JPH06168003A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短時間で目標値を繰返し変更しても積分動作
による制御系への悪影響を抑え、併せてリセットワイン
ドアップ現象の防止を可能にする。 【構成】 減算部１は目標値ＳＶｎと入力信号ＰＶｎか
ら制御偏差Ｅｎを比例演算部３、微分演算部５、積分演
算部７および積分制御部１１へ出力する。比例演算部
３、微分演算部５および積分演算部７からＰｎ、Ｄｎ、
Ｉｎを加算部９へ出力する。加算部９はＰＩＤｎ出力を
出力信号ＭＶｎとして出力する。積分制御部１１は制御
偏差Ｅｎがある範囲を越えたとき積分演算部７の積分処
理を停止してＩｎ値を固定する。積分処理停止部２９は
目標値ＳＶｎの変更を検出し、変更検出時点から所定期
間だけ積分演算処理を停止させ、かつ変更検出時点の積
分値を保持させるよう積分制御部１１を介して積分演算
部７を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は少なくとも積分演算を行
なう制御装置に係り、例えば温度、圧力、流量等のプロ
セス量を制御するプロセス制御ループ系、産業用ロボッ
ト等の機械装置を制御するメカニカル制御ループ系、そ
の他汎用の制御ループ系に用いて好適する制御装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の制御装置は目標値ＳＶと制御対
象からの入力信号ＰＶとの制御偏差を比例演算、積分演
算および微分演算してその制御対象への出力信号ＭＶを
出力するＰＩＤ制御が主流である。このＰＩＤ制御で
は、積分演算が入力信号ＰＶと目標値ＳＶの定常的な制
御偏差を零にする機能を有する反面、図１１に示すよう
に、目標値ＳＶの変更による大きな制御偏差の発生に対
して常に積分演算を実行すると過積分となり、入力信号
ＰＶが目標値ＳＶを行過ぎてしまう、いわゆるリセット
ワインドアップ現象が発生する。

【０００３】そこで、積分演算を含む制御装置ではリセ
ットワインドアップ現象を防ぐために、積分演算を抑制
する機能を付加するのが一般的である。図１２は従来の
制御装置の一例を示すブロック図である。この図１２で
は、目標値ＳＶｎから入力信号ＰＶｎを減算部１で減算
して得た制御偏差Ｅｎを比例演算部３、微分演算部５お
よび積分演算部７に加え、これら比例演算部３、微分演
算部５および積分演算部７からの演算出力Ｐｎ、Ｄｎ、
Ｉｎを加算部９で加算して出力信号ＭＶｎを得る一方、
積分制御部１１を設けて制御偏差Ｅｎが一定範囲を越え
たときその積分演算部７の積分処理を停止して積分出力
Ｉｎをある値に固定し、リセットワインドアップ現象を
防ぐ構成となっている。

【０００４】図１３は従来の別の制御装置を示すもの
で、いわゆる速度形ＰＩＤ構成と呼ばれるものである。
この構成は、減算部１で目標値ＳＶｎから入力信号ＰＶ
ｎを減算して得た制御偏差Ｅｎを比例変化分演算部１３
および積分変化分演算部１５へ加えるとともに入力信号
ＰＶｎを微分変化分演算部１７へ加え、これら比例変化
分演算部１３、積分変化分演算部１５および微分変化分
演算部１７からの演算出力ΔＰｎ、ΔＩｎ、ΔＤｎを加
算部１９で加減算して得たＰＩＤ変化出力ΔＰＩＤｎを
速度／位置形変換部２１へ加え、このＰＩＤ変化出力Δ
ＰＩＤｎとこれより一時点前（ｎ−１時点）のＰＩＤ出
力ＰＩＤｎ−１から速度／位置形変換部２１でＰＩＤ出
力ＰＩＤｎを得て、出力リミッタ２３を介して出力信号
ＭＶｎを出力するようになっている。

【０００５】しかも、ＰＩＤ出力ＰＩＤｎが出力リミッ
タ２３の上限値ＭＨ又は下限値ＭＬを越えたとき、変換
制御部２５によってＰＩＤ変化出力ΔＰＩＤｎのうち制
限値（ＭＬ又はＭＨ）を越えた分を切捨てるように速度
／位置形変換部２１を制御することにより、過積分を抑
制して入力信号ＰＶの行過量を小さくしている。さら
に、図１４は別の従来例を示すブロック図であり、図１
３と類似するいわゆる位置形ＰＩＤ構成と呼ばれるもの
である。

【０００６】図１４において、減算部１からの制御偏差
Ｅｎを比例演算部３および積分演算部７に加える一方、
入力信号ＰＶｎを微分演算部５へ加え、これら比例演算
部３、積分演算部７および微分演算部５からの演算出力
Ｐｎ、Ｉｎ、Ｄｎを加算部１９で加減算して得られたＰ
ＩＤ出力ＰＩＤｎを出力リミッタ２３を介して出力信号
ＭＶｎとして出力するとともに、ｎ時点のＰＩＤ出力Ｐ
ＩＤｎが出力リミッタ２３の上限値ＭＨ又は下限値ＭＬ
を越えるとき、積分制御部２７によって積分演算部７か
らの積分出力ＩｎをＭＨ−（Ｐｎ−Ｄｎ）又はＭＬ−
（Ｐｎ−Ｄｎ）に修正制御し、これによって過積分を抑
制して入力信号ＰＶの行過量を小さくできるようになっ
ている。

【０００７】このように、図１３および図１４に示す従
来構成では、ＰＩＤ出力が出力リミッタ２３でリミット
されると、制御偏差Ｅがあってもそれ以上ＰＩＤ出力を
リミット方向へ増加又は減少させないように積分値を修
正し、ＰＩＤ出力が出力リミッタ２３の制限範囲内にあ
るときだけ制御偏差Ｅに対する積分処理を実行して過積
分を防止し、目標値ＳＶに対する入力信号ＰＶの行過量
を抑えている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図１２の制御装置では、目標値ＳＶを変更する際の誤
操作等に起因して、入力信号ＰＶの応答時間に比べて短
時間でその目標値ＳＶの変更が繰返された場合、図１５
のような不都合が生じる。例えば、図１５中のの時点
で目標値ＳＶを幅１／Ｋｐ（Ｋｐ：比例定数）以上減少
させると、積分制御部によって積分出力が停止されて入
力信号ＰＶの下方向への行過量を抑えるために、積分値
が１００％に固定されるが、入力信号ＰＶがほとんど変
動していないのタイミングで目標値ＳＶを元の値に戻
すと積分演算が１００％から始り、実際には制御偏差Ｅ
がほとんどないにもかかわらず大きな出力信号ＭＶが出
力され、入力信号ＰＶが余分に乱れてしまう。

【０００９】図１３および図１４の構成でも、同様に目
標値変更時の誤操作等に起因して入力信号ＰＶの応答時
間に比べて短時間で目標値ＳＶの変更を繰り返すと、図
１６のような不具合が発生する。すなわち、図１６の
の時点でＰＩＤ出力ＰＩＤが出力リミッタ２３の下限値
ＭＬ未満になるような目標値ＳＶの変更を行なうと、Ｐ
ＩＤ出力ＰＩＤが下限値ＭＬになるように積分出力が変
更され、その後短時間で元の目標値ＳＶに戻されると
（の時点）、変更された値から積分演算が開始されて
出力信号ＭＶが元の値よりも積分変更分だけ高くなって
しまい、同様に入力信号ＰＶが余分に乱れてしまう。

【００１０】なお、図１３の変換制御部２５又は図１４
の積分制御部２７がない場合のＰＩＤ出力ＰＩＤの動き
を破線で示している。本発明はこのような従来の欠点を
解決するためになされたもので、誤操作等に起因して短
時間のうちに目標値ＳＶを繰返し変更させても、リセッ
トワインドアップ現象の防止機能を確保しつつ積分処理
動作による制御系への悪影響を抑えることができる制御
装置を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、入力信号を目標値に一致させるよう
に少なくとも比例演算および積分演算を行って出力信号
を得る制御装置であり、その目標値の変更を検出し、か
つその目標値変更検出時点から所定期間だけその積分演
算処理を停止させるとともにその検出時点の積分値を保
持させる積分処理停止部を具備したものである。そし
て、本発明は、比例演算、積分演算および微分演算から
なるＰＩＤ演算を行って上記出力信号を出力させるとと
もに、その積分処理停止部における積分演算処理の停止
期間をそのＰＩＤ演算における積分時間又は微分時間の
定数倍とすると良い。

【００１２】また、本発明は、目標値変更検出時点の入
力信号と目標値との制御偏差が所定範囲を越えていると
きに上記積分処理停止部が機能するよう構成可能であ
る。さらに、本発明は、目標値変更検出時点の出力信号
が所定範囲を越えているときに上記積分処理停止部が機
能するよう構成可能である。

【００１３】

【作用】そのような手段を備えた本発明では、積分処理
停止部が目標値変更を検出して一定時間積分演算に係る
通常処理を停止するとともにその変更時点の積分値を保
持させるから、入力信号の応答時間に比べて短い時間で
目標値を繰返し変更しても積分値が変更されず、出力信
号が不適切な離れた値にならない。そして、積分処理停
止部における積分演算処理の停止期間をＰＩＤ演算の積
分時間又は微分時間の定数倍に選定する構成では、それ
ら積分時間や微分時間が一般に制御対象のむだ時間を基
準に算出されることから、積分演算の通常処理を停止す
る時間が入力信号のあまり変化しない時間となって入力
信号ＰＶの行過量にほとんど影響しない。また、その変
更検出時点の入力信号と目標値との制御偏差が所定範囲
を越えているときや、変更検出時点の出力信号が所定範
囲を越えているときに上記積分処理停止部が機能する構
成では、実害のない小さな目標値の変更では動作実行さ
れない。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。なお、従来例と共通する部分には同一の符号を付
す。図１は本発明に係る制御装置の一実施例を示すブロ
ック図である。図１において、目標値ＳＶｎから入力信
号ＰＶｎを減算して制御偏差Ｅｎを出力する減算部１は
比例演算部３、微分演算部５、積分演算部７および積分
制御部１１に接続されており、これら比例演算部３、微
分演算部５および積分演算部７は演算出力Ｐｎ、Ｄｎ、
Ｉｎを出力するもので加算部９に接続され、ＰＩＤ演算
部として機能している。積分制御部１１は積分演算部７
に接続されており、制御偏差Ｅｎが一定範囲を越えたと
き積分演算部７の積分処理を停止して積分出力Ｉｎをあ
る値に固定するものである。

【００１５】これら減算部１、比例演算部３、微分演算
部５、積分演算部７、加算部９および積分制御部１１の
動作は上述した図１２と同様であり、本発明では積分制
御部１１に積分処理停止部２９を接続した点に特徴を有
する。この積分処理停止部２９は、目標値ＳＶｎの変更
を検出し、その目標値変更検出時点から所定期間だけ積
分演算処理を停止させるとともに変更検出時点の積分値
を保持させるよう積分制御部１１を介して積分演算部７
を制御するものである。しかも、積分処理停止部２９
は、微分演算部５の微分時間又は積分演算部７の積分時
間の定数倍を積分演算処理の停止期間とするとともに、
目標値変更検出時点の制御偏差Ｅｎが所定範囲を越えて
いるとき機能するよう構成されており、例えば図２に示
すようになっている。

【００１６】もっとも、後述するように積分処理停止部
は、目標値変更検出時点の出力信号ＭＶｎが所定範囲を
越えているときに機能するよう構成可能である（図７お
よび図９参照）。図２において、記憶部３１はｎ時点の
目標値ＳＶｎを記憶するものであって比較部３３に接続
されており、比較部３３は目標値ＳＶｎと記憶部３１に
保持された目標値すなわちｎ−１時点の目標値ＳＶｎ−
１とを比較して目標値ＳＶｎが変化したとき（ＳＶｎ≠
ＳＶｎ−１のとき）、変化検出信号ｄ１を「０」から
「１」に変化して出力するものであり、これら記憶部３
１および比較部３３にて目標値変更検出部３５が形成さ
れている。

【００１７】比較部３３は条件判断部３７を形成する２
入力ＡＮＤゲート３９の一方の入力端に接続されてお
り、他方の入力端には積分制御部１１からの後述する条
件信号ｄ２が入力されるようになっており、比較部３３
からの変化検出信号ｄ１とその条件信号ｄ２のＡＮＤ論
理信号が停止信号発生部４１へ出力される。停止信号発
生部４１はＡＮＤ論理信号が「１」になると、一定時間
Ｔｘだけ積分処理停止信号ｄ３を「０」から「１」へ変
化させて図１の積分制御部１１へ出力する機能を有して
いる。積分処理停止信号ｄ３は積分制御部１１を介して
積分演算部７における（１）積分値の変更（初期化又は
リセット）の停止および（２）積分値の保持（通常積分
の停止）を行なわせるものである。

【００１８】従って、目標値ＳＶｎが変化したとき積分
処理停止部２９から積分処理停止信号ｄ３が出力され、
これによって積分演算部７が例えばリセットワインドア
ップ現象防止用の積分値の変更を停止させるとともに積
分値を保持して保持積分値を出力する。ここで、上述し
た条件信号ｄ２について説明する。条件信号ｄ２は論理
信号であって、例えば制御偏差Ｅｎを条件とする場合
は、 ＡＢＳ（Ｅｎ）＞１／Ｋｐ ……（ここでＡＢＳ（Ｅ
ｎ）はＥｎの絶対値、Ｋｐは比例演算部３の比例ゲイ
ン） の時に条件信号ｄ２を「０」から「１」に変化させるよ
うにすればよく、上述した積分制御部１１はそれに合せ
て形成される。

【００１９】なお、後述する図７および図９の実施例の
ように出力信号ＭＶｎの範囲を条件とする場合は、ＰＩ
Ｄｎ＞ＭＨ又はＰＩＤｎ＜ＭＬの時に条件信号ｄ２を
「０」から「１」に変化させればよい。もっとも、本発
明において条件信号ｄ２は必ずしも必要ではないし、目
標値ＳＶｎをステップ的にしか変更できない小型の制御
装置では条件信号ｄ２を省略できる。

【００２０】しかし、上述したように条件信号ｄ２との
ＡＮＤ論理信号によって動作させる構成では、小さな目
標値ＳＶの変更等と言った制御に実害のない動作時に積
分停止処理部２９を動作させないようにできるため、目
標値ＳＶが時間関数的に変化する場合や、目標値ＳＶの
単位時間当りの変化量を制限する変化率リミッタ（図示
せず）が制御装置に付加されている場合に有効である。
次に、上述した停止信号発生部４１から出力される積分
処理停止信号ｄ３の出力期間である一定時間Ｔｘについ
て説明する。

【００２１】この一定時間Ｔｘは、制御装置の図示しな
い操作パネル等から設定入力されたＰＩＤ演算部の積分
時間ＴＩまたは微分時間ＴＤに基づき停止信号発生部４
１である定数倍に自動的にセットされたものである。一
般に、ＰＩＤ制御においては、比例ゲインＫｐ、積分時
間ＴＩおよび微分時間ＴＤの３つの定数を制御対象に応
じて調整する必要があり、この調整方法として最もポピ
ュラーなものにジーグラ・ニコルスの方法がある。

【００２２】この方法によると、積分時間ＴＩおよび微
分時間ＴＤは次のように調整することが推奨されてい
る。 ＴＩ＝２Ｌ ＴＤ＝０．５Ｌ …（Ｌは制御対象の等価むだ時間） そこで、例えば Ｔｘ＝ＴＤ又は（Ｔｘ＝ＴＩ／４）＝０．５Ｌ とすれば、積分処理停止部２９によって通常の全ての積
分処理が停止している時間は、制御対象の等価むだ時間
の半分の時間であり、この時間内であれば通常の積分処
理内の過積分防止機能はほとんど影響を受けず、行過量
の抑制効果が損われない。

【００２３】また、一般に微分演算は、図３に示すよう
に、不完全微分演算が行なわれているが、同図のように
微分演算の入力にステップ状の信号Ｘ（ｔ）が加わった
時、微分演算出力Ｙ（ｔ）は微分時間ＴＤ後にはピーク
値（ｘ／α）のｅｘｐの（−１／α）乗、通常１／αが
６程度に選ばれるから、ピーク値の約０．２５％まで減
衰する。この図３において符号Ｓはラプラス演算子、符
号ＴＤは微分時間、符号１／αは微分ゲイン、符号ｔは
時間である。

【００２４】すなわち、停止信号発生部４１の一定時間
Ｔｘを微分時間ＴＤに等しくしても、目標値ＳＶのステ
ップ的変更による制御偏差Ｅのステップ的な変化に対す
る微分出力Ｄがほとんど影響しなくなる。上述した従来
例に係る図１３および図１４の構成において、制御偏差
Ｅに対して微分演算を行なった場合、目標値ＳＶのステ
ップ的な変更でＰＩＤ演算結果が出力リミッタの上限値
ＭＨ又は下限値ＭＬを超えた場合、この目標値ＳＶのス
テップ的な変化による微分演算出力がかなり残っている
間に図１３の変換制御部２５又は図１４の積分制御部２
７によって積分値を変更すると、その残っている微分演
算出力分だけ出力信号ＭＶが制御偏差Ｅをなくす方向と
は逆方向に引戻される引戻し現象が発生する。

【００２５】そのため、図１３および図１４は制御偏差
Ｅではなく、入力信号ＰＶを微分するように構成されて
いる。この点、本発明のように一定時間を微分時間ＴＤ
に一致させる（Ｔｘ＝ＴＤ）ことで目標値ＳＶの変更時
において引戻し現象がほとんど発生しなくなる。従っ
て、本発明では図７および図９のように制御偏差Ｅに対
して微分する構成が可能となる。

【００２６】実際には、Ｔｘ＝βＴＩ又はＴｘ＝γＴＤ
とすることになる。ここでβ≒０．２５、γ≒１であ
る。図４に積分処理停止部２９の動作タイミングチャー
トを示す。これによれば、図４中の後半のように、積分
処理停止期間Ｔｘ中に再度積分処理停止条件が成立した
場合は、その都度その時点からＴｘ期間だけ積分処理が
停止される。次に、上述した図１の制御装置の動作を簡
単に説明する。なお、減算部１、比例演算部３、微分演
算部５、積分演算部７および加算部９の動作は従来例と
同様であるから、これらによるＰＩＤ演算の説明は省略
する。

【００２７】まず、図１における積分処理停止部２９が
ない構成では、積分演算部７の動作は次のようになる。 通常積分の場合（ＡＢＳ（Ｅｎ）＜１／Ｋｐのとき、但
しＡＢＳ（Ｅｎ）はＥｎの絶対値） Ｉｎ＝Ｉ（ｎ−１）＋ΔＩｎ＝Ｉ（ｎ−１）＋ＫＩ・Ｅ
ｎ、（ＫＩ＝Ｋｐ・τ／ＴI ） 積分停止の場合（Ｅｎ＞１／Ｋｐのとき） Ｉｎ＝０．０（０％） Ｉ（ｎ−１）＝Ｉｎ 積分停止の場合（Ｅｎ＜−１／Ｋｐのとき） Ｉｎ＝１．０（１％） Ｉ（ｎ−１）＝Ｉｎ （ここで、符号τはサンプル周期、符号Ｉ（ｎ−１）は
（ｎ−１）時点の積分値、符号Ｉｎはｎ時点の積分値、
符号ＫＩは積分ゲイン、符号Ｋｐは比例定数および符号
ＴＩは積分時間である。）のように積分制御部１１によ
って制御偏差Ｅｎの大小に基づいて積分処理が行なわれ
る。

【００２８】これに積分処理停止部２９が付加された構
成では、積分処理停止部２９の条件信号ｄ２に積分停止
が行なわれる条件を合せれば良いから、積分制御部１１
から条件信号ｄ２を加える構成となる。従って、Ｅｎ＞
１／Ｋｐ又はＥｎ＜−１／Ｋｐのときに目標値ＳＶの変
更が行なわれると、積分処理停止信号ｄ３が一定時間Ｔ
ｘだけ「１」になり、積分制御部７の積分停止処理の代
りに積分値を保持してＩｎ＝Ｉ（ｎ−１）となる。

【００２９】上述した本発明の制御装置は、実際にはＣ
ＰＵやこのＣＰＵの動作プログラムを内蔵したＲＯＭ等
を含むマイクロコンピュータによって実施されるのが一
般的である。そこで、上述した制御装置の動作を図６の
フローチャートを参照して説明する。これによって本発
明の制御装置が一層良く理解されるであろう。なお、以
下の処理はサンプリング周期（τ）毎に実行される。

【００３０】図６において、積分処理が開始されるとス
テップ６０１で制御偏差Ｅｎの値が比較され、−１／Ｋ
ｐより小さい場合にはステップ６０２で目標値ＳＶｎが
ＳＶｎ−１に等しいか否かすなわち目標値が変化したか
否か比較され、目標値ＳＶｎが変化しておらずＹＥＳの
場合にはステップ６０３に移って一定時間Ｔｘが経過し
たか否か比較される。一定時間Ｔｘが経過してカウント
が「０」となってステップ６０３がＹＥＳの場合には、
ステップ６０４で積分値Ｉｎを「１．０」にリセットし
てステップ６０８へ移り、ステップ６０８では「Ｉ（ｎ
−１）」を「Ｉｎ」にして積分処理を終了する。

【００３１】一定時間Ｔｘが経過しておらずカウントが
「０」となっていない場合にはステップ６０３がＮＯと
なり、ステップ６０６でカウント値から「１」を減算し
てステップ６０７で積分値Ｉｎを「Ｉｎ−１」に保持し
てステップ６０８を経て処理を終了する。目標値ＳＶｎ
が変化していてステップ６０２がＮＯの場合には、ステ
ップ６０５でカウント値をβＴＩ／τ又はγＴＤ／τに
設定してステップ６０７へ移り、ステップ６０８を経て
処理を終了する。

【００３２】また、制御偏差Ｅｎが１／Ｋｐより大きい
場合にはステップ６０１からステップ６０９に移り、ス
テップ６０９で目標値ＳＶｎの変化が検出され、検出さ
れないでＮＯの場合にはステップ６０５、ステップ６０
７およびステップ６０８を経て処理を終了する。目標値
ＳＶｎの変化が検出されてステップ６０９がＹＥＳの場
合には、ステップ６１０でカウントが「０」か否か比較
され一定時間Ｔｘを経過したか否か判別され、一定時間
Ｔｘが経過してＹＥＳであればステップ６１１で積分値
Ｉｎを「０．０」にリセットしてステップ６０８へ移
り、一定時間Ｔｘが経過しておらずにステップ６１０が
ＮＯの場合にはステップ６１２でカウント値から「１」
を減算してステップ６０７からステップ６０８を経て処
理を終了する。

【００３３】制御偏差Ｅｎが−１／Ｋｐと１／Ｋｐの間
にある場合、すなわち通常の積分処理の場合にはステッ
プ６０１からステップ６１３に移り、ステップ６１３で
カウントを「０」にしてステップ６１４で積分値「Ｉ
ｎ」を「ＫＩ・Ｅｎ＋Ｉ（ｎ−１）」にしてステップ６
０８へ移る。このように本発明の制御装置では、目標値
ＳＶの変更を検出して一定時間積分演算処理を停止する
とともにその変更時点の積分値を保持させる積分処理停
止部２９を設けたから、入力信号ＰＶの応答時間に比べ
て短い時間で目標値ＳＶの変更を繰返しても積分値が変
更されず、出力信号ＭＶが離れた値にならず、入力信号
ＰＶが余分に乱れない。

【００３４】そして、積分処理停止部２９における積分
演算停止期間をＰＩＤ演算の積分時間又は微分時間の定
数倍に選定するから、その停止処理が入力信号ＰＶの行
過量にほとんど影響しない。しかも、それらＰＩＤ演算
の積分時間又は微分時間は一般に制御装置における操作
設定項目であるから、操作パネル等から設定するだけで
連動させて設定可能となる。また、その変更検出時点の
制御偏差Ｅが所定範囲を越えていないとき積分処理停止
部２９を動作させないから、実害のないような小さな目
標値の変更では動作せず、目標値を時間的に変化させる
プログラム制御や、目標値の単位時間当りの変化量を規
制する目標値変化率リミッタが付加されていても、適切
な動作が行なえる。

【００３５】本発明に係る制御装置による応答改善のよ
うすを図５に示す。図５において時点の目標値ＳＶの
変更応答に関しては従来例と本発明による差異は見られ
ない。この例では積分処理停止時間Ｔｘが制御対象のむ
だ時間より少し短くセットされるため、目標値変更時点
からＴｘ時間後に過積分停止処理を働かせても、従来例
のように目標値変更時点からずっと過積分防止処理を働
かせても、行過ぎ量抑制効果に差異はほとんどない。

【００３６】次に、のタイミングで目標値ＳＶを低下
させてから短い時間で目標値ＳＶを元に戻したときに
は、同図破線の従来例では過積分防止処理で積分値が変
更されてしまうため、の時点で制御偏差Ｅがほとんど
ないにもかかわらず元の出力信号値に戻らずに大きな出
力信号ＭＶが出てしまい、入力信号ＰＶを必要以上に乱
して制御に悪影響を与える。一方、図５の実線の本発明
では、の時点で目標値ＳＶが変更されると、その時点
からＴｘ時間の間通常の積分に係る過積分防止処理が停
止されるとともにの時点の積分値を保持する。

【００３７】しかも、このときＴｘ時間は目標値変更に
係る微分出力パルスがほとんどなくなる時間であり、入
力信号ＰＶもほとんど動かず、比例出力もほとんど出力
されないため、結局の時点で目標値ＳＶが元の値に戻
されると、出力信号ＭＶが元の値近くに戻り、入力信号
ＰＶの乱れが最小限に抑えられている。次に本発明に係
る制御装置の他の実施例を説明する。図７の制御装置
は、図１３の従来例に本発明を適用した例で速度型のＰ
ＩＤ構成を示すブロック図である。

【００３８】この構成では、微分変化分演算部１７への
入力が制御偏差Ｅｎに変更されている以外、減算部１、
比例変化分演算部１３、積分変化分演算部１５、微分変
化分演算部１７、加算部１９等のＰＩＤ構成や、速度／
位置形変換部２１、出力リミッタ２３および変換制御部
２５の構成は図１３と同様であるから、その説明を省略
する。図７中の積分処理停止部４３は、上述した図１お
よび図２の積分処理停止部２９とほぼ同一であり、目標
値ＳＶｎの変更を検出し、その目標値変更検出時点から
所定期間Ｔｘだけ積分演算処理を停止させるとともに変
更検出時点の積分値を保持させるよう変換制御部２５を
介して速度／位置形変換部２１を制御するものである。

【００３９】しかも、積分処理停止部４３は、微分演算
部５の微分時間又は積分演算部７の積分時間の定数倍を
積分演算処理の停止期間とするとともに、変更検出時点
のＰＩＤ出力ＰＩＤｎが所定範囲、例えば制限値ＭＬ又
はＭＨを越えているときに機能するよう構成されてい
る。この図７に示す構成の動作を説明すると次のように
なる。まず、積分処理停止部４３がない場合の速度形／
位置形変換の処理は以下のようになる。

【００４０】通常変換 ＭＬ≦ＰＩＤｎ≦ＭＨのとき ＰＩＤｎ＝ＰＩＤｎ−１＋ΔＰＩＤｎ ＰＩＤ（ｎ−１）＝ＰＩＤｎ 制限変換 ＰＩＤｎ＞ＭＨのとき ＰＩＤｎ＝ＭＨ ＰＩＤ（ｎ−１）＝ＭＨ ＰＩＤｎ＜ＭＬのとき ＰＩＤｎ＝ＭＬ ＰＩＤ（ｎ−１）＝ＭＬ この様に、変換制御部２５によってＰＩＤ出力信号ＰＩ
Ｄｎの大小に基づいた速度形から位置形への変換が行な
われる。

【００４１】これに対して積分処理停止部４３を付加し
た場合には以下のようになる。積分処理停止部４３への
条件信号ｄ２は、ＰＩＤ出力ＰＩＤｎが制限値ＭＬ又は
ＭＨを越えた場合、変換制御部２５からそれを出力す
る。そして、ＰＩＤｎ＞ＭＨ又はＰＩＤｎ＜ＭＬのとき
に目標値変更が行なわれると、積分処理停止信号ｄ３が
一定時間Ｔｘだけ「１」となり、変換制御部２５の処理
すなわちＰＩＤ出力ＰＩＤｎを制限値ＭＬ又はＭＨで置
換える処理を停止させるとともに、ＰＩＤ出力ＰＩＤｎ
をＰＩＤｎ−ΔＩｎにする。ここでΔＩｎはｎ時点の積
分変化分である。

【００４２】これは位置形ＰＩＤ構成において積分値の
変更を停止し、積分値を一定時間Ｔｘだけ保持すること
に等価である。もっとも、速度形ＰＩＤ構成では、位置
形構成ように積分値ＩｎがＰＩＤｎ演算式中に明確な項
目形式（陽の形）で存在せず、項目中に隠れた形（陰の
形）で含まれるため、ＰＩＤ出力ＰＩＤｎを変更すると
いうことは等価的に位置形における積分値Ｉｎを変更し
ていることになるし、ＰＩＤ出力ＰＩＤｎからΔＩｎを
差引いているのは、積分値を前回値で保持していること
に等しくなる。この図７の構成における動作をソフトウ
エアで実現したときのフローチャートを図８に示す。

【００４３】図８において、処理が開始されるとステッ
プ８０１で各演算出力ΔＰｎ、ΔＩｎ、ΔＤｎおよびＰ
ＩＤ変化出力ΔＰＩＤｎを演算し、ステップ８０２でＰ
ＩＤ変化出力ΔＰＩＤｎと一時点前のＰＩＤ出力ＰＩＤ
ｎ−１からＰＩＤ出力ＰＩＤｎを演算してステップ８０
３へ移る。ステップ８０３でＰＩＤｎの値が比較され、
ＭＬより小さい場合にはステップ８０４で出力信号ＭＶ
ｎを下限値ＭＬに置き換えてステップ８０５へ移り、ス
テップ８０５で目標値ＳＶｎがＳＶｎ−１に等しいか否
かすなわち目標値が変化したか否か比較され、目標値Ｓ
Ｖｎが変化しておらずＹＥＳの場合にはステップ８０６
に移って一定時間Ｔｘが経過したか否か比較される。

【００４４】一定時間Ｔｘが経過してカウントが「０」
となってステップ８０６がＹＥＳの場合にはステップ８
０７でＰＩＤ出力ＰＩＤｎを「ＭＬ」に制限変換してス
テップ８１１へ移り、ステップ８１１では一時点前のＰ
ＩＤ出力ＰＩＤｎ−１を「ＰＩＤｎ」にして処理を終了
する。一定時間Ｔｘが経過しておらずカウントが「０」
となっていない場合にはステップ８０６がＮＯとなり、
ステップ８０９でカウント値から「１」を減算してステ
ップ８１０でＰＩＤ出力ＰＩＤｎからΔＩｎを減算して
ＰＩＤ出力ＰＩＤｎを保持し、ステップ８１１を経て処
理を終了する。

【００４５】目標値ＳＶｎが変化していてステップ８０
５がＮＯの場合にはステップ８０８でカウント値をβＴ
Ｉ／τ又はγＴＤ／τに設定してステップ８１０へ移
り、ステップ８１１を経て処理を終了する。また、ＰＩ
Ｄｎの値がＭＨより大きい場合にはステップ８０３から
ステップ８１２に移り、ステップ８１２で出力信号ＭＶ
ｎを上限値ＭＨに置き換えてステップ８１３へ移り、ス
テップ８１３で目標値ＳＶｎの変化が検出され、ＮＯの
場合にはステップ８０８、ステップ８１０およびステッ
プ８１１を経て処理を終了する。

【００４６】目標値ＳＶｎの変化が検出されてステップ
８１３がＹＥＳの場合にはステップ８１４でカウントが
「０」か否か比較されて一定時間Ｔｘを経過したか否か
判別され、一定時間Ｔｘが経過してＹＥＳであればステ
ップ８１６でＰＩＤ出力を「ＭＨ」に制限変換してステ
ップ８１１へ移り、一定時間Ｔｘが経過しておらずにス
テップ８１４がＮＯの場合にはステップ８１５でカウン
ト値から「１」を減算してステップ８１０からステップ
８１１を経て処理を終了する。ＰＩＤｎの値が制限値Ｍ
ＬとＭＨの間にある場合、すなわち通常の積分処理の場
合にはステップ８０３からステップ８１７に移り、ステ
ップ８１７でＭＶｎを「ＰＩＤｎ」にしてステップ８１
８でカウントを「０」にしてステップ８１１へ移る。

【００４７】このように図７に係る本発明の制御装置で
も、図１の構成と同様な効果を得ることができるうえ、
ＰＩＤ出力ＰＩＤｎがある範囲すなわち制限値ＭＬ又は
ＭＨを越えていないとき積分処理停止部４３を動作させ
ないから、実害のないような小さな目標値の変更では動
作せず、上述した構成と同様な適切な動作が行なえる。
図９の制御装置は、図１４の従来例に本発明を適用した
例であり、図７の速度形ＰＩＤ構成に類似した位置型の
ＰＩＤ構成を示すブロック図である。

【００４８】この構成では、微分演算部５への入力が制
御偏差Ｅｎに変更されている以外、減算部１、比例演算
部３、微分演算部５、積分演算部７、加算部１９等のＰ
ＩＤ構成や、出力リミッタ２３および積分制御部２７の
構成は図１４と同様であるから、その説明を省略する。
図９中の積分処理停止部４５は、上述した図１や図２の
積分処理停止部２９とほぼ同一であり、目標値ＳＶｎの
変更を検出し、その目標値変更検出時点から所定期間Ｔ
ｘだけ積分演算処理を停止させるとともに変更検出時点
の積分値を保持させるよう積分制御部２７を介して積分
演算部７を制御するものである。

【００４９】しかも、積分処理停止部４５は、微分演算
部５の微分時間又は積分演算部７の積分時間の定数倍を
積分演算処理の停止期間とするとともに、変更検出時点
のＰＩＤ出力ＰＩＤｎが所定範囲例えば制限値ＭＬ又は
ＭＨを越えているときに機能するよう構成されている。
この図９に示す構成の動作を説明すると次のようにな
る。

【００５０】まず、積分処理停止部４５がない場合の積
分処理は以下のようになる。 通常積分 ＭＬ≦ＰＩＤｎ≦ＭＨのとき Ｉｎ＝Ｉ（ｎ−１）＋ΔＩｎ Ｉ（ｎ−１）＝Ｉｎ 積分値変更 ＰＩＤｎ＞ＭＨのとき Ｉｎ＝ＭＨ−ＰＤｎ（ＰＤｎ＝Ｐｎ＋Ｄｎ） ＰＩＤｎ＜ＭＬのとき Ｉｎ＝ＭＬ−ＰＤｎ（ＰＤｎ＝Ｐｎ＋Ｄｎ） このように積分制御部２７によってＰＩＤ出力ＰＩＤｎ
の大小に基づいた積分値の変更が行なわれる。

【００５１】次に、積分処理停止部４５を付加した場
合、次のようになる。積分処理停止部４５の条件信号ｄ
２はＰＩＤ出力ＰＩＤｎが制限値ＭＬ又はＭＨを越えた
場合とすれば良く、積分制御部２７からそれを出力し、
ＰＩＤｎ＞ＭＨ又はＰＩＤｎ＜ＭＬの状態で目標値変更
が行なわれると、積分処理停止信号ｄ３が一定時間Ｔｘ
だけ「１」になり、積分制御部２７の積分値変更処理を
停止させるとともに積分値をＩｎ＝Ｉｎ−１に保持させ
る。この図９の構成における動作をソフトウエアで実現
したときのフローチャートを図１０に示す。

【００５２】図１０において、処理が開始されるとステ
ップ１００１で各演算出力Ｐｎ、ＤｎおよびＰＤｎが出
力され、ステップ１００２でＩｎがＫＩ・ＥｎにＩｎ−
１を加算して出力され、続くステップ１００３でＰＩＤ
ｎ出力がＰＤｎにＩｎを加算して出力される。続くステ
ップ１００４ではＰＩＤｎの値が比較され、ＭＬより小
さい場合にはステップ１００５で出力信号ＭＶｎを下限
値ＭＬに置き換えてステップ１００６へ移り、ステップ
１００６で目標値ＳＶｎが変化したか否か判別され、目
標値ＳＶｎが変化しておらずＹＥＳの場合にはステップ
１００７に移って一定時間Ｔｘが経過したか否か比較さ
れる。

【００５３】一定時間Ｔｘが経過してカウントが「０」
となってステップ１００７がＹＥＳの場合にはステップ
１００８で下限値ＭＬからＰＤｎ出力を減算して積分値
Ｉｎを求める積分値変換処理を行なってステップ１０１
２へ移り、ステップ１０１２では一時点前の積分信号Ｉ
ｎ−１をＩｎにして処理を終了する。一定時間Ｔｘが経
過しておらずカウントが「０」となっていない場合には
ステップ１００７がＮＯとなり、ステップ１０１０でカ
ウント値から「１」を減算してステップ１０１１で１時
点前の積分値Ｉｎ−１をＩｎに代入して保持し、ステッ
プ１０１２を経て処理を終了する。

【００５４】目標値ＳＶｎが変化していてステップ１０
０６がＮＯの場合にはステップ１００９でカウント値を
βＴＩ／τ又はγＴＤ／τに設定してステップ１０１１
へ移り、ステップ１０１２を経て処理を終了する。ま
た、ＰＩＤｎの値がＭＨより大きい場合にはステップ１
００４からステップ１０１３に移り、ステップ１０１３
で出力信号ＭＶｎを上限値ＭＨに置き換えてステップ１
０１４へ移り、ステップ１０１４で目標値ＳＶｎが変化
したか否か検出され、目標値ＳＶｎが変化していてＮＯ
の場合にはステップ１００９、ステップ１０１１および
ステップ１０１２を経て処理を終了する。

【００５５】目標値ＳＶｎの変化が検出されずステップ
１０１４がＹＥＳの場合にはステップ１０１５でカウン
トが「０」か否か比較されて一定時間Ｔｘを経過したか
否か判別され、一定時間Ｔｘが経過してＹＥＳであれば
ステップ１０１７で上限値ＭＨからＰＤｎ出力を減算し
て積分値Ｉｎを求める積分値変更処理を行なってステッ
プ１０１２へ移り、一定時間Ｔｘが経過しておらずにス
テップ１０１５がＮＯの場合にはステップ１０１６でカ
ウント値から「１」を減算してステップ１０１１からス
テップ１０１２を経て処理を終了する。

【００５６】ＰＩＤｎの値が制限値ＭＬとＭＨの間にあ
って通常の積分処理をする場合にはステップ１００４か
らステップ１０１８に移り、ステップ１０１８で出力信
号ＭＶｎを「ＰＩＤｎ」にしてステップ１０１９へ移
り、ステップ１０１９でカウント値を「０」にしてステ
ップ１０１２へ移って終了する。このように図９に係る
本発明の制御装置でも、上述した各実施例と同様な効果
を得ることができる。ところで、上述した従来例および
本発明は、ｎ時点又は（ｎ−１）時点と言った離散型
（デジタル型）の演算構成で説明したが、本発明では離
散型（デジタル型）の構成に限らず連続型（アナログ
型）の演算構成で実施可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、目標値の
変更を検出しその変更検出時点から所定期間だけその積
分演算処理を停止させるとともに変更検出時点の積分値
を保持させる積分処理停止部を設けたことにより、誤設
定等に起因して短時間で目標値の上げ下げが行なわれて
も過積分防止処理による制御への悪影響を回避すること
ができるうえ、通常の目標値変更時では過積分防止処理
を確保して行過量抑制効果を維持可能となる。そして、
積分処理停止部における積分演算処理の停止期間をＰＩ
Ｄ演算の積分時間又は微分時間の定数倍に選定する構成
では、積分演算の通常処理を停止する時間が入力信号の
あまり変化しない時間となって入力信号の行過量にほと
んど影響せず、安定した制御を確保できる。さらに、そ
の変更検出時点の制御偏差や出力信号が所定範囲を越え
ているときに上記積分処理停止部が機能する構成では、
実害のないような小さな目標値の変更では動作しないの
で、プログラム制御においてもまた目標値変化率リミッ
タを付加した構成においても、適切な動作を行なえる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１の積分処理停止部を示すブロック図であ
る。

【図３】一般的な微分演算の動作を説明する図である。

【図４】図１の積分処理停止部の動作を説明するタイミ
ングチャートである。

【図５】図１の制御装置の応答波形を示す図である。

【図６】図１の制御装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【図７】本発明に係る制御装置の他の実施例を示すブロ
ック図である。

【図８】図７の制御装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【図９】本発明に係る制御装置の更に他の実施例を示す
ブロック図である。

【図１０】図９の制御装置の動作を説明するフローチャ
ートである。

【図１１】一般の制御装置におけるリセットワインドア
ップ現象を説明する図である。

【図１２】従来の制御装置を示すブロック図である。

【図１３】従来の制御装置を示すブロック図である。

【図１４】従来の制御装置を示すブロック図である。

【図１５】図１２の制御装置の動作を説明する図であ
る。

【図１６】図１３および図１４の制御装置の動作を説明
する図である。

【符号の説明】

１ 減算部 ３ 比例演算部 ５ 微分演算部 ７ 積分演算部 ９、１９ 加算部 １１ 積分制御部 １３ 比例変化分演算部 １５ 積分変化分演算部 １７ 微分変化分演算部 ２１ 速度／位置形変換部 ２３ 出力リミッタ ２５ 変換制御部 ２９、４３、４５ 積分処理停止部 ３１ 記憶部 ３３ 比較部 ３５ 目標値変更検出部 ３７ 条件判断部 ３９ ＡＮＤゲート ４１ 停止信号発生部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を目標値に一致させるように少
   なくとも比例演算および積分演算を行って出力信号を得
   る制御装置において、 前記目標値の変更を検出し、この目標値変更検出時点か
   ら所定期間だけ前記積分演算処理を停止させるととも
   に、前記目標値変更検出時点の積分値を保持させる積分
   処理停止部を具備することを特徴とする制御装置。
2. 【請求項２】 前記出力信号は比例演算、積分演算およ
   び微分演算からなるＰＩＤ演算を行って出力されるとと
   もに、 前記積分処理停止部における前記積分演算処理の停止期
   間を前記ＰＩＤ演算における積分時間又は微分時間の定
   数倍とした請求項１記載の制御装置。
3. 【請求項３】 前記積分処理停止部は、前記目標値変更
   検出時点の前記入力信号と目標値との制御偏差が所定範
   囲を越えているときに機能する請求項１又は２記載の制
   御装置。
4. 【請求項４】 前記積分処理停止部は、前記目標値変更
   検出時点の前記出力信号が所定範囲を越えているときに
   機能する請求項１又は２の制御装置。