JPH07104807A - Pv切替式2自由度pid制御装置 - Google Patents

Pv切替式2自由度pid制御装置

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JPH07104807A
JPH07104807A JP24724593A JP24724593A JPH07104807A JP H07104807 A JPH07104807 A JP H07104807A JP 24724593 A JP24724593 A JP 24724593A JP 24724593 A JP24724593 A JP 24724593A JP H07104807 A JPH07104807 A JP H07104807A
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JP
Japan
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value
set value
pid
control
freedom
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Pending
Application number
JP24724593A
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English (en)
Inventor
Nobukazu Hagioka
信和 萩岡
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】PID演算部1を用い制御対象2に対し定値制
御を行う場合、外乱応答を良くしオーバシュートを抑制
するため設定値SVを1次遅れの目標値フィルタ3を介
し、内部設定値SV1として与える2自由度PID制御
を用いるが、この制御でプログラム制御を行うと、ラン
プ区間で目標値フィルタによる定常オフセット時間tの
制御遅れが発生するので、これを改善する。 【構成】切換部4は切換点算出部41を介し、設定値S
Vのランプ区間におけるランプ/定値切換点から定常オ
フセット時間だけ手前の時点の設定値TPを算出し、比
較器42を介しPV値がTP値を越える迄は切換スイッ
チ5を下側に切換え、設定値SV=内部設定値SV1と
して通常PID制御を行い、ランプ区間での制御遅れを
取除く。PV値がTP値を越えると切換部4は切換スイ
ッチ5を上側に切換え、設定値SVを目標値フィルタ3
を介して与える2自由度PID制御に入る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は設定値が所定の勾配のラ
ンプ(RAMP)区間と、定値のソーク(SOAK)区
間とを持つ温度などのプログラム制御を行うのに適した
制御装置であって、通常のPID制御と、外乱応答を良
くするPIDパラメータおよび設定値変更時のオーバシ
ュートを抑制するPIDパラメータの両方をもって制御
する2自由度PID制御とを、PV(Process
Value)値を監視して切替える機能を備えたPID
制御装置に関する。
【0002】なお、以下各図において同一の符号は同一
もしくは相当部分を示す。
【0003】
【従来の技術】一般に通常PID制御で定値制御を行っ
た場合、外乱応答を重視してその応答を良くしたPID
定数のチューニングでは、設定値変更を行った際にオー
バシュートが大きくなってしまう。逆に設定値変更の応
答を重視してオーバシュートを抑制するPID定数のチ
ューニングでは、外乱応答が悪くなってしまう。これら
の通常PID制御の弱点を改善する制御方式として、外
乱応答を良くするPIDパラメータと設定値変更時の応
答を良くしオーバシュートを抑制するPIDパラメータ
の両方をもって制御する2自由度PID制御方式があ
る。幾種類かある2自由度PID制御方式の中でも、目
標値フィルタ型2自由度PID制御は、既存の通常PI
D制御に比較的容易に組み込み可能であるという特徴が
あり実現し易い方式である。
【0004】図4はこのような目標値フィルタ型2自由
度PID制御回路の機能ブロック図である。同図におい
て1は通常のPID演算部、2は制御対象、3は1次遅
れの伝達関数からなる目標値フィルタである。この回路
では設定値(目標値)SVは目標値フィルタ3を経て新
たな目標値(便宜上、内部設定値と呼ぶ)SV1に変わ
り、この内部設定値SV1と制御対象2の出力としての
実際値(Process Value、略してPV値と
もいう)PVとが比較され、その偏差DVがPID演算
部1に入力される。そして、PID演算部1の出力とし
ての操作量MVが制御対象2に入力される。このように
してPID演算部1は内部設定値SV1と実際値PVと
を一致させるように演算出力を行う。
【0005】図4ではPID演算部1のPIDパラメー
タは制御対象2の外乱応答を良くするように選定(チュ
ーニング)されており、目標値フィルタ3の演算パラメ
ータは設定値SVのステップ変更時の制御対象2の応答
のオーバシュートを抑制するように選定されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし図4に述べた目
標値フィルタ型2自由度PID制御は、定値制御におい
ては確かに有効な方法といえるが、プログラム温度制御
に適用した場合、必ずしも有効とはいえない。なぜな
ら、図5実線で示すような設定温度パターンで目標値フ
ィルタ型2自由度PID制御を行った場合、設定値SV
が一定の勾配をもって立上るランプ区間では、目標値フ
ィルタ3の出力としての内部設定値SV1は、同図の点
線の様に設定値SVより時間tの遅れとしての定常オフ
セットを持つことになり、PID演算部1の制御はこれ
に追従しようとしてしまうからである。このためこのま
までは、プログラム温度制御には目標値フィルタ型2自
由度PID制御は適用できない。
【0007】そこで本発明は、この問題を解消できるP
V切替式2自由度PID制御装置を提供することを課題
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項1のPID制御装置は、設定値(SV)に
1次遅れ演算を行い、内部設定値(SV1)として出力
する目標値フィルタ(3など)と、この内部設定値と制
御対象(2など)の出力としての実際値(PV)との偏
差(DV)を入力し、この偏差を小とするようにこの偏
差にPID演算を行って、このPID演算の出力として
の操作量(MV)を前記制御対象に与えるPID演算部
(1など)とを備えた目標値フィルタ型2自由度PID
制御装置において、設定値が所定の勾配のランプ区間
と、定値のソーク区間とを持つプログラム制御を行う際
は、ランプ区間の立上り時点から、ランプ区間とこの区
間に続くソーク区間との切換わり時点(cなど)よりラ
ンプ区間における前記目標値フィルタの応答の定常オフ
セット時間(tなど)分だけ手前の時点(dなど)の設
定値(TPなど)を前記実際値が越えるまでの期間、前
記目標値フィルタを介することなく設定値を前記PID
演算部に与える手段(切換部4,切換スイッチ5など)
を備えたものとする。
【0009】また、請求項2のPID制御装置では、請
求項1に記載のPID制御装置は、前記定常オフセット
時間分だけ手前の時点の設定値を演算出力する手段(切
換点算出部41など)を備えたものであるようにする。
また請求項3のPID制御装置では、請求項1または請
求項2に記載のPID制御装置において、前記PID演
算部の演算パラーメタは前記制御対象の外乱応答を良く
するように選定されているようにする。
【0010】また請求項4のPID制御装置では、請求
項3に記載のPID制御装置において、前記目標値フィ
ルタの演算パラメータは設定値変更時の前記制御対象の
応答のオーバシュートを抑制するように選定されている
ようにする。
【0011】
【作用】設定値のランプ区間では、この区間の立上り時
点から通常のPID制御を行い、PV値が徐々に上昇し
て、設定値のランプ/ソーク切換わり時点cから目標値
フィルタ出力の設定値に対する定常オフセット時間tだ
け手前の時点dの設定値(TPという)を越えた時点か
ら、目標値フィルタ型2自由度PID制御に切換えて制
御を行う。但し通常PID制御のPIDパラメータは外
乱応答を良くするように選択されているものとする。
【0012】これにより設定値のランプ区間の立上り期
間では、目標値フィルタによる制御遅れが取除かれ、ラ
ンプ区間からソーク区間に切換わる期間では、目標値フ
ィルタによって制御対象の応答のオーバシュートが取除
かれる。
【0013】
【実施例】図1は本発明の実施例としてのPV切替式2
自由度PID制御回路の機能ブロック図を示す。同図に
おいては図4に対しソフトウェア手段としての切換部4
と、この切換部4によって駆動される切換スイッチ5と
が新設されている。そして切換部4は切換点算出部41
並びに、この切換点算出部41の出力としてのTP値と
制御対象2の出力としての実際値PV(PV値)とを比
較して切換スイッチ5を切換える比較器42を備えてい
る。
【0014】図2は、図1の動作説明用の温度プログラ
ム制御時における設定値SVのパターンを示す。図2を
参照しつつ図1の要部動作を説明する。切換部4内の切
換点算出部41は、図2中のプログラム温度制御のラン
プ区間で発生する、目標値フィルタ3の出力SV1の設
定値SVに対する定常オフセット時間tを算出し、更
に、設定値のランプ/ソーク移行時点cからオフセット
時間t分だけ手前の時点(切換点という)dにおける設
定値としてのTPを算出する。
【0015】また切換部4内の比較器42は、この算出
されたTP値とPV値とを比較して、PV値が徐々に上
昇しTP値を越える値は(つまり図2のランプ区間内の
区間aの間は)、図1の切換スイッチ5を下側に切換え
て通常のPID制御を行い、PV値がTP値を越えると
(つまり図2の区間bに移ると)、図1のスイッチを上
側に切換え、2自由度PID制御を行う。
【0016】図3は、本発明に基づく設定値SVと内部
設定値(PID演算部入力)SV1とのパターンの対比
を示す。同図から判るようにPV値がTP値を越えるま
でのランプ区間では、通常のPID制御を行うことによ
り、実線の設定値SVと点線の内部設定値SV1は同じ
ものとなり、定常オフセットが発生することを防止でき
る。またPV値がTP値を越えた時点で2自由度PID
制御に切換えることで、内部設定値SV1は点線のよう
になり、設定値がランプ区間からソーク区間へ移行する
時の実際値PVのオーバシュートが抑えられる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、温度のプログラム制御
において設定値のランプ区間では、PV値がTP値(即
ち、設定値SVのランプ/ソーク移行点cより、目標値
フィルタ3の出力のランプ区間における設定値SVより
の定常オフセット時間tだけ手前の点dでの設定値SV
の値)を上回るまでは通常PID制御を行い、SV値が
TP値を越えると目標値フィルタを用いた2自由度PI
D制御を行うように、PID制御方式を切換えるように
したので、プログラム温度制御においても、目標値フィ
ルタ型(2自由度)PID制御を利用しながらランプ区
間での制御の遅れを取除き、かつオーバシュートが少な
く、外乱に強い制御が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例としての機能ブロック図
【図2】図1の動作説明用の設定値パターンを示す図
【図3】本発明に基づく設定値パターンと内部設定値パ
ターンとの対比図
【図4】従来の機能ブロック図
【図5】図4における設定値パターンと内部設定値パタ
ーンとの対比図
【符号の説明】 1 PID演算部 2 制御対象 3 目標値フィルタ 4 切換部 5 切換スイッチ 41 切換点算出部 42 比較器 SV 設定値 SV1 内部設定値 DV 偏差 MV 操作量 PV 実際値 TP 切換点dでの設定値 c ランプ・ソーク移行点 d 切換点 t 目標値フィルタのランプ区間での定常オフセット
時間

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】設定値に1次遅れ演算を行い内部設定値と
    して出力する目標値フィルタと、この内部設定値と制御
    対象の出力としての実際値との偏差を入力し、この偏差
    を小とするようにこの偏差にPID演算を行って、この
    PID演算の出力としての操作量を前記制御対象に与え
    るPID演算部とを備えた目標値フィルタ型2自由度P
    ID制御装置において、 設定値が所定の勾配のランプ区間と定値のソーク区間と
    を持つプログラム制御を行う際は、ランプ区間の立上り
    時点から、ランプ区間とこの区間に続くソーク区間との
    切換わり時点よりランプ区間における前記目標値フィル
    タの応答の定常オフセット時間分だけ手前の時点の設定
    値を前記実際値が越える迄の期間、前記目標値フィルタ
    を介することなく設定値を前記PID演算部に与える手
    段を備えたことを特徴とするPV切替式2自由度PID
    制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のPID制御装置は、 前記定常オフセット時間分だけ手前の時点の設定値を演
    算出力する手段を備えたものであることを特徴とするP
    V切替式2自由度PID制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2に記載のPID制
    御装置において、 前記PID演算部の演算パラメータは前記制御対象の外
    乱応答を良くするように選定されていることを特徴とす
    るPV切替式2自由度PID制御装置。
  4. 【請求項4】請求項3に記載のPID制御装置におい
    て、 前記目標値フィルタの演算パラメータは設定値変更時の
    前記制御対象の応答のオーバシュートを抑制するように
    選定されていることを特徴とするPV切替式2自由度P
    ID制御装置。
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Cited By (5)

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