JPH0580806A - Ｐｉｄ調節器 - Google Patents

Ｐｉｄ調節器

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JPH0580806A
JPH0580806A JP3241443A JP24144391A JPH0580806A JP H0580806 A JPH0580806 A JP H0580806A JP 3241443 A JP3241443 A JP 3241443A JP 24144391 A JP24144391 A JP 24144391A JP H0580806 A JPH0580806 A JP H0580806A
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pid
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好洋 長見
Yumi Saito
ゆみ 斉藤
Shimei Chiyou
志明 張
Tamio Ueda
民生 上田
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Omron Corp
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ＰＩＤ制御パラメータの設定のために、応答波
形を振動させることもなく、しかも、通常の閉ループ制
御とは別の試験的な立上げの必要もない自己調節型のＰ
ＩＤ調節器を提供する。 【構成】制御対象の特性を同定するために、ステップ操
作量を印加し、その応答波形に基づいて、無駄時間およ
び傾きを逐次算出し、それらが所定の条件に達すると、
ＰＩＤ制御に移行するとともに、そのときまでに得られ
た無駄時間および傾きに基づいて、ＰＩＤ制御パラメー
タを算出して設定するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＰＩＤ調節器に関し、
さらに詳しくは、制御対象に合わせてＰＩＤ制御パラメ
ータを自動的に最適値にする自己調節型のＰＩＤ調節器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種のＰＩＤ調節器において
は、制御対象に所定パターンの操作量を加えて応答波形
を振動させ、その応答波形から制御対象の特性を同定し
てＰＩＤ制御パラメータを適切に設定するリミットサイ
クル法によるオートチューニング、あるいは、制御対象
にステップ状の操作量を加えてその応答波形から制御対
象の特性を同定してＰＩＤ制御パラメータを設定し、そ
の後に通常の閉ループ制御を行うステップ応答法などに
よって制御対象に応じたＰＩＤ制御パラメータが決定さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
オートチューニングにあっては、応答波形を振動させる
ために、制御対象によっては適用できない場合や同定に
時間がかかる場合があるといった難点があり、一方、後
者のステップ応答法にあっては、制御対象の特性を同定
するために、通常の閉ループ制御に先立って試験的な立
上げを必要とするといった難点がある。
【０００４】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、ＰＩＤ制御パラメータの設定のために、応答
波形を振動させることなく、しかも、試験的な立上げの
必要のない自己調節型のＰＩＤ調節器を提供することを
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。
【０００６】すなわち、本発明は、ステップ応答法によ
って制御対象の特性を同定してＰＩＤ制御に移行する自
己調節型のＰＩＤ調節器であって、ステップ操作量を出
力するステップ操作量出力手段と、制御対象から得られ
る制御量と目標値との偏差に基づいて、操作量を出力す
るＰＩＤ制御手段と、制御対象の特性を同定するため
に、前記ステップ操作量を制御対象に印加するととも
に、制御量の変化に対応して逐次得られる無駄時間およ
び傾きが所定の条件に達したときには、ステップ操作量
の印加を停止して前記ＰＩＤ制御手段によるＰＩＤ制御
に移行する制御系切換手段と、前記ステップ操作量に対
する前記制御対象のステップ応答による制御量の変化に
基づいて、その変化に対応した前記無駄時間および前記
傾きを所定のサンプリング周期で逐次算出して出力する
同定手段と、前記所定の条件に達した後に、前記同定手
段で算出された前記無駄時間および前記傾きに基づい
て、ＰＩＤ制御パラメータを算出して前記ＰＩＤ制御手
段に設定する設定手段と、を備えている。
【０００７】
【作用】上記構成によれば、制御対象の特性を同定する
ために、ステップ操作量を印加し、その応答波形に基づ
いて、無駄時間および傾きを逐次算出し、それらが所定
の条件に達すると、ＰＩＤ制御に移行するとともに、そ
のときの無駄時間および傾きに基づいて、ＰＩＤ制御パ
ラメータを算出して設定するので、従来のオートチュー
ニングのように応答波形を振動させることなく、しか
も、ステップ応答に引き続いてＰＩＤ制御に移行できる
ことになる。
【０００８】
【実施例】以下、図面によって本発明の実施例につい
て、詳細に説明する。
【０００９】図１は、本発明の一実施例の機能ブロック
図である。
【００１０】この実施例のＰＩＤ調節器は、制御対象に
合わせてＰＩＤ制御パラメータを自動的に最適値にする
自己調節型の調節器であり、従来のように応答波形を振
動させることもなく、しかも、通常の閉ループ制御とは
別の試験的な立上げを不要とするために、次のように構
成している。
【００１１】すなわち、この実施例のＰＩＤ調節器１
は、目標値の変更時において、ステップ応答法によって
制御対象２の立ち上がり特性を同定し、その立ち上がり
時に逐次得られる無駄時間および傾きが所定の条件に達
した時に、ＰＩＤ制御に移行するとともに、それまでに
得られた無駄時間および傾きに基づいてＰＩＤ制御パラ
メータを算出し、同定が十分に行われたときには、算出
されたＰＩＤ制御パラメータを直ちに設定し、同定が十
分でないときには、さらに状態を監視し、新たに算出さ
れたＰＩＤ制御パラメータの比例ゲインと、予め設定さ
れているＰＩＤ制御パラメータの比例ゲインとの比較
し、算出されたＰＩＤ制御パラメータが、安全（安定）
側であるときには、算出されたＰＩＤ制御パラメータに
変更するものである。
【００１２】このため、この実施例では、図１に示され
るように、操作量１００％のステップ操作量を出力する
ステップ操作量出力手段３と、ＰＩＤ制御を行うＰＩＤ
制御手段４と、制御対象２の特性を同定するために、ス
テップ操作量を制御対象２に印加するとともに、後述の
同定手段５から逐次得られる無駄時間Ｌｎおよび傾きＲ
ｎが所定の条件に達したときに、ステップ操作量の印加
を停止してＰＩＤ制御手段４によるＰＩＤ制御に移行す
る制御系切換手段６と、ステップ操作量に対する制御対
象２のステップ応答による制御量の変化に基づいて、そ
の変化に対応した前記無駄時間Ｌｎおよび前記傾きＲｎ
を、後述のように所定のサンプリング周期で逐次算出し
て制御系切換手段６および設定手段７に出力する同定手
段５と、前記所定の条件に達した後に、同定手段５で算
出された前記無駄時間Ｌｎおよび前記傾きＲｎに基づい
て、ＰＩＤ制御パラメータを算出し、同定が十分に行わ
れたときにには、ＰＩＤ制御手段４のＰＩＤ制御パラメ
ータを、算出されたＰＩＤ制御パラメータに変更する設
定手段７とを備えている。
【００１３】制御系切換手段６は、目標値が変更され、
しかも、現在の制御量が比例帯外にあるときに、制御対
象２に印加する操作量を、ステップ操作量出力手段３か
らの最大ステップ操作量に切換えてＰＩＤ制御パラメー
タを設定するためのセルフチューニングに移行する。こ
のステップ操作量の印加は、同定手段５から逐次得られ
る無駄時間Ｌｎおよび傾きＲｎが、所定の条件に達した
とき、この実施例では、次の（１）式を満足しなくなっ
たときに、ステップ操作量の印加が停止されてＰＩＤ制
御手段４によるＰＩＤ制御に移行する。
【００１４】現在の制御量（ｙ）＋傾き（Ｒｎ’）×無
駄時間（Ｌｎ’）＜目標値 （１） ここで、Ｒｎ’は、それまでに算出された傾きＲｎの内
で最大の傾き Ｌｎ’は、その傾きＲｎ’に対応する無駄時間を示して
いる。
【００１５】すなわち、この実施例では、目標値を越え
てしまわない範囲でステップ操作量の印加を続行し、上
記（１）式を満足しなくなったときに、ＰＩＤ制御に移
行するものである。
【００１６】同定手段５は、ステップ操作量に対する制
御対象のステップ応答による制御量の変化に基づいて、
その変化に対応した無駄時間Ｌｎおよび傾きＲｎを、図
２に示されるようにして逐次算出して制御系切換手段６
および設定手段７に出力するものである。
【００１７】図２（Ａ）は初期状態が平衡のときの最大
傾きＲおよび無駄時間Ｌを示し、図２（Ｂ）は初期状態
が非平衡のときの最大傾きＲおよび無駄時間Ｌｎを示し
ている。この実施例では、傾きＲｎは、０.５ｓｅｃの
サンプリング周期で、８サンプリンングの平均値として
算出され、傾きＲｎの検出点は、前記８サンプリングの
中心点としており、無駄時間Ｌｎは、ステップ操作量を
印加した時点から前記傾きＲｎと図２のように交差する
時点までの時間として算出される。
【００１８】なお、最大傾きＲとは、ステップ操作量の
印加を続けたとしても、それ以上大きな傾きＲｎが得ら
れない最大の傾きをいい、同定が十分なされたときに
は、この最大傾きＲが得られることになる。
【００１９】このようにして同定手段５は、０.５ｓｅ
ｃ毎に、傾きＲｎおよび無駄時間Ｌｎを逐次算出する。
【００２０】この実施例の設定手段７は、上述の所定の
条件に達してステップ操作量の印加が終了した時点まで
に、同定手段５から最大傾きＲが正確に得られたか否か
を判定し、最大傾きＲが得られたときには、同定が十分
に行われたとしてその最大傾きＲおよび対応する無駄時
間Ｌに基づいて、ＰＩＤ制御パラメータを算出してＰＩ
Ｄ制御手段４に設定し、設定されたＰＩＤ制御パラメー
タでＰＩＤ制御を行う。
【００２１】また、所定の条件に達してステップ操作量
の印加が終了した時点までに、同定手段５から最大傾き
Ｒが得られなかったときには、同定が十分にできなかっ
たとして、後述のように、さらに無駄時間Ｌｎの期間に
亘って制御量を監視して傾きＲｎおよび無駄時間Ｌｎの
算出を継続し、それまでで最も大きな傾きＲｎおよび無
駄時間Ｌｎに基づいて、ＰＩＤ制御パラメータを算出
し、その比例ゲインＫｐが、ＰＩＤ制御手段４に予め設
定されているＰＩＤ制御パラメータの比例ゲインよりも
小さいとき、すなわち、安全側であるときに、ＰＩＤ制
御手段４のＰＩＤ制御パラメータを、算出されたＰＩＤ
制御パラメータに変更するものである。
【００２２】そして、後述のように、さらに無駄時間Ｌ
ｎの期間に亘って制御量を監視して傾きＲｎおよび無駄
時間Ｌｎの算出を継続し、それまでで最も大きな傾きＲ
ｎおよび無駄時間Ｌｎに基づいて、同じようにＰＩＤ制
御パラメータを算出し、その比例ゲインＫｐが、ＰＩＤ
制御手段４に予め設定されているＰＩＤ制御パラメータ
の比例ゲインよりも小さいとき、すなわち、安全側であ
るときに、ＰＩＤ制御手段４のＰＩＤ制御パラメータ
を、算出されたＰＩＤ制御パラメータに変更するもので
ある。
【００２３】以上のステップ操作量出力手段３、ＰＩＤ
制御手段４、制御系切換手段６、同定手段５および設定
手段７は、マイクロコンピュータによって構成されてい
る。
【００２４】次に、上述の動作を図３のフローチャート
に従って詳細に説明する。
【００２５】先ず、目標値が変更された否かを判断し
（ステップｎ１）、変更されたときには、現在の制御量
が、比例帯外にあるか否かを判断し（ステップｎ２）、
比例帯外にあるときには、セルフチューニングに移行し
て１００％のステップ操作量を印加し（ステップｎ
３）、制御対象のステップ応答による制御量の変化に基
づいて、その変化に対応した無駄時間Ｌｎおよび傾きＲ
ｎを逐次算出して同定を行う（ステップｎ４）。
【００２６】この同定によって得られる無駄時間Ｌｎお
よび傾きＲｎが、上述の（１）式を満たしているか否か
を判定し（ステップｎ５）、満たしているときには、ス
テップ操作量の印加（ステップｎ３）および同定（ステ
ップｎ４）を続行し、満たしていないときには、ステッ
プ操作量の印加を停止してＰＩＤ制御に移行し（ステッ
プｎ６）、その時点までの同定によって最大傾きＲが得
られたか否かを判断する（ステップｎ７）。
【００２７】最大傾きＲが得られたときには、同定が十
分になされたとして、その最大傾きＲおよび対応する無
駄時間Ｌに基づいて、ＰＩＤ制御パラメータを算出し
（ステップｎ８）、ＰＩＤ制御手段４のＰＩＤ制御パラ
メータを、その算出されたＰＩＤ制御パラメータに変更
して（ステップｎ９）終了する。
【００２８】また、ステップｎ７において、最大傾きＲ
が得られなかったときには、同定が十分にできなかった
として、それまでに得られた最大の傾きＲｎおよび無駄
時間Ｌｎに基づいて、ＰＩＤ制御パラメータを算出し
（ステップｎ１０）、その比例ゲインＫｐが、ＰＩＤ制
御手段４に予め設定されているＰＩＤ制御パラメータの
比例ゲインよりも大きい、すなわち、危険側であるか否
かを判断する（ステップｎ１１）。 ステップｎ１１に
おいて、比例ゲインが大きくない、すなわち、安全側で
あると判断したときには、ＰＩＤ制御手段４のＰＩＤ制
御パラメータを、算出されたＰＩＤ制御パラメータに変
更し（ステップｎ１２）、ステップｎ１３に移り、ま
た、比例ゲインが大きいときには、ＰＩＤ制御パラメー
タを変更することなく、ステップｎ１３に移る。
【００２９】ステップｎ１３では、ステップ操作量の印
加終了の後、さらに、無駄時間Ｌｎが経過するまで、傾
きＲｎおよび無駄時間Ｌｎを算出し、それまでの最大の
傾きＲｎおよび無駄時間Ｌｎに基づいて、ＰＩＤ制御パ
ラメータを算出し（ステップｎ１４）、その比例ゲイン
Ｋｐが、ＰＩＤ制御手段に設定されているＰＩＤ制御パ
ラメータの比例ゲインよりも大きいか否かを判断し（ス
テップｎ１５）、比例ゲインが大きくないと判断したと
きには、算出されたＰＩＤ制御パラメータをＰＩＤ制御
手段に設定し（ステップｎ１６）て終了し、比例ゲイン
が大きいときには、既に設定されているＰＩＤ制御パラ
メータがより適しているとしてＰＩＤ制御パラメータを
変更することなく、終了する。
【００３０】このように目標値変更時の立ち上がり特性
から同定を行ってＰＩＤ制御に移行するので、従来のよ
うに応答波形を振動させることもなく、しかも、通常の
閉ループ制御とは別の試験的な立上げも不要となる。
【００３１】さらに、この実施例では、最大傾きＲが得
られなかったとき、すなわち、同定が不十分であったと
きには、ＰＩＤ制御に移行した後、比例ゲインを比較す
ることによってＰＩＤ制御パラメータを変更するか否か
を判定するので、ＰＩＤ制御パラメータが危険側に変更
されることがなく、したがって、制御系が不安定になり
にくい。
【００３２】上述の実施例では、立ち上がり特性から同
定を行ったけれども、本発明では、立ち下がり特性から
同定を行うことも同様にできるのは勿論である。
【００３３】また、上述の実施例では、比例ゲインを比
較してＰＩＤ制御パラメータを変更するか否かを判定し
たけれども、本発明の他の実施例として、比例ゲインを
比較することなく、直ちにＰＩＤ制御パラメータを変更
するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、制御対象
の特性を同定するために、ステップ操作量を印加し、そ
の応答波形に基づいて、無駄時間および傾きを逐次算出
し、それらが所定の条件に達すると、ＰＩＤ制御に移行
するとともに、そのときの無駄時間および傾きに基づい
て、ＰＩＤ制御パラメータを算出して設定するので、従
来のオートチューニングのように応答波形を振動させる
ことなく、しかも、ステップ応答に引き続いてＰＩＤ制
御に移行できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の機能ブロック図である。
【図２】傾きＲｎおよび無駄時間Ｌｎの算出を説明する
ための波形図である。
【図３】動作説明に供するフローチャートである。
【符号の説明】
２ 制御対象 ３ ステップ操作量出力手段 ４ ＰＩＤ制御手段 ５ 同定手段 ６ 制御系切換手段 ７ 設定手段
フロントページの続き (72)発明者 上田 民生 京都市右京区花園土堂町10番地 オムロン 株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ステップ応答法によって制御対象の特性を
    同定してＰＩＤ制御に移行する自己調節型のＰＩＤ調節
    器であって、 ステップ操作量を出力するステップ操作量出力手段と、 制御対象から得られる制御量と目標値との偏差に基づい
    て、操作量を出力するＰＩＤ制御手段と、 制御対象の特性を同定するために、前記ステップ操作量
    を制御対象に印加するとともに、制御量の変化に対応し
    て逐次得られる無駄時間および傾きが、所定の条件に達
    したときには、ステップ操作量の印加を停止して前記Ｐ
    ＩＤ制御手段によるＰＩＤ制御に移行する制御系切換手
    段と、 前記ステップ操作量に対する前記制御対象のステップ応
    答による制御量の変化に基づいて、その変化に対応した
    前記無駄時間および前記傾きを所定のサンプリング周期
    で逐次算出して出力する同定手段と、 前記所定の条件に達した後に、前記同定手段で算出され
    た前記無駄時間および前記傾きに基づいて、ＰＩＤ制御
    パラメータを算出して前記ＰＩＤ制御手段に設定する設
    定手段と、 を備えることを特徴とするＰＩＤ調節器。
  2. 【請求項２】前記ステップ操作量出力手段は、最大ステ
    ップ操作量を出力するものである前記請求項第１項に記
    載のＰＩＤ調節器。
  3. 【請求項３】前記設定手段は、算出されたＰＩＤ制御パ
    ラメータの比例ゲインが、前記ＰＩＤ制御手段に予め設
    定されているＰＩＤ制御パラメータの比例ゲインよりも
    小さいときにのみ前記算出されたＰＩＤ制御パラメータ
    を設定するものである前記請求項第１項または第２項に
    記載のＰＩＤ調節器。
JP24144391A 1991-09-20 1991-09-20 Ｐｉｄ調節器 Expired - Lifetime JP3275327B2 (ja)

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EP92308555A EP0533498B1 (en) 1991-09-20 1992-09-18 PID control unit
DE69216733T DE69216733T2 (de) 1991-09-20 1992-09-18 PID-Regeleinrichtung
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