JPH07261805A - Automatic adjusting device for proportional plus integral plus derivative control parameter - Google Patents
Automatic adjusting device for proportional plus integral plus derivative control parameterInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、発電プラント、化学プ
ラントなどの各種プラントに使用される単一ループの比
例積分微分（以下ＰＩＤとする）制御装置のＰＩＤ制御
パラメータ自動調整装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PID control parameter automatic adjusting device for a single-loop proportional-integral-derivative (hereinafter referred to as PID) controller used in various plants such as power plants and chemical plants.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のＰＩＤ制御パラメータ自動調整装
置においては、大きく分けて２通りあった。一つは図２
（ａ）に示すようにオープンループでプラント４を同定
してＰＩＤパラメータを決定する方式であり、他は図２
（ｂ）に示すようにクローズドループでプラント４の出
力の応答波形からパラメータを修正する方式である。2. Description of the Related Art In a conventional PID control parameter automatic adjusting device, there are roughly two types. One is Figure 2
As shown in (a), it is a method of identifying the plant 4 by an open loop and determining the PID parameter.
As shown in (b), this is a method of correcting parameters from the response waveform of the output of the plant 4 in a closed loop.
【０００３】図２（ａ）に示すオープンループ方式の装
置の場合は、プラント４にＭ系列信号などの不規則信号
を入力し、その入力信号とプラント４の出力から求めた
ＡＲＭＡモデルなどでプラントを同定する方法や、プラ
ントへステップ信号を入力してその応答波形からプラン
トを一次遅れ＋むだ時間などのモデルに同定する方法が
あり、その同定したモデルからジグラー・ニコルスの調
整則などでＰＩＤパラメータを決定する。In the case of the open loop type apparatus shown in FIG. 2 (a), an irregular signal such as an M-sequence signal is input to the plant 4, and the plant is obtained by an ARMA model obtained from the input signal and the output of the plant 4. And a method of inputting a step signal to the plant and identifying the plant from the response waveform to a model such as first-order lag + dead time. From the identified model, the PID parameter is adjusted by the Zigler-Nichols adjustment rule. To decide.
【０００４】また、図２（ｂ）に示すクローズドループ
方式の装置の場合は、目標値変化や外乱によるプラント
の出力応答波形から、応答時間、減衰率、整定時間など
を指標として応答が改善されるようにＰＩＤパラメータ
を修正する。Further, in the case of the closed loop system shown in FIG. 2B, the response is improved from the output response waveform of the plant due to the change of the target value or the disturbance by using the response time, the attenuation rate, the settling time and the like as indexes. Modify the PID parameters so that
【０００５】なお、上記Ｍ系列信号（maximum-length l
inear shift register sequence ）とは２値化した信号
からつくられる図３（ａ）に示されるような擬似白色性
信号であり、ＡＲＭＡ（autoregressive moving averag
e ）モデルとは次式の形で対象の応答を表すモデルであ
る。The M-sequence signal (maximum-length l
The inear shift register sequence) is a pseudo-white signal as shown in FIG. 3 (a) made from a binarized signal, and ARMA (autoregressive moving averag).
e) The model is a model that represents the response of the object in the form of the following equation.
【０００６】 y(k)=a1y(k-1)+a2y(k-2)+ …+any(k-n)+b1u(k-1)+b2u(k-2)+ …+bmu(k-m) こゝで、ｙは出力、ｕは入力、ｋはサンプリング時点を
表す。Y (k) = a 1 y (k-1) + a 2 y (k-2) +… + a n y (kn) + b 1 u (k-1) + b 2 u (k- 2) + ... + b m u (km) where y is the output, u is the input, and k is the sampling time.
【０００７】また、一次遅れ＋むだ時間モデルとは制御
対象の動特性が次式で表わされるモデルである。The first-order delay + dead time model is a model in which the dynamic characteristics of the controlled object are expressed by the following equation.
【０００８】Ｇ（ｓ）＝Ｋｅ-LS ／（１＋Ｔｓ） こゝで、Ｋはゲイン、Ｔは時定数、Ｌはむだ時間であ
り、１というステップ入力の場合、出力の応答が図３
（ｂ）により示される。G (s) = Ke- LS / (1 + Ts) where K is the gain, T is the time constant, and L is the dead time. When the step input is 1, the output response is as shown in FIG.
It is shown by (b).
【０００９】シグラー・ニコルスの調整則とは、次式で
示されるＰＩＤ制御器の制御パラメータＫP ，ＴI ，Ｔ
D を決めるための調整則の一つであり、一次遅れ＋むだ
時間の動特性の制御対象に対して、Ｋ，Ｔ，Ｌから
ＫP ，ＴI ，ＴD が一意的に求まるものである。The Sigler-Nichols adjustment law means the control parameters K P , T I and T of the PID controller represented by the following equation.
This is one of the adjustment rules for determining D , and K P , T I , and T D are uniquely obtained from K, T, and L for the controlled object of the dynamic characteristics of the first-order delay and the dead time. .
【００１０】 Ｋ（ｓ）＝ＫP （１＋１／ＴI ｓ＋ＴD ｓ）K (s) = K P (1 + 1 / T I s + T D s)
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】従来の図２（ａ）に示
す方式の装置においては、プラントをオープンループで
同定するために、プラントの運転中は自動運転はできず
手動運転にする必要があり、またプラントに不必要な信
号を入力しなければならないという課題があった。In the conventional apparatus of the system shown in FIG. 2 (a), in order to identify the plant in an open loop, it is not possible to perform automatic operation during operation of the plant and it is necessary to perform manual operation. There was also a problem that an unnecessary signal had to be input to the plant.
【００１２】また、従来の図２（ｂ）に示す方式の装置
においては、ＰＩＤパラメータの修正の試行回数が多く
なり、調整時間が長くなるという課題があった。本発明
は上記の課題を解決しようとするものである。Further, in the conventional apparatus of the system shown in FIG. 2B, there is a problem that the number of trials for correcting the PID parameter is increased and the adjustment time is lengthened. The present invention is intended to solve the above problems.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明のＰＩＤ制御パラ
メータ自動調整装置は、目標値とプラントの出力との偏
差が入力されるＰＩＤ制御装置の出力をその入力とする
上記プラントの入力と出力を入力して同プラントを一次
遅れ＋むだ時間モデルで同定するプラント同定手段、お
よび同手段から上記モデルを入力してＰＩＤ制御のパラ
メータであるプラントの比例ゲイン、積分時間、微分時
間を算出して上記ＰＩＤ制御装置へ出力するＰＩＤパラ
メータ決定手段を備えたことを特徴としている。A PID control parameter automatic adjusting apparatus according to the present invention has an input and an output of the above-mentioned plant whose input is an output of a PID control apparatus to which a deviation between a target value and an output of the plant is input. A plant identification means for inputting and identifying the same plant with a first-order lag + dead-time model, and the model input from the means to calculate the proportional gain, integral time, and derivative time of the plant, which are parameters of PID control, and It is characterized in that a PID parameter determining means for outputting to the PID control device is provided.
【００１４】[0014]
【作用】上記において、プラントのプロセス系の応答は
一般に一次遅れ＋むだ時間モデルで同定することができ
る。In the above, the response of the plant process system can be generally identified by the first-order lag + dead-time model.
【００１５】そのため、プラント同定手段がプラントを
上記モデルにより同定し、プラントより入力したプラン
トの入出力を用いて上記モデルについてのゲイン、時定
数及びむだ時間を算出し、ＰＩＤパラメータ決定手段に
入力する。Therefore, the plant identification means identifies the plant by the above model, calculates the gain, time constant and dead time for the above model using the input and output of the plant input from the plant, and inputs them to the PID parameter determination means. .
【００１６】上記モデルのゲイン、時定数及びむだ時間
を入力したＰＩＤパラメータ決定手段は、ジグラー・ニ
コルスの調整則等によってプラントの比例ゲイン、積分
時間、微分時間を求め、これをＰＩＤ制御装置に入力し
て同ＰＩＤ制御装置のＰＩＤパラメータを修正する。The PID parameter determining means, to which the gain, time constant and dead time of the above model have been input, obtains the proportional gain, integral time and derivative time of the plant by the Ziegler-Nichols adjustment rule or the like, and inputs this to the PID controller. Then, the PID parameter of the PID control device is corrected.
【００１７】本発明においては、上記のように、運転中
のプラントの入出力を用いてプラント同定手段がプラン
トをモデルで同定し、モデルのゲイン、時定数及びむだ
時間を算出できるものとしたため、オープンループでも
クローズドループでも適用でき、プラントの運転中でも
使用可能であり、ＰＩＤパラメータの決定に試行錯誤を
繰り返す必要がないため、調整時間もかゝらない装置を
実現する。In the present invention, as described above, the plant identification means can identify the plant with the model by using the input and output of the operating plant, and calculate the gain, time constant and dead time of the model. It can be applied in open loop or closed loop, can be used even during plant operation, and does not require trial and error to determine PID parameters, thus realizing a device that requires no adjustment time.
【００１８】[0018]
【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。図
１に示す本実施例は、目標値１とプラント４の出力５と
の偏差が入力されるＰＩＤ制御装置２の出力をその入力
３とし、単一ループのフィードバック制御系が形成され
るプラント４の入力３と出力５を入力して同プラント５
を一次遅れ＋むだ時間モデルで自動的に同定するプラン
ト同定手段６、および同手段６から上記モデルのゲイン
Ｋ、時定数Ｔ、むだ時間Ｌを入力してＰＩＤ制御のパラ
メータである比例ゲインＫP 、積分時間ＴI、微分時間
ＴD を算出して上記ＰＩＤ制御装置２へ出力するＰＩＤ
パラメータ決定手段７を備えている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment shown in FIG. 1, the output of the PID control device 2 to which the deviation between the target value 1 and the output 5 of the plant 4 is input is its input 3, and a plant 4 in which a single loop feedback control system is formed. Input 3 and output 5 of the same plant 5
With a first-order delay + dead time model, and a proportional gain K P which is a parameter of PID control by inputting the gain K, time constant T, and dead time L of the model from the means 6 , The integration time T I and the differential time T D are calculated and output to the PID control device 2.
The parameter determining means 7 is provided.
【００１９】上記において、プラント同定手段６がプラ
ント５を一次遅れ＋むだ時間モデルで同定しているの
は、一般のプロセス系の応答がこのモデルで近似できる
からであり、このモデルは次式（１）で近似することが
できるため、この式（１）を構成するゲインＫ、時定数
Ｔ、むだ時間Ｌにより上記モデルを表現することができ
る。In the above description, the plant identification means 6 identifies the plant 5 by the first-order lag + dead-time model because the response of a general process system can be approximated by this model. Since it can be approximated by 1), the above model can be expressed by the gain K, the time constant T, and the dead time L that constitute this equation (1).
【００２０】 Ｇ（ｓ）＝Ｋｅ-LS ／（１＋Ｔｓ）……………………………………（１） 上記プラント同定手段６においてはこのＫ，Ｔ，Ｌを求
めており、同プラント同定手段６により行われるＫ，
Ｔ，Ｌの算出要領について、以下に説明する。簡単のた
めに、これからの応答計算においては初期値はゼロとす
る。ただし、プラントへの外乱はなく、出力は設定値変
化などの入力の変動により変動するものとする。したが
って、目標値１の変化はステップでなくてもよい。G (s) = Ke −LS / (1 + Ts) ……………………………… (1) The plant identification means 6 obtains these K, T, and L, K performed by the plant identification means 6
The procedure for calculating T and L will be described below. For simplicity, the initial value is set to zero in the response calculation from now on. However, there is no disturbance to the plant, and the output fluctuates due to input fluctuations such as changes in set values. Therefore, the change of the target value 1 may not be a step.
【００２１】上記プラント同定手段６が入力するプラン
ト４の入出力３，５はサンプリングデータであるため、
サンプリング時間をΔｔとして、ゼロ次ホールド付Ｚ変
換により離散化する。Since the inputs and outputs 3 and 5 of the plant 4 input by the plant identification means 6 are sampling data,
The sampling time is set to Δt, and discretization is performed by Z-transform with zero-order hold.
【００２２】[0022]
【数１】 [Equation 1]
【００２３】式（２）より、出力ｙは次の差分方程式
（４）で表される。From the equation (2), the output y is represented by the following difference equation (4).
【００２４】 ｙ（ｋ）＝ｐｙ（ｋ−１）＋Ｋ（１−ｐ）ｕ（ｋ−L −１）………（４） これを推定値Ｙ（ｋ）として、実出力ｙ（ｋ）との偏差
ｅ（ｋ）をとる。Y (k) = py (k−1) + K (1−p) u (k−L −1) (4) As an estimated value Y (k), the actual output y (k) The deviation e (k) from
【００２５】 ｅ（ｋ）＝ｙ（ｋ）−Ｙ（ｋ）…………………………………………（５） この偏差ｅ（ｋ）については、これが最小となるような
Ｋ，Ｔ，Ｌを求める必要があるが、これを最小２乗法で
計算するために式（５）の２乗和をとりＥとする。E (k) = y (k) −Y (k) …………………………………… (5) For this deviation e (k), this should be the minimum. It is necessary to obtain K, T, and L, but in order to calculate this by the least-squares method, the sum of squares of the equation (5) is taken as E.
【００２６】[0026]
【数２】 [Equation 2]
【００２７】これを、ｐ，Ｋで微分して０とおく。This is differentiated by p and K and set to 0.
【００２８】[0028]
【数３】 [Equation 3]
【００２９】こゝで、上記式（７），（８）の各要素を
次式（９）に示すようにａ1 ，ａ2，ａ3 ，ａ4 ，ａ5
とする。Here, each element of the above formulas (7) and (8) is represented by a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 as shown in the following formula (9).
And
【００３０】[0030]
【数４】 [Equation 4]
【００３１】上記式（７），（８）の要素を上記式
（９）で置換することにより、次式（１２），（１３）
が得られる。By substituting the elements of the above equations (7) and (8) with the above equation (9), the following equations (12) and (13) are obtained.
Is obtained.
【００３２】 ａ1 ＋ａ2 Ｋ＋ａ3 ｐ＋ａ4 Ｋ（１−ｐ）−ａ5 Ｋ2 （１−ｐ）＝０ …………………（１０） −ａ2 ＋ａ4 ｐ＋ａ5 Ｋ（１−ｐ）＝０……………………………（１１） 上記連立方程式（１０），（１１）を解くことにより、
次式（１２），（１３）で示されるＫ，ｐが求まる。A 1 + a 2 K + a 3 p + a 4 K (1-p) -a 5 K 2 (1-p) = 0 (10) -a 2 + a 4 p + a 5 K (1- p) = 0 ……………………………… (11) By solving the simultaneous equations (10) and (11),
K and p shown by the following equations (12) and (13) are obtained.
【００３３】 Ｋ＝（ａ1 ａ4 −ａ2 ａ3 ）／（ａ1 ａ5 −ａ3ａ5 ＋ａ4 2−ａ2 ａ4 ） …………………（１２） Ｐ＝（ａ2 −ａ5 Ｋ）／（ａ4 −ａ5 Ｋ）…………………………（１３） この式（１３）を用いることにより、上記式（３）を変
換した次式（１４）から時定数Ｔを計算することができ
る。K = (a 1 a 4 −a 2 a 3 ) / (a 1 a 5 −a 3 a 5 + a 4 2 −a 2 a 4 ) ... (12) P = (a 2− a 5 K) / (a 4 −a 5 K) …………………… (13) By using this equation (13), the following equation (14) obtained by converting the above equation (3) is obtained. ), The time constant T can be calculated.
【００３４】 Ｔ＝−Δｔ／loge P……………………………………………………（１４） むだ時間については、Ｌ＝L Δｔ（L ：正数）として、
あるL について上記方法でＫ，Ｔをもとめ、そのＫ，Ｔ
を用いて次式（１５）で示される評価関数Ｊ（L ）を計
算し、このＪ（L ）を最小とするＫ，Ｔ，Ｌを採用す
る。T = −Δt / loge P ……………………………………………… (14) As for dead time, L = L Δt (L: positive number)
Obtain K and T by the above method for a certain L, and use that K and T
Is used to calculate an evaluation function J (L) represented by the following equation (15), and K, T, and L that minimize this J (L) are adopted.
【００３５】[0035]
【数５】 [Equation 5]
【００３６】上記プラント同定手段６により求められた
Ｋ，Ｔ，ＬはＰＩＤパラメータ決定手段７に入力され、
ＰＩＤパラメータ決定手段７はジグラー・ニコルスの調
整則などによってＰＩＤパラメータである比例ゲインＫ
P ，積分時間ＴI 、微分時間ＴD を決定してＰＩＤ制御
装置２に入力し、ＰＩＤパラメータの修正が行われる。K, T, L obtained by the plant identification means 6 are input to the PID parameter determination means 7,
The PID parameter determining means 7 is a proportional gain K which is a PID parameter according to the Ziegler-Nichols adjustment rule or the like.
P , the integration time T I , and the differential time T D are determined and input to the PID control device 2 to correct the PID parameters.
【００３７】なお、プラント同定手段６が上記の要領で
同定を行う場合には、クローズドループであっても、プ
ラントの入出力がわかれば同定ができる。ただし、プラ
ントへの外乱はなく、サンプリング時間は一定でなけれ
ばならない。When the plant identification means 6 makes an identification in the above manner, even if it is a closed loop, it can be identified if the input / output of the plant is known. However, there should be no disturbance to the plant and the sampling time should be constant.
【００３８】[0038]
【発明の効果】本発明の比例積分微分制御パラメータ自
動調整装置は、プラントの入出力を入力して同プラント
を一次遅れ＋むだ時間モデルで同定するプラント同定手
段と、同手段から上記モデルを入力してプラントの比例
ゲイン、積分時間、微分時間を算出してＰＩＤ制御装置
へ出力するＰＩＤパラメータ決定手段を備え、上記プラ
ント同定手段が運転中のプラントの入出力を入力してモ
デルのゲイン、時定数及びむだ時間を算出することがで
きるものとしたことによって、オープンループでもクロ
ーズドループでも適用でき、プラントの運転中でも使用
可能であり、ＰＩＤパラメータの決定に試行錯誤を繰り
返す必要がないため、調整時間もかゝらない装置を実現
する。The proportional-integral-derivative control parameter automatic adjusting apparatus of the present invention inputs the input and output of the plant and identifies the plant by the first-order lag + dead time model, and the model input from the means. Then, the PID parameter determining means for calculating the proportional gain, the integral time, and the differential time of the plant and outputting them to the PID controller is provided, and the plant identifying means inputs the input / output of the operating plant to obtain the model gain and time. Since the constant and dead time can be calculated, it can be applied in open loop or closed loop, can be used even during plant operation, and it is not necessary to repeat trial and error to determine the PID parameter. Realize a device that does not cost much.
【図１】本発明の一実施例に係るＰＩＤ制御パラメータ
自動調整装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a PID control parameter automatic adjustment apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】従来の装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a conventional device.
【図３】上記従来の装置に係る説明図で、（ａ）はＭ系
列信号、（ｂ）は一次遅れ＋むだ時間モデルの入出力信
号の説明図である。3A and 3B are explanatory diagrams related to the above-described conventional apparatus, and FIG. 3A is an explanatory diagram of an M-sequence signal, and FIG. 3B is an explanatory diagram of input / output signals of a first-order delay + dead time model.
１ 目標値 ２ ＰＩＤ制御装置 ３ 入力 ４ プラント ５ 出力 ６ プラント同定手段 ７ ＰＩＤパラメータ決定手段 1 Target Value 2 PID Controller 3 Input 4 Plant 5 Output 6 Plant Identification Means 7 PID Parameter Determining Means
Claims (1)
される比例積分微分制御装置の出力をその入力とする上
記プラントの入力と出力を入力して同プラントを一次遅
れ＋むだ時間モデルで同定するプラント同定手段、およ
び同手段から上記モデルを入力して比例積分微分制御の
パラメータであるプラントの比例ゲイン、積分時間、微
分時間を算出して上記比例積分微分制御装置へ出力する
比例積分微分パラメータ決定手段を備えたことを特徴と
する比例積分微分制御パラメータ自動調整装置。1. A first-order lag + dead-time model for the plant by inputting the input and output of the plant whose input is the output of a proportional-plus-integral-derivative controller to which the deviation between the target value and the output of the plant is input. A plant identification means for identifying, and a proportional-integral-derivative that inputs the model from the means and calculates the proportional gain, integral time, and derivative time of the plant, which are the parameters of the proportional-integral-derivative control, and outputs to the proportional-integral-derivative controller. A proportional-integral-derivative control parameter automatic adjusting device comprising a parameter determining means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4865994A JPH07261805A (en) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | Automatic adjusting device for proportional plus integral plus derivative control parameter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4865994A JPH07261805A (en) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | Automatic adjusting device for proportional plus integral plus derivative control parameter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07261805A true JPH07261805A (en) | 1995-10-13 |
Family
ID=12809481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4865994A Withdrawn JPH07261805A (en) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | Automatic adjusting device for proportional plus integral plus derivative control parameter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07261805A (en) |
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