JPH0619662B2 - Pid制御装置 - Google Patents
Pid制御装置Info
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- JPH0619662B2 JPH0619662B2 JP15681185A JP15681185A JPH0619662B2 JP H0619662 B2 JPH0619662 B2 JP H0619662B2 JP 15681185 A JP15681185 A JP 15681185A JP 15681185 A JP15681185 A JP 15681185A JP H0619662 B2 JPH0619662 B2 JP H0619662B2
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- Japan
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- control
- response
- pid
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は制御対象を時間的に制御するPID制御装置に
関し、特にサンプリング周期毎にデータを読込んで制御
を行うPID制御装置に関するものである。
関し、特にサンプリング周期毎にデータを読込んで制御
を行うPID制御装置に関するものである。
本発明によるPID制御装置は、ステップ応答法により
制御量の立上り及び立下りでの応答速度と無駄時間より
PID定数を算出し、無駄時間よりサンプリング周期を
算出すると共にサンプリング周期での最大変化を最大変
動幅として記憶し、それを越える制御量が加わった場合
には雑音が重畳されたものとしてこのデータを排除して
PID制御を行うものである。
制御量の立上り及び立下りでの応答速度と無駄時間より
PID定数を算出し、無駄時間よりサンプリング周期を
算出すると共にサンプリング周期での最大変化を最大変
動幅として記憶し、それを越える制御量が加わった場合
には雑音が重畳されたものとしてこのデータを排除して
PID制御を行うものである。
各種の制御装置、例えば温度調節装置等にあっては、制
御対象内にセンサを設けセンサより得られる制御量によ
って操作量を決定し制御対象に操作を加えるPID制御
装置が広く用いられている。このような制御装置はあら
かじめPID定数を決定しておく必要がある。又制御対
象が異なればその対象に応じたPID定数に変更する必
要があり、その定数を決定するためにチューニング操作
が必要となる。そしてPID制御の場合には積分,微分
要素にはサンプリング周期が重要なパラメータとなって
いる。このような制御装置にあって制御量はセンサ出力
が微小であるため高い増幅率を持つ増幅器によって増幅
し、A/D変換器を用いてデジタル量に変換して制御装
置に読込むことが多い。しかるにセンサ出力が微小な場
合外乱の雑音の影響が大きく、増幅器にローパスフィル
タ等を挿入してもノイズの影響を完全に除去することが
困難であった。そして誤った制御量が加えられれば制御
対象を安定して制御することができなくなるという問題
点があった。
御対象内にセンサを設けセンサより得られる制御量によ
って操作量を決定し制御対象に操作を加えるPID制御
装置が広く用いられている。このような制御装置はあら
かじめPID定数を決定しておく必要がある。又制御対
象が異なればその対象に応じたPID定数に変更する必
要があり、その定数を決定するためにチューニング操作
が必要となる。そしてPID制御の場合には積分,微分
要素にはサンプリング周期が重要なパラメータとなって
いる。このような制御装置にあって制御量はセンサ出力
が微小であるため高い増幅率を持つ増幅器によって増幅
し、A/D変換器を用いてデジタル量に変換して制御装
置に読込むことが多い。しかるにセンサ出力が微小な場
合外乱の雑音の影響が大きく、増幅器にローパスフィル
タ等を挿入してもノイズの影響を完全に除去することが
困難であった。そして誤った制御量が加えられれば制御
対象を安定して制御することができなくなるという問題
点があった。
本発明はこのような従来のPID制御装置の問題点に鑑
みて無されたものであって、チューニングにより適切な
サンプリング周期を算出しそれに基づいて制御量をノイ
ズの影響なく読込むことができるPID制御装置を提供
するものである。
みて無されたものであって、チューニングにより適切な
サンプリング周期を算出しそれに基づいて制御量をノイ
ズの影響なく読込むことができるPID制御装置を提供
するものである。
本発明は制御対象の制御量を検出する検出手段と、制御
対象に制御操作を行う出力手段とを有する制御装置であ
って、出力手段を動作させ制御対象のステップ応答によ
り応答速度及び無駄時間を測定するステップ応答手段
と、ステップ応答手段により算出された無駄時間に基づ
いてサンプリング周期を算出しPID定数を算出すると
共に、該サンプリング周期とステップ応答手段より算出
された最大応答により入力値の最大変化量を算出する算
出手段と、制御量の変化幅が最大変化量内にあるときに
該制御量に基づいたPID制御を行うPID制御手段
と、を具備することを特徴とするものである。
対象に制御操作を行う出力手段とを有する制御装置であ
って、出力手段を動作させ制御対象のステップ応答によ
り応答速度及び無駄時間を測定するステップ応答手段
と、ステップ応答手段により算出された無駄時間に基づ
いてサンプリング周期を算出しPID定数を算出すると
共に、該サンプリング周期とステップ応答手段より算出
された最大応答により入力値の最大変化量を算出する算
出手段と、制御量の変化幅が最大変化量内にあるときに
該制御量に基づいたPID制御を行うPID制御手段
と、を具備することを特徴とするものである。
このような特徴を有する本発明によれば、PID定数の
チューニングにステップ応答を用い無駄時間によってサ
ンプリング周期を算出しているので、制御対象に適した
サンプリング周期を算出することができる。又ステップ
応答による最大応答速度と該サンプリング周期により最
大変動幅を算出し、最大変動幅以内のデータのみを制御
データとしてPID制御を行っている。そのためある瞬
間に雑音が加わり異常な制御量が入力された場合にもそ
のデータは読込まれず、サンプリング周期に応じて定ま
る最大変動幅内のデータのみが読込まれる。従って最大
変動幅を越える雑音が重畳された場合にその影響を除去
することが可能となり、適切なPID制御を行うことが
可能である。
チューニングにステップ応答を用い無駄時間によってサ
ンプリング周期を算出しているので、制御対象に適した
サンプリング周期を算出することができる。又ステップ
応答による最大応答速度と該サンプリング周期により最
大変動幅を算出し、最大変動幅以内のデータのみを制御
データとしてPID制御を行っている。そのためある瞬
間に雑音が加わり異常な制御量が入力された場合にもそ
のデータは読込まれず、サンプリング周期に応じて定ま
る最大変動幅内のデータのみが読込まれる。従って最大
変動幅を越える雑音が重畳された場合にその影響を除去
することが可能となり、適切なPID制御を行うことが
可能である。
第1図は本発明の一実施例を示すプラグラム温度調節装
置の全体構成図である。本図において温度調節装置1は
制御ステップの設定、チューニング要求等の操作を行う
設定器2、ステップの番号や設定温度,現在の温度を表
示する表示部3、制御対象4の温度を検知しデジタル信
号に変換するセンサ入力部5、センサ入力部5より得ら
れるデータに基づいてPID定数を算出すると共に所定
の処理手順に従って制御対象4を制御する制御部6、ヒ
ータやモータ等から成り制御部6に接続されて制御対象
4を直接制御する出力部7が設けられる。制御部6は中
央演算装置(以下CPUという)から成り、記憶手段と
してリードオンリメモリ(以下ROMという)8、及び
ランダムアクセスメモリ(以下RAMという)9から成
る記憶手段が接続される。ROM8には制御部6の演算
処理手順を記憶しており、RAM9は設定器2やセンサ
入力部5より与えられる各種の制御データ及びチューニ
ング時に用いられるデータを記憶する領域を有してい
る。
置の全体構成図である。本図において温度調節装置1は
制御ステップの設定、チューニング要求等の操作を行う
設定器2、ステップの番号や設定温度,現在の温度を表
示する表示部3、制御対象4の温度を検知しデジタル信
号に変換するセンサ入力部5、センサ入力部5より得ら
れるデータに基づいてPID定数を算出すると共に所定
の処理手順に従って制御対象4を制御する制御部6、ヒ
ータやモータ等から成り制御部6に接続されて制御対象
4を直接制御する出力部7が設けられる。制御部6は中
央演算装置(以下CPUという)から成り、記憶手段と
してリードオンリメモリ(以下ROMという)8、及び
ランダムアクセスメモリ(以下RAMという)9から成
る記憶手段が接続される。ROM8には制御部6の演算
処理手順を記憶しており、RAM9は設定器2やセンサ
入力部5より与えられる各種の制御データ及びチューニ
ング時に用いられるデータを記憶する領域を有してい
る。
第2図はRAM9の記憶内容を示すメモリマップであ
る。本図においてRAM9にはセンサ入力部5からの入
力を一旦保持する入力値領域、前サンプリング時に得ら
れた入力値を保持する前サンプリング値領域、その差を
記憶する今回変化幅領域、サンプリングカウンタ、PI
D制御する制御量を保持する制御データ領域、チューニ
ング時に立てられるチューニングフラグ、制御データと
して許容される最大変動幅領域及びチューニング時に測
定される応答速度R1,R2、無駄時間L、オフ温度及
びチューニングのフェーズを示すフェーズカウンタとP
IDの各定数を記憶する領域が設けられている。
る。本図においてRAM9にはセンサ入力部5からの入
力を一旦保持する入力値領域、前サンプリング時に得ら
れた入力値を保持する前サンプリング値領域、その差を
記憶する今回変化幅領域、サンプリングカウンタ、PI
D制御する制御量を保持する制御データ領域、チューニ
ング時に立てられるチューニングフラグ、制御データと
して許容される最大変動幅領域及びチューニング時に測
定される応答速度R1,R2、無駄時間L、オフ温度及
びチューニングのフェーズを示すフェーズカウンタとP
IDの各定数を記憶する領域が設けられている。
次に本実施例の温度調節装置のチューニング動作につい
て第3図のフローチャートを参照しつつ説明する。この
フローチャートにおいて引き出し線を用いて示す番号は
制御部6の処理ルーチン又は動作ステップを示すもので
ある。まずチューニングを行う際には設定器2よりチュ
ーニング設定状態とする。そして動作を開始すると、ま
ずステップ10においてセンサ入力部5より与えられる入
力値を読取る。そしてステップ11に進んでチューニング
状態かどうかをチェックし、チューニング状態であれば
ステップ12において基本サンプリング周期sを設定す
る。基本サンプリング周期sはこのPID制御装置の持
つ最も速い制御速度を設定するものとする。そしてステ
ップ13においてチューニングのフェーズが0であるかど
うかをチェックする。チューニングの開始時にはフェー
ズカウンタが0であるのでステップ14に進んで制御量が
所定値以下のチューニング開始条件が整っているかどう
かをチェックする。この条件が整っていなければ出力を
オフとして基本サンプリング周期の完了を待受け(ステ
ップ15,16)、入力値を前サンプリング値として(ステ
ップ17)、ステップ11に戻る。そして同一の処理を繰り
返し、第4図の時刻t1に示すように制御量がチューニ
ング開始条件より低くなれば、ステップ18,19に進んで
出力をオンとしフェーズを1とする。そうすれば出力部
7より制御対象4が加熱され第4図に示すように制御量
である温度は徐々に上昇する。このときフェーズが1で
あるので基本サンプリング周期の完了毎にステップ13か
らステップ20を介してステップ21に進み、立上り時の最
大応答速度R1を測定する。そしてステップ22において
この温度上昇が継続した時に30基本サンプリング周期
(30s)の経過後に設定値を通過すると予測される時刻
t2には出力部7の操作出力をオフとし(ステップ2
3)、ステップ24に進んでオフ温度を記憶する。更にR
AM9のフェーズカウンタをインクリメントし(ステッ
プ25)、ステップ16に進んで基本サンプリング周期の完
了を待ち受ける。次のサンプリング周期ではフェーズが
2となっているのでステップ11,13,20及び26を介して
ステップ27に進み、無駄時間のカウンタを更新する。そ
してステップ28に進んで温度が立下りとなるかどうかを
チェックし、立下りでなければステップ16に戻って同様
の処理を繰り返す。さてステップ28において温度が立下
りとなればステップ29に進み、カウンタLの更新を停止
して無駄時間をLとする。次いでステップ30に進みフェ
ーズカウンタをインクリメントして基本サンプリング周
期の終了を待受ける。
て第3図のフローチャートを参照しつつ説明する。この
フローチャートにおいて引き出し線を用いて示す番号は
制御部6の処理ルーチン又は動作ステップを示すもので
ある。まずチューニングを行う際には設定器2よりチュ
ーニング設定状態とする。そして動作を開始すると、ま
ずステップ10においてセンサ入力部5より与えられる入
力値を読取る。そしてステップ11に進んでチューニング
状態かどうかをチェックし、チューニング状態であれば
ステップ12において基本サンプリング周期sを設定す
る。基本サンプリング周期sはこのPID制御装置の持
つ最も速い制御速度を設定するものとする。そしてステ
ップ13においてチューニングのフェーズが0であるかど
うかをチェックする。チューニングの開始時にはフェー
ズカウンタが0であるのでステップ14に進んで制御量が
所定値以下のチューニング開始条件が整っているかどう
かをチェックする。この条件が整っていなければ出力を
オフとして基本サンプリング周期の完了を待受け(ステ
ップ15,16)、入力値を前サンプリング値として(ステ
ップ17)、ステップ11に戻る。そして同一の処理を繰り
返し、第4図の時刻t1に示すように制御量がチューニ
ング開始条件より低くなれば、ステップ18,19に進んで
出力をオンとしフェーズを1とする。そうすれば出力部
7より制御対象4が加熱され第4図に示すように制御量
である温度は徐々に上昇する。このときフェーズが1で
あるので基本サンプリング周期の完了毎にステップ13か
らステップ20を介してステップ21に進み、立上り時の最
大応答速度R1を測定する。そしてステップ22において
この温度上昇が継続した時に30基本サンプリング周期
(30s)の経過後に設定値を通過すると予測される時刻
t2には出力部7の操作出力をオフとし(ステップ2
3)、ステップ24に進んでオフ温度を記憶する。更にR
AM9のフェーズカウンタをインクリメントし(ステッ
プ25)、ステップ16に進んで基本サンプリング周期の完
了を待ち受ける。次のサンプリング周期ではフェーズが
2となっているのでステップ11,13,20及び26を介して
ステップ27に進み、無駄時間のカウンタを更新する。そ
してステップ28に進んで温度が立下りとなるかどうかを
チェックし、立下りでなければステップ16に戻って同様
の処理を繰り返す。さてステップ28において温度が立下
りとなればステップ29に進み、カウンタLの更新を停止
して無駄時間をLとする。次いでステップ30に進みフェ
ーズカウンタをインクリメントして基本サンプリング周
期の終了を待受ける。
次にフェーズ3ではステップ31よりステップ32に進んで
第4図に示すように立下り時の最大応答速度R2を測定
する。そしてステップ33に進んでステップ24で記憶した
オフ温度を通過するかどうかをチェックする。オフ温度
を通過する時刻t4にはステップ34に進んでフェーズカ
ウンタをクリアし、更にルーチン35においてここで求め
た立上り及び立下りの最大応答R1,R2と無駄時間L
より後述するようにPID定数及びサンプリング周期を
算出する。又ルーチン36においてそのサンプリング周期
での最大変動幅を算出しステップ16に戻ってチューニン
グ処理を終了する。
第4図に示すように立下り時の最大応答速度R2を測定
する。そしてステップ33に進んでステップ24で記憶した
オフ温度を通過するかどうかをチェックする。オフ温度
を通過する時刻t4にはステップ34に進んでフェーズカ
ウンタをクリアし、更にルーチン35においてここで求め
た立上り及び立下りの最大応答R1,R2と無駄時間L
より後述するようにPID定数及びサンプリング周期を
算出する。又ルーチン36においてそのサンプリング周期
での最大変動幅を算出しステップ16に戻ってチューニン
グ処理を終了する。
次にこうして得られた応答速度R1,R2、時間Lに基
づいてPID定数を算出する処理について説明する。P
ID定数は立上り時の最大応答R1と立下り時の最大応
答R2のうち大きい方を応答速度Rとし、無駄時間Lと
共にジーグラニコラス法によりPID定数を算出する。
ここで比例定数Kp,積分時間Ti,微分時間Tdは夫
々次式より求めることができる。
づいてPID定数を算出する処理について説明する。P
ID定数は立上り時の最大応答R1と立下り時の最大応
答R2のうち大きい方を応答速度Rとし、無駄時間Lと
共にジーグラニコラス法によりPID定数を算出する。
ここで比例定数Kp,積分時間Ti,微分時間Tdは夫
々次式より求めることができる。
この式よりPID定数P,I,Dを (k:ゲイン定数) (τ:サンプリング周期) ここでサンプリング周期τは無駄時間Lより、最大変動
幅Wmはサンプリング周期τと応答速度Rより夫々次式
により算出する。
幅Wmはサンプリング周期τと応答速度Rより夫々次式
により算出する。
τ=L/A ……(3) Wm=R×τ ……(4) (A:定数(例えば20) このようにして系の応答から無駄時間Lを求め、無駄時
間Lに基づいてPID制御時のサンプリング周期を算出
すると共に、サンプリング周期での制御対象より得られ
る最大変動幅WmをあらかじめRAM9に記憶しておく
ものとする。そしてチューニング終了後はステップ11よ
りステップ37に進んで前サンプリング値と今回のサンプ
リング周期に読込まれた入力値との差である今回変動幅
Wpと最大変動幅Wmを比較する。今回の入力値による
変動幅Wpが最大変動幅Wmより小さい場合にはステッ
プ38に進んで入力値を制御データとし、今回変動幅Wp
が最大変動幅Wmより大きい場合にはステップ39に進ん
で前サンプリング値に最大変動幅Wmを加えたものを制
御データとしてルーチン40に進んで制御データによりP
ID制御を実行する。そしてステップ41に進んでサンプ
リング周期τの完了を待受けこの周期が終了すればステ
ップ42において制御データを前サンプリング領域に移動
し、ステップ10に戻って同様の処理を繰り返す。
間Lに基づいてPID制御時のサンプリング周期を算出
すると共に、サンプリング周期での制御対象より得られ
る最大変動幅WmをあらかじめRAM9に記憶しておく
ものとする。そしてチューニング終了後はステップ11よ
りステップ37に進んで前サンプリング値と今回のサンプ
リング周期に読込まれた入力値との差である今回変動幅
Wpと最大変動幅Wmを比較する。今回の入力値による
変動幅Wpが最大変動幅Wmより小さい場合にはステッ
プ38に進んで入力値を制御データとし、今回変動幅Wp
が最大変動幅Wmより大きい場合にはステップ39に進ん
で前サンプリング値に最大変動幅Wmを加えたものを制
御データとしてルーチン40に進んで制御データによりP
ID制御を実行する。そしてステップ41に進んでサンプ
リング周期τの完了を待受けこの周期が終了すればステ
ップ42において制御データを前サンプリング領域に移動
し、ステップ10に戻って同様の処理を繰り返す。
例えば制御量が第5図に実線で示すように変化したもの
とすると、時刻t11〜t14までは全て今回変動幅Wpは
最大変動幅Wm内に入っている。しかし時刻t15に入力
値が急激に上昇しその変化幅が最大変動幅Wmを大幅に
越えたものとすると、外乱ノイズの重畳により入力値が
上昇したものとして第5図に示すように前サンプリング
値に最大変動幅Wmを加える(ステップ39)。そうすれ
ば制御量が破線で示すように変化したものとしてPID
制御が実行される。又時刻t19についても入力値が大幅
に低下し最大変動幅を越えた場合には前サンプリング値
に最大変動幅を加えたものを制御データとしてPID制
御を行う。こうすれば制御系に最適なサンプリング時間
を用いしかも外部から重畳される雑音の影響を最小にし
てPID制御を実行することが可能となる。
とすると、時刻t11〜t14までは全て今回変動幅Wpは
最大変動幅Wm内に入っている。しかし時刻t15に入力
値が急激に上昇しその変化幅が最大変動幅Wmを大幅に
越えたものとすると、外乱ノイズの重畳により入力値が
上昇したものとして第5図に示すように前サンプリング
値に最大変動幅Wmを加える(ステップ39)。そうすれ
ば制御量が破線で示すように変化したものとしてPID
制御が実行される。又時刻t19についても入力値が大幅
に低下し最大変動幅を越えた場合には前サンプリング値
に最大変動幅を加えたものを制御データとしてPID制
御を行う。こうすれば制御系に最適なサンプリング時間
を用いしかも外部から重畳される雑音の影響を最小にし
てPID制御を実行することが可能となる。
第1図は本発明によるPID制御装置の一実施例を示す
ブロック図、第2図はRAM9のメモリマップを示す
図、第3図はステップ応答によりPID定数及びサンプ
リング周期と最大変動幅を求め、それに基づいてPID
制御する処理を示すフローチャート、第4図はチューニ
ング時の設定値と制御量の時間的変化を示す図、第5図
は入力値と制御データの一例を示すグラフである。 1……PID制御装置、2……設定器、3……表示部、
4……制御対象、5……センサ入力部、6……制御部、
7……出力部、8……ROM、9……RAM
ブロック図、第2図はRAM9のメモリマップを示す
図、第3図はステップ応答によりPID定数及びサンプ
リング周期と最大変動幅を求め、それに基づいてPID
制御する処理を示すフローチャート、第4図はチューニ
ング時の設定値と制御量の時間的変化を示す図、第5図
は入力値と制御データの一例を示すグラフである。 1……PID制御装置、2……設定器、3……表示部、
4……制御対象、5……センサ入力部、6……制御部、
7……出力部、8……ROM、9……RAM
Claims (2)
- 【請求項1】制御対象の制御量を検出する検出手段と、
制御対象に制御操作を行う出力手段とを有する制御装置
において、 前記出力手段を動作させ制御対象のステップ応答により
応答速度及び無駄時間を測定するステップ応答手段と、 前記ステップ応答手段により算出された無駄時間に基づ
いてサンプリング周期を算出しPID定数を算出すると
共に、該サンプリング周期とステップ応答手段より算出
された最大応答により入力値の最大変化量を算出する算
出手段と、 制御量の変化幅が最大変化量内にあるときに該制御量に
基づいたPID制御を行うPID制御手段と、を具備す
ることを特徴とするPID制御装置。 - 【請求項2】前記ステップ応答手段は、ステップ応答に
よる制御量の立上り時の最大応答及び立下り時の最大応
答により応答速度を算出するものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載のPID制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15681185A JPH0619662B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | Pid制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15681185A JPH0619662B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | Pid制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6217807A JPS6217807A (ja) | 1987-01-26 |
JPH0619662B2 true JPH0619662B2 (ja) | 1994-03-16 |
Family
ID=15635844
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15681185A Expired - Lifetime JPH0619662B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | Pid制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0619662B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02183302A (ja) * | 1989-01-10 | 1990-07-17 | Yokogawa Electric Corp | ファジィ制御方法 |
JP2882586B2 (ja) * | 1989-01-13 | 1999-04-12 | 株式会社東芝 | 適応制御装置 |
JP7159945B2 (ja) * | 2019-03-29 | 2022-10-25 | オムロン株式会社 | 処理装置 |
-
1985
- 1985-07-15 JP JP15681185A patent/JPH0619662B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6217807A (ja) | 1987-01-26 |
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