (e * (k)=r * (k)−y * (k)) is calculated. Based on this deviation signal e * (k), the output signal u O * (k) for controlling process 1 is the sample value PID
It is generated by the control calculation unit 5. A persistently exciting identification signal v * (k) is generated by the identification signal generator 6 when identifying the process 1. This identification signal v * (k) and output signal u O * (k) are
The input signal U * (k) of the process is added by the adder 7.
is calculated, and U * (k) is input to the O0-order hold unit 8 and becomes the operation signal u(t) of process 1. The above constitutes a basic sample value PID control device. Here, k is a discrete time, meaning that the actual time t is kτ.

プロセスの入力信号U*(k)とプロセスの出力信
号y*(h)(k)とから、プロセス1のモデルをオンラ
イン同定部9に入力し、同定する。さらにこのオ
ンライン同定部9では、同定中のプロセス特性の
変化に備えて、オンライン同定フイルタのモデル
誤差(モデルから推定した予測値と実際に観測さ
れた制御量との差に基づいて特性変化を検出する
ためにモデル誤差を定義する。このモデル誤差は
予測残差、同定残差等とも呼ばれているが本明細
書ではモデル誤差と称する。)ε(k)から、
Forgetting Factor(以下忘却係数と称す)λ(k)
を演算し、特性変化にともなう忘却係数λ(k)の変
化に伴ない、パラメータの誤差共分散行列(パラ
メータの誤差の大きさを示すもので以下、共分散
行列と称すP(k)をリセツトさせるようになつてい
る。一方、このオンライン同定部9では、この忘
却係数λ(k)と同定パラメータθ^(k)を出力している。
次に、この同定パラメータθ^(k)を入力して、伝達
関数演算部10では、プロセス1のS領域の伝達
関数の低次パラメータGi(k)(i=0、1、2、
3……)信号を演算する。
From the process input signal U * (k) and the process output signal y * (h)(k), the model of process 1 is input to the online identification unit 9 and identified. Furthermore, in preparation for changes in process characteristics during identification, this online identification section 9 detects changes in characteristics based on the model error of the online identification filter (the difference between the predicted value estimated from the model and the actually observed control amount). In order to
Forgetting Factor (hereinafter referred to as forgetting factor) λ(k)
is calculated, and the parameter error covariance matrix (P(k), which indicates the magnitude of parameter error and is hereinafter referred to as covariance matrix) is reset as the forgetting coefficient λ(k) changes due to changes in characteristics. On the other hand, the online identification section 9 outputs the forgetting coefficient λ(k) and the identification parameter θ^(k).
Next, this identification parameter θ^(k) is input, and the transfer function calculation unit 10 calculates the low-order parameter Gi(k) (i=0, 1, 2,
3...) Compute the signal.

この低次パラメータ信号Gi(k)を入力し、サン
プル値制御定数演算部11では、サンプル値PID
定数、Kc(比例ゲイン)、Ti(積分時定数)、Td
(微分時定数)を演算する。
This low-order parameter signal Gi(k) is input, and the sample value control constant calculation unit 11 calculates the sample value PID
Constant, Kc (proportional gain), Ti (integral time constant), Td
(differential time constant).

一方、低次パラメータ信号Gi(k)と忘却係数λ
(k)を入力し、完了検出部12では、自動調整完了
信号CC(k)を演算し出力する。コントロール部1
3は、この自動調整完了信号CC(k)と自動調整開
始信号ST(k)を入力し、同定信号発生部6、オン
ラインパラメータ同定部9、伝達関数演算部1
0、サンプル値制御定数演算部11、完了検出部
12の各演算を制御するコントロール信号CRL
(k)を出力するようになつている。
On the other hand, the low-order parameter signal Gi(k) and the forgetting coefficient λ
(k) is input, and the completion detection section 12 calculates and outputs an automatic adjustment completion signal CC(k). Control part 1
3 inputs this automatic adjustment completion signal CC(k) and automatic adjustment start signal ST(k), and outputs an identification signal generation section 6, an online parameter identification section 9, and a transfer function calculation section 1.
0, a control signal CRL that controls each calculation of the sample value control constant calculation section 11 and the completion detection section 12.
(k) is output.

次に、第2図のタイミングチヤートを用いて各
動作を説明する。
Next, each operation will be explained using the timing chart shown in FIG.

自動調整開始信号ST(k)のパルスにもとづき、
コントロール部13はコントロール信号CRL(k)
をオンにする。このコントロール信号CRL(k)の
オンにより、同定信号発生部6は同定信号u*(k)
を発生する。更に、オンラインパラメータ同定部
9はプロセス1への入力信号U*(k)と出力信号y*
(k)を入力し、プロセス1のモデルのパラメータを
オンライン同定フイルタ、本実施例では、最尤度
法を近似したRML1フイルタが同定を開始する。
いま、入力信号U*(k)と出力信号y*(k)に着目した
プロセス1の等価モデルを示すと、第3図のよう
になる。ここで、プロセスの等価パラメータはブ
ロツク20のようになり、ノイズの等価パラメー
タはブロツク21のようになり、プロセスの平衡
点に相当する直流成分に対する等価パラメータは
ブロツク22のようになる。また同定すべき未知
パラメータai、bi、ci(ただし、i=1、2、…
m、j=1、2、…n)、d^をベクトルθ^であらわ
すと、 θ^T=〔a^1、a^2、…、a^m、b^1、b^2、…b^n、c^1、c
^2…、c^m、d^〕…第1式 (ただし、Tは転置をあらわす) となり、RML1同定フイルタのアルゴリズムはカ
ルマンフイルタに類似した次の第2式〜第5式で
示すことができる。
Based on the pulse of the automatic adjustment start signal ST(k),
The control section 13 uses the control signal CRL(k)
Turn on. By turning on this control signal CRL(k), the identification signal generator 6 generates the identification signal u * (k).
occurs. Furthermore, the online parameter identification unit 9 inputs the input signal U * (k) to the process 1 and the output signal y *
(k) is input, and the parameters of the model in Process 1 are passed through an online identification filter, in this example, an RML1 filter that approximates the maximum likelihood method, and the identification begins.
Fig. 3 shows an equivalent model of process 1 focusing on input signal U * (k) and output signal y * (k). Here, the equivalent parameters of the process are as shown in block 20, the equivalent parameters of noise are as shown in block 21, and the equivalent parameters for the DC component corresponding to the equilibrium point of the process are as shown in block 22. Also, unknown parameters to be identified are ai, bi, ci (where i=1, 2,...
m, j=1, 2,...n), d^ is expressed as a vector θ^, then θ^ T = [a^ 1 , a^ 2 ,..., a^m, b^ 1 , b^ 2 ,... b^n, c^ 1 , c
^ 2 ..., c^m, d^]...Equation 1 (T represents transposition), and the algorithm of the RML1 identification filter can be expressed by the following Equations 2 to 5, which are similar to the Kalman filter. can.

θ^(k)=θ^(k−1)+p(k−1)・(k)/λ(k)
T(k)・p(k−1)(k)・ε(k)……第2式 ここで、共分散行列p(k)は次式で示される(n
+2m+1)×(n+2m+1)行列である。
θ^(k)=θ^(k-1)+p(k-1)・(k)/λ(k)
+ T (k)・p(k−1)(k)・ε(k)……2nd formula Here, the covariance matrix p(k) is shown by the following formula (n
+2m+1)×(n+2m+1) matrix.

p(k)=〔p(k−1)−p(k−1)(k)T(k)p(
k−1)/λ(k)+T(k)・p(k−1)・(k)〕/λ
(k)……第3式 また、ε(k)は次式で示される、モデル誤差であ
る。
p(k)=[p(k-1)-p(k-1)(k) T (k)p(
k-1)/λ(k)+ T (k)・p(k-1)・(k)]/λ
(k)...Equation 3 In addition, ε(k) is the model error expressed by the following equation.

ε(k)=y(k)−(k)T・θ^(k−1)……第4式 さらに(k)は次式で与えられる(n+2m+1)
ベクトルである。
ε(k)=y(k)−(k) T・θ^(k−1)……4th formula Furthermore, (k) is given by the following formula (n+2m+1)
It is a vector.

(k)T=〔−y*(k−1)、……、−y*(k−m)、U*
(k−1)、……、U*(k−n)、ε(k−1)、…
…、ε(k−m)、1〕 ……第5式 またλ(k)は忘却係数であり、次のように演算さ
れる。
(k) T = [−y * (k−1), ..., −y * (k−m), U *
(k-1), ..., U * (k-n), ε(k-1), ...
..., ε(k-m), 1] ...Equation 5 In addition, λ(k) is a forgetting coefficient, which is calculated as follows.

λ(k)=μ(k)+√μ(k)2+4(k)TP(k−1)(k)
/2 ……第6式 ここで、 μ(k)=1−(k)TP(k−1)(k)−ε2(k)/J* ……第7式 すなわち、λ(k)はモデル誤差ε(k)によつて駆動
される変動する忘却係数であり、プロセス1の特
性の変化はすべてモデル誤差ε(k)にあらわれるの
で、同定中にプロセス1の特性変化があれば、第
6式と第7式の演算により、λ(k)は1.0より小さ
くなる。これにより、共分散行列P(k)はリセツト
され、オンラインパラメータ同定部9は、特性変
化に追従することができるのである。一方、パラ
メータθ^(k)が収束してくると、モデル誤差ε(k)は
小さくなり、これにともない忘却係数λ(k)は1.0
に近づく。
λ(k)=μ(k)+√μ(k) 2 +4(k) T P(k-1)(k)
/2 ...Equation 6 Here, μ(k)=1-(k) T P(k-1)(k)-ε 2 (k)/J * ...Equation 7 That is, λ(k) is a varying forgetting coefficient driven by the model error ε(k), and all changes in the characteristics of process 1 appear in the model error ε(k), so if there is a change in the characteristics of process 1 during identification, By calculating the sixth and seventh equations, λ(k) becomes smaller than 1.0. As a result, the covariance matrix P(k) is reset, and the online parameter identification section 9 can follow changes in characteristics. On the other hand, when the parameter θ^(k) converges, the model error ε(k) becomes smaller, and the forgetting coefficient λ(k) becomes 1.0.
approach.

なお、共分散行列P(k)の初期値P(o)は、次
のように設定する。
Note that the initial value P(o) of the covariance matrix P(k) is set as follows.

P(o)=β・I ……第8式 ただし、βは正の大きな数、Iは単位行列であ
る。
P(o)=β·I...Equation 8 Where, β is a large positive number and I is a unit matrix.

また、未知パラメータθ^(k)の初期値θ^(o)は、
プロセス1の概略パラメータ、または前回のパラ
メータがわかつている場合には、その値を設定す
る。全くわからなければ、次のように設定する。
In addition, the initial value θ^(o) of the unknown parameter θ^(k) is
If the general parameters of process 1 or the previous parameters are known, set their values. If you don't know at all, set it as follows.

θ^(o)=O ……第9式 また、第7式で設定するパラメータJ*について
は、モデ誤差ε(k)の分散値がσ2〓として測定される
場合は、おおよそ、次のように設定する。
θ^(o)=O ...Equation 9 Furthermore, regarding the parameter J * set in Equation 7, if the variance value of model error ε(k) is measured as σ 2 〓, approximately the following Set it as follows.

J*=60〜140σ2〓 ……第10式 以上により、オンラインパラメータ同定部9の
内部動作を説明したので、再度、第2図のタイミ
ングチヤートについて動作を説明していく。
J * = 60 to 140σ 2 〓 . . . Equation 10 Since the internal operation of the online parameter identification section 9 has been explained above, the operation will be explained again with respect to the timing chart of FIG. 2.

伝達関数演算部10では、同定したパラメータ
θ^(k)からプロセスのS(ラプラス演算子)領域の伝
達関数G(s) G(k、s)=1.0/(G0(k)+G1(k)S+G2(k)S2+G3
(k)S3+…) ……第11式 の低次パラメータGi(k)(i=0、1、2、…)
を演算する。
The transfer function calculation unit 10 calculates the transfer function G(s) in the S (Laplace operator) region of the process from the identified parameter θ^(k): G(k,s)=1.0/(G 0 (k)+G 1 ( k)S+G 2 (k)S 2 +G 3
(k)S 3 +…) ...Low-order parameter Gi(k) of equation 11 (i=0, 1, 2,...)
Calculate.

これらのS領域の伝達関数の低次のパラメータ
は、制御系のチユーニングにおいて、重要となる
低域〜中域の周波数帯域の特性を表しており、プ
ロセスの特性変化検出、あるいはサンプル値PID
制御演算部の制御定数の算出に用いることができ
る。
These low-order parameters of the S-domain transfer function represent the characteristics of the low to middle frequency band that are important in tuning the control system, and are used to detect process characteristic changes or sample value PID.
It can be used to calculate control constants for the control calculation section.

同定途中で、第2図のように特性変化が発生す
ると、一且1.0に近づけ始めた、忘却係数λ(k)が
1.0より小さくなり、オンラインパラメータ同定
部9は、すみやかにパラメータの追従を始める。
追従してくると、λ(k)は1.0に近づくとともに、
S領域の伝達関数の低次パラメータGi(k)(i=
0、1、2、…)も安定してくる。そこで、完了
検出部12では、忘却係数信号λ(k)と低次パラメ
ータ信号Gi(k)を入力し、次の演算より、同定の
完了を監視する。
During the identification, when a characteristic change occurs as shown in Figure 2, the forgetting coefficient λ(k), which starts to approach 1.0, decreases.
When the value becomes smaller than 1.0, the online parameter identification unit 9 immediately starts tracking the parameter.
As it follows, λ(k) approaches 1.0 and
The low-order parameter Gi(k) of the transfer function in the S domain (i=
0, 1, 2,...) also become stable. Therefore, the completion detection unit 12 inputs the forgetting coefficient signal λ(k) and the low-order parameter signal Gi(k), and monitors the completion of identification from the next calculation.

λ(k)≧0.97 ……第12式 |Gi(k)−Gi(k−1)/Gi(k−1)|≦αi(i=0
,1) …第13式 (但し、αi=0.01程度の小さな正数) 更に、第12式と第13式の条件が複数回、本実施
例では5回、連続して成立した時に、完了検出部
12は、自動調整完了信号CC(k)の完了パルスを
発生する。この自動調整完了信号CC(k)の完了パ
ルスをコントロール部13へ入力すると各演算部
へのコントロール信号CRL(k)をオフ状態ヘリセ
ツトする。このCRL(k)信号の立ち下りにより、
サンプル値制御定数演算部11は、伝達関数の低
次パラメータ信号Gi(k)(i=0、1、…)と、
サンプル周期τにもとづき、サンプル値制御定数
Kc、Ti、TDを演算して、サンプル値PID制御演
算部5へ転送する。とともに、このコントロール
信号CRL(k)のオフにより、同定信号発生部6、
オンラインパラメータ同定部9、伝達関数演算部
10、完了検出部12の演算動作を停止し、プロ
セス1は、新らたに自動設定されたサンプル値制
御定数を用いてコントロールが行なわれ、一連の
制御系の自動調整手順を完了するのである。
λ(k)≧0.97 ...Equation 12 |Gi(k)−Gi(k−1)/Gi(k−1)|≦αi(i=0
, 1) ...Equation 13 (however, αi = a small positive number of about 0.01) Furthermore, when the conditions of Equations 12 and 13 are satisfied multiple times, five times in this example, completion is detected. The unit 12 generates a completion pulse of an automatic adjustment completion signal CC(k). When the completion pulse of this automatic adjustment completion signal CC(k) is input to the control section 13, the control signal CRL(k) to each calculation section is reset to an off state. Due to the fall of this CRL(k) signal,
The sample value control constant calculation unit 11 generates a low-order parameter signal Gi(k) of the transfer function (i=0, 1, . . . ),
Based on the sample period τ, the sample value control constant
Kc, Ti, and T D are calculated and transferred to the sample value PID control calculation section 5. At the same time, by turning off this control signal CRL(k), the identification signal generating section 6,
The calculation operations of the online parameter identification unit 9, transfer function calculation unit 10, and completion detection unit 12 are stopped, and process 1 is controlled using the newly automatically set sample value control constant, and a series of control This completes the system's automatic adjustment procedure.

以上説明したように、忘却係数λ(k)を一定の値
に固定しているのではなく、モデル誤差ε(k)によ
りコントロールしているので、同定中のプロセス
の特性変化に対して、速みやかに追従し、極めて
短時間に自動調整を自動的に完了することができ
る。
As explained above, the forgetting coefficient λ(k) is not fixed at a constant value, but is controlled by the model error ε(k), so it is quickly responsive to changes in the characteristics of the process being identified. It follows quickly and can automatically complete automatic adjustment in an extremely short time.

〔発明の他の実施例〕[Other embodiments of the invention]

上述した本発明の実施例では、プロセスのパル
ス伝達関数を同定するのに、近似最尤度法を用い
たが、不偏一致推定値が得られる同定法であれば
拡張最小2乗法、補助変数法、モデル規範形パラ
メータ同定法など何でも良い。
In the embodiment of the present invention described above, the approximate maximum likelihood method was used to identify the pulse transfer function of the process, but any identification method that can obtain unbiased matching estimates may be the extended least squares method or the auxiliary variable method. , model reference form parameter identification method, etc. can be used.

また本発明では、特に同定信号としてパーシス
テントリ・エキサイテイング
(Persistentlyexciting)信号を用いている。この
パーシステントリ・エキサイテイング信号は、上
記実施例で用いたM系列信号に限定されることな
く、定常不規則過程に属する信号であれば疑似ラ
ンム信号(Pseudo−Random Binary Signal)、
正規乱数信号、白色雑音信号等でも良い。これら
の信号については、例えば、I. Gustavsson他著
によるIdentification of processing in closed
loop−Identifiability and Accuracy Aspects−
として1997年に発行された雑誌Automaticsの第
65頁に定義する。また、M系列信号を直接に用い
るではなく、一旦発生させたM系列信号をデジタ
ルフイルタを通して得た出力信号を用いても良
い。
Further, in the present invention, a persistently exciting signal is particularly used as the identification signal. This persistently exciting signal is not limited to the M-sequence signal used in the above embodiment, but can be a pseudo-Random Binary Signal if it is a signal that belongs to a stationary random process.
A normal random number signal, a white noise signal, etc. may also be used. For these signals, see, for example, I. Gustavsson et al.'s Identification of processing in closed
loop−Identifiability and Accuracy Aspects−
The magazine Automatics published in 1997 as
Defined on page 65. Furthermore, instead of directly using the M-sequence signal, an output signal obtained by passing the generated M-sequence signal through a digital filter may be used.

なお特に同定信号にM系列信号を用いることに
よつて、M系列信号は2値(+1、−1)もしく
は3値(+1、0、−1)の値を取るので、同定
するプロセスを無理なく動作させることができ、
安全に同定できる。またM系列信号は多くの周波
数成分を含んでいるので、同する時間を短縮する
ことができる。さらにまたM系列信号はその発生
が比較的容易で簡単なロジツクの構成で得られる
ので、装置を小型化できる。
In particular, by using the M-sequence signal as the identification signal, the M-sequence signal takes binary (+1, -1) or ternary (+1, 0, -1) values, making the identification process easier. can be made to work,
Can be safely identified. Furthermore, since the M-sequence signal includes many frequency components, the matching time can be shortened. Furthermore, since the M-sequence signal is relatively easy to generate and can be obtained with a simple logic configuration, the device can be miniaturized.

本発明によれば、同定途中にプロセスの特性が
外乱により変化した場合にも、忘却係数を変化さ
せて共分散行列を大きくリセツトするので、速や
かに特性の変化に追従することができる。
According to the present invention, even if the characteristics of the process change due to disturbance during identification, the forgetting coefficient is changed and the covariance matrix is largely reset, so that the change in characteristics can be quickly followed.

つまり、閉ループ制御下でプロセスの特性の同
定と制御定数の自動調整ができるので、制御装置
の実機調整期間がほとんどいらなくなる。また、
プロセスを操作中にも、自動調整ができるので、
プラントを高い稼働効率で操作することができ
る。
In other words, since process characteristics can be identified and control constants can be automatically adjusted under closed-loop control, there is almost no need for actual adjustment of the control device. Also,
Automatic adjustments can be made even while the process is operating, so
The plant can be operated with high operating efficiency.

また、コントローラ(サンプル値PID制御演算
部)の比例ゲインを零に固定すると開ループ状態
となるが、同定信号をコントローラの出力箇所に
加えているので、閉ループのみならず、開ループ
でもプロセスの動特性を同定できる。
Furthermore, if the proportional gain of the controller (sample value PID control calculation unit) is fixed to zero, it will be in an open loop state, but since the identification signal is added to the output point of the controller, the process can be operated not only in a closed loop but also in an open loop. Characteristics can be identified.

また、プロセスのパルス伝達関数を同定するの
に、カルマンフイルタに類似したオンラインパラ
メータ同定フイルタを用いているので、統計処理
が自動的に行われ、観測ノイズの影響を受けるこ
と無く、安定したプロセス特性の同定ならびに制
御定数の児童調整が行なえる。
In addition, since an online parameter identification filter similar to a Kalman filter is used to identify the pulse transfer function of the process, statistical processing is automatically performed and stable process characteristics are achieved without being affected by observation noise. identification and child adjustment of control constants.

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

第1図は、この発明の一実施例を示すブロツク
図、第2図は、この動作を説明するタイミングチ
ヤートを示す図、第3図はプロセスのモデルを示
すブロツク図である。 1……プロセス、2,3……サンプラ、5……
サンプル値PID制御演算部、6……同定信号発生
部、7……加算部、8……O次ホールド、9……
オンラインパラメータ同定部、10……伝達関数
演算部、11……サンプル値制御定数演算部、1
2……完了検出部、13……コントロール部。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a timing chart explaining this operation, and FIG. 3 is a block diagram showing a process model. 1... Process, 2, 3... Sampler, 5...
Sample value PID control calculation section, 6...Identification signal generation section, 7...Addition section, 8...O-order hold, 9...
Online parameter identification unit, 10...Transfer function calculation unit, 11...Sample value control constant calculation unit, 1
2... Completion detection section, 13... Control section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 制御対象となるプロセスをサンプル値制御す
るサンプル値PID制御演算部を備え、このサンプ
ル値PID制御演算部で制御される制御ループ内に
所定の同定信号を印加し、それに基づいて前記プ
ロセスの動特性モデルのパラメータを同定するこ
とで前記サンプル値PID制御演算部の制御定数を
自動的に算出してオートチユーニングするように
構成されてなるサンプル値PID制御装置におい
て、 前記プロセスの動特性モデルのパラメータを同
定し、このパラメータとプロセスの操作信号およ
び出力信号とからプロセスのモデル誤差を算出す
るとともに、前記パラメータの誤差の大きさを示
すパラメータの誤差共分散行列を求め、この共分
散行列および前記モデル誤差とから忘却係数信号
を演算するパラメータ同定手段と、 このパラメータ同定手段により算出されたパラ
メータからS(ラプラス演算子)領域の伝達関数
の低次パラメータを演算する伝達関数演算手段
と、 前記忘却係数信号と前記低次パラメータとが
各々所定条件を満たした時に前記プロセス特性の
同定が完了したと判断する同定完了検出手段と、 この同定完了検出手段により同定完了が判断さ
れた時に前記低次パラメータから前記サンプル値
PID制御演算部の制御定数を算出するサンプル値
制御定数演算手段と、 を備えてなることを特徴とするサンプル値PID制
御装置。
[Claims] 1. A sample value PID control calculation unit that controls a process to be controlled using sample values, and a predetermined identification signal is applied to a control loop controlled by the sample value PID control calculation unit, and In the sampled value PID control device, the sampled value PID control device is configured to automatically calculate and auto-tuning a control constant of the sampled value PID control calculation unit by identifying parameters of the dynamic characteristic model of the process based on the above. Identifying parameters of a dynamic characteristic model of the process, calculating model errors of the process from these parameters and operating signals and output signals of the process, and determining an error covariance matrix of the parameters indicating the magnitude of the error of the parameters; a parameter identification means for calculating a forgetting coefficient signal from the covariance matrix and the model error; and a transfer function for calculating a lower-order parameter of a transfer function in the S (Laplace operator) domain from the parameters calculated by the parameter identification means. calculation means; identification completion detection means for determining that the identification of the process characteristic is completed when the forgetting coefficient signal and the low-order parameter each satisfy a predetermined condition; and the identification completion detection means determines that the identification is complete. The sample value from the low-order parameter when
A sample value PID control device comprising: sample value control constant calculation means for calculating a control constant of a PID control calculation section.
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