JPH05324011A - Ｐｉｄ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 あらゆる制御対象に対してオーバシュートあ
るいはアンダシュートの生ずる度合を減少でき、オペレ
ータにかかる負担が軽減して調整時間の短縮が図れ、Ｐ
ＩＤ定数の調整がそれほど厳密でなくても、演算時間が
速く安定した制御が行える。 【構成】 ＰＩＤ演算手段１は予め設定された設定値Ｓ
Ｖと、制御対象からの測定値ＰＶとの偏差をＰＩＤ演算
し、このＰＩＤ演算された結果に対応する操作量ｍｖを
操作量補正出力手段３に出力する。ファジィ演算手段２
は予め決められたファジィルールに従って偏差の大きさ
の上下限値が固定されたメンバーシップ関数に基づいて
制御対象からの測定値ＰＶの偏差の大きさの修正操作量
ｈｖを演算し、この修正操作量ｈｖを操作量補正出力手
段３に出力する。操作量補正出力手段３は修正操作量ｈ
ｖに基づいてＰＩＤ演算手段１による操作量ｍｖを補正
して最終的な操作量ＭＶを制御対象の制御信号として出
力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電気炉内の温
度、湿度、圧力等の現象を予め設定されたプログラムパ
ターンに従って制御する調節計に適用され、各現象を制
御するにあたってＰＩＤ定数の各パラメータを補正して
操作量を出力するＰＩＤ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば制御対象として電気炉等の各種熱
処理を行う場合には、定値またはプログラム調節計が多
用されている。この調節計では、例えば図１０に示すよ
うに予め設定されたプログラムパターンに従って定値あ
るいは台形制御が行われる。さらに説明すると、電気炉
内に配設された熱電対等からの測定値ＰＶと予め設定さ
れたプログラムパターンによる設定値ＳＶとの比較によ
り得られる偏差をＰＩＤ演算し、このＰＩＤ演算された
後の出力である操作量ＭＶに基づいて電気炉内の温度、
湿度、圧力等の現象の制御を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の調
節計では、測定値ＰＶが設定値ＳＶに収束して偏差が無
くなるようにＰＩＤ演算して電気炉内の各現象の制御を
行っているが、実際には、外乱の影響で測定値ＰＶが設
定値ＳＶに収束して安定するまでに時間がかかり、図１
０に示すようなオーバシュートＯＳあるいはアンダシュ
ートＵＳの制御誤差が発生して制御不安定な状態が必ず
生じていた。また、このオーバシュートＯＳあるいはア
ンダシュートＵＳによる制御誤差は、この種の調節計の
制御において最も嫌われるもので、この誤差分だけ無駄
なエネルギーを多く消費するという等の問題があった。

【０００４】また、ＰＩＤ定数の各パラメータは制御対
象に伴って変わるため、その都度、オペレータがＰＩＤ
制御器内におけるＰＩＤ定数の各パラメータの調整を行
っていた。ところが、オーバシュートＯＳあるいはアン
ダシュートＵＳの生ずる度合いは、調整によって決まる
ことから、常に正確な調整が要求され、調整時間を要
し、このことがオペレータの作業負担となっていた。

【０００５】そこで、本発明は上述した問題点に鑑みて
なされたものであって、その目的は、あらゆる制御対象
に対してオーバシュートあるいはアンダシュートの生ず
る度合を減少でき、オペレータにかかる負担が軽減して
調整時間の短縮が図れ、ＰＩＤ定数の調整がそれほど厳
密でなくても、演算時間が速く安定した制御が行えるＰ
ＩＤ制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による請求項１のＰＩＤ制御装置は、予め設
定された設定値と、制御対象からの測定値との偏差をＰ
ＩＤ演算し、該ＰＩＤ演算された値に対応する操作量を
出力するＰＩＤ制御装置において、予め決められたファ
ジィルールに従って前記偏差の大きさあるいは該偏差の
変化率の少なくとも一方の上下限値が固定とされたメン
バーシップ関数に基づいて前記制御対象からの測定値の
偏差の大きさあるいは該偏差の変化率から修正操作量を
演算するファジィ演算手段と、該ファジィ演算手段が演
算した修正操作量に基づいて前記ＰＩＤ演算された値を
補正して操作量を出力する操作量補正出力手段とを備え
たことを特徴としている。

【０００７】また、請求項２のＰＩＤ制御装置は、予め
設定された設定値と、制御対象からの測定値との偏差を
ＰＩＤ演算し、該ＰＩＤ演算された値に対応する操作量
を出力するＰＩＤ制御装置において、予め決められたフ
ァジィルールに従って前記偏差の大きさあるいは該偏差
の変化率の少なくとも一方の上下限値が可変とされたメ
ンバーシップ関数に基づいて前記制御対象からの測定値
の偏差の大きさあるいは該偏差の変化率から修正操作量
を演算するファジィ演算手段と、前記偏差の大きさある
いは該偏差の変化率に応じて前記ファジィ演算手段を順
次切り換えて選択する選択手段と、該選択手段により選
択されたファジィ演算手段が演算した修正操作量に基づ
いて前記ＰＩＤ演算された値を補正して操作量を出力す
る操作量補正出力手段とを備えたことを特徴としてい
る。

【０００８】

【作用】請求項１の発明におけるＰＩＤ演算手段１は、
予め設定された設定値ＳＶと、制御対象からの測定値Ｐ
Ｖとの偏差ＥをＰＩＤ演算し、このＰＩＤ演算された結
果に対応する操作量ｍｖを操作量補正出力手段３に出力
する。ファジィ演算手段２は予め決められたファジィル
ールに従って偏差Ｅの大きさあるいは偏差Ｅの変化率Δ
Ｅの少なくとも一方の上下限値ＥＵ，ＥＤ（あるいはΔ
ＥＵ，ΔＥＤ）が固定とされたメンバーシップ関数に基
づいて制御対象からの測定値ＰＶの偏差Ｅの大きさある
いは偏差Ｅの変化率ΔＥから修正操作量ｈｖを演算し、
この修正操作量ｈｖを操作量補正出力手段３に出力す
る。操作量補正出力手段３では、修正操作量ｈｖに基づ
いてＰＩＤ演算手段１による操作量ｍｖを補正して最終
的な操作量ＭＶを制御対象の制御信号として出力する。

【０００９】また、請求項２の発明では、複数台のファ
ジィ演算手段２のメンバーシップ関数が予め決められた
ファジィルールに従って偏差Ｅの大きさあるいは偏差Ｅ
の変化率ΔＥの少なくとも一方の上下限値ＥＵ，ＥＤ
（あるいはΔＥＵ，ΔＥＤ）が可変とされており、この
ファジィ演算手段２は偏差Ｅの大きさあるいは偏差Ｅの
変化率ΔＥに応じて順次切り換えて選択される。そし
て、選択されたファジィ演算手段２により修正操作量ｈ
ｖが演算され、操作量補正出力手段３はこの修正操作量
ｈｖに基づいてＰＩＤ演算による操作量ｍｖを補正して
最終的な操作量ＭＶを制御対象の制御信号として出力す
る。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明によるＰＩＤ制御装置の第１
実施例を示すブロック構成図である。以下に説明する各
実施例によるＰＩＤ制御装置は、例えば制御対象として
電気炉内の温度、湿度、圧力等の現象を制御する調節計
に適用されるもので、各現象を制御する際にＰＩＤ演算
によって得られた操作量の補正を行っている。

【００１１】まず、第１実施例のＰＩＤ制御装置は、Ｐ
ＩＤ演算手段１、ファジィ演算手段２Ａ（２）、操作量
補正出力手段３を備えて構成されている。ＰＩＤ演算手
段１は制御対象として例えば電気炉内に配設された熱電
対からの測定値ＰＶと、例えば予め設定されたプログラ
ムパターンの設定値ＳＶとが入力しており、この測定値
ＰＶと設定値ＳＶとの偏差Ｅ（＝ＳＶ−ＰＶ）を演算
し、この偏差Ｅに基づく操作量（例えば電気炉内のヒー
タを駆動するための電力に相当）ｍｖを操作量補正出力
手段３に出力している。

【００１２】ファジィ演算手段２ＡはＰＩＤ演算手段１
と並列に設けられ、ＰＩＤ演算手段１と同様に測定値Ｐ
Ｖと設定値ＳＶとが入力している。このファジィ演算手
段２Ａは測定値ＰＶと設定値ＳＶとの間に偏差Ｅが生じ
た場合、後述する予め決められたファジィルールに従っ
て偏差Ｅの大きさの上下限値ＥＵ，ＥＤが例えばＥＤ＝
−１０〜ＥＵ＝＋１０に固定されたメンバーシップ関数
に基づいて偏差Ｅの状態から修正操作量ｈｖを演算して
操作量補正出力手段３に出力している。

【００１３】操作量補正出力手段３は例えば加算器等で
構成され、ＰＩＤ演算手段１からの操作量ｍｖと、ファ
ジィ演算手段２Ａが演算した修正操作量ｈｖとを加算し
て操作量ｍｖを補正し、この加算値に対応する最終的な
操作量ＭＶを制御対象の制御信号（例えばヒータの駆動
信号）として出力している。

【００１４】なお、この操作量補正出力手段３は測定値
ＰＶと設定値ＳＶとの間に偏差Ｅが生じていない場合、
ＰＩＤ演算手段１から入力される操作量ｍｖをそのまま
最終的な操作量ＭＶとして出力している。

【００１５】次に、上記のように構成されるＰＩＤ制御
装置の動作を図２に従って説明する。今、ファジィルー
ルの一例として、 （１）もし、偏差Ｅが正ならば、操作量を上げる。 （２）もし、偏差Ｅが零ならば、操作量をそのまま維持
する。 （３）もし、偏差Ｅが負ならば、操作量を下げる。 の３つのルールを与え、ＰＩＤ演算手段１に入力される
測定値ＰＶと設定値ＳＶとの間に偏差Ｅ＝＋３が生じた
とする。

【００１６】すると、ファジィ演算手段２Ａでは、ま
ず、各ルールの一致度を求める。すなわち、ルール
（１）では、偏差＋３であるから、メンバーシップ関数
Ａ１より度合Ｗは０．６となる（図２（ａ）参照）。次
に、ルール（２）では、偏差＋３であるから、メンバー
シップ関数Ａ２より度合Ｗは０．４となる（図２（ｂ）
参照）。さらに、ルール（３）では、偏差＋３であるか
ら、メンバーシップ関数Ａ３より度合Ｗは０となる（図
２（ｃ）参照）。

【００１７】ここで、各ルール（１），（２），（３）
の結論部に求めた度合を当てはめると、結論部のメンバ
ーシップ関数は、ちょうど度合Ｗでカットされたメンバ
ーシップ関数Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３になる。次に、度合Ｗで
カットされた結論部の各ルール（１），（２），（３）
のメンバーシップ関数Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を図２（ｄ）の
ように１つに合成し、囲まれた境界部分の面積の重心を
求める。

【００１８】そして、求めた重心を操作量軸（Ｘ軸）に
向かって垂直に下ろし、操作量軸との交点が修正操作量
ｈｖ（＝＋１．５）となる。この修正操作量ｈｖは操作
量補正出力手段３においてＰＩＤ演算手段１で演算され
た操作量ｍｖに加算され、操作量ｍｖに修正が施された
後、最終的な操作量ＭＶとして制御対象に出力される。

【００１９】次に、図３はＰＩＤ制御装置の第２実施例
を示しており、第１実施例と同一の構成要素には同一番
号を付している。この実施例によるＰＩＤ制御装置は、
測定値ＰＶと設定値ＳＶとの間の偏差Ｅの変化率ΔＥが
変化した場合、ファジィ演算手段２Ｂ（２）が後述する
予め決められたファジィルールに従って偏差Ｅの変化率
ΔＥの上下限値ΔＥＵ，ΔＥＤが例えばΔＥＤ＝−８〜
ΔＥＵ＝＋１２と固定されたメンバーシップ関数に基づ
いて偏差Ｅの変化率ΔＥから修正操作量ｈｖを演算し、
操作量補正出力手段３がＰＩＤ演算手段１からの操作量
ｍｖと修正操作量ｈｖとを加算して操作量ｍｖを補正
し、この加算値に対応する最終的な操作量ＭＶを制御対
象の制御信号（例えばヒータの駆動信号）として出力し
ている。

【００２０】次に、上記のように構成されるＰＩＤ制御
装置の動作を図４に従って説明する。今、ファジィルー
ルの一例として、 （１）もし、偏差Ｅの変化率ΔＥが正で大きければ、操
作量を下げる。 （２）もし、偏差Ｅの変化率ΔＥが零ならば、操作量を
そのまま維持する。 （３）もし、偏差Ｅの変化率ΔＥが正で小さければ、操
作量を上げる。 の３つのルールを与え、ＰＩＤ演算手段１に入力される
測定値ＰＶと設定値ＳＶとの間に偏差Ｅの変化率ΔＥ＝
＋１が生じたとする。

【００２１】すると、ファジィ演算手段２Ｂでは、ま
ず、各ルールの一致度を求める。すなわち、ルール
（１）では、偏差Ｅの変化率ΔＥが＋１であるから、メ
ンバーシップ関数Ａ１より度合Ｗは０．６となる（図４
（ａ）参照）。次に、ルール（２）では、偏差Ｅの変化
率ΔＥが＋１であるから、メンバーシップ関数Ａ２より
度合Ｗは０．４となる（図４（ｂ）参照）。さらに、ル
ール（３）では、偏差Ｅの変化率ΔＥが＋１であるか
ら、メンバーシップ関数Ａ３より度合Ｗは０となる（図
４（ｃ）参照）。

【００２２】ここで、各ルール（１），（２），（３）
の結論部に求めた度合を当てはめると、結論部のメンバ
ーシップ関数は、ちょうど度合Ｗでカットされたメンバ
ーシップ関数Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３になる。次に、度合Ｗで
カットされた結論部の各ルール（１），（２），（３）
のメンバーシップ関数Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を図４（ｄ）の
ように１つに合成し、囲まれた境界部分の面積の重心を
求める。

【００２３】そして、求めた重心を操作量軸（Ｘ軸）に
向かって垂直に下ろし、操作量軸との交点が修正操作量
ｈｖ（＝−０．５）となる。この修正操作量ｈｖは操作
量修正出力手段３においてＰＩＤ演算手段１で演算され
た操作量ｍｖに加算され、操作量ｍｖに修正が施された
後、最終的な操作量ＭＶとして制御対象に出力される。

【００２４】次に、図５はＰＩＤ制御装置の第３実施例
を示しており、第１，第２実施例と同一の構成要素には
同一番号を付している。この実施例によるＰＩＤ制御装
置は、上述した第１実施例および第２実施例のＰＩＤ制
御装置を組み合わせたもので、この実施例におけるファ
ジィ演算手段２Ｃ（２）は、予め決められたファジィル
ールに従って偏差Ｅの大きさの上下限値ＥＵ，ＥＤが例
えばＥＤ＝−１０〜ＥＵ＝＋１０に、また、偏差Ｅの変
化率ΔＥの上下限値ΔＥＵ，ΔＥＤが例えばΔＥＤ＝−
８〜ΔＥＵ＝＋１２に固定されたメンバーシップ関数に
基づいて偏差Ｅおよび変化率ΔＥから修正操作量ｈｖを
演算しており、操作量補正出力手段３はファジィ演算手
段２Ｃからの修正操作量ｈｖをＰＩＤ演算手段１からの
操作量ｍｖに加算して最終的な操作量ＭＶを制御対象に
出力している。

【００２５】次に、上記のように構成されるＰＩＤ制御
装置の動作を図６に従って説明する。今、ファジィルー
ルの一例として、 （１）もし、偏差Ｅが負で大きく、かつ偏差Ｅの変化率
ΔＥが零ならば、操作量を正で上げる。 （２）もし、偏差Ｅが零で、かつ偏差Ｅの変化率ΔＥが
負で大きければ、操作量を負で上げる。 （３）もし、偏差Ｅが正で大きく、かつ偏差Ｅの変化率
ΔＥが正で大きければ、操作量をそのまま維持する。 の３つのルールを与え、ＰＩＤ演算手段１に入力される
測定値ＰＶと設定値ＳＶとの間に偏差Ｅ＝＋５、偏差Ｅ
の変化率ΔＥ＝＋１が生じたとする。

【００２６】すると、ファジィ演算手段２Ｃでは、各ル
ールの一致度を求め、偏差Ｅの度合と偏差Ｅの変化率Δ
Ｅの度合を比べて小さい方の度合を修正操作量ｈｖの度
合とする。まず、ルール（１）では、偏差Ｅが＋５であ
るから、メンバーシップ関数Ａ１１より度合Ｗは０であ
り、また、偏差Ｅの変化率ΔＥが＋１であるから、メン
バーシップ関数Ａ１２より度合Ｗは０．５５となる。そ
して、偏差Ｅの度合の方が小さいから、修正操作量の度
合は０となる（図６（ａ）参照）。次に、ルール（２）
では、偏差Ｅが＋５であるから、メンバーシップ関数Ａ
２１より度合Ｗは０であり、また、偏差Ｅの変化率ΔＥ
が＋１であるから、メンバーシップ関数Ａ２２より度合
Ｗは０となる。そして、偏差Ｅおよび偏差Ｅの変化率Δ
Ｅの度合が同じであるから、修正操作量の度合は０とな
る（図６（ｂ）参照）。さらに、ルール（３）では、偏
差Ｅが＋５であるから、メンバーシップ関数Ａ３１より
度合Ｗは１であり、また、偏差Ｅの変化率ΔＥが＋１で
あるから、メンバーシップ関数Ａ３２より度合Ｗは０．
４となる。そして、偏差Ｅの変化率ΔＥの度合の方が小
さいから、修正操作量の度合は０，４となる（図６
（ｃ）参照）。

【００２７】すなわち、各ルール（１），（２），
（３）の結論部に求めた度合を当てはめると、結論部の
メンバーシップ関数は、ちょうど度合Ｗでカットされた
メンバーシップ関数Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３になる。次に、度
合Ｗでカットされた結論部の各ルール（１），（２），
（３）のメンバーシップ関数Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を１つに
合成し、囲まれた境界部分の面積の重心を求める（図６
（ｃ）参照）。

【００２８】そして、求めた重心を操作量軸（Ｘ軸）に
向かって垂直に下ろし、操作量軸との交点が修正操作量
ｈｖ（＝０）となる。この修正操作量ｈｖは操作量修正
出力手段３においてＰＩＤ演算手段１で演算された操作
量ｍｖに加算され、操作量ｍｖに修正が施された後、最
終的な操作量ＭＶとして制御対象に出力される。

【００２９】従って、上述した第１乃至第３の各実施例
では、ＰＩＤ演算手段１においてＰＩＤ演算された結果
に基づく操作量ｍｖをファジィ演算手段２（２Ａ，２
Ｂ，２Ｃ）で演算した修正操作量ｈｖにより補正して微
調整することができるので、ＰＩＤ定数の設定値変更時
においても、従来に比べて立ち上がり時間が速く、あら
ゆる制御対象に対してオーバシュートＯＳあるいはアン
ダシュートＵＳの生ずる度合を減少することができ、測
定値を設定値に対して速く収束することができる。

【００３０】また、制御安定時に、外乱により不安定な
状態が生じても、短時間で安定状態に制御することがで
きる。さらに、オペレータによるＰＩＤ定数の各パラメ
ータの設定をそれほど厳密でなくラフに行えるので、従
来に比べて設定時間を短縮できるとともに、オペレータ
にかかる作業負担を軽減することができる。

【００３１】また、ファジィルールを採用したファジィ
演算手段２を用いることで、状態に応じた制御を行うべ
く膨大な知識ベースを有する従来の調節計に比べ、本実
施例による装置によれば、全調整則を組み込む必要がな
く、知識ベースを小さくでき、装置全体の小型化を図る
ことができる。また、ＰＩＤ演算手段、ファジィ演算手
段、操作量補正出力手段はマイクロプロセッサ等を用い
メモリにソフト的に組み込むことにより、さらに小型化
が図れる。

【００３２】次に、図７はＰＩＤ制御装置の第４実施例
を示しており、第１実施例と同一の構成要素には同一番
号を付している。この実施例によるＰＩＤ制御装置は、
ＰＩＤ演算手段１、選択手段４、第１のファジィ演算手
段２Ｄ、第２のファジィ演算手段２Ｅ、第３のファジィ
演算手段２Ｆ、操作量補正出力手段３を備えて構成され
ている。

【００３３】ＰＩＤ演算手段１は上述した第１乃至第３
実施例と同様に制御対象として例えば電気炉内に配設さ
れた熱電対からの測定値ＰＶと、例えば予め設定された
プログラムパターンの設定値ＳＶとが入力しており、こ
の測定値ＰＶと設定値ＳＶとの偏差Ｅ（＝ＳＶ−ＰＶ）
を演算し、この偏差Ｅに基づく操作量（例えば電気炉内
のヒータを駆動するための電力に相当）ｍｖを操作量補
正出力手段３に出力している。

【００３４】選択手段４は例えばデコーダ回路等で構成
され、ＰＩＤ演算手段１と同様に測定値ＰＶと設定値Ｓ
Ｖが入力しており、これら測定値ＰＶと設定値ＳＶの偏
差Ｅに基づいて第１乃至第３の複数のファジィ演算手段
２Ｄ，２Ｅ，２Ｆにおけるどのファジィ演算手段を使用
するかを選択して決定している。

【００３５】第１のファジィ演算手段２Ｄは選択手段４
によって選択された時に、予め決められたファジィルー
ルに従って偏差Ｅの大きさの上下限値ＥＵ１，ＥＤ１が
例えばＥＤ１＝−１０〜ＥＵ１＝＋１０とされたメンバ
ーシップ関数に基づいて偏差Ｅの大きさから修正操作量
ｈｖを演算して操作量補正出力手段３に出力している。

【００３６】第２のファジィ演算手段２Ｅは選択手段４
によって選択された時に、予め決められたファジィルー
ルに従って偏差Ｅの大きさの上下限値ＥＵ２，ＥＤ２が
第１のファジィ演算手段２Ｄの上下限値よりも小さい範
囲、例えばＥＤ２＝−５〜ＥＵ２＝＋５とされたメンバ
ーシップ関数に基づいて偏差Ｅの大きさから修正操作量
ｈｖを演算して操作量補正出力手段３に出力している。

【００３７】第３のファジィ演算手段２Ｆは選択手段４
によって選択された時に、予め決められたファジィルー
ルに従って偏差Ｅの大きさの上下限値ＥＵ３，ＥＤ３が
第２のファジィ演算手段２Ｅの上下限値よりも小さい範
囲、例えばＥＤ３＝−１〜ＥＵ３＝＋１とされたメンバ
ーシップ関数に基づいて偏差Ｅの大きさから修正操作量
ｈｖを演算して操作量補正出力手段３に出力している。

【００３８】操作量補正出力手段３は例えば加算器等で
構成され、ＰＩＤ演算手段１からの操作量ｍｖと、選択
手段４によって選択された何れかのファジィ演算手段２
Ｄ（あるいは２Ｅ，２Ｆ）からの修正操作量ｈｖとを加
算して操作量ｍｖを補正し、この加算値に対応する最終
的な操作量ＭＶを制御対象の制御信号（例えばヒータの
駆動信号）として出力している。このように、第１乃至
第３のファジィ演算手段２Ｄ，２Ｅ，２Ｆの各メンバー
シップ関数の偏差の上下限値は各々異なり可変とされて
いる。

【００３９】そして、上記のように構成されたＰＩＤ制
御装置では、まず、設定値ＳＶと測定値ＰＶがかけ離れ
ている場合、設定値ＳＶと測定値ＰＶの偏差Ｅの大きさ
に基づいて選択手段４がメンバーシップ関数の偏差の上
下限値が最も大きい第１のファジィ演算手段２Ｄを選択
する。この第１のファジィ演算手段２Ｄでは、第１実施
例の動作で説明したように、偏差Ｅの大きさに基づいて
修正操作量ｈｖを演算する。つまり、偏差Ｅの大きさに
基づいて各ルールのメンバーシップ関数の度合Ｗを求め
る。次に、求めた度合Ｗを各ルールの結論部に当てはめ
て結論部のメンバーシップ関数を求める。さらに、求め
たメンバーシップ関数を１つに合成し、囲まれた境界部
分の面積の重心を求める。そして、求めた重心を操作量
軸（Ｘ軸）に向かって垂直に下ろし、操作量軸との交点
を修正操作量ｈｖとして演算する。

【００４０】この演算された修正操作量ｈｖは操作量補
正出力手段３に入力され、操作量補正出力手段３は修正
操作量ｈｖと演算手段からの操作量ｍｖを加算して操作
量ｍｖを補正して最終的な操作量ＭＶを制御対象の制御
信号として出力する。そして、上述した動作により操作
量ｍｖが補正されて設定値ＳＶと測定値ＰＶが近づいて
偏差Ｅが小さくなってくると、第１のファジィ演算手段
２Ｄではメンバーシップ関数の分解能等の問題から精度
が悪くなるため、メンバーシップ関数の偏差Ｅの上下限
値ＥＵ，ＥＤの範囲が第１のファジィ演算手段２Ｄに比
べて狭く設定された第２のファジィ演算手段２Ｅが選択
手段４によって選択され、この第２のファジィ演算手段
２Ｅは上述した修正操作量ｈｖを演算し、この修正操作
量ｈｖによりＰＩＤ演算手段１からの操作量ｍｖが補正
されて最終的な操作量ＭＶが制御対象の制御信号として
出力される。

【００４１】さらに、上述した動作により操作量ｍｖが
補正されて測定値ＰＶが設定値ＳＶに近づき、偏差Ｅが
小さくなると、メンバーシップ関数の偏差Ｅの上下限値
ＥＵ，ＥＤの範囲が第２のファジィ演算手段２Ｅに比べ
てさらに狭く設定された第３のファジィ演算手段２Ｆが
選択手段４により選択されて同様に修正操作量ｈｖが演
算され、この修正操作量ｈｖによりＰＩＤ演算手段１か
らの操作量ｍｖが補正されて最終的な操作量ＭＶが制御
対象の制御信号として出力される。

【００４２】次に、図８はＰＩＤ制御装置の第５実施例
を示している。この実施例によるＰＩＤ制御装置は、フ
ァジィ演算手段２として第１乃至第３の３つのファジィ
演算手段２Ｇ，２Ｈ，２Ｉを備え、各ファジィ演算手段
２Ｇ，２Ｈ，２Ｉにおける偏差Ｅの変化率ΔＥの上下限
値ΔＥＵ，ΔＥＤの範囲が例えばΔＥＤ１＝−８〜ΔＥ
Ｕ１＝＋１２、ΔＥＤ２＝−３〜ΔＥＵ２＝＋７、ΔＥ
Ｄ３＝＋１〜ΔＥＵ３＝＋３と異なって可変とされてお
り、選択手段４としてのデコード回路が測定値ＰＶと設
定値ＳＶの偏差Ｅの変化率ΔＥに基づいて何れかのファ
ジィ演算手段２Ｇ（あるいは２Ｈ，２Ｉ）を選択し、こ
の選択されたファジィ演算手段２Ｇ（あるいは２Ｈ，２
Ｉ）のメンバーシップ関数に基づいて偏差Ｅの変化率Δ
Ｅから修正操作量ｈｖを演算し、操作量補正出力手段３
がＰＩＤ演算手段１からの操作量ｍｖと修正操作量ｈｖ
とを加算して操作量ｍｖを補正し、この加算値に対応す
る最終的な操作量ＭＶを制御対象の制御信号（例えばヒ
ータの駆動信号）として出力している。

【００４３】そして、上記のように構成されたＰＩＤ制
御装置では、第４実施例と同様に、ファジィ演算手段２
Ｇ，２Ｈ，２Ｉの中で、偏差Ｅの変化率ΔＥの上下限値
ΔＥＵ，ΔＥＤの範囲が一番大きい第１のファジィ演算
手段２Ｇがまず選択されて上述した修正操作量ｈｖが演
算され、この修正操作量ｈｖによりＰＩＤ演算手段１か
らの操作量ｍｖが補正されて最終的な操作量ＭＶが制御
対象の制御信号として出力される。以下、測定値ＰＶが
設定値ＳＶに近づくに連れて第２のファジィ演算手段２
Ｈ、第３のファジィ演算手段２Ｉが選択手段４によって
順に選択され、演算された修正操作量ｈｖによりＰＩＤ
演算手段１からの操作量ｍｖが補正されて最終的な操作
量ＭＶが制御対象の制御信号として出力される。

【００４４】次に、図９はＰＩＤ制御装置の第６実施例
を示している。この実施例によるＰＩＤ制御装置は、上
述した第４実施例および第５実施例のＰＩＤ制御装置を
組み合わせたもので、この実施例では、ファジィ演算手
段２として第１乃至第３の３つのファジィ演算手段２
Ｊ，２Ｋ，２Ｌを備え、各ファジィ演算手段２Ｊ，２
Ｋ，２Ｌにおける偏差Ｅの大きさの上下限値ＥＵ，ＥＤ
の範囲が例えばＥＤ＝−１０〜ＥＵ＝＋１０、ＥＤ２＝
−５〜ＥＵ２＝＋５、ＥＤ３＝−１〜ＥＵ３＝＋１、ま
た、偏差Ｅの変化率ΔＥの上下限値ΔＥＵ，ΔＥＤの範
囲が例えばΔＥＤ１＝−８〜ΔＥＵ１＝＋１２、ΔＥＤ
２＝−３〜ΔＥＵ２＝＋７、ΔＥＤ３＝＋１〜ΔＥＵ３
＝＋３と異なって可変とされており、選択手段４として
のデコード回路が測定値ＰＶと設定値ＳＶの偏差Ｅの変
化率ΔＥに基づいて何れかのファジィ演算手段２Ｊ（あ
るいは２Ｋ，２Ｌ）を選択し、この選択されたファジィ
演算手段２Ｊ（あるいは２Ｋ，２Ｌ）のメンバーシップ
関数に基づいて偏差Ｅおよび偏差Ｅの変化率ΔＥから修
正操作量ｈｖを演算し、操作量補正出力手段３がＰＩＤ
演算手段１からの操作量ｍｖと修正操作量ｈｖとを加算
して操作量ｍｖを補正し、この加算値に対応する最終的
な操作量ＭＶを制御対象の制御信号（例えばヒータの駆
動信号）として出力している。

【００４５】そして、上記のように構成されたＰＩＤ制
御装置では、第４実施例と同様に、ファジィ演算手段２
Ｇ，２Ｈ，２Ｉの中で、偏差Ｅの上下限値ＥＵ，ＥＤお
よび偏差Ｅの変化率ΔＥの上下限値ΔＥＵ，ΔＥＤの範
囲が一番大きい第１のファジィ演算手段２Ｊがまず選択
されて上述した修正操作量ｈｖが演算され、この修正操
作量ｈｖによりＰＩＤ演算手段１からの操作量ｍｖが補
正されて最終的な操作量ＭＶが制御対象の制御信号とし
て出力される。以下、測定値ＰＶが設定値ＳＶに近づく
に連れて第２のファジィ演算手段２Ｋ、第３のファジィ
演算手段２Ｌが選択手段４によって順に選択され、演算
された修正操作量ｈｖによりＰＩＤ演算手段１からの操
作量ｍｖが補正されて最終的な操作量ＭＶが制御対象の
制御信号として出力される。

【００４６】従って、上述した第４乃至第６の各実施例
では、偏差Ｅおよび偏差Ｅの変化率ΔＥに応じた各々異
なる範囲の上下限値ＥＵ，ＥＤ，ΔＥＵ，ΔＥＤでなる
ファジィ演算手段２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ（第４実施例）、２
Ｇ，２Ｈ，２Ｉ（第５実施例）、２Ｊ，２Ｋ，２Ｌ（第
６実施例）が順次選択的に切り換えられて操作量ｍｖの
補正を行っており、複数あるファジィ演算手段２Ｄ，２
Ｅ，２Ｆ（第４実施例）、２Ｇ，２Ｈ，２Ｉ（第５実施
例）、２Ｊ，２Ｋ，２Ｌ（第６実施例）は同時に稼働せ
ず、偏差Ｅあるいは偏差Ｅの変化率ΔＥに応じて順次切
り換えられ１台のみ稼働する構成なので、演算時間が従
来のものと変わらずに高精度な制御を行うことができ
る。

【００４７】ところで、上述した第６実施例では、ファ
ジィ演算手段２Ｊ，２Ｋ，２Ｌを偏差Ｅの大きさの上下
限値ＥＵ，ＥＤおよび偏差Ｅの変化率ΔＥの上下限値Δ
ＥＵ，ΔＥＤを可変とした構成について説明したが、偏
差Ｅの大きさあるいは偏差Ｅの変化率ΔＥの何れか一方
の上下限値ＥＵ，ＥＤ，ΔＥＵ，ΔＥＤを固定としても
よい。

【００４８】また、上述した各実施例では、ファジィル
ールを２つあるいは３つの場合を例にとって説明した
が、複数のルールを定めれば、さらに高精度な操作量の
補正を行うことができる。さらに、より細かい制御を行
う場合には、偏差Ｅの上下限値ＥＵ，ＥＤあるいは偏差
Ｅの変化率ΔＥの上下限値ΔＥＵ，ΔＥＤが異なるファ
ジィ演算手段２の台数を増すことで容易に実現すること
ができる。また、制御対象が時変化するような系に対し
ては、選択手段としてのデコーダ回路を工夫することに
よって安定制御を実現することができる。

【００４９】さらに、上述した各実施例において、ファ
ジィ演算手段２の調整則を変えることにより、温度等の
ように制御応答の緩やかな系から流量、圧力等のような
制御応答の速い系まで安定して制御を行うことができ
る。例えば、プログラムパターンのような制御のとき
は、次のファジィルールを追加する（図１０参照）。 （１Ａ）前回設定値変化が正で今回設定値変化がそのま
まならば、操作量を減らす。 （２Ａ）前回設定値変化が負で今回設定値変化がそのま
まならば、操作量を増す。 （３Ａ）前回設定値変化がそのままで今回設定値変化が
正ならば、操作量を増す。 （４Ａ）前回設定値変化がそのままで今回設定値変化が
負ならば、操作量を減らす。

【００５０】また、連続炉、トンネル炉等のように設定
値が時々刻々と変化する制御に対しても安定した制御を
実現することができる。さらに、カスケード接続による
制御、定値制御等においても、同様に安定した制御を行
うことができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＰＩＤ制
御装置によれば、あらゆる制御対象に対してオーバシュ
ートあるいはアンダシュートの生ずる度合を減少させて
測定値を設定値に対して速く収束させることができる。
また、ＰＩＤ定数の調整がそれほど厳密でなくラフに行
えるので、オペレータにかかる負担が軽減でき、調整時
間の短縮が図れ、演算時間が速く安定した制御を行うこ
とができる。また、請求項２のＰＩＤ制御装置によれ
ば、複数のファジィ演算手段は偏差Ｅあるいは偏差Ｅの
変化率ΔＥに応じて１台のみが選択されて順次稼働する
構成なので、演算時間が従来のものと変わらずに高精度
な制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＰＩＤ制御装置の第１実施例を示
すブロック構成図

【図２】同装置の第１実施例におけるファジィルールに
基づくファジィ制御手段の動作を説明するための図

【図３】本発明によるＰＩＤ制御装置の第２実施例を示
すブロック構成図

【図４】同装置の第２実施例におけるファジィルールに
基づくファジィ制御手段の動作を説明するための図

【図５】本発明によるＰＩＤ制御装置の第３実施例を示
すブロック構成図

【図６】同装置の第３実施例におけるファジィルールに
基づくファジィ制御手段の動作を説明するための図

【図７】本発明によるＰＩＤ制御装置の第４実施例を示
すブロック構成図

【図８】本発明によるＰＩＤ制御装置の第５実施例を示
すブロック構成図

【図９】本発明によるＰＩＤ制御装置の第６実施例を示
すブロック構成図

【図１０】調節計によって制御される温度のプログラム
パターンに対する制御量の推移の一例を示す図

【符号の説明】

１…ＰＩＤ演算手段、２（２Ａ〜２Ｌ）…ファジィ演算
手段、３…操作量補正出力手段、４…選択手段、ＳＶ…
設定値、ＰＶ…測定値、Ｅ…偏差、ΔＥ…変化率、ｍｖ
…操作量、ｈｖ…修正操作量、ＭＶ…最終的な操作量。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め設定された設定値と、制御対象から
   の測定値との偏差をＰＩＤ演算し、該ＰＩＤ演算された
   値に対応する操作量を出力するＰＩＤ制御装置におい
   て、 予め決められたファジィルールに従って前記偏差の大き
   さあるいは該偏差の変化率の少なくとも一方の上下限値
   が固定とされたメンバーシップ関数に基づいて前記制御
   対象からの測定値の偏差の大きさあるいは該偏差の変化
   率から修正操作量を演算するファジィ演算手段と、該フ
   ァジィ演算手段が演算した修正操作量に基づいて前記Ｐ
   ＩＤ演算された値を補正して操作量を出力する操作量補
   正出力手段とを備えたことを特徴とするＰＩＤ制御装
   置。
2. 【請求項２】 予め設定された設定値と、制御対象から
   の測定値との偏差をＰＩＤ演算し、該ＰＩＤ演算された
   値に対応する操作量を出力するＰＩＤ制御装置におい
   て、 予め決められたファジィルールに従って前記偏差の大き
   さあるいは該偏差の変化率の少なくとも一方の上下限値
   が可変とされたメンバーシップ関数に基づいて前記制御
   対象からの測定値の偏差の大きさあるいは該偏差の変化
   率から修正操作量を演算するファジィ演算手段と、前記
   偏差の大きさあるいは該偏差の変化率に応じて前記ファ
   ジィ演算手段を順次切り換えて選択する選択手段と、該
   選択手段により選択されたファジィ演算手段が演算した
   修正操作量に基づいて前記ＰＩＤ演算された値を補正し
   て操作量を出力する操作量補正出力手段とを備えたこと
   を特徴とするＰＩＤ制御装置。