JPH0512721B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0512721B2 JPH0512721B2 JP4074383A JP4074383A JPH0512721B2 JP H0512721 B2 JPH0512721 B2 JP H0512721B2 JP 4074383 A JP4074383 A JP 4074383A JP 4074383 A JP4074383 A JP 4074383A JP H0512721 B2 JPH0512721 B2 JP H0512721B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control
- calculation
- identification
- sample value
- section
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 89
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 48
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 31
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 6
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 2
- FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N benzyl N-[2-hydroxy-4-(3-oxomorpholin-4-yl)phenyl]carbamate Chemical compound OC1=C(NC(=O)OCC2=CC=CC=C2)C=CC(=C1)N1CCOCC1=O FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012369 In process control Methods 0.000 description 1
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 1
- 238000010965 in-process control Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
Description
〔発明の属する技術分野〕
この発明は、閉ループ制御中にプロセスの動特
性を同定し、その同定結果に基いて、制御定数を
自動調整し、さらに操業中はプロセスの動特性変
化を自動監視して、動特性変化時に制御定数を自
動調整する機能を起動する適応機能を有するサン
プル値制御装置に関する。 〔従来技術とその問題点〕 一般に、プロセス制御の現場ではPID制御が一
般的に用いられているが、必ずしも全てでないの
が現状である。 この事を第１図を使つて説明する。第１図は閉
ループ制御系の構成の種類とその応答波形であ
る。図中のｒは目標値、ｄは外乱、ｙはプロセス
信号、Gpはプロセス、Ｐは比例要素、Ｉは積分
要素、Ｄは微分要素、Ｈは目標値フイルタを示
す。また図中の波形a′から波形e′は目標値ｒと外
乱ｄのステツプ変化に対するプロセスの応答を示
す。 まず構成ａは一般に使用されているものであ
り、プロセス１をPID要素２で演算制御するPID
制御である。構成ｂはプロセス１をPI要素３で
制御し、フイードバツク系に１＋Ｄ微分要素４を
入れ、この微分動作を先行させるとともに、目標
値に対して微分動作しないようにした制御であ
る。これを以後Ｄ−PI制御と呼ぶ。構成ｃは図
のようにフイードバツク系がふたつ有り、主制御
をPI動作、Ｄ動作はＤ要素５でフイードバツク
補償するものである。この制御系の構成を以後
PI−Ｄ形と呼ぶ。構成ｄは構成ｃと同じくふた
つのフイードバツク系を持つが、Ｉ要素６による
Ｉ動作を主制御にしてPD動作をPD要素７でフイ
ードバツク補償に用いた点が異なる。この制御系
の構成を以後Ｉ−PD形と呼ぶ。構成ｅは目標値
フイルタＨ８を備えたPID制御系である。この制
御系を以後HPIDと呼ぶ。 さて、ここで波形a′から波形e′のそれぞれの制
御系の目標値ｒおよび外乱ｄのステツプ変化に対
するプロセスの応答から特徴を第１表にまとめて
示す。なお、それぞれの制御系の目標値変化に対
する応答は10％オーバシユートをするように設計
し、プロセスGpは各制御系で同じである。
性を同定し、その同定結果に基いて、制御定数を
自動調整し、さらに操業中はプロセスの動特性変
化を自動監視して、動特性変化時に制御定数を自
動調整する機能を起動する適応機能を有するサン
プル値制御装置に関する。 〔従来技術とその問題点〕 一般に、プロセス制御の現場ではPID制御が一
般的に用いられているが、必ずしも全てでないの
が現状である。 この事を第１図を使つて説明する。第１図は閉
ループ制御系の構成の種類とその応答波形であ
る。図中のｒは目標値、ｄは外乱、ｙはプロセス
信号、Gpはプロセス、Ｐは比例要素、Ｉは積分
要素、Ｄは微分要素、Ｈは目標値フイルタを示
す。また図中の波形a′から波形e′は目標値ｒと外
乱ｄのステツプ変化に対するプロセスの応答を示
す。 まず構成ａは一般に使用されているものであ
り、プロセス１をPID要素２で演算制御するPID
制御である。構成ｂはプロセス１をPI要素３で
制御し、フイードバツク系に１＋Ｄ微分要素４を
入れ、この微分動作を先行させるとともに、目標
値に対して微分動作しないようにした制御であ
る。これを以後Ｄ−PI制御と呼ぶ。構成ｃは図
のようにフイードバツク系がふたつ有り、主制御
をPI動作、Ｄ動作はＤ要素５でフイードバツク
補償するものである。この制御系の構成を以後
PI−Ｄ形と呼ぶ。構成ｄは構成ｃと同じくふた
つのフイードバツク系を持つが、Ｉ要素６による
Ｉ動作を主制御にしてPD動作をPD要素７でフイ
ードバツク補償に用いた点が異なる。この制御系
の構成を以後Ｉ−PD形と呼ぶ。構成ｅは目標値
フイルタＨ８を備えたPID制御系である。この制
御系を以後HPIDと呼ぶ。 さて、ここで波形a′から波形e′のそれぞれの制
御系の目標値ｒおよび外乱ｄのステツプ変化に対
するプロセスの応答から特徴を第１表にまとめて
示す。なお、それぞれの制御系の目標値変化に対
する応答は10％オーバシユートをするように設計
し、プロセスGpは各制御系で同じである。
この発明は前記問題点を解決するため、制御系
の構成を使用者が決めた上で、その制御装置の制
御定数の自動調整も行なえるサンプル値制御装置
を提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 本発明は、閉ループ制御中のプロセスに対して
パーシステントリエキサイテイングな同定信号を
加えた操作信号を入力し、プロセスの入出力デー
タからプロセスのパルス伝達関数を時系列演算に
より同定し、その同定結果からプロセスのＳ領域
の低周波パラメータを演算し、この結果と制御系
の構成から決定する低周波特性と制御系設計のた
めの規範モデルの低周波特性が一致するようにサ
ンプル値制御定数を演算する。 具体的には、制御対象となるプロセスと、この
プロセスをサンプル値制御する複数のサンプル値
制御演算部と、前記サンプル値制御演算部で制御
される制御ループ内にパーシステントリ・エキサ
イテイング信号からなる同定信号を印加する同定
信号発生部と、この同定信号発生部で発生した同
定信号を前記サンプル値制御演算部の出力信号に
加算して得られる操作信号および前記プロセスの
制御量をサンプリングして得られるプロセス信号
を入力して、これらの操作信号とプロセス信号か
ら前記プロセスのパラメータを同定するパルス伝
達関数同定部と、このパルス伝達関数同定部で得
られるプロセスのパルス伝達関数からＳ（ラプラ
ス演算子）領域の伝達関数を演算する伝達関数演
算部と、この伝達関数演算部の演算結果から、前
記サンプル値制御演算部で用いる制御定数を演算
するサンプル値制御定数演算部と、前記同定信号
発生部と前記パルス伝達関数同定部と前記伝達関
数演算部と前記サンプル値制御定数演算部とを含
む閉ループ形オートチユーニング機能と、前記伝
達関数演算部で演算されたプロセスパラメータの
収束を判定して、前記閉ループ形オートチユーニ
ング機能を停止させる同定終了判定部と、同定終
了時の前記パルス伝達関数同定部のプロセスパラ
メータと同定終了時の制御定数で演算される前記
サンプル値制御演算部の操作信号および、その結
果となるプロセス信号からプロセスの特性変化を
演算するモデル誤差演算部と、このモデル誤差演
算部の演算結果の直流成分を検出するとともに、
直流成分を検出した時に前記サンプル値制御演算
部の目標値信号にパルスを印加する特性変化検出
部と、パルス印加直後の前記モデル誤差演算部の
過渡変化を演算して検出する動特性変化検出部
と、この動特性変化検出部の演算結果を用いて、
前記閉ループ形オートチユーニング機能を起動さ
せるように構成する閉ループ形適応機能と、制御
系設計の規範モデルを応答形状係数に応じて切り
替えることにより、前記サンプル値制御定数演算
部における制御系の目標値変化のオーバーシユー
ト量を調整できるように構成される応答形状設定
機能と、前記複数のサンプル値制御演算部により
演算制御するための制御系の構成とフイードバツ
ク信号の組み合わせを切り替え可能に構成し、か
つ前記サンプル値制御定数演算部で前記切り替え
に合わせて制御定数を演算する制御構成切替え機
能とを具備してなることを特徴とするサンプル値
制御装置である。 つまり、未知であつたプロセスの動特性を同定
して、設定された制御系の構成に従つて制御定数
を演算するものである。 なお、前記適応機能と応答形状設定機能は付加
的技術であり実施例で詳細に説明する。 〔発明の効果〕 本発明によればPID形、HPID形、Ｉ−PD形の
制御構成が自由に設定でき、かつ制御定数の自動
調整が行なえるので、使用者の実際の制御構成に
合わせたサンプル値制御装置を提供することがで
きる。また、本発明のサンプル値制御装置を用い
ればプロセスの制御性の改善が容易に行なえる。 さらに、適応機能と応答形状設定機能があるの
で効率よくプラントを運転することもできる。 〔発明の実施例〕 本発明のサンプル値制御装置の構成を第２図に
示す。全体はサンプル値制御演算ブロツク９と同
定チユーニングブロツク１０および適応機能ブロ
ツク１１から構成されている。サンプル値制御演
算ブロツク９は第１乃至第３のサンプル値制御演
算部１２，１３，１４と、第１および第２のサン
プラ１５，１６と、サンプルホールド１７とで主
に構成されている。同定チユーニングブロツク１
０はパーシステントリ・エキサイテイング
（persistently exciting）信号を発生する同定信
号発生部１８と、パルス伝達関数同定部１９と、
伝達関数演算部２０と、サンプル値制御定数演算
部２１とで主に構成されている。適応機能ブロツ
ク１１は特性変化演算部２２と、過度変化演算部
２３と、同定終了判定部２４と、コントロール部
２５とで主に構成されている。このコントロール
部２５は手動入力２６で制御される。なおパーシ
システントリ・エキサイテイング信号はＭ系列信
号、乱数信号などである。またサンプル値制御演
算ブロツク９では所定の信号が第１乃至第４の加
算器２７，２８，２９，３０で加算されるように
なつている。 サンプル値制御演算ブロツク９では第１サンプ
ル値制御演算部１２と第２サンプル値制御演算部
１３および第３サンプル値制御演算部１４を使用
者が決めるPID形、HPID形、Ｉ−PD形の指定に
従つて第２表のように組み合わせて構成できるよ
うになつている。
の構成を使用者が決めた上で、その制御装置の制
御定数の自動調整も行なえるサンプル値制御装置
を提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 本発明は、閉ループ制御中のプロセスに対して
パーシステントリエキサイテイングな同定信号を
加えた操作信号を入力し、プロセスの入出力デー
タからプロセスのパルス伝達関数を時系列演算に
より同定し、その同定結果からプロセスのＳ領域
の低周波パラメータを演算し、この結果と制御系
の構成から決定する低周波特性と制御系設計のた
めの規範モデルの低周波特性が一致するようにサ
ンプル値制御定数を演算する。 具体的には、制御対象となるプロセスと、この
プロセスをサンプル値制御する複数のサンプル値
制御演算部と、前記サンプル値制御演算部で制御
される制御ループ内にパーシステントリ・エキサ
イテイング信号からなる同定信号を印加する同定
信号発生部と、この同定信号発生部で発生した同
定信号を前記サンプル値制御演算部の出力信号に
加算して得られる操作信号および前記プロセスの
制御量をサンプリングして得られるプロセス信号
を入力して、これらの操作信号とプロセス信号か
ら前記プロセスのパラメータを同定するパルス伝
達関数同定部と、このパルス伝達関数同定部で得
られるプロセスのパルス伝達関数からＳ（ラプラ
ス演算子）領域の伝達関数を演算する伝達関数演
算部と、この伝達関数演算部の演算結果から、前
記サンプル値制御演算部で用いる制御定数を演算
するサンプル値制御定数演算部と、前記同定信号
発生部と前記パルス伝達関数同定部と前記伝達関
数演算部と前記サンプル値制御定数演算部とを含
む閉ループ形オートチユーニング機能と、前記伝
達関数演算部で演算されたプロセスパラメータの
収束を判定して、前記閉ループ形オートチユーニ
ング機能を停止させる同定終了判定部と、同定終
了時の前記パルス伝達関数同定部のプロセスパラ
メータと同定終了時の制御定数で演算される前記
サンプル値制御演算部の操作信号および、その結
果となるプロセス信号からプロセスの特性変化を
演算するモデル誤差演算部と、このモデル誤差演
算部の演算結果の直流成分を検出するとともに、
直流成分を検出した時に前記サンプル値制御演算
部の目標値信号にパルスを印加する特性変化検出
部と、パルス印加直後の前記モデル誤差演算部の
過渡変化を演算して検出する動特性変化検出部
と、この動特性変化検出部の演算結果を用いて、
前記閉ループ形オートチユーニング機能を起動さ
せるように構成する閉ループ形適応機能と、制御
系設計の規範モデルを応答形状係数に応じて切り
替えることにより、前記サンプル値制御定数演算
部における制御系の目標値変化のオーバーシユー
ト量を調整できるように構成される応答形状設定
機能と、前記複数のサンプル値制御演算部により
演算制御するための制御系の構成とフイードバツ
ク信号の組み合わせを切り替え可能に構成し、か
つ前記サンプル値制御定数演算部で前記切り替え
に合わせて制御定数を演算する制御構成切替え機
能とを具備してなることを特徴とするサンプル値
制御装置である。 つまり、未知であつたプロセスの動特性を同定
して、設定された制御系の構成に従つて制御定数
を演算するものである。 なお、前記適応機能と応答形状設定機能は付加
的技術であり実施例で詳細に説明する。 〔発明の効果〕 本発明によればPID形、HPID形、Ｉ−PD形の
制御構成が自由に設定でき、かつ制御定数の自動
調整が行なえるので、使用者の実際の制御構成に
合わせたサンプル値制御装置を提供することがで
きる。また、本発明のサンプル値制御装置を用い
ればプロセスの制御性の改善が容易に行なえる。 さらに、適応機能と応答形状設定機能があるの
で効率よくプラントを運転することもできる。 〔発明の実施例〕 本発明のサンプル値制御装置の構成を第２図に
示す。全体はサンプル値制御演算ブロツク９と同
定チユーニングブロツク１０および適応機能ブロ
ツク１１から構成されている。サンプル値制御演
算ブロツク９は第１乃至第３のサンプル値制御演
算部１２，１３，１４と、第１および第２のサン
プラ１５，１６と、サンプルホールド１７とで主
に構成されている。同定チユーニングブロツク１
０はパーシステントリ・エキサイテイング
（persistently exciting）信号を発生する同定信
号発生部１８と、パルス伝達関数同定部１９と、
伝達関数演算部２０と、サンプル値制御定数演算
部２１とで主に構成されている。適応機能ブロツ
ク１１は特性変化演算部２２と、過度変化演算部
２３と、同定終了判定部２４と、コントロール部
２５とで主に構成されている。このコントロール
部２５は手動入力２６で制御される。なおパーシ
システントリ・エキサイテイング信号はＭ系列信
号、乱数信号などである。またサンプル値制御演
算ブロツク９では所定の信号が第１乃至第４の加
算器２７，２８，２９，３０で加算されるように
なつている。 サンプル値制御演算ブロツク９では第１サンプ
ル値制御演算部１２と第２サンプル値制御演算部
１３および第３サンプル値制御演算部１４を使用
者が決めるPID形、HPID形、Ｉ−PD形の指定に
従つて第２表のように組み合わせて構成できるよ
うになつている。
【表】
すなわち、第２図のコントロール部２５にサン
プル値制御演算ブロツク９の構成を入力すること
により、第２表に示す構成の切り替えを行なう。
また同時に、その構成に合わせたサンプル値制御
定数演算部２１の後述する演算式を選択するよう
になつている。 例えば、PID形を入力した場合第２サンプル値
制御演算部１３がPID演算を実施するブロツクに
なり、第１サンプル値制御演算部１２および第３
サンプル値制御演算部１４は演算処理をしないブ
ロツクになる。なお、このとき第１サンプル値制
御演算部１２はサンプリングされた目標値r*(k)を
通し、第３サンプル値制御演算部１４はサンプリ
ングされたプロセス出力y＊(k)を通さないように
なる。 ところで、このようにして制御構成が決定すれ
ば、操作信号uo*(k)にパーシステントリエキサイ
テイングな同定信号v*(k)を同定信号発生部１８
から加えてプロセス１を制御し、そのときのプロ
セス１の入力信号u*(k)と出力y*(k)を用いてパル
ス伝達関数同定部１９で逐次形近似最尤フイルタ
による時系列演算処理を行なつてプロセスのパル
ス伝達関数を求め、その結果を伝達関数演算部２
０に入力して次式で示すＳ領域のパルス伝達関数
を得ることができた。 Gp（Ｓ）＝１／g0＋g1Ｓ＋g2S2g3S3＋… …(1) ここでgi（ｉ＝１〜Ｎ）はプロセス１のパラメ
ータである。 さらに、(1)式のパラメータを用いてサンプル値
制御定数演算部２１で制御定数を設計することが
できた。 つまり、(1)式で示すプロセス１のパラメータが
求められれば、本発明の制御構成の指定機能に従
つた制御定数を設計することができる。 その方法を次に説明する。 (1)式と次式で示す制御系設計のための規範モデ
ルGm（Ｓ）をサンプル周期ｒを考慮してマツチ
ングすることにより、制御定数を決定する。 Gm（ｓ）＝１／１＋σS＋α2（σS）2＋α3
（σS）2＋α4（σS）4＋……(2) α2＝１／２α＋７／20（１−α） …(3) α3＝３／20α＋１／20（１−α） …(4) α4＝３／100α＋１／200（１−α） …(5) ここで、αは制御系のオーバシユート量を調整
する応答形状係数である。 さて、PID形の制御系の制御定数の設計方法
は、 PI制御の場合； （α2 2−α3）σ2 −α2σg1＋τ／２g0／g0＋g2＋τ／２g1／g0＝０
…(6) PID制御の場合； （α3 2−2α2α3＋α4）σ3−（α2 2−α3）g1＋g0τ
／g0σ2＋α2g2＋g1τ＋g0／３τ2／g0σ＋g3＋g2τ＋g
3／３τ2／g0＝０…(7) (6)式あるいは(7)式のσに関する２次あるいは３
次方程式を解き、その正の最小根σ*を求めるこ
とにより、次式のようにPID制御定数を演算し
た。 C0＝g0／σ* …(8) C1＝（g1−σ*g0／２）／σ* …(9) C2＝｛（g2＋τ／２g1）−σ*（g1／２＋τ／４g0）
＋σ*2 ・g0／10｝／σ* …(10) 比例ゲインKc＝C1 …(11) 積分時定数Ti＝C1／C0 …(12) 微分時定数Td＝C2／C1 …(13) 次にHPID形の制御定数の設計方法を示す。同
様にして、 PI制御は次式の２次方程式 （g1＋τ／２g0）α3σ2＋（−g2＋τ2／６g0） α2σ−（１／２g2＋τ／６g1）τ＝０ …(14) を解いて、正の最小根をσ*を求め、C0，C1を演
算する。 C0＝g1＋τ／２g0／σ*（α2σ*τ／２） …(15) C1＝C0σ*−g0 …(16) (15)式および(16)式を(11)式と(12)式に代入してPI制
御定数を求める。 PID動作は、次の３次方程式を解いて （g2＋τg1＋τ2g0）α4σ3＋（−g3＋７／12τg1 ＋τ3／４g0）α3σ2＋（−g3−７／12τg2＋τ3／
18g0） τα2σ＋（−g3／３−τ／４g2−τ2／18g1）τ2
＝０ …(17) C0＝g2＋g1＋τ2／３g0／σ*（α3σ*2＋τα2σ*＋
τ2／３）…(18) C1＝C0σ*−g0 C2＝α2σ*2C0＋τ／２C1−g1 …(19) (17)式、(18)式、(19)式を(11)式から(12)式に代入し
て
PID制御定数を求める。 目標値フイルタＨ（Z-1）は次式で設計される。 Ｈ（Z-1）＝h3＋h4Z-1＋h5Z-2／１＋h1Z-1＋h2Z-2…(
20) h0＝１＋Ti／τ＋TiTd／τ2 …(21) h1＝−（Ti／τ＋2TiTd／τ2）／h0 …(22) h2＝（TiTd／τ2）／h0 …(23) h3＝（１＋σ／τ＋α2σ2／τ2）／h0 …(24) h4＝−（σ／τ＋2α2σ2／τ2）／h0 …(25) h5＝（α2σ2／τ2）／h0 …(26) 以上、設計したPID制御定数を基にして、目標
値フイルタのサンプル値演算のためのパラメータ
h1からh2を求める。 次にＩ−PD形の制御定数の設計方法を示す。
Ｉ−PD形の場合はHPID形の制御定数の設計式
(14)式から(19)式を用いて求めた結果C0，C1，C2か
ら次式のように制御定数を演算する。 比例ゲインKc＝C1 …(27) 積分時定数Ti＝１／C0 …(28) 微分時定数Td＝C2／C1 …(29) つまり、Ｉ−PD形とHPID形の制御定数の設
計式は共通して使えるものがある。なお、Ｉ−
PD形では目標値フイルタを用いないので(20)式か
ら(26)式の演算は行わない。 以上のように、未知であるプロセス１の動特性
パラメータを同定すればPID形、HPID形、Ｉ−
PD形の制御定数は容易に設計できる。 なお、同定時の制御系はPID形であつても、
HPID形であつても、あるいはＩ−PD形のいず
れを用いることもできる。 さらに、サンプル値制御演算ブロツク９は次式
のように速度形演算をするものである。 U0(k)＝U0（ｋ−１）＋ΔU0(k) …(30) ΔU0(k)＝Kc〔（ｅ(k)−ｅ（ｋ−１））＋τ／Tiｅ(k
) ＋Td／τ（ｅ(k)−2e（ｋ−１）＋ｅ（ｋ−２）〕 …(31) 従つて、同定終了後に制御系の構成を指定した
場合でも、サンプル値制御定数演算部２１で制御
定数を算出して指定の制御動作を行なうことがで
きる。 次に、適応機能ブロツク１１の動作を簡単に説
明する。 同定終了判定部２４で上記(1)式のプロセスパラ
メータの値が一定に収束したことを判定し、コン
トロール部２５を介して同定チユーニングブロツ
ク１０の機能を止め、その時のプロセスパラメー
タを特性変化演算部２２に入力し、プロセスの入
出力信号から次式のモデル誤差η(k)を演算した。 η(k)＝−* y(k)−n 〓i=1 ai* y（ｋ−ｉ）＋n 〓i=1 bi* U（ｋ−ｉ）＋D^ …(32) ここでai（ｉ＝１〜ｍ）、bi（ｉ＝１〜ｍ）はプ
ロセスの既知パラメータ、D^は平衡点パラメータ
であつた。 さて、(32)式で算出するモデル誤差の性質はプ
ロセスに外乱が加わつた場合あるいはプロセスの
動特性が変わつた場合とともに直流成分が現れ
る。さらに、このときに目標値が変わつた場合の
モデル誤差の過度的性質は外乱時は変化がなく、
プロセスの動特性変化時は変化するものであつ
た。この変化分は次式のようにモデル誤差η(k)の
短時間平均値(k)および、その微分値Δ(k)から
演算する。 (k)＝N 〓i=1 η(k-i)／Ｎ（Ｎ＝g1／g0τ） …(33) Δη(k)＝(k)−(k)−（ｋ−Ｎ） …(34) すなわち(34)式を用いて、モデル誤差η(k)の変
化分を算出する。 つまり、特性変化演算部２２で(32)式のモデル
誤差η(k)を算出し、モデル誤差η(k)が低検出レベ
ルを越えたかどうかをコントロール部２５で判定
する。次に、動特性変化確認パルスを加えた直後
は過度変化演算部２３で(33)，(34)式の結果を調
べて、パルスのある場合に同定チユーニングブロ
ツクをトリガーするように構成する。 つまり、第３図のように動特性変化確認パルス
印加直後のモデル誤差η(k)の微分値Δη(k)を使つ
てトリガーする。なお、信号RSは再スタート信
号である。 次に同定終了判定部２４が伝達関数演算部２０
の結果、つまりプロセスのパラメータの収束が一
定値によることによる判定に加えて、モデル誤差
を使つている点を説明する。 同定終了判定は次のように g0≦CLASS g1≦CLASS g2≦CLASS g3≦CLASS …(35) 但しCLASSは0.001，0.005，0.01等に設定して
行なつて、さらに同定終了直後の(32)式で演算す
るモデル誤差η(k)にも η(k)≦CLASS …(36) の判定を行なう。 つまり、プロセスの同定が充分行なわれていれ
ばモデル誤差η(k)も充分小さい値である。もし、
条件を満たさない場合は同定を続けるようにし
た。 この結果、同定の結果が安定し、もつて制御定
数の設計精度を向上させることができた。 以上詳細に説明したように、本発明のサンプル
値制御装置では、 まず、(1)使用者側の希望する制御構成を自由に
組めるようにした点。 (2) 適応機能ブロツク１１に過渡変化演算部２３
を付加して、同定チユーニングブロツク１７の
トリガ判定を簡単で容易にした点。 (3) 同定終了判定部１６にモデル誤差の大きさ判
定を付加して同定精度を向上した点。 に特徴がある。 従つて、本発明のサンプル値制御装置を用いる
ことにより、使用者のプラントの制御系の改善と
制御定数の自動調整を精度良く、かつ効率よく行
なうことができるので、実用効果は大である。
プル値制御演算ブロツク９の構成を入力すること
により、第２表に示す構成の切り替えを行なう。
また同時に、その構成に合わせたサンプル値制御
定数演算部２１の後述する演算式を選択するよう
になつている。 例えば、PID形を入力した場合第２サンプル値
制御演算部１３がPID演算を実施するブロツクに
なり、第１サンプル値制御演算部１２および第３
サンプル値制御演算部１４は演算処理をしないブ
ロツクになる。なお、このとき第１サンプル値制
御演算部１２はサンプリングされた目標値r*(k)を
通し、第３サンプル値制御演算部１４はサンプリ
ングされたプロセス出力y＊(k)を通さないように
なる。 ところで、このようにして制御構成が決定すれ
ば、操作信号uo*(k)にパーシステントリエキサイ
テイングな同定信号v*(k)を同定信号発生部１８
から加えてプロセス１を制御し、そのときのプロ
セス１の入力信号u*(k)と出力y*(k)を用いてパル
ス伝達関数同定部１９で逐次形近似最尤フイルタ
による時系列演算処理を行なつてプロセスのパル
ス伝達関数を求め、その結果を伝達関数演算部２
０に入力して次式で示すＳ領域のパルス伝達関数
を得ることができた。 Gp（Ｓ）＝１／g0＋g1Ｓ＋g2S2g3S3＋… …(1) ここでgi（ｉ＝１〜Ｎ）はプロセス１のパラメ
ータである。 さらに、(1)式のパラメータを用いてサンプル値
制御定数演算部２１で制御定数を設計することが
できた。 つまり、(1)式で示すプロセス１のパラメータが
求められれば、本発明の制御構成の指定機能に従
つた制御定数を設計することができる。 その方法を次に説明する。 (1)式と次式で示す制御系設計のための規範モデ
ルGm（Ｓ）をサンプル周期ｒを考慮してマツチ
ングすることにより、制御定数を決定する。 Gm（ｓ）＝１／１＋σS＋α2（σS）2＋α3
（σS）2＋α4（σS）4＋……(2) α2＝１／２α＋７／20（１−α） …(3) α3＝３／20α＋１／20（１−α） …(4) α4＝３／100α＋１／200（１−α） …(5) ここで、αは制御系のオーバシユート量を調整
する応答形状係数である。 さて、PID形の制御系の制御定数の設計方法
は、 PI制御の場合； （α2 2−α3）σ2 −α2σg1＋τ／２g0／g0＋g2＋τ／２g1／g0＝０
…(6) PID制御の場合； （α3 2−2α2α3＋α4）σ3−（α2 2−α3）g1＋g0τ
／g0σ2＋α2g2＋g1τ＋g0／３τ2／g0σ＋g3＋g2τ＋g
3／３τ2／g0＝０…(7) (6)式あるいは(7)式のσに関する２次あるいは３
次方程式を解き、その正の最小根σ*を求めるこ
とにより、次式のようにPID制御定数を演算し
た。 C0＝g0／σ* …(8) C1＝（g1−σ*g0／２）／σ* …(9) C2＝｛（g2＋τ／２g1）−σ*（g1／２＋τ／４g0）
＋σ*2 ・g0／10｝／σ* …(10) 比例ゲインKc＝C1 …(11) 積分時定数Ti＝C1／C0 …(12) 微分時定数Td＝C2／C1 …(13) 次にHPID形の制御定数の設計方法を示す。同
様にして、 PI制御は次式の２次方程式 （g1＋τ／２g0）α3σ2＋（−g2＋τ2／６g0） α2σ−（１／２g2＋τ／６g1）τ＝０ …(14) を解いて、正の最小根をσ*を求め、C0，C1を演
算する。 C0＝g1＋τ／２g0／σ*（α2σ*τ／２） …(15) C1＝C0σ*−g0 …(16) (15)式および(16)式を(11)式と(12)式に代入してPI制
御定数を求める。 PID動作は、次の３次方程式を解いて （g2＋τg1＋τ2g0）α4σ3＋（−g3＋７／12τg1 ＋τ3／４g0）α3σ2＋（−g3−７／12τg2＋τ3／
18g0） τα2σ＋（−g3／３−τ／４g2−τ2／18g1）τ2
＝０ …(17) C0＝g2＋g1＋τ2／３g0／σ*（α3σ*2＋τα2σ*＋
τ2／３）…(18) C1＝C0σ*−g0 C2＝α2σ*2C0＋τ／２C1−g1 …(19) (17)式、(18)式、(19)式を(11)式から(12)式に代入し
て
PID制御定数を求める。 目標値フイルタＨ（Z-1）は次式で設計される。 Ｈ（Z-1）＝h3＋h4Z-1＋h5Z-2／１＋h1Z-1＋h2Z-2…(
20) h0＝１＋Ti／τ＋TiTd／τ2 …(21) h1＝−（Ti／τ＋2TiTd／τ2）／h0 …(22) h2＝（TiTd／τ2）／h0 …(23) h3＝（１＋σ／τ＋α2σ2／τ2）／h0 …(24) h4＝−（σ／τ＋2α2σ2／τ2）／h0 …(25) h5＝（α2σ2／τ2）／h0 …(26) 以上、設計したPID制御定数を基にして、目標
値フイルタのサンプル値演算のためのパラメータ
h1からh2を求める。 次にＩ−PD形の制御定数の設計方法を示す。
Ｉ−PD形の場合はHPID形の制御定数の設計式
(14)式から(19)式を用いて求めた結果C0，C1，C2か
ら次式のように制御定数を演算する。 比例ゲインKc＝C1 …(27) 積分時定数Ti＝１／C0 …(28) 微分時定数Td＝C2／C1 …(29) つまり、Ｉ−PD形とHPID形の制御定数の設
計式は共通して使えるものがある。なお、Ｉ−
PD形では目標値フイルタを用いないので(20)式か
ら(26)式の演算は行わない。 以上のように、未知であるプロセス１の動特性
パラメータを同定すればPID形、HPID形、Ｉ−
PD形の制御定数は容易に設計できる。 なお、同定時の制御系はPID形であつても、
HPID形であつても、あるいはＩ−PD形のいず
れを用いることもできる。 さらに、サンプル値制御演算ブロツク９は次式
のように速度形演算をするものである。 U0(k)＝U0（ｋ−１）＋ΔU0(k) …(30) ΔU0(k)＝Kc〔（ｅ(k)−ｅ（ｋ−１））＋τ／Tiｅ(k
) ＋Td／τ（ｅ(k)−2e（ｋ−１）＋ｅ（ｋ−２）〕 …(31) 従つて、同定終了後に制御系の構成を指定した
場合でも、サンプル値制御定数演算部２１で制御
定数を算出して指定の制御動作を行なうことがで
きる。 次に、適応機能ブロツク１１の動作を簡単に説
明する。 同定終了判定部２４で上記(1)式のプロセスパラ
メータの値が一定に収束したことを判定し、コン
トロール部２５を介して同定チユーニングブロツ
ク１０の機能を止め、その時のプロセスパラメー
タを特性変化演算部２２に入力し、プロセスの入
出力信号から次式のモデル誤差η(k)を演算した。 η(k)＝−* y(k)−n 〓i=1 ai* y（ｋ−ｉ）＋n 〓i=1 bi* U（ｋ−ｉ）＋D^ …(32) ここでai（ｉ＝１〜ｍ）、bi（ｉ＝１〜ｍ）はプ
ロセスの既知パラメータ、D^は平衡点パラメータ
であつた。 さて、(32)式で算出するモデル誤差の性質はプ
ロセスに外乱が加わつた場合あるいはプロセスの
動特性が変わつた場合とともに直流成分が現れ
る。さらに、このときに目標値が変わつた場合の
モデル誤差の過度的性質は外乱時は変化がなく、
プロセスの動特性変化時は変化するものであつ
た。この変化分は次式のようにモデル誤差η(k)の
短時間平均値(k)および、その微分値Δ(k)から
演算する。 (k)＝N 〓i=1 η(k-i)／Ｎ（Ｎ＝g1／g0τ） …(33) Δη(k)＝(k)−(k)−（ｋ−Ｎ） …(34) すなわち(34)式を用いて、モデル誤差η(k)の変
化分を算出する。 つまり、特性変化演算部２２で(32)式のモデル
誤差η(k)を算出し、モデル誤差η(k)が低検出レベ
ルを越えたかどうかをコントロール部２５で判定
する。次に、動特性変化確認パルスを加えた直後
は過度変化演算部２３で(33)，(34)式の結果を調
べて、パルスのある場合に同定チユーニングブロ
ツクをトリガーするように構成する。 つまり、第３図のように動特性変化確認パルス
印加直後のモデル誤差η(k)の微分値Δη(k)を使つ
てトリガーする。なお、信号RSは再スタート信
号である。 次に同定終了判定部２４が伝達関数演算部２０
の結果、つまりプロセスのパラメータの収束が一
定値によることによる判定に加えて、モデル誤差
を使つている点を説明する。 同定終了判定は次のように g0≦CLASS g1≦CLASS g2≦CLASS g3≦CLASS …(35) 但しCLASSは0.001，0.005，0.01等に設定して
行なつて、さらに同定終了直後の(32)式で演算す
るモデル誤差η(k)にも η(k)≦CLASS …(36) の判定を行なう。 つまり、プロセスの同定が充分行なわれていれ
ばモデル誤差η(k)も充分小さい値である。もし、
条件を満たさない場合は同定を続けるようにし
た。 この結果、同定の結果が安定し、もつて制御定
数の設計精度を向上させることができた。 以上詳細に説明したように、本発明のサンプル
値制御装置では、 まず、(1)使用者側の希望する制御構成を自由に
組めるようにした点。 (2) 適応機能ブロツク１１に過渡変化演算部２３
を付加して、同定チユーニングブロツク１７の
トリガ判定を簡単で容易にした点。 (3) 同定終了判定部１６にモデル誤差の大きさ判
定を付加して同定精度を向上した点。 に特徴がある。 従つて、本発明のサンプル値制御装置を用いる
ことにより、使用者のプラントの制御系の改善と
制御定数の自動調整を精度良く、かつ効率よく行
なうことができるので、実用効果は大である。
第１図は従来のサンプル値制御装置の構成図、
第２図は本発明のサンプル値制御装置の構成図、
第３図は本発明のサンプル値制御装置の適応機能
図。 １……プロセス、１２，１３，１４……サンプ
ル値制御演算部、１５，１６……サンプラ、１７
……サンプルホールド、１８……同定信号発生
部、１９……パルス伝達関数同定部、２０……伝
達関数演算部、２１……サンプル値制御定数演算
部、２２……特性変化演算部、２３……過渡変化
演算部、２４……同定終了判定部、２５……コン
トロール部。
第２図は本発明のサンプル値制御装置の構成図、
第３図は本発明のサンプル値制御装置の適応機能
図。 １……プロセス、１２，１３，１４……サンプ
ル値制御演算部、１５，１６……サンプラ、１７
……サンプルホールド、１８……同定信号発生
部、１９……パルス伝達関数同定部、２０……伝
達関数演算部、２１……サンプル値制御定数演算
部、２２……特性変化演算部、２３……過渡変化
演算部、２４……同定終了判定部、２５……コン
トロール部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 制御対象となるプロセスと、 このプロセスをサンプル値制御する複数のサン
プル値制御演算部と、 前記サンプル値制御演算部で制御される制御ル
ープ内にパーシステントリ・エキサイテイング信
号からなる同定信号を印加する同定信号発生部
と、 この同定信号発生部で発生した同定信号を前記
サンプル値制御演算部の出力信号に加算して得ら
れる操作信号および前記プロセスの制御量をサン
プリングして得られるプロセス信号を入力して、
これらの操作信号とプロセス信号から前記プロセ
スのパラメータを同定するパルス伝達関数同定部
と、 このパルス伝達関数同定部で得られるプロセス
のパルス伝達関数からＳ（ラプラス演算子）領域
の伝達関数を演算する伝達関数演算部と、 この伝達関数演算部の演算結果から、前記サン
プル値制御演算部で用いる制御定数を演算するサ
ンプル値制御定数演算部と、 前記同定信号発生部と前記パルス伝達関数同定
部と前記伝達関数演算部と前記サンプル値制御定
数演算部とを含む閉ループ形オートチユーニング
機能と、 前記伝達関数演算部で演算されたプロセスパラ
メータの収束を判定して、前記閉ループ形オート
チユーニング機能を停止させる同定終了判定部
と、 同定終了時の前記パルス伝達関数同定部のプロ
セスパラメータと同定終了時の制御定数で演算さ
れる前記サンプル値制御演算部の操作信号およ
び、その結果となるプロセス信号からプロセスの
特性変化を演算するモデル誤差演算部と、 このモデル誤差演算部の演算結果の直流成分を
検出するとともに、直流成分を検出した時に前記
サンプル値制御演算部の目標値信号にパルスを印
加する特性変化検出部と、 パルス印加直後の前記モデル誤差演算部の過渡
変化を演算して検出する動特性変化検出部と、 この動特性変化検出部の演算結果を用いて、前
記閉ループ形オートチユーニング機能を起動させ
るように構成する閉ループ形適応機能と、 制御系設計の規範モデルを応答形状係数に応じ
て切り替えることにより、前記サンプル値制御定
数演算部における制御系の目標値変化のオーバー
シユート量を調整できるように構成される応答形
状設定機能と、 前記複数のサンプル値制御演算部により演算制
御するための制御系の構成とフイードバツク信号
の組み合わせを切り替え可能に構成し、かつ前記
サンプル値制御定数演算部で前記切り替えに合わ
せて制御定数を演算する制御構成切替え機能と、 を具備してなることを特徴とするサンプル値制御
装置。 ２ 目標値信号を入力する目標値フイルタと、こ
の目標値フイルタ出力とプロセス信号から偏差信
号を演算してPID（比例、積分、微分）制御を行
うように構成し、かつ目標値フイルタ定数をサン
プル値制御定数演算部の演算結果から算出するフ
イルタ定数演算部を具備したことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のサンプル値制御装置。 ３ 伝達関数演算部のプロセスパラメータの収束
を判定して行う第１の同定終了判定とモデル誤差
演算部の演算結果で判定する第２の同定終了判定
を組み合わせた同定終了判定部を具備したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサンプル
値制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4074383A JPS59167707A (ja) | 1983-03-14 | 1983-03-14 | サンプル値制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4074383A JPS59167707A (ja) | 1983-03-14 | 1983-03-14 | サンプル値制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59167707A JPS59167707A (ja) | 1984-09-21 |
| JPH0512721B2 true JPH0512721B2 (ja) | 1993-02-18 |
Family
ID=12589107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4074383A Granted JPS59167707A (ja) | 1983-03-14 | 1983-03-14 | サンプル値制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59167707A (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61156403A (ja) * | 1984-12-28 | 1986-07-16 | Toshiba Corp | 制御パラメ−タ自動調整方法 |
| JP2753223B2 (ja) * | 1987-03-06 | 1998-05-18 | 株式会社日立製作所 | 空燃比制御方法 |
| JP2839490B2 (ja) * | 1987-03-28 | 1998-12-16 | 株式会社東芝 | プロセス制御装置 |
| JPS6429905A (en) * | 1987-07-24 | 1989-01-31 | Omron Tateisi Electronics Co | Discrete time controller |
| JPH01123301A (ja) * | 1987-11-06 | 1989-05-16 | Mitsubishi Electric Corp | 制御装置 |
| DE3831988C2 (de) * | 1988-09-21 | 1998-03-19 | Bosch Gmbh Robert | Proportionalventil mit einem Regelverstärker |
| JP2882586B2 (ja) * | 1989-01-13 | 1999-04-12 | 株式会社東芝 | 適応制御装置 |
| JP2835061B2 (ja) * | 1989-02-23 | 1998-12-14 | 株式会社東芝 | 適応制御装置 |
| US7027869B2 (en) | 1998-01-07 | 2006-04-11 | Asthmatx, Inc. | Method for treating an asthma attack |
| US7921855B2 (en) | 1998-01-07 | 2011-04-12 | Asthmatx, Inc. | Method for treating an asthma attack |
| US7198635B2 (en) | 2000-10-17 | 2007-04-03 | Asthmatx, Inc. | Modification of airways by application of energy |
| US8251070B2 (en) | 2000-03-27 | 2012-08-28 | Asthmatx, Inc. | Methods for treating airways |
| US20040226556A1 (en) | 2003-05-13 | 2004-11-18 | Deem Mark E. | Apparatus for treating asthma using neurotoxin |
| CA2605360C (en) | 2005-04-21 | 2017-03-28 | Asthmatx, Inc. | Control methods and devices for energy delivery |
| JP5436423B2 (ja) | 2007-07-24 | 2014-03-05 | アスマティックス，インコーポレイテッド | 組織治療装置への電力制御等のインピーダンス検出に基づく電力制御のシステムおよび方法 |
| US8483831B1 (en) | 2008-02-15 | 2013-07-09 | Holaira, Inc. | System and method for bronchial dilation |
| ES2398052T5 (es) | 2008-05-09 | 2021-10-25 | Nuvaira Inc | Sistemas para tratar un árbol bronquial |
| KR101820542B1 (ko) | 2009-11-11 | 2018-01-19 | 호라이라 인코포레이티드 | 조직을 치료하고 협착을 제어하기 위한 방법, 기구 및 장치 |
| US8911439B2 (en) | 2009-11-11 | 2014-12-16 | Holaira, Inc. | Non-invasive and minimally invasive denervation methods and systems for performing the same |
| US9770293B2 (en) | 2012-06-04 | 2017-09-26 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Systems and methods for treating tissue of a passageway within a body |
| WO2014071372A1 (en) | 2012-11-05 | 2014-05-08 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Devices for delivering energy to body lumens |
| EP3030182B1 (en) | 2013-08-09 | 2018-01-10 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Expandable catheter |
-
1983
- 1983-03-14 JP JP4074383A patent/JPS59167707A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59167707A (ja) | 1984-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0512721B2 (ja) | ||
| JP2563894B2 (ja) | 多入出力サンプル値ｐｉｄ制御装置 | |
| KR900005546B1 (ko) | 적응프로세스 제어장치 | |
| EP0045857B1 (en) | Process control apparatus | |
| EP0139243A2 (en) | Process control apparatus | |
| US5166873A (en) | Process control device | |
| US4498037A (en) | Velocity servo controller | |
| Åström et al. | Analysis of a scheme for iterated identification and control | |
| JPH0534682B2 (ja) | ||
| Ramírez et al. | On delay-based control of low-order LTI systems: A simple alternative to PI/PID controllers under noisy measurements | |
| CN109507870A (zh) | 结构自适应的分数阶比例积分或比例微分控制器设计方法 | |
| JP2802791B2 (ja) | セルフチューニング調節計 | |
| JPS6318202B2 (ja) | ||
| JP2641855B2 (ja) | 適応制御装置 | |
| JPH0434766B2 (ja) | ||
| US4580227A (en) | Device for determining and following the instantaneous coordinates of the extreme value of a curve | |
| JPH07261805A (ja) | 比例積分微分制御パラメータ自動調整装置 | |
| JPH0666041B2 (ja) | ２自由度サンプル値ｐｉｄ制御装置 | |
| JPH0454243B2 (ja) | ||
| JPH0119164B2 (ja) | ||
| CN115629536B (zh) | 一种适用于一阶时滞积分系统的pid控制器参数整定方法 | |
| JPH0816205A (ja) | サーボ制御システム及びそのチューニング方法 | |
| JPH07295604A (ja) | Ｐｉｄ調節器のパラメータ調整装置 | |
| JPH06348305A (ja) | Ｐｉｄ調節器のパラメータ調整装置 | |
| JPS6148163B2 (ja) |