JPH05241608A - Pid controller - Google Patents

Pid controller

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JPH05241608A
JPH05241608A JP8047992A JP8047992A JPH05241608A JP H05241608 A JPH05241608 A JP H05241608A JP 8047992 A JP8047992 A JP 8047992A JP 8047992 A JP8047992 A JP 8047992A JP H05241608 A JPH05241608 A JP H05241608A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
arithmetic
pid
motor
converter
Prior art date
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Pending
Application number
JP8047992A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Matsumoto
博志 松本
Hiroaki Tsunoda
博昭 角田
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 Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
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Publication of JPH05241608A publication Critical patent/JPH05241608A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To accelerate operation and to lower the error rate of a control part by providing a first circuit for operation the derivative expression of a PID arithmetic expression and a second circuit for integrating the arithmetic result of the first circuit at the control part. CONSTITUTION:A motor 31 is driven by a motor driving device 30, and a bobbin 34 is rotated by the motor 31. A wire body 33 is stretched at a dancer roll 32 and taken up at low speed by the bobbin 34 to execute control for decelerating speed while being thicker by winding. The upside/downside of the dancer roll 32 is detected as a derivative value (e), sampled by a sampling circuit 1 and afterwards inputted to a derivative arithmetic circuit 21 as a digital sampling value en by an A/D converter 5. An output Yn of a differentiation/ integration circuit is converted to an analog manipulated variable (y) by a D/A converter 15, added with a reference velocity command (v) by an adder circuit 10 and impressed to the motor driving device 30. Only the addition/ subtraction is enough as arithmetic, labor is saved and acceleration is enabled.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はPID制御装置に関し、
特に、高速化,及び信頼性の向上を図ったデジタルPI
D制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a PID controller,
In particular, digital PI that aims to speed up and improve reliability
D control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は従来のPID制御装置を示し、加
算器10と、PID制御部20と、PID制御部20に
よって制御される制御対象30を含んでいる。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a conventional PID controller, which includes an adder 10, a PID controller 20, and a controlled object 30 controlled by the PID controller 20.

【0003】以上の構成において、制御対象30を制御
する所定の設定値x0 が加算器10に与えられると、制
御対象30に設けられたセンサー等から出力される制御
変数xと設定値x0 の偏差eが加算器10からPID制
御部20に入力する。偏差eを入力したPID制御部2
0は比例演算Pと、積分演算Iと、微分演算Dを含むP
ID演算を行って操作変数yを出力する。制御対象30
は操作変数yを受け入れてそれに基づいた動作を行う。
この動作により制御対象30に設けられセンサー等によ
って検出された制御変数xが加算器10にフィードバッ
クされる。
In the above configuration, when the predetermined set value x 0 for controlling the controlled object 30 is given to the adder 10, the control variable x and the set value x 0 output from the sensor or the like provided in the controlled object 30. Deviation e is input from the adder 10 to the PID control unit 20. PID control unit 2 with deviation e input
0 is P including proportional calculation P, integral calculation I, and differential calculation D
ID calculation is performed and the manipulated variable y is output. Controlled object 30
Accepts the manipulated variable y and performs an operation based on it.
By this operation, the control variable x provided in the controlled object 30 and detected by the sensor or the like is fed back to the adder 10.

【0004】近年、マイクロコンピュータの普及によっ
てPID制御装置がデジタル化してきている。図5の
(a),(b) はアナログPID制御装置とデジタルPID制
御装置を比較したものであり、(a) は図4と同じアナロ
グPID装置を示しているので説明を省略するが、(b)
のデジタルPID制御装置を以下説明する。
In recent years, PID control devices have become digital due to the widespread use of microcomputers. Of FIG.
(a) and (b) are comparisons between an analog PID control device and a digital PID control device, and (a) shows the same analog PID device as in FIG. 4, so description thereof will be omitted, but (b)
The digital PID control device will be described below.

【0005】このPID制御装置は設定値x0 を図6に
示すように、周期tP の時間tn-2,tn-1,tn でサンプ
リングしてサンプリング値x0(n-2),x0(n-1),x0n
出力するサンプリング回路1と、このサンプリング回路
1から出力されたサンプリング値をA/D変換するA/
D変換器5と、PID制御部20から出力されるデジタ
ル操作変数Yn を保持してD/A変換によりアナログ操
作変数yを出力するホールドD/A変換器15と、制御
対象30の制御変数xをサンプリングしてサンプリング
値xn を出力するサンプリング回路11と、このサンプ
リング回路11から出力されたサンプリング値xn をA
/D変換してデジタル信号xDnとして加算器10にフィ
ードバックするA/D変換器25が新たに付加された構
成を有しており、また、PID制御部20はデジタル演
算を行う。このデジタル演算は、従来のアナログPID
演算式 に代えて行われる。全体の動作はアナログPID制御装
置から自明なのでここでは省略する。
As shown in FIG. 6, this PID control device samples the set value x 0 at times t n-2 , t n-1 and t n of a cycle t P to sample value x 0 (n-2). , X 0 (n-1) , x 0n , and A / D for A / D converting the sampling value output from the sampling circuit 1.
The D converter 5, the hold D / A converter 15 that holds the digital manipulated variable Y n output from the PID control unit 20 and outputs the analog manipulated variable y by D / A conversion, and the control variable of the controlled object 30. a sampling circuit 11 for outputting a sampling value x n by sampling the x, sampled value x n output from the sampling circuit 11 a
It has a configuration in which an A / D converter 25 which performs D / D conversion and feeds back to the adder 10 as a digital signal x Dn is newly added, and the PID control unit 20 performs digital calculation. This digital operation is based on the conventional analog PID
Arithmetic expression Instead of. Since the whole operation is obvious from the analog PID control device, it is omitted here.

【0006】デジタルPID制御部20は図7の(a),
(b),(c) に示すように、CPU部20aと出力部20b
を含んでいる。図において、×は故障を示し、○異常な
しの状態を示している。PID制御部20の故障を考え
ると、(a),(b),(c) の3つの場合が考えられるが、CP
U部20aは出力部20bより部品数が多いので、(a)
の場合が一番多い。
The digital PID control unit 20 is shown in FIG.
As shown in (b) and (c), the CPU section 20a and the output section 20b
Is included. In the figure, × indicates a failure, and ○ indicates a state without abnormality. Considering the failure of the PID control unit 20, there are three cases (a), (b), and (c).
Since the U section 20a has more parts than the output section 20b, (a)
Is the most common case.

【0007】PID制御部20に故障が発生すると、図
8の(a),(b),(c),(d) に示す4つの場合が考えられる。 (a) 制御出力が零になる。 (b) 制御出力が100%になる。 (c) 制御出力が不定になる。 (d) 制御出力が故障直前の値を保持する。 PID制御装置としては、図8の(d) に示すように、故
障したとしても、故障直前の制御出力を保持することが
好ましい。
When a failure occurs in the PID control unit 20, there are four possible cases shown in (a), (b), (c) and (d) of FIG. (a) The control output becomes zero. (b) The control output becomes 100%. (c) The control output becomes unstable. (d) The control output holds the value immediately before the failure. As shown in (d) of FIG. 8, the PID control device preferably holds the control output immediately before the failure even if the failure occurs.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のデジタ
ルPID制御装置によると、制御の精度を上げようとす
ると、サンプリング周期を短くしてサンプリングの高速
化が必要になる。この結果、サンプリング量が増えるこ
とにより演算量が増加するので高速のCPUを使用しな
ければならない。また、デジタルPID制御部は積分演
算を含んでいるので演算速度の高速化に限界があり、高
速化のために部品数の多いCPUを使用すると故障の確
率が大になる。CPUの故障は図8の(a),(b),(c),(d)
の何れの結果につながるか判らないので信頼性が低下す
る。
However, according to the conventional digital PID control device, in order to improve the control accuracy, it is necessary to shorten the sampling period and speed up the sampling. As a result, the amount of calculation increases with an increase in the sampling amount, so that a high-speed CPU must be used. Further, since the digital PID control unit includes the integral calculation, there is a limit to the speeding up of the calculation speed, and if a CPU with a large number of parts is used for speeding up, the probability of failure becomes high. The failure of the CPU is (a), (b), (c), (d) in FIG.
Since it is not known which of the above results will lead to a decrease in reliability.

【0010】従って、本発明の目的は演算速度の高速化
と制御信頼性を向上させることができるPID制御装置
を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a PID control device capable of increasing the operation speed and improving the control reliability.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
み、演算速度の高速化と制御の信頼性を向上させるた
め、被制御装置の動作パラメータに応じた入力信号をP
ID演算式を微分した演算式に基づいて第1の演算結果
を出力する手段と、第1の演算結果を積分して第2の演
算結果を出力する手段と、第2の演算結果を入力して被
制御装置の動作パラメータを設定値に近似させる手段を
含んだPID制御装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention sets an input signal corresponding to an operation parameter of a controlled device to P in order to increase the operation speed and improve the control reliability.
The means for outputting the first operation result based on the operation expression obtained by differentiating the ID operation expression, the means for integrating the first operation result and outputting the second operation result, and the second operation result are input. The PID control device includes means for approximating the operating parameter of the controlled device to a set value.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明のPID制御装置の第1の実施
例を図1により詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the PID control device of the present invention will be described in detail below with reference to FIG.

【0013】図1においてモータ駆動装置30によって
モータ31が駆動され、モータ31によってボビン34
が回転させられる。線条体33はダンサーロール32に
張架され、巻太りによって速度を減ずる制御を行われる
ボビン34に定速で巻き取られる。ダンサーロール32
の上下は偏差値eとして検出され、サンプリング回路1
によってサンプリングされた後、A/D変換器5によっ
てデジタルサンプリング値en として微分演算回路21
に入力する。デジタルPID演算式は、前述したよう
に、 となる。これを時間で微分すると、 となる。微分演算回路21はこの微分演算結果Y' n
出力する。出力はY' nは積分演算回路22で積分され
て積分出力 となる。この出力Yn は、D/A変換器15によってD
/A変換されることによりアナログ操作変数yとなり、
加算回路10で基準速度司令vと加算されてモータ駆動
装置30に与えられる。上式において、KP ,θ,
I ,TD は任意に設定される定数である。上式から明
らかなように、Yn ' の演算はen ,en-1 ,en-2
一定周期で加減算するだけで良いので、演算が極めて省
略化される。一方、積分回路22は積分演算のみを行え
ば良い。これらの結果から、演算の高速化を図ることが
でき、故障率を低くすることができる。
In FIG. 1, the motor 31 is driven by the motor driving device 30, and the bobbin 34 is driven by the motor 31.
Is rotated. The filament body 33 is stretched around the dancer roll 32, and is wound around the bobbin 34, which is controlled to reduce the speed by the winding weight, at a constant speed. Dancer roll 32
The upper and lower sides of are detected as deviation value e, and sampling circuit 1
After being sampled by the A / D converter 5, the differential operation circuit 21 outputs the digital sampling value e n by the A / D converter 5.
To enter. The digital PID calculation formula is, as described above, Becomes Differentiating this with respect to time, Becomes The differential operation circuit 21 outputs the differential operation result Y 'n. The output Y'n is integrated by the integration calculation circuit 22 and the integrated output Becomes This output Y n is D by the D / A converter 15.
/ A converted to analog manipulated variable y,
The addition circuit 10 adds the reference speed command v to the motor drive device 30. In the above equation, K P , θ,
T I and T D are constants set arbitrarily. As apparent from the above equation, calculation of Y n 'is e n, since the e n-1, e n- 2 may only addition and subtraction in a constant cycle, operation is very abbreviating. On the other hand, the integrating circuit 22 only needs to perform the integral calculation. From these results, the calculation speed can be increased and the failure rate can be reduced.

【0014】図2,及び図3は本発明の第2,及び第3
の実施例を示し、制御速度の遅い、例えば、炉43を加
熱するヒータ41,411 ,412 ,・・・41n を制
御して炉温を制御するものである。炉43は温度測定器
42,421 ,422 ,・・・42n によって炉温Tx
を検出され、加算器10で設定温度T0 を減算され、減
算結果t=Tx −T0 が積分演算回路21,211 ,2
2 ・・・21n へ入力され、第1の実施例と同じよう
に、積分演算回路22,221 ,222 ・・・22n
を経て制御対象である加熱装置40,401 ,402
・・・40n に制御変数が与えられる。
2 and 3 show the second and third aspects of the present invention.
In this embodiment, the furnace temperature is controlled by controlling heaters 41, 41 1 , 41 2 , ... 41 n for heating the furnace 43, which have a slow control speed. The furnace 43 uses the temperature measuring devices 42, 42 1 , 42 2 , ... 42 n to measure the furnace temperature T x.
Is detected, the set temperature T 0 is subtracted by the adder 10, and the subtraction result t = T x −T 0 is calculated by the integration calculation circuits 21, 21 1 , 2
1 2 ... 21 n , and the integration calculation circuits 22, 22 1 , 22 2 ... 22 n are input as in the first embodiment.
Through the heating devices 40, 40 1 , 40 2 ,
A control variable is given to 40 n .

【0015】図3の第3の実施例は並列制御方式である
が、1つのプログラムをコピーするだけで簡単に実行す
ることができる。また、第1より第3の実施例に、更
に、P制御のみ、PI制御等を組合せ合わせることによ
り変更も可能である。
The third embodiment of FIG. 3 is a parallel control system, but it can be easily executed by copying one program. Further, the first to third embodiments can be further modified by combining only P control, PI control and the like.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のPID制御
装置によると、PID演算式の微分式を演算する第1の
回路と、第1の回路の演算結果を積分する第2の回路を
制御部に設けたので、演算の高速化を図ることができる
と共に、制御部の故障率を低下させることができる。
As described above, according to the PID control device of the present invention, the first circuit for calculating the differential formula of the PID calculation formula and the second circuit for integrating the calculation result of the first circuit are controlled. Since it is provided in the section, the calculation speed can be increased and the failure rate of the control section can be reduced.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】従来のPID制御装置を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a conventional PID control device.

【図5】従来のPID制御装置をアナログ式とデジタル
式に分けて示すブロック図。
FIG. 5 is a block diagram showing a conventional PID control device divided into an analog type and a digital type.

【図6】デジタル式のサンプリングを示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing digital sampling.

【図7】制御部の故障を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a failure of the control unit.

【図8】制御部の故障時の出力状態を示す説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an output state when the control unit has a failure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 サンプリング回路 5 A/
D変換器 10 加算器 15 D/
A変換器 20 制御部 21 微分
演算回路 22 積分演算回路 30 制御
対象(モータ駆動装置) 31 モータ 32 ダン
サーロール 33 線条体 34 ボビ
1 Sampling circuit 5 A /
D converter 10 adder 15 D /
A converter 20 control unit 21 differential operation circuit 22 integration operation circuit 30 control target (motor drive device) 31 motor 32 dancer roll 33 linear body 34 bobbin

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被制御装置の動作パラメータに応じた入
力信号をPID演算式を微分した演算式に基づいて第1
の演算結果を出力する手段と、 前記第1の演算結果を積分して第2の演算結果を出力す
る手段と、 前記第2の演算結果を入力して前記被制御装置の前記動
作パラメータを設定値に近似させる手段を含むことを特
徴とするPID制御装置。
1. A first expression based on an arithmetic expression obtained by differentiating an input signal corresponding to an operation parameter of a controlled device from a PID arithmetic expression.
And a means for integrating the first operation result and outputting a second operation result; and inputting the second operation result for setting the operation parameter of the controlled device. A PID control device comprising means for approximating a value.
JP8047992A 1992-03-02 1992-03-02 Pid controller Pending JPH05241608A (en)

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