JPH1069301A - Pid regulator - Google Patents
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- JPH1069301A JPH1069301A JP24254396A JP24254396A JPH1069301A JP H1069301 A JPH1069301 A JP H1069301A JP 24254396 A JP24254396 A JP 24254396A JP 24254396 A JP24254396 A JP 24254396A JP H1069301 A JPH1069301 A JP H1069301A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はPID調節計に係
り、特に制御対象に対して特別なチューニング信号を加
えないで、プロセスの制御応答(測定値)からPID定
数を求めて自動的に変更設定可能なPID調節計の改良
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PID controller, and more particularly, to a PID controller which obtains a PID constant from a control response (measured value) of a process without adding a special tuning signal to a control object and automatically changes and sets the PID constant. It relates to possible PID controller improvements.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、この種のPID調節計としては、
外乱や目標値を変更したときの制御対象からの測定値を
観測し、この観測結果から、良い応答になるようオペレ
ータがPID定数を修正しながら変更設定する所謂エキ
スパート手法や、目標値の変更時や運転開始時のステッ
プ応答からPID定数を自動的に演算して変更設定する
所謂ステップ応答手法を搭載する構成が良く知られてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, as a PID controller of this kind,
The so-called expert method of observing the measured value from the control object when the disturbance or the target value is changed, and modifying the PID constant so that a good response can be obtained based on the observation result. It is well known that a so-called step response method for automatically calculating and changing and setting a PID constant from a step response at the start of operation is used.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たPID調節計において、エキスパート手法によって最
適なPID定数に辿り着くには、オペレータの熟練に加
えて、最適なPID定数が得られるまでにある程度の時
間が必要であった。他方、ステップ応答手法によってあ
る程度確率良くPID定数を得るには、操作量に理想的
なステップ状の信号を乗せて制御対象へ加える必要があ
り、PID調節計が複雑化するうえ、運転スタート時や
制御対象が安定していない状態では誤差が生じ易い難点
もある。However, in the above-described PID controller, in order to reach the optimum PID constant by the expert method, it takes not only the skill of the operator but also a certain amount of time until the optimum PID constant is obtained. Was needed. On the other hand, in order to obtain a PID constant with a certain probability by the step response method, it is necessary to add an ideal step-like signal to the manipulated variable and to add it to the control target. There is also a difficulty that an error easily occurs when the control target is not stable.
【0004】本発明はそのような従来の欠点を解決する
ためになされたもので、制御対象に対して特別なチュー
ニング信号例えば理想的なステップ状信号を加えること
なく、プロセスの制御応答から好ましいPID定数を高
い確率で自動的に演算して設定可能なPID調節計の提
供を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional disadvantage, and does not apply a special tuning signal to an object to be controlled, for example, an ideal step-like signal. It is an object of the present invention to provide a PID controller that can automatically calculate and set a constant with a high probability.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】そのような課題を解決す
るために本発明のPID調節計は、目標値と制御対象か
らの測定値の偏差が所定のリミット値を超えるようなそ
の目標値変更であるか否か検出し、当該目標値の変更で
あるときステップ応答法起動の指示をする起動判断部
と、その起動指示によりその目標値変更時の測定値から
ステップ応答法により第1のPID定数を算出するステ
ップ応答チューニング部と、その第1のPID定数の確
かさの度合をこの算出に用いられた測定結果や測定条件
から出力するチューニング観測部と、PID演算に用い
られたPID定数やそれら目標値および測定値をエキス
パート法基準に基づき評価し、評価の度合に応じてその
PIDを修正した第2のPID定数を出力する応答評価
チューニング部と、そのPID定数の評価が良好でない
とき、それら第1のPID定数、確かさの度合、前記P
ID定数の評価結果および第2のPID定数に基づき、
そのPID定数を変更する第3のPID定数を決定する
PID定数変更判断部とを有している。In order to solve such a problem, a PID controller according to the present invention includes a PID controller for changing a target value such that a deviation between a target value and a measured value from a control target exceeds a predetermined limit value. And a start determination unit for instructing the start of the step response method when the target value is changed, and a first PID based on the step response method from the measured value when the target value is changed by the start instruction. A step response tuning unit for calculating a constant, a tuning observation unit for outputting the degree of certainty of the first PID constant from the measurement results and measurement conditions used for the calculation, a PID constant used for the PID calculation, A response evaluation tuning unit that evaluates the target value and the measured value based on the expert method standard, and outputs a second PID constant obtained by correcting the PID according to the degree of evaluation; When evaluation of the PID constant is not good, their first PID constants, degree of certainty, the P
Based on the evaluation result of the ID constant and the second PID constant,
A PID constant change determination unit that determines a third PID constant for changing the PID constant.
【0006】そして、本発明は、上記第1のPID定数
が算出されないとき、その第2のPID定数を第3のP
ID定数として出力するよう上記PID定数変更判断部
を形成すると良い。さらに、本発明は、上記第1および
第2のPID定数を比較し、双方の修正方向が同じとき
それら第1および第2のPID定数に上記確かさの度合
を加味して上記第3のPID定数を決定し、修正方向が
異なるときその第2のPID定数からその第3のPID
定数を決定するよう上記PID定数変更判断部を形成す
ることも可能である。In the present invention, when the first PID constant is not calculated, the second PID constant is changed to the third PID constant.
It is preferable to form the PID constant change judging section so as to output as an ID constant. Further, the present invention compares the first and second PID constants, and when the two correction directions are the same, adds the third PID constant to the first and second PID constants by adding the degree of certainty. Determining a constant, and when the correction direction is different, from the second PID constant to the third PID
It is also possible to form the PID constant change determining section so as to determine the constant.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は本発明に係るPID調節計
の実施の形態を示すブロック図である。図1において、
減算器1は、目標値SVと後述する測定値PVとの偏差
Eを出力するもので、PID制御演算部3に接続されて
いる。PID制御演算部3は、設定されたPID定数に
基づき偏差EをPID演算して操作量MVを出力するも
のであり、制御対象5に接続されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a PID controller according to the present invention. In FIG.
The subtracter 1 outputs a deviation E between a target value SV and a measured value PV described later, and is connected to the PID control calculation unit 3. The PID control calculation unit 3 performs a PID calculation of the deviation E based on the set PID constant to output the manipulated variable MV, and is connected to the control target 5.
【0008】これら減算器1およびPID制御演算部3
は、従来のPID調節計の基本的構成であり、PID制
御演算部3に予め設定されているPID定数は、運転開
始時や目標値変更前に設定されたものであり、任意に変
更設定可能になっている。制御対象5は、操作量MVに
よって例えば温度制御、湿度制御、圧力制御又は流量制
御等される公知のプロセスで、温度、湿度、圧力又は流
量等の変化を測定する測定手段(図示せず)を具備し、
この測定手段で測定された測定値PVを出力するもので
あり、減算器1および起動判断部7その他に接続されて
いる。The subtracter 1 and the PID control calculator 3
Is a basic configuration of a conventional PID controller, and PID constants set in advance in the PID control calculation unit 3 are set at the start of operation or before a target value is changed, and can be arbitrarily changed and set. It has become. The control target 5 includes a measuring unit (not shown) that measures a change in temperature, humidity, pressure, flow rate, or the like in a known process in which temperature control, humidity control, pressure control, flow rate control, or the like is performed by the operation amount MV. Have,
It outputs the measured value PV measured by this measuring means, and is connected to the subtracter 1, the activation judging unit 7, and the like.
【0009】起動判断部7は、運転開始時や目標値変更
時に、目標値SVと測定値PVとの偏差Eを例えば比例
帯(図示せず)と比較し、チューニングを実行するだけ
の偏差Eがあるか否か判断し、チューニングの実行が可
能なときにはチューニング起動の指示信号を出力するも
のであり、ステップ応答チューニング部9、チューニン
グ観測部11、応答評価チューニング部13およびPI
D定数変更判断部15に接続されている。しかも、起動
判断部7は、偏差Eがステップ応答によるチューニング
が可能なとき、ステップ応答による第1のPID定数の
算出を指令するステップ応答起動の指示信号をステップ
応答チューニング部9へ出力可能に形成されている。At the start of operation or when the target value is changed, the start judging section 7 compares the deviation E between the target value SV and the measured value PV with, for example, a proportional band (not shown) and performs the deviation E only for executing tuning. It determines whether or not there is a tuning, and outputs a tuning start instruction signal when tuning can be executed. The step response tuning unit 9, the tuning observation unit 11, the response evaluation tuning unit 13, and the PI
It is connected to the D constant change determination unit 15. In addition, when the deviation E can be tuned by the step response, the activation determination unit 7 can output a step response activation instruction signal for instructing the calculation of the first PID constant by the step response to the step response tuning unit 9. Have been.
【0010】ステップ応答チューニング部9は、チュー
ニング起動およびステップ応答起動の指示信号に基づ
き、図2に示すように、第1の目標値SV1から第2の
目標値SV2へ変更されたとき、測定値PVの測定を介
して制御対象5の等価ムダ時間L、速度最大傾斜点Rの
傾きθ、目標値SVの変更点から速度最大傾斜点Rが求
まるまでの時間TR を測定し、これらに基づき公知の演
算手法例えばジーグラー・ニコルス法によって第1のP
ID定数[(Kp、Ti、Td)S ]を算出する機能を
有し、チューニング観測部11およびPID定数変更判
断部15に接続されている。The step response tuning section 9 measures the measured value when the first target value SV1 is changed from the first target value SV1 to the second target value SV2 as shown in FIG. The equivalent waste time L of the control target 5, the inclination θ of the maximum speed slope R, and the time TR from the change of the target value SV to the determination of the maximum speed slope R are measured based on the PV, and based on these measurements, The first P is calculated by a known calculation method such as the Ziegler-Nichols method.
It has a function of calculating an ID constant [(Kp, Ti, Td) S ], and is connected to the tuning observation unit 11 and the PID constant change determination unit 15.
【0011】チューニング観測部11は、チューニング
起動の指示信号に基づき、図2に示すように、操作量M
Vを観測してこれが所定のリミット値を超えたか否か判
断するとともに、目標値SVの変更が行なわれてから操
作量MVがリミット値を外れるまでの時間TMVを測定
し、この時間TMVと、ステップ応答チューニング部9か
らの等価ムダ時間L、時間TR 、速度最大傾斜点Rを用
い、図3に示すように、ステップ応答による第1のPI
D定数の算出結果がどの程度良好であるかを算出する機
能を有し、PID定数変更判断部15に接続されてい
る。すなわち、チューニング観測部11は、図3におい
て、時間TMVに等価ムダ時間Lを加えた値と時間TR の
比が「1」より大きい場合には、ステップ応答による第
1のPID定数の算出が巧くいったと判断し、その比が
「1」より小さい場合には小さくなるに従い第1のPI
D定数の算出が次第に巧くいかなかったと判断し、それ
に対応する係数CFをPID定数変更判断部15へ出力
する機能を有している。The tuning observing section 11 receives an operation amount M based on a tuning start instruction signal as shown in FIG.
Along with this by observing V determines whether exceeds a predetermined limit value, the target value manipulated variable MV after is performed change SV measures the time T MV until out of the limit value, the time T MV And the equivalent PI from the step response tuning unit 9, the time T R , and the maximum speed slope R, as shown in FIG.
It has a function of calculating how good the calculation result of the D constant is, and is connected to the PID constant change determination unit 15. That is, in FIG. 3, when the ratio of the value obtained by adding the equivalent waste time L to the time T MV to the time T R is larger than “1” in FIG. 3, the first PID constant is calculated by the step response. Is judged to be successful, and when the ratio is smaller than “1”, the first PI becomes smaller as the ratio becomes smaller.
It has a function of judging that the calculation of the D constant has not been gradually improved, and outputting a coefficient CF corresponding to the calculation to the PID constant change judgment unit 15.
【0012】また、チューニング観測部11は、図2の
測定値PVの速度最大傾斜点Rの測定について、図4の
ように複数の速度測定幅(…、Bn、Bn+1、…)を
設け、速度最大傾斜点の得られる例えば速度測定幅Bn
内の測定値PVの通過サンプル数をカウントして平均化
し、速度測定幅Bnを通過したサンプル数に応じた値を
図5のように速度最大傾斜点Rの確からしさの度合と
し、ステップ応答チューニング部9における測定結果の
確からしさの度合とともにPID定数変更判断部15へ
出力する機能を有している。このため、速度測定幅の通
過サンプル数が多ければ速度の測定結果に対する確から
しさの度合は高くなり、また逆に通過サンプル数が少な
いと確からしさの度合が低くなるので、例えば測定値P
VのA/D変換時におけるカウンタのばらつきやノイズ
に対して測定精度を向上できる利点がある。The tuning observation unit 11 sets a plurality of speed measurement widths (..., Bn, Bn + 1,...) As shown in FIG. For example, the speed measurement width Bn at which the maximum inclination point can be obtained
The number of passing samples of the measured value PV in the above is counted and averaged, and a value corresponding to the number of samples passing through the speed measurement width Bn is taken as the degree of certainty of the maximum speed slope point R as shown in FIG. The unit 9 has a function of outputting to the PID constant change determination unit 15 together with the degree of certainty of the measurement result. For this reason, if the number of passing samples of the speed measurement width is large, the degree of certainty for the speed measurement result is high, and if the number of passing samples is small, the degree of certainty is low.
There is an advantage that measurement accuracy can be improved with respect to counter variations and noise during A / D conversion of V.
【0013】図1に戻って、応答評価チューニング部1
3は、チューニング起動の指示信号に基づき、目標値S
Vおよび測定値PVから制御対象5の応答速度、オーバ
ーシュートおよび減衰比を測定して応答の評価を行なう
とともに、応答が悪かった場合には、応答の評価結果に
基づき、エキスパート法的手法によって第2のPID定
数[(Kp、Ti、Td)E ]の算出を行ない、応答評
価の結果および第2のPID定数を出力する機能を有し
ている。Returning to FIG. 1, the response evaluation tuning unit 1
3 is the target value S based on the tuning start instruction signal.
The response is evaluated by measuring the response speed, overshoot, and damping ratio of the controlled object 5 from V and the measured value PV. If the response is poor, the expert method is used based on the response evaluation result based on the response evaluation result. 2 has a function of calculating a PID constant [(Kp, Ti, Td) E ] and outputting a response evaluation result and a second PID constant.
【0014】すなわち、応答評価チューニング部13
は、制御対象5の応答速度について、図6Aのように、
測定値PVが第1の目標値SV1から第2の目標値SV
2に達するまでの時間をTb、測定値PVが第1の目標
値SV1からΔSV/2(ΔSV=SV2−SV1)に
達するまでの時間をTaとしたとき、Tb/Taの値に
応じた応答速度評価係数を用いて評価する。この応答速
度評価係数は「1」以上で応答速度が良好であることを
示しており、Tb/Taの値が2を超えて大きくなると
評価係数が「1」より小さくなって評価が低下している
こと示しており、評価が低下した場合には評価係数をK
pの修正係数とする。That is, the response evaluation tuning unit 13
Represents the response speed of the control target 5 as shown in FIG.
The measured value PV is changed from the first target value SV1 to the second target value SV.
2, a response corresponding to the value of Tb / Ta, where Tb is the time required to reach 2 and Ta is the time required for the measured value PV to reach ΔSV / 2 (ΔSV = SV2−SV1) from the first target value SV1. Evaluate using the speed evaluation coefficient. This response speed evaluation coefficient is “1” or more, indicating that the response speed is good. When the value of Tb / Ta exceeds 2 and becomes large, the evaluation coefficient becomes smaller than “1” and the evaluation decreases. If the evaluation is reduced, the evaluation coefficient is set to K
Let p be the correction factor.
【0015】また、応答評価チューニング部13は、制
御対象5のオーバーシュートについて、図6Bのよう
に、第1および第2の目標値SV1、SV2の差をΔS
Vとし、最大のオーバーシュート値をOV1としたと
き、OV1/ΔSVの値に応じたオーバーシュート評価
係数を用いて評価する機能を有している。このオーバー
シュート評価係数は「1」以上で評価が良好であること
を示しており、OV1/ΔSVの値が0.15を超えて
大きくなると評価係数が「1」より小さくなって評価が
低下していること示しており、評価が低下した場合には
評価係数をTi、Tdの修正係数とする。As shown in FIG. 6B, the response evaluation tuning unit 13 calculates the difference between the first and second target values SV1 and SV2 for the overshoot of the control target 5 by ΔS
When V is V and the maximum overshoot value is OV1, it has a function of evaluating using an overshoot evaluation coefficient corresponding to the value of OV1 / ΔSV. This overshoot evaluation coefficient is “1” or more, indicating that the evaluation is good. When the value of OV1 / ΔSV exceeds 0.15 and becomes large, the evaluation coefficient becomes smaller than “1” and the evaluation decreases. When the evaluation is lowered, the evaluation coefficient is used as a correction coefficient for Ti and Td.
【0016】さらに、応答評価チューニング部13は、
制御対象5の減衰比について、図6Cのように、最初の
オーバーシュート値をa1とし第2回目のオーバーシュ
ート値をa2としたとき、a2とa1の比に応じた評価
係数を用いて減衰比を評価する機能を有している。減衰
評価係数は「1」以上で減衰比が良好であることを示し
ており、a2/a1の値が0.25程度を超えて大きく
なると評価係数が「1」より小さくなって評価が低下し
ていること示しており、評価が低下した場合には減衰評
価係数をKpの修正係数とする。Further, the response evaluation tuning unit 13
As shown in FIG. 6C, when the first overshoot value is a1 and the second overshoot value is a2 as shown in FIG. 6C, the damping ratio of the controlled object 5 is determined by using an evaluation coefficient corresponding to the ratio between a2 and a1. Has the function of evaluating The attenuation evaluation coefficient is "1" or more, indicating that the attenuation ratio is good. When the value of a2 / a1 exceeds about 0.25 and becomes large, the evaluation coefficient becomes smaller than "1" and the evaluation decreases. When the evaluation decreases, the attenuation evaluation coefficient is used as a correction coefficient for Kp.
【0017】そして、応答評価チューニング部13は、
応答速度、オーバーシュートおよび減衰比に応じたそれ
らの修正係数を評価し、全ての評価係数が「1」以上で
良好であったならば、PID制御演算部3に設定されて
いるPID定数が良好であると判断し、1つでも評価係
数が「1」未満であれば、PID制御演算部3に設定さ
れているPID定数(Kp、Ti、Td)を修正した第
2のPID定数[(Kp、Ti、Td)E ]を各評価係
数を用いて算出し、それをPID定数変更判断部15へ
出力する機能を有している。なお、本発明において、図
6に示すように、Tb/Taの値に応じた応答速度評価
係数の基準、OV1/ΔSVの値に応じたオーバーシュ
ート評価係数の基準、およびa2/a1の値に応じた減
衰評価係数の基準を用いて、PID定数を修正決定した
り評価する手法がエキスパート法的な手法である。The response evaluation tuning unit 13
The correction coefficients corresponding to the response speed, overshoot, and damping ratio are evaluated. If all the evaluation coefficients are “1” or more, the PID constant set in the PID control calculation unit 3 is good. And if at least one of the evaluation coefficients is less than “1”, a second PID constant [(Kp) obtained by modifying the PID constants (Kp, Ti, Td) set in the PID control calculation unit 3 , Ti, Td) E ] using the respective evaluation coefficients, and outputting the calculated coefficients to the PID constant change determination unit 15. In the present invention, as shown in FIG. 6, the reference of the response speed evaluation coefficient according to the value of Tb / Ta, the reference of the overshoot evaluation coefficient according to the value of OV1 / ΔSV, and the value of a2 / a1 A method of correcting and determining the PID constant using the reference of the corresponding attenuation evaluation coefficient is an expert method.
【0018】PID定数変更判断部15は、チューニン
グ起動の指示信号の入力に基づき動作するもので、応答
評価チューニング部13からPID定数が良好である旨
の評価結果が入力されれば、PID制御演算部3に設定
されたPID定数を変更しない処理をし、良好でない旨
の評価結果が入力されれば、ステップ応答チューニング
部9からの第1のPID定数[(Kp、Ti、Td)
S ]が入力されたか否か判断し、第1のPID定数が入
力されないとき、応答評価チューニング部13で修正さ
れた第2のPID定数[(Kp、Ti、Td)E ]をP
ID制御演算部3へ出力してPID定数(Kp、Ti、
Td)を置換える機能を有している。The PID constant change judging unit 15 operates based on the input of a tuning start instruction signal. When an evaluation result indicating that the PID constant is good is input from the response evaluation tuning unit 13, the PID control calculation is performed. The PID constant set in the unit 3 is not changed, and if an evaluation result indicating that the PID constant is not good is input, the first PID constant [(Kp, Ti, Td)] from the step response tuning unit 9 is input.
It is determined whether or not [ S ] has been input. If the first PID constant has not been input, the second PID constant [(Kp, Ti, Td) E ] corrected by the response evaluation tuning unit 13 is set to P.
The data is output to the ID control calculation unit 3 and the PID constants (Kp, Ti,
It has a function to replace Td).
【0019】さらに、PID定数変更判断部15は、ス
テップ応答チューニング部9から第1のPID定数
[(Kp、Ti、Td)S ]が入力されれば、第1のP
ID定数[(Kp、Ti、Td)S ]と第2のPID定
数[(Kp、Ti、Td)E ]との修正方向を比較し、
互いの修正方向が異なるときには第2のPID定数
[(Kp、Ti、Td)E ]を優先してこれを第3のP
ID定数としてPID制御演算部3へ出力し、互いの修
正方向が同じときには、第1のPID定数[(Kp、T
i、Td)S ]と第2のPID定数[(Kp、Ti、T
d)E ]との差に対し、チューニング観測部11からの
確かさの係数CFや速度最大傾斜点Rの確かさで補正し
た値に第2のPID定数[(Kp、Ti、Td)E ]を
加えた第3のPID定数をPID制御演算部3へ出力す
る機能を有している。速度最大傾斜点Rの確かさによる
補正は必須ではない。Further, when the first PID constant [(Kp, Ti, Td) S ] is input from the step response tuning unit 9, the PID constant change determination unit 15
The correction directions of the ID constant [(Kp, Ti, Td) S ] and the second PID constant [(Kp, Ti, Td) E ] are compared,
When the correction directions are different from each other, the second PID constant [(Kp, Ti, Td) E ] is prioritized and is changed to the third PID constant.
The ID is output to the PID control calculation unit 3 as an ID constant, and when the correction directions are the same, the first PID constant [(Kp, T
i, Td) S ] and a second PID constant [(Kp, Ti, T
to the difference between the d) E], the second PID constant value corrected with certainty of certainty factor CF and speed maximum slope point R from the tuning observation section 11 [(Kp, Ti, Td ) E] And outputs the third PID constant to the PID control calculation unit 3. Correction by the certainty of the maximum speed slope point R is not essential.
【0020】換言すれば、PID定数変更判断部15
は、PID制御演算部3で用いられたPID定数が良好
でないとき、第1のPID定数の確かさの度合が高けれ
ば、一度の目標値変更でPID定数の最適値が求まるス
テップ応答法によって求めた第1のPID定数を第3の
PID定数とするとともに、第1のPID定数の確かさ
の度合が高くない場合には、第1のPID定数と第2の
PID定数との差に確かさの度合係数CFで補正した値
に第2のPID定数を加えた値を第3のPID定数と
し、更に、ステップ応答法によるチューニングが実行で
きずに第1のPID定数が求まらないときには、第2の
PID定数を第3のPID定数として決定してそのPI
D定数を変更する機能を有する。In other words, the PID constant change determining unit 15
When the PID constant used in the PID control calculation unit 3 is not good, and when the degree of certainty of the first PID constant is high, the step response method is used in which the optimum value of the PID constant is obtained by changing the target value once. The first PID constant is defined as a third PID constant, and if the degree of certainty of the first PID constant is not high, the difference between the first PID constant and the second PID constant is determined by the difference. When a value obtained by adding the second PID constant to the value corrected by the degree coefficient CF is used as a third PID constant. Further, when tuning by the step response method cannot be executed and the first PID constant cannot be obtained, The second PID constant is determined as a third PID constant and its PI
It has a function to change the D constant.
【0021】ところで、上述した本発明に係るPID調
節計の主要部は、上述した演算、判断および算出処理機
能を有するCPU、このCPUの動作プログラムを格納
したROM、演算や算出データ等を格納するRAM、イ
ンターフェースであるI/O等を有するマイクロコンピ
ュータで構成する場合が多い。例えば、上述した応答評
価チューニング部13の動作は図7のようなフローチャ
ートで示され、PID定数変更判断部15の動作は図8
のようなフローチャートで示される。Incidentally, the main part of the PID controller according to the present invention described above stores a CPU having the above-described calculation, determination and calculation processing functions, a ROM storing an operation program of the CPU, and stores calculation and calculation data. In many cases, the microcomputer is configured by a microcomputer having a RAM, an I / O as an interface, and the like. For example, the operation of the response evaluation tuning unit 13 described above is shown in a flowchart as shown in FIG. 7, and the operation of the PID constant change determination unit 15 is shown in FIG.
It is shown by a flowchart as shown in FIG.
【0022】すなわち、応答評価チューニング部13で
は、図7に示すように、プログラムが開始されると、ス
テップ100でKpの修正係数として「1」をセット
し、ステップ101でTi、Tdの修正係数として
「1」をセットし、ステップ102で応答速度が良好か
否か判断する。ステップ102がNOの場合にはステッ
プ103で応答速度評価係数の逆数をKpの修正係数と
してセットしてステップ104に移り、ステップ102
がYESの場合には直接ステップ104へ移ってオーバ
ーシュートが良好か否か判断する。That is, as shown in FIG. 7, when the program is started, the response evaluation tuning unit 13 sets "1" as a correction coefficient of Kp in step 100, and sets correction coefficients of Ti and Td in step 101. Is set to “1”, and it is determined in step 102 whether or not the response speed is good. If NO in step 102, the reciprocal of the response speed evaluation coefficient is set as a correction coefficient for Kp in step 103, and the process proceeds to step 104.
Is YES, the process directly proceeds to step 104, where it is determined whether or not the overshoot is good.
【0023】ステップ104がNOの場合にはステップ
105でオーバーシュート評価係数の逆数をTi、Td
の修正係数としてセットしてステップ106に移り、ス
テップ104がYESの場合には直接ステップ106へ
移って減衰評価が良好か否か判断する。ステップ106
がNOの場合にはステップ107で減衰評価係数をKp
修正係数としてセットしてステップ108に移り、ステ
ップ106がYESの場合には直接ステップ108へ移
り、ステップ108ではKpの設定値(前回設定値)に
Kpの修正係数を掛けてKpを修正するとともに、T
i、Tdの設定値(前回設定値)にTi、Tdの修正係
数を掛けてTi、Tdを修正して終了する。If step 104 is NO, the reciprocal of the overshoot evaluation coefficient is set to Ti, Td in step 105.
The process proceeds to step 106, and if step 104 is YES, the process directly proceeds to step 106 to determine whether the attenuation evaluation is good. Step 106
Is NO, the attenuation evaluation coefficient is set to Kp in step 107.
The correction coefficient is set as a correction coefficient, and the process proceeds to step 108. If step 106 is YES, the process directly proceeds to step 108. In step 108, the set value of Kp (previous set value) is multiplied by the correction coefficient of Kp to correct Kp. , T
The set values of i and Td (previous set values) are multiplied by the correction coefficients of Ti and Td to correct Ti and Td, and the process ends.
【0024】また、PID定数変更判断部15では、図
8に示すように、プログラムが開始されると、ステップ
200で目標値の応答評価すなわち既に設定されている
PID定数が良好か否か判断し、ステップ200がYE
Sであれば、前回設定されたPID定数(Kp、Ti、
Td)をそのまま置き換えないで終了し、ステップ20
0がNOであれば、ステップ201でステップ応答チュ
ーニング部9におけるチューニングすなわち第1のPI
D定数の算出が実行されたか否か判断する。ステップ2
01がNOの場合には、ステップ202にて応答評価チ
ューニング部13で修正された第2のPID定数[(K
p、Ti、Td)E ]を第3のPID定数としてPID
制御演算部3へ出力し、前回設定されたPID定数(K
p、Ti、Td)を置換え変更して終了する。As shown in FIG. 8, when the program is started, the PID constant change judging section 15 judges the response evaluation of the target value, that is, whether the already set PID constant is good or not in step 200. Step 200 is YE
If S, the previously set PID constants (Kp, Ti,
End without replacing Td), step 20
If 0 is NO, the tuning in the step response tuning unit 9 in step 201, that is, the first PI
It is determined whether the calculation of the D constant has been performed. Step 2
If 01 is NO, the second PID constant [(K
p, Ti, Td) E ] as the third PID constant
Output to the control calculation unit 3 and set the PID constant (K
(p, Ti, Td).
【0025】ステップ応答チューニング部9におけるチ
ューニングが実行されてステップ201がYESの場合
には、ステップ203で第1のPID定数[(Kp、T
i、Td)S ]と第2のPID定数[(Kp、Ti、T
d)E ]との修正方向が同一か否か判断し、互いの修正
方向が異なってNOの場合にはステップ204で第2の
PID定数[(Kp、Ti、Td)E ]を第3のPID
定数としてPID制御演算部3へ出力して終了する。修
正方向が同じでステップ203がYESの場合には、第
1のPID定数[(Kp、Ti、Td)S ]と第2のP
ID定数[(Kp、Ti、Td)E ]との差に確かさの
度合係数CFで補正した値に第2のPID定数[(K
p、Ti、Td)E ]を加えた第3のPID定数をPI
D制御演算部3へ出力して終了する。If the tuning in the step response tuning section 9 is executed and the step 201 is YES, the first PID constant [(Kp, T
i, Td) S ] and a second PID constant [(Kp, Ti, T
d) It is determined whether the correction directions with E ] are the same. If the correction directions are different from each other and the result is NO, in step 204, the second PID constant [(Kp, Ti, Td) E ] is changed to the third. PID
The value is output to the PID control calculation unit 3 as a constant, and the processing ends. If the correction directions are the same and step 203 is YES, the first PID constant [(Kp, Ti, Td) S ] and the second PID constant
The difference from the ID constant [(Kp, Ti, Td) E ] is corrected by a certainty factor CF to a second PID constant [(K
p, Ti, Td) E ] is added to the third PID constant
The output is output to the D control operation unit 3 and the processing is terminated.
【0026】このように本発明のPID調節計は、目標
値SVと測定値PVの偏差Eが所定のリミット値を超え
るようなその目標値変更であるか否か起動判断部7で検
出するとともに当該目標値SVの変更であると判断した
ときステップ応答法起動を指示し、この起動指示によっ
てステップ応答チューニング部9が目標値SV変更時の
測定値PVからステップ応答法により第1のPID定数
を算出し、チューニング観測部11がその第1のPID
定数の確かさの度合を出力し、応答評価チューニング部
13がPID演算に用いられたPID定数、目標値SV
および測定値PVをエキスパート法基準で評価して評価
結果の度合に応じてそのPID定数を修正して第2のP
ID定数を出力し、PID定数変更判断部15がそれら
第1のPID定数、第1のPID定数の確かさの度合、
PID定数の評価結果および第2のPID定数に基づ
き、そのPID演算に用いられたPID定数が良好でな
いとき、第1のPID定数の確かさの度合が高ければ、
一度の目標値変更でPID定数の最適値が求まるステッ
プ応答法によって求めた第1のPID定数を第3のPI
D定数とし、第1のPID定数の確かさの度合が高くな
いときには、第1のPID定数と第2のPID定数との
差に確かさの度合係数CFで補正した値に第2のPID
定数を加えた値を第3のPID定数とし、更に、ステッ
プ応答法によるチューニングが実行できずに第1のPI
D定数が求まらないときには、第2のPID定数を第3
のPID定数として決定してそのPID定数を変更する
構成としたから、制御対象5へ理想的なステップ状のチ
ューニング信号を特別に与えることなく、目標値SVや
測定値PVを評価して応答が良好でないときに限定して
好ましい第3のPID定数を高い確率で自動的に演算
し、PID制御演算部3で用いるPID定数として変更
できるので、PID定数変更の信頼性が向上する。As described above, the PID controller of the present invention detects whether the deviation E between the target value SV and the measured value PV is a target value change that exceeds a predetermined limit value by the start-up judging unit 7 and When it is determined that the change is the target value SV, a step response method start is instructed, and the start instruction causes the step response tuning unit 9 to change the first PID constant from the measured value PV at the time of the target value SV change by the step response method. The tuning observation unit 11 calculates the first PID
The degree of certainty of the constant is output, and the response evaluation tuning unit 13 uses the PID constant and the target value SV used in the PID calculation.
And the measured value PV is evaluated based on the expert method standard, and the PID constant is corrected according to the degree of the evaluation result to obtain the second P
An ID constant is output, and the PID constant change determination unit 15 outputs the first PID constant, the degree of certainty of the first PID constant,
Based on the evaluation result of the PID constant and the second PID constant, if the PID constant used for the PID calculation is not good, and if the degree of certainty of the first PID constant is high,
The first PID constant obtained by the step response method in which the optimum value of the PID constant is obtained by changing the target value once is converted to the third PI
When the degree of certainty of the first PID constant is not high, the difference between the first PID constant and the second PID constant is corrected to a value corrected by the certainty degree coefficient CF.
The value obtained by adding the constant is used as a third PID constant.
When the D constant is not obtained, the second PID constant is changed to the third PID constant.
Is determined and the PID constant is changed, and the target value SV and the measured value PV are evaluated without giving an ideal step-shaped tuning signal to the control target 5 in particular. The third PID constant, which is preferable only when it is not good, is automatically calculated with a high probability and can be changed as the PID constant used in the PID control calculation unit 3, so that the reliability of the PID constant change is improved.
【0027】また、ステップ応答法による第1のPID
定数が得られない程度の偏差Eであるとき、エキスパー
ト法による第2のPID定数に基づき第3のPID定数
を決定してPID制御演算部3のPID定数を変更する
から、ステップ応答法による第1のPID定数が得られ
なくとも、変更する第3のPID定数の安全性を確保で
きる。さらに、エキスパート法による第2のPID定数
とステップ応答法による第1のPID定数を評価し、第
2のPID定数を優先的に用いて第3のPID定数を決
定するから、ステップ応答法によるPID定数の測定条
件が完全でなくても、第1のPID定数にこの確かさの
度合を加味させた値で第2のPID定数を修正し、より
適切な第3のPID定数を早く求めることが可能とな
る。Also, the first PID by the step response method
When the deviation E is such that the constant cannot be obtained, the third PID constant is determined based on the second PID constant by the expert method and the PID constant of the PID control calculation unit 3 is changed. Even if the first PID constant cannot be obtained, the security of the third PID constant to be changed can be secured. Further, the second PID constant by the expert method and the first PID constant by the step response method are evaluated, and the third PID constant is determined by preferentially using the second PID constant. Even if the measurement conditions of the constants are not perfect, it is possible to correct the second PID constant with a value obtained by adding the degree of certainty to the first PID constant, and to quickly obtain a more appropriate third PID constant. It becomes possible.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上説明したように本発明のPID調節
計は、制御対象に対して特別なチューニング信号例えば
理想的なステップ状信号を与えることなく、プロセスの
制御応答から好ましいPID定数を高い確率で自動的に
変更設定可能となる。また、応答の評価を行ない、制御
演算部に設定されているPID定数の評価を行なうの
で、応答が良好でないときに限定してPID定数の変更
設定が可能となり、応答が良好であるにもかかわらずP
ID定数が設定変更されてしまうような不具合が生じな
い。そして、第1のPID定数が算出されないとき、そ
の第2のPID定数を第3のPID定数として出力する
よう上記PID定数変更判断部を形成する構成では、ス
テップ応答法による第1のPID定数が得られなくとも
安全性の高い第3のPID定数でPID定数を変更でき
る。さらに、上記第1および第2のPID定数を比較
し、双方の修正方向が同じときそれら第1および第2の
PID定数に確かさの度合を加味してその第3のPID
定数を決定し、修正方向が異なるときその第2のPID
定数を第3のPID定数として出力するようPID定数
変更判断部を形成する構成では、第1のPID定数の修
正傾向に応じて好ましい第3のPID定数が形成される
し、たとえ第1のPID定数の修正傾向が好ましものの
信頼性が高くなくとも、確かさの度合および第2のPI
D定数を加味して好ましい第3のPID定数を早く算出
することが可能となる。As described above, the PID controller of the present invention can obtain a preferable PID constant from a process control response without giving a special tuning signal, for example, an ideal step-like signal, to a control object. Can be changed and set automatically. In addition, since the response is evaluated and the PID constant set in the control operation unit is evaluated, it is possible to change and set the PID constant only when the response is not good. Zu P
There is no problem that the ID constant is changed. When the first PID constant is not calculated, the PID constant change determination unit is configured to output the second PID constant as a third PID constant. Even if not obtained, the PID constant can be changed with the third PID constant having high security. Further, the first and second PID constants are compared, and when both correction directions are the same, the third PID constant is added to the first and second PID constants by adding the degree of certainty.
Determine a constant, and when the correction direction is different, its second PID
In the configuration in which the PID constant change determination unit is formed so as to output the constant as the third PID constant, a preferred third PID constant is formed according to the tendency of the first PID constant to be modified. Even though the tendency to correct the constant is preferred but not reliable, the degree of certainty and the second PI
A preferred third PID constant can be calculated quickly by taking into account the D constant.
【図1】本発明に係るPID調節計の実施の形態を示す
ブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a PID controller according to the present invention.
【図2】図1のPID調節計の動作を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the operation of the PID controller of FIG.
【図3】図1のPID調節計の動作を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an operation of the PID controller of FIG. 1;
【図4】図1のPID調節計の動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an operation of the PID controller of FIG. 1;
【図5】図1のPID調節計の動作を示す図である。FIG. 5 is a view showing the operation of the PID controller of FIG. 1;
【図6】図1のPID調節計の動作を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the PID controller of FIG. 1;
【図7】図1のPID調節計の動作を示すフローチャー
トである。FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the PID controller of FIG. 1;
【図8】図1のPID調節計の動作を示すフローチャー
トである。FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the PID controller of FIG.
1 減算器 3 PID制御演算部 5 制御対象 7 起動判断部 9 ステップ応答チューニング部 11 チューニング観測部 13 応答評価チューニング部 15 PID定数変更判断部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Subtractor 3 PID control calculation part 5 Control object 7 Start-up judgment part 9 Step response tuning part 11 Tuning observation part 13 Response evaluation tuning part 15 PID constant change judgment part
フロントページの続き (72)発明者 島田 昌士 東京都大田区久が原5丁目16番6号 理化 工業株式会社内Continued on the front page (72) Inventor Masashi Shimada 5-16-6 Kugahara, Ota-ku, Tokyo Inside Rika Kogyo Co., Ltd.
Claims (3)
基づきPID演算して前記制御対象へ操作量を出力する
PID調節計において、 前記偏差が所定のリミット値を超えるような前記目標値
の変更であるか否か検出し、当該目標値の変更であると
きステップ応答法起動の指示をする起動判断部と、 前記起動指示により、前記目標値変更時の測定値からス
テップ応答法により第1のPID定数を算出するステッ
プ応答チューニング部と、 前記第1のPID定数の確かさの度合をこの算出に用い
られた測定結果や測定条件から出力するチューニング観
測部と、 前記PID演算に用いたPID定数、前記目標値および
測定値をエキスパート法基準に基づき評価し、この評価
結果の度合に応じて前記PID演算に用いたPID定数
を修正して第2のPID定数を出力する応答評価チュー
ニング部と、 前記PID演算に用いたPID定数の評価が良好でない
とき、前記ステップ応答チューニング部からの前記第1
のPID定数、前記チューニング観測部からの前記確か
さの度合、前記応答評価チューニング部からの評価およ
び第2のPID定数に基づき、前記応答評価チューニン
グ部からの前記PID演算で用いたPID定数を変更す
る第3のPID定数を決定するPID定数変更判断部
と、 を具備することを特徴とするPID調節計。1. A PID controller for calculating a PID based on a deviation between a target value and a measured value from a control target and outputting an operation amount to the control target, wherein the target value is such that the deviation exceeds a predetermined limit value. A start determination unit that detects whether or not the change is the target value and instructs a step response method start when the change is the target value. A step response tuning unit that calculates a PID constant of 1; a tuning observation unit that outputs the degree of certainty of the first PID constant from measurement results and measurement conditions used in the calculation; The PID constant, the target value, and the measured value are evaluated based on the expert method standard, and the PID constant used in the PID calculation is modified according to the degree of the evaluation result to obtain a second value. When the Response Evaluation tuning unit for outputting a PID constants, the evaluation of the PID constants used in the PID calculation is not good, the first from the step response tuning unit
The PID constant used in the PID calculation from the response evaluation tuning unit is changed based on the PID constant, the degree of the certainty from the tuning observation unit, the evaluation from the response evaluation tuning unit, and the second PID constant. A PID constant change determining unit that determines a third PID constant to be performed.
のPID定数が算出されないとき、前記第2のPID定
数を前記第3のPID定数として出力する請求項1記載
のPID調節計。2. The method according to claim 1, wherein the PID constant change determination unit is configured to:
The PID controller according to claim 1, wherein the second PID constant is output as the third PID constant when the PID constant is not calculated.
および第2のPID定数を比較し、双方の修正方向が同
じときそれら第1および第2のPID定数に前記確かさ
の度合を加味して前記第3のPID定数を決定し、前記
修正方向が異なるとき前記第2のPID定数から前記第
3のPID定数を決定する請求項2記載のPID調節
計。3. The PID constant change judging section, wherein:
And the second PID constant is compared, and when both correction directions are the same, the third PID constant is determined by adding the degree of certainty to the first and second PID constants. 3. The PID controller according to claim 2, wherein when different, the third PID constant is determined from the second PID constant.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24254396A JP3216541B2 (en) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | PID controller |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24254396A JP3216541B2 (en) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | PID controller |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1069301A true JPH1069301A (en) | 1998-03-10 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009217439A (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Yamatake Corp | Control apparatus and its operation method |
JP2013213721A (en) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Shimadzu Corp | Object movement controlling device and fourier transform infrared spectrophotometer |
-
1996
- 1996-08-27 JP JP24254396A patent/JP3216541B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009217439A (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Yamatake Corp | Control apparatus and its operation method |
JP2013213721A (en) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Shimadzu Corp | Object movement controlling device and fourier transform infrared spectrophotometer |
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