JPH1091211A - Control constant adjusting device - Google Patents

Control constant adjusting device

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Publication number
JPH1091211A
JPH1091211A JP29131196A JP29131196A JPH1091211A JP H1091211 A JPH1091211 A JP H1091211A JP 29131196 A JP29131196 A JP 29131196A JP 29131196 A JP29131196 A JP 29131196A JP H1091211 A JPH1091211 A JP H1091211A
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JP
Japan
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control
model
transfer function
control constant
constant
Prior art date
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Application number
JP29131196A
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Japanese (ja)
Inventor
Masanori Yukitomo
友 雅 徳 行
Minoru Iino
野 穣 飯
Osamu Nishimura
村 修 西
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH1091211A publication Critical patent/JPH1091211A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the control constant adjusting device which can minimize the frequency of implementation of a system identifying test. SOLUTION: This control constant controller is equipped with an input/output data gathering means 3 which gathers manipulated variables and controlled variables, a control performance decision means 5 which decides the control performance of a feedback system, a control specification indicating means 6 which gives the control specifications of the feedback system, a model generating means 7 which generates a transfer function model, and a control constant determining means 9 which calculates a control constant. The control performance decision means 5 decides whether or not the precision of the transfer function model meets a specific reference value, and indicates the restructuring of the transfer function model to the model generating means 7 when it is judged that the reference value is not met and indicates the variation of the control constant to the control constant determining means 9 when it is judged that the reference value is met.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フィードバックシ
ステムにおける制御装置の制御定数を調整するための繰
り返し型の制御定数調整装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a repetitive control constant adjusting device for adjusting a control constant of a control device in a feedback system.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は、各種産業プラントの制御系とし
て使用されているフィードバックシステムの概略構成を
示している。このフィードバックシステムにおいて制御
対象1の制御量を目標値rに制御する際には、制御装置
2から制御対象1に対して操作量uを出力し、この操作
量uに対する制御装置2の出力である制御量yを測定す
る。そして、測定された制御量yをフィードバックして
目標値rと比較し、再び制御装置2から制御対象1に対
して新たな操作量uを出力する。
2. Description of the Related Art FIG. 8 shows a schematic configuration of a feedback system used as a control system of various industrial plants. When controlling the control amount of the control target 1 to the target value r in this feedback system, the control device 2 outputs an operation amount u to the control target 1, and the output of the control device 2 for the operation amount u. The control amount y is measured. Then, the measured control amount y is fed back and compared with the target value r, and the control device 2 outputs a new operation amount u to the control target 1 again.

【0003】フィードバックシステムにおける制御装置
の制御定数は、プラントを最適に運転するために最適な
値に予め決定してある。しかし、プラントの特性変化に
より最適な運転状態から逸脱することがある。そのた
め、運転員がプラントの運転状態を常時監視し、最適な
運転状態から逸脱した場合には制御定数の再調整を行う
必要がある。この制御定数の再調整においては、運転員
が手動で制御定数を変更する方法、若しくは、オートチ
ューニングツールを使用して制御定数を変更する方法が
とられる。
[0003] The control constants of the control device in the feedback system are determined in advance to optimal values for optimal operation of the plant. However, deviations from the optimal operating conditions may occur due to changes in plant characteristics. Therefore, it is necessary for the operator to constantly monitor the operation state of the plant and to readjust the control constants when the operation state deviates from the optimum operation state. In the readjustment of the control constants, a method in which an operator manually changes the control constants or a method in which the control constants are changed by using an auto-tuning tool is adopted.

【0004】従来のオートチューニングツールは図9に
示したような処理手順によって制御定数を変更するもの
である。まず、同定条件決定装置90によって同定信号
を発生させる上で必要な信号の種類等を決定する。次
に、同定条件決定装置90で決定された条件に基づいて
同定信号発生装置91によって実際の同定信号が計算さ
れ、同定信号印加装置92により指定された印加箇所に
同定信号が印加される。そして、同定データ収集・加工
装置93によって、同定信号が印加されている間の制御
対象1の制御量y及び操作量uの時系列データy,uを
収集する。次に、モデル構造決定装置94によって、伝
達関数モデルの構造等のパラメータを決定する。モデル
構造決定装置94で決定されたモデル構造等のパラメー
タ及び時系列データy,uを用いて、伝達関数モデル推
定装置95によって伝達関数モデルを決定する。次に、
設計パラメータ決定装置96によって設計パラメータを
決定し、制御定数決定装置97によって新たな制御定数
を決定する。そして、新たな制御定数を制御装置に適用
してプラントの運転状態を観測し、最適な運転状態が得
られるまで上記手順を繰り返し行うというのが従来のオ
ートチューニング手法である。
A conventional auto-tuning tool changes a control constant according to a processing procedure as shown in FIG. First, the identification condition determination device 90 determines the type of signal necessary for generating an identification signal. Next, an actual identification signal is calculated by the identification signal generation device 91 based on the condition determined by the identification condition determination device 90, and the identification signal is applied to the application position specified by the identification signal application device 92. Then, the identification data collection and processing device 93 collects the time series data y and u of the control amount y and the operation amount u of the control target 1 while the identification signal is being applied. Next, the model structure determining device 94 determines parameters such as the structure of the transfer function model. Using the parameters such as the model structure determined by the model structure determining device 94 and the time series data y, u, the transfer function model estimating device 95 determines a transfer function model. next,
The design parameters are determined by the design parameter determining device 96, and a new control constant is determined by the control constant determining device 97. The conventional auto-tuning technique is to apply a new control constant to the control device, observe the operating state of the plant, and repeat the above procedure until an optimal operating state is obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来のオートチューニングツールにおいて実施されるシス
テム同定試験は、制御対象に対して同定信号と呼ばれる
外乱信号を加えるものであるため、プラント運転に悪影
響を与えてしまい、生産されている製品品質の劣化等を
招いてしまうという問題がある。しかも、従来のオート
チューニングツールでは、調整の度にシステム同定試験
を行うので、最適な制御定数が求まるまでに多数回の同
定試験を行う必要がある。また、従来の手法では、得ら
れた伝達関数モデルに基づいて最適な制御定数の設計を
行うが、実際には伝達関数モデルと制御対象との間には
必ずずれが存在する。そのため、求めた制御定数を制御
装置に適用した時の応答が、事前に伝達関数モデルを用
いて予測した応答と大きく異なり、場合によってはフィ
ードバックシステムを不安定にしてしまうことがある。
However, the system identification test performed in the above-described conventional auto-tuning tool involves adding a disturbance signal called an identification signal to a control target, and therefore has a bad influence on plant operation. This causes a problem that the quality of the product being manufactured is deteriorated. In addition, in the conventional auto-tuning tool, since the system identification test is performed each time the adjustment is performed, it is necessary to perform the identification test many times before the optimum control constant is obtained. In the conventional method, an optimal control constant is designed based on the obtained transfer function model. However, in practice, there is always a deviation between the transfer function model and the control target. Therefore, the response when the obtained control constant is applied to the control device is significantly different from the response predicted using a transfer function model in advance, and in some cases, the feedback system becomes unstable.

【0006】そこで、本発明は、上述した種々の問題点
を解消し、システム同定試験の実施回数を最小限に抑え
ることができる制御定数調整装置を提供することを目的
とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a control constant adjusting apparatus which can solve the above-mentioned various problems and can minimize the number of times of performing a system identification test.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明によ
る制御定数調整装置は、フィードバックシステムの制御
装置の制御定数を調整するための制御定数調整装置にお
いて、制御対象の入出力である操作量及び制御量を収集
する入出力データ収集手段と、前記入出力データ収集手
段によって収集された前記制御量及び前記操作量に基づ
いて前記フィードバックシステムの制御性能を判定する
制御性能判定手段と、前記フィードバックシステムの制
御仕様を与える制御仕様指示手段と、前記制御対象の伝
達関数モデルを作成するモデル作成手段と、前記制御装
置の制御定数を計算する制御定数決定手段と、を備え、
前記制御性能判定手段は、前記フィードバックシステム
の制御性能が前記制御仕様を満たさない場合、前記伝達
関数モデルの精度が所定の基準値を満たしているか否か
を判定し、前記所定の基準値を満たしていないと判断し
た場合には前記モデル作成手段に対して前記伝達関数モ
デルの再構築を指示し、一方、前記所定の基準値を満た
していると判断した場合には前記制御定数決定手段に対
して前記制御定数の変更を行うように指示し、前記フィ
ードバックシステムの制御性能が前記制御仕様を満たす
ようになるまで、前記伝達関数モデルの精度評価、前記
伝達関数モデルの再構築又は前記制御定数の変更を繰り
返し行うようにしたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a control constant adjusting device for adjusting a control constant of a control device of a feedback system. Input / output data collecting means for collecting a control amount, a control performance determining means for determining control performance of the feedback system based on the control amount and the operation amount collected by the input / output data collecting means, and the feedback Control specification instruction means for giving a control specification of the system, model creation means for creating a transfer function model of the control target, control constant determination means for calculating a control constant of the control device,
When the control performance of the feedback system does not satisfy the control specification, the control performance determination unit determines whether or not the accuracy of the transfer function model satisfies a predetermined reference value, and satisfies the predetermined reference value. If it is determined that the transfer function model is not reconstructed, it is instructed to reconstruct the transfer function model to the model creation means, while if it is determined that the predetermined reference value is satisfied, the control constant determination means Until the control performance of the feedback system satisfies the control specifications, accuracy evaluation of the transfer function model, reconstruction of the transfer function model or It is characterized in that the change is repeated.

【0008】請求項2記載の発明による制御定数調整装
置は、前記制御量及び前記操作量のトレンドデータを表
示する制御対象監視手段をさらに有することを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a control constant adjusting apparatus, further comprising a control target monitoring means for displaying trend data of the control amount and the operation amount.

【0009】請求項3記載の発明による制御定数調整装
置は、前記制御対象監視手段は、前記制御量及び前記操
作量のトレンドデータを表示するトレンドデータ表示部
と、前記フィードバックシステムの制御性能を表示する
制御性能表示部と、前記制御定数の調整を開始させ又は
中止させるスイッチ部と、前記制御定数の調整中におけ
る現在の調整モードを表示する調整モード表示部と、を
備えたことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the control constant adjusting apparatus, the control target monitoring means displays a trend data display section for displaying trend data of the control amount and the operation amount, and a control performance of the feedback system. And a switch unit for starting or stopping the adjustment of the control constant, and an adjustment mode display unit for displaying a current adjustment mode during the adjustment of the control constant. .

【0010】請求項4記載の発明による制御定数調整装
置は、前記制御性能判定手段は、前記伝達関数モデルに
よって算出された制御量計算値と前記制御対象の出力と
して得られた前記制御量とを比較して前記伝達関数モデ
ルの精度を判定するモデル精度判定手段を有することを
特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the control constant adjusting apparatus, the control performance determining means determines a control amount calculated by the transfer function model and the control amount obtained as an output of the controlled object. It is characterized by having a model accuracy determining means for comparing and determining the accuracy of the transfer function model.

【0011】請求項5記載の発明による制御定数調整装
置は、前記モデル作成手段は、前記伝達関数モデルを作
成するために前記制御対象に加える同定信号の同定条件
を決定する同定条件決定手段と、前記同定信号を発生さ
せる同定信号発生手段と、この同定信号発生手段におい
て発生した前記同定信号を前記制御対象に加える同定信
号印加手段と、この同定信号印加手段によって前記同定
信号を前記制御対象に加えたときの前記制御量及び前記
操作量を収集し、収集された前記制御量及び前記操作量
に対して適当なフィルタリング処理を行って同定データ
を作成する同定データ収集加工手段と、前記同定データ
に基づいて前記制御対象の前記伝達関数モデルを決定す
るために必要なモデルパラメータを決定するモデル構造
決定手段と、前記モデルパラメータに基づいて前記伝達
関数モデルを決定する伝達関数モデル推定手段と、を備
えていることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the control constant adjusting apparatus, the model creating means determines identification condition of an identification signal to be added to the control target to create the transfer function model; An identification signal generating means for generating the identification signal; an identification signal applying means for applying the identification signal generated by the identification signal generating means to the control object; and adding the identification signal to the control object by the identification signal applying means. Collecting the control amount and the operation amount at the time of performing, performing an appropriate filtering process on the collected control amount and the operation amount to create identification data, Model structure determining means for determining model parameters required to determine the transfer function model of the controlled object based on the Characterized in that it comprises a transfer function model estimating means for determining the transfer function model based on Dell parameter, a.

【0012】請求項6記載の発明による制御定数調整装
置は、前記モデル作成手段によって決定された前記伝達
関数モデルを保存するモデルデータベースをさらに有
し、前記制御性能判定手段は、最新の前記伝達関数モデ
ルのみならず前記モデルデータベースに保存された過去
の前記伝達関数モデルも使用して前記伝達関数モデルの
精度を評価するようにしたことを特徴とする。
[0012] The control constant adjusting apparatus according to the present invention further comprises a model database for storing the transfer function model determined by the model creating means, and the control performance judging means includes the latest transfer function. The accuracy of the transfer function model is evaluated using not only the model but also the past transfer function model stored in the model database.

【0013】請求項7記載の発明による制御定数調整装
置は、前記制御定数決定手段は、新たな前記制御定数を
計算するために必要な設計パラメータの値を決定する設
計パラメータ決定手段と、前記設計パラメータを用いて
前記制御定数を求める制御定数計算手段と、前回求めら
れた制御定数と今回求められた制御定数との間の変化率
を計算し、前記変化率が所定の範囲内にあるか否かを判
定する制御定数変化率計算手段と、を備え、前記制御定
数変化率計算手段によって前記変化率が前記所定の範囲
外にあると判定された場合には前記設計パラメータ決定
手段によって前記設計パラメータを変更して所定の制御
定数を求めることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the control constant adjusting apparatus, the control constant determining means determines a design parameter value required for calculating a new control constant, and the design parameter determining means determines the value of the design parameter. A control constant calculating means for obtaining the control constant using a parameter, calculating a rate of change between the control constant obtained last time and the control constant obtained this time, and determining whether the rate of change is within a predetermined range. Control constant change rate calculating means for determining whether the change rate is outside the predetermined range by the control constant change rate calculating means. Is changed to obtain a predetermined control constant.

【0014】請求項8記載の発明による制御定数調整装
置は、前記制御装置に過去に適用された前記制御定数を
保存する制御定数データベースをさらに有し、前記制御
定数決定手段によって決定した新たな前記制御定数を前
記制御装置に適用したにもかかわらず前記フィードバッ
クシステムの制御性能が前記制御仕様を満たさない場合
には、前記制御定数データベースに保存された過去の前
記制御定数を前記制御装置に適用するようにしたことを
特徴とする。
The control constant adjusting apparatus according to the present invention further includes a control constant database for storing the control constants applied to the control device in the past, and the new control constant determining means determined by the control constant determining means. When the control performance of the feedback system does not satisfy the control specification even though the control constant is applied to the control device, the past control constant stored in the control constant database is applied to the control device. It is characterized by doing so.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態による繰
り返し型の制御定数調整装置について図1乃至図6を参
照して説明する。図1は、本実施形態による制御定数調
整装置の概略構成を示しており、制御対象1には、この
制御対象1を制御するための制御装置2が接続されてい
る。また、図1において符号rは制御対象1の目標値を
示し、符号yは制御対象1の出力である制御量を示し、
符号uは制御装置2の出力である操作量を示している。
これらの目標値r、制御量y、操作量uは信号ラインを
介して入出力データ収集装置3に送られ、ある観測周期
ごとに時系列データが入力されて保存される。入出力デ
ータ収集装置3に保存されたデータは、観測周期ごとに
制御対象監視装置4に入力されると共に制御性能判定装
置5に送られる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A repetitive control constant adjusting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a control constant adjusting device according to the present embodiment. A control device 2 for controlling the control target 1 is connected to the control target 1. In FIG. 1, a symbol r indicates a target value of the controlled object 1, a symbol y indicates a control amount which is an output of the controlled object 1,
The symbol u indicates an operation amount that is an output of the control device 2.
The target value r, the control amount y, and the operation amount u are sent to the input / output data collection device 3 via a signal line, and time-series data is input and stored in each observation cycle. The data stored in the input / output data collection device 3 is input to the control target monitoring device 4 and sent to the control performance determination device 5 at each observation cycle.

【0016】制御性能判定装置5は、入出力データ収集
装置3から送られた各観測データ(入出力データ)、及
び制御仕様指示装置6から与えられる制御仕様に基づい
て、フィードバックシステムの制御性能が制御仕様を満
たしているか否かを判断する。さらに、制御性能判定装
置5は、フィードバックシステムの制御性能が制御仕様
を満たさない場合、現在使用されている伝達関数モデル
の精度が所定の基準値を満たしているか否かを判定す
る。そして、伝達関数モデルの精度が所定の基準値を満
たしていないと判断した場合にはモデル作成装置7に対
して伝達関数モデルの再構築を指示し、一方、伝達関数
モデルの精度が所定の基準値を満たしていると判断した
場合には、伝達関数モデルの再構築を行うことなく、制
御定数決定装置9に対して制御定数の変更を行うように
指示する。
The control performance judging device 5 determines the control performance of the feedback system based on each observation data (input / output data) sent from the input / output data collecting device 3 and the control specification given from the control specification indicating device 6. It is determined whether the control specifications are satisfied. Furthermore, when the control performance of the feedback system does not satisfy the control specifications, the control performance determination device 5 determines whether or not the accuracy of the transfer function model currently used satisfies a predetermined reference value. If it is determined that the accuracy of the transfer function model does not satisfy the predetermined reference value, it instructs the model creation device 7 to reconstruct the transfer function model. If it is determined that the value satisfies the value, the control parameter determination unit 9 is instructed to change the control parameter without reconstructing the transfer function model.

【0017】また、モデル作成装置7で得られた伝達関
数モデルはモデルデータベース8に保存され、制御定数
決定装置9で得られた制御定数は制御定数データベース
10に保存される。
The transfer function model obtained by the model creation device 7 is stored in a model database 8, and the control constant obtained by the control constant determination device 9 is stored in a control constant database 10.

【0018】図2(a)、(b)は、制御対象監視装置
4の表示モニタ11の画面の一例を示しており、(a)
は制御系の制御状態が良好な場合を示しており、(b)
は制御系の制御状態が良くない場合を示している。そし
て、制御対象監視装置4に入力された制御量、操作量等
の各量は、表示モニタ11のトレンドデータ表示ウイン
ドウ11dに表示される。さらに、制御対象監視装置4
の表示モニタ11は、制御性能表示ウインドウ11a、
調整開始/終了ボタン11b、調整モード表示ウインド
ウ11cを有している。制御性能表示ウインドウ11a
には、図1に示した制御性能判定装置5から得られた現
在の制御性能をグラフィカルに表示し、制御系の制御状
態が良好であるか(図2(a)参照)、調整が必要であ
るか(図2(b)参照)のメッセージを表示する。調整
が必要な場合は、メッセージを点滅表示すると共にアラ
ームを鳴らして運転員に対して調整が必要であることを
知らせる。そして、運転員が制御定数の調整を行うと判
断した場合には、調整開始ボタン/終了ボタン11bの
開始ボタンを押すことによって調整が開始される。な
お、調整を途中で中止させたい場合には終了ボタンを押
すことによって調整を中止させることができる。また、
調整モード表示ウインドウ11cには、単に制御量y及
び操作量uのトレンドデータを表示するのみの「監視モ
ード」であるか(図2(a)参照)、それとも、制御定
数の調整を行っている「調整モード」であるか(図2
(b)参照)をメッセージ表示する。さらに、調整モー
ドの場合には、調整モード表示ウインドウ11cに、モ
デル作成を行っている場合は「モデル作成中」と、ま
た、制御定数を決定している場合は「制御定数決定中」
とメッセージを表示し、調整モードにおけるどの段階の
処理が現在行われているかが運転員に分かるようにす
る。
FIGS. 2A and 2B show an example of a screen of the display monitor 11 of the control target monitoring device 4.
Shows the case where the control state of the control system is good, and (b)
Indicates a case where the control state of the control system is not good. Then, the respective amounts such as the control amount and the operation amount input to the control target monitoring device 4 are displayed in the trend data display window 11d of the display monitor 11. Further, the control target monitoring device 4
The display monitor 11 has a control performance display window 11a,
It has an adjustment start / end button 11b and an adjustment mode display window 11c. Control performance display window 11a
, The current control performance obtained from the control performance determination device 5 shown in FIG. 1 is graphically displayed, and if the control state of the control system is good (see FIG. 2A), adjustment is necessary. A message as to whether or not there is (see FIG. 2B) is displayed. If adjustment is required, a message is displayed blinking and an alarm is sounded to notify the operator that adjustment is required. Then, when the operator determines to adjust the control constant, the adjustment is started by pressing the start button of the adjustment start button / end button 11b. If it is desired to stop the adjustment halfway, the adjustment can be stopped by pressing the end button. Also,
Whether the adjustment mode display window 11c is in the “monitoring mode” in which trend data of the control amount y and the operation amount u is simply displayed (see FIG. 2A), or the control constant is adjusted. "Adjustment mode" (Fig. 2
(Refer to (b)). Further, in the case of the adjustment mode, "Model is being created" is displayed in the adjustment mode display window 11c when the model is being created, and "Control is being determined" when the control constant is being determined.
Is displayed so that the operator can know which stage of the process in the adjustment mode is currently being performed.

【0019】図3は、制御性能判定装置5の概略構成を
示しており、この制御性能判定装置5は制御状態判定装
置30を備えている。この制御状態判定装置30には、
入出力データ収集装置3から送られた各観測データ(入
出力データ)、及び制御仕様指示装置6で与えられる制
御仕様が入力される。ここで、制御仕様は、例えば制御
量の目標値が変更されたときの目標値に到達するまでの
整定時間や外乱が加わったときにその影響が除去される
までの時間等で与えられる。さらに、制御仕様はある幅
を持った値で与えられ、この幅の中にある間は制御が良
好に行われていると判断される。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the control performance judging device 5. The control performance judging device 5 includes a control state judging device 30. The control state determination device 30 includes:
Each observation data (input / output data) sent from the input / output data collection device 3 and the control specification given by the control specification instruction device 6 are input. Here, the control specification is given by, for example, a settling time until the target value of the control amount is changed to reach the target value or a time until the influence of disturbance is removed when the disturbance is applied. Further, the control specification is given as a value having a certain width, and it is determined that the control is being performed well during the time within this width.

【0020】制御状態判定装置30は、各観測データ
(入出力データ)及び制御仕様に基づいて、現在のフィ
ードバックループシステムがどの程度制御仕様を満たし
ているかを判定し、その結果を図2に示した制御対象監
視装置4の表示モニタ11上に表示する。そして、制御
仕様から大きく逸脱した場合は、その旨を表示モニタ1
1上の表示やアラームにより運転員に知らせ、制御定数
の調整を開始するように促す。そして、運転員が制御定
数の調整を指示した場合には、以下の手順によって制御
定数の調整を行う。
The control state determination device 30 determines how much the current feedback loop system satisfies the control specifications based on each observation data (input / output data) and control specifications, and the result is shown in FIG. Is displayed on the display monitor 11 of the control target monitoring device 4. If there is a large departure from the control specifications, the display monitor 1 indicates this fact.
(1) The operator is notified by the display and the alarm on the upper part, and the operator is prompted to start adjusting the control constant. When the operator instructs the adjustment of the control constant, the control constant is adjusted according to the following procedure.

【0021】まず、モデルデータベース8に保存されて
いる制御対象1の伝達関数モデル(制御対象モデル)を
図3に示したモデル精度判定装置31に送り、この伝達
関数モデルが現在の制御対象1の応答を十分に表してい
るか否かを判定する。具体的には、制御対象1の入出力
データ、現在の制御装置2の制御定数、制御対象1の伝
達関数モデルを用いて、モデル精度係数計算装置40に
よってモデル精度係数△Gを計算する。この△Gの計算
には、同じ入力を加えたときの制御対象1の出力応答と
伝達関数モデルの出力応答の過渡応答との差や、周波数
解析から得られた周波数応答との差等を用いることがで
きる。例えば、図4に示したモデル精度判定装置31を
用いて、制御対象1の入力(操作量)uを伝達関数モデ
ルMに加えたときの出力応答(制御量計算値)をy’と
したとき、この出力応答y’と制御量yとの差の二乗ノ
ルム△G=|F(y−y’)|2を求める。ここで、F
は適当なデータフィルタであり、一般にローパスフィル
タが使用される。
First, the transfer function model (controlled object model) of the controlled object 1 stored in the model database 8 is sent to the model accuracy judging device 31 shown in FIG. It is determined whether the response is sufficiently represented. Specifically, the model accuracy coefficient △ G is calculated by the model accuracy coefficient calculation device 40 using the input / output data of the control object 1, the current control constant of the control device 2, and the transfer function model of the control object 1. For the calculation of ΔG, the difference between the output response of the controlled object 1 when the same input is applied and the transient response of the output response of the transfer function model, the difference between the frequency response obtained from the frequency analysis, and the like are used. be able to. For example, when the output response (control amount calculation value) when the input (operation amount) u of the control target 1 is added to the transfer function model M using the model accuracy determination device 31 illustrated in FIG. , The square norm △ G = | F (y−y ′) | 2 of the difference between the output response y ′ and the control amount y is obtained. Where F
Is a suitable data filter, and a low-pass filter is generally used.

【0022】そして、図3に示したように、二乗ノルム
△Gの最大許容値を△Gmaxとすると、△G≦△Gmax
らば伝達関数モデルの精度は十分であると判定し、シス
テム同定試験や伝達関数モデルの再構築を行うことな
く、この伝達関数モデルを用いて制御定数の調整を行
う。一方、△G>△Gmaxとなった場合には、伝達関数
モデルの精度が不十分であるとして、△G≦△Gmax
満たす伝達関数モデルをモデル作成装置7によって再構
築する。
[0022] Then, as shown in FIG. 3, when the maximum allowable value of the square norm △ G △ and G max, △ G ≦ △ G max if the accuracy of the transfer function model is determined to be sufficient, the system The control constants are adjusted using this transfer function model without performing an identification test or reconstructing the transfer function model. On the other hand, if △ G> △ Gmax , it is determined that the accuracy of the transfer function model is insufficient, and the transfer function model satisfying 7G ≦ △ Gmax is reconstructed by the model creation device 7.

【0023】図5は、モデル作成装置7の概略構成を示
しており、まず、同定条件決定装置50によって同定信
号を発生させる上で必要な信号の種類、信号の大きさ、
信号の印加時間、印加箇所等を決定する。信号の種類に
は、ステップ状信号、矩形波状信号、M系列信号、ラン
ダム信号等がある。また、信号の印加箇所は、制御対象
1の操作量u、目標値r等がある。次に、同定条件決定
装置50で決定された条件に基づいて同定信号発生装置
51によって実際の同定信号が計算され、同定信号印加
装置52により指定された印加箇所に同定信号が印加さ
れる。
FIG. 5 shows a schematic configuration of the model creating apparatus 7. First, the kind of signal, the magnitude of the signal,
The application time, application location, and the like of the signal are determined. The signal types include a step signal, a rectangular wave signal, an M-sequence signal, a random signal, and the like. The signal application location includes the operation amount u of the control target 1, the target value r, and the like. Next, an actual identification signal is calculated by the identification signal generation device 51 based on the conditions determined by the identification condition determination device 50, and the identification signal is applied to the application point designated by the identification signal application device 52.

【0024】そして、同定データ収集加工装置53によ
って、同定信号が印加されている間の制御対象1の制御
量y及び操作量uの時系列データy,uを収集し、収集
されたデータに対して前処理フィルタFdを用いてフィ
ルタリング処理を行う。この前処理フィルタFdは適当
なデータフィルタであり、例えば、モデル精度評価で用
いたデータフィルタFと同程度の通過帯域を持ったロー
パスフィルタを用いることができる。フィルタリング処
理を行った後の制御量y及び操作量uの時系列データを
f,ufとする。
Then, the identification data collecting and processing device 53 collects time series data y and u of the control amount y and the operation amount u of the control target 1 while the identification signal is being applied, and performs filtering processing using the preprocessing filter F d Te. The pre-processing filter F d is an appropriate data filter, and for example, a low-pass filter having a pass band similar to that of the data filter F used in the model accuracy evaluation can be used. The time series data of the control amount y and the operation amount u after performing the filtering process are defined as y f and u f .

【0025】次に、モデル構造決定装置54によって、
伝達関数モデルの構造、モデルの次数、むだ時間の長さ
等のモデル決定に必要なパラメータを決定する。ここ
で、伝達関数の構造には、ARXモデルやARMAXモ
デル構造を使用することができる。モデル構造決定装置
54で決定されたモデル構造等のパラメータ及び時系列
データyf,ufを用いて、伝達関数モデル推定装置55
によって伝達関数モデルを決定する。
Next, the model structure determination device 54
The parameters necessary for model determination, such as the structure of the transfer function model, the order of the model, and the length of the dead time, are determined. Here, an ARX model or an ARMAX model structure can be used as the structure of the transfer function. Using the parameters such as the model structure determined by the model structure determining device 54 and the time series data y f , uf , the transfer function model estimating device 55 is used.
To determine the transfer function model.

【0026】決定された伝達関数モデルは図1に示した
モデルデータベース8に保存され、制御性能判定装置5
によって△G≦△Gmaxを満足しているか否かが判定さ
れる。そして、決定した伝達関数モデルが△G≦△G
maxを満足していない場合には、モデル構造決定装置5
4における各パラメータを変更し、条件を満たす伝達関
数モデルを作成する。パラメータを変更しても条件を満
たす伝達関数モデルを作成することができない場合に
は、同定条件決定装置50における同定条件を変更し、
システム同定試験からやり直す。そして、上記の条件を
満たす伝達関数モデルが得られるまで上述した手順を繰
り返し、伝達関数モデルの再構成を行う。△G≦△G
maxを満たす伝達関数モデルが得られた場合には、図1
に示した制御定数決定装置9によって制御仕様を満たす
ような所定の範囲内の新しい制御定数を決定する。
The determined transfer function model is stored in the model database 8 shown in FIG.
It is determined whether or not △ G ≦ △ Gmax is satisfied. Then, the determined transfer function model is expressed as △ G ≦ △ G
If max is not satisfied, the model structure determination device 5
By changing each parameter in 4, a transfer function model satisfying the condition is created. If it is not possible to create a transfer function model that satisfies the conditions even if the parameters are changed, the identification conditions in the identification condition determination device 50 are changed,
Start over from the system identification test. Then, the above-described procedure is repeated until a transfer function model satisfying the above conditions is obtained, and the transfer function model is reconstructed. △ G ≦ △ G
When a transfer function model that satisfies max is obtained, FIG.
A new control constant within a predetermined range that satisfies the control specifications is determined by the control constant determination device 9 shown in FIG.

【0027】図6は制御定数決定装置9の概略構成を示
しており、以下では図6を参照して制御定数の決定手順
について説明する。なお、図1に示した制御装置2に
は、PID制御装置、最適レギュレータ、H∞制御装置
等の各種制御装置が使用可能であるが、以下ではPID
制御装置を例として説明する。また、PID制御装置の
制御定数の代表的決定方法には、限界感度法、Ziegler
and Nichols法、閉ループ応答に対する部分的モデルマ
ッチング法や周波数モデルマッチング法などがある。こ
こでは、例として周数重み付き最適レギュレータを規範
モデルとした周波数モデルマッチング法を用いて説明す
る。
FIG. 6 shows a schematic configuration of the control constant determining device 9. Hereinafter, a procedure for determining the control constant will be described with reference to FIG. Various control devices such as a PID control device, an optimum regulator, and an H∞ control device can be used as the control device 2 shown in FIG.
The control device will be described as an example. In addition, typical methods for determining the control constants of the PID control device include a limit sensitivity method and a Ziegler method.
and Nichols method, partial model matching method for closed loop response and frequency model matching method. Here, as an example, description will be made using a frequency model matching method using a frequency-weighted optimal regulator as a reference model.

【0028】最適レギュレータの周波数重みに関しては
適当な伝達関数を与えればよいが、例えば、モデルの再
構築に使用した前処理フィルタと同程度の通過帯域を持
つ2次遅れ系の伝達関数の逆システムを用いることで実
現できる。また、最適レギュレータを設計するための評
価関数の重み係数をQとすると、この係数Qが最適レギ
ュレータを設計するための設計パラメータになる。この
係数Qを図6に示した設計パラメータ決定装置60によ
って決定する。
An appropriate transfer function may be given to the frequency weight of the optimal regulator. For example, an inverse system of a transfer function of a second-order lag system having a pass band similar to that of the pre-processing filter used for model reconstruction is used. It can be realized by using. Further, assuming that a weight coefficient of an evaluation function for designing an optimal regulator is Q, this coefficient Q is a design parameter for designing an optimal regulator. The coefficient Q is determined by the design parameter determination device 60 shown in FIG.

【0029】次に、設計パラメータ決定装置60で決定
された設計パラメータ及び制御対象の伝達関数モデルを
用いて、制御定数計算装置61によってPID制御装置
の制御定数を決定する。そして、制御定数計算装置61
で今回算出された制御定数と現在の制御定数との変化率
△Cを制御定数変化率計算装置62によって計算し、変
化率△Cが所定の条件を満たしているか否かを判断す
る。例えば△Cとしては、PID制御装置の制御定数で
ある比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインの変化率の最
大値を利用することができる。また、変化率△Cの最大
許容値として予め△Cmaxが与えられており、今回算出
された変化率△Cが最大許容値△Cmaxよりも大きいか
否かを判定する。そして、△C>△Cmaxと判定された
場合には設計パラメータ決定装置60に戻って、△C≦
△Cmaxとなる制御定数が得られるまで係数Qを変更
し、一連の制御定数計算を繰り返す。
Next, using the design parameters determined by the design parameter determination device 60 and the transfer function model of the controlled object, the control constant calculation device 61 determines the control constant of the PID control device. Then, the control constant calculation device 61
Then, the change rate ΔC between the control constant calculated this time and the current control constant is calculated by the control constant change rate calculation device 62, and it is determined whether the change rate ΔC satisfies a predetermined condition. For example, the maximum value of the rate of change of the proportional gain, the integral gain, and the differential gain, which are the control constants of the PID control device, can be used as ΔC. Also, △ C max is given in advance as the maximum allowable value of the change rate 、 C, and it is determined whether or not the change rate △ C calculated this time is larger than the maximum allowable value △ C max . When it is determined that △ C> △ C max , the process returns to the design parameter determination device 60 and △ C ≦
The coefficient Q is changed until a control constant of ΔC max is obtained, and a series of control constant calculation is repeated.

【0030】このようにして△C≦△Cmaxとなる制御
定数が得られたならば、制御応答判定装置63によっ
て、制御対象モデル及び新しい制御定数を用いたシミュ
レーションを行い、安定に制御できるか否かを判定す
る。安定に制御できると判定された場合には、新しい制
御定数を制御装置2に適用する。また、新しい制御定数
は図1に示した制御定数データベース10に送られて保
存される。一方、制御応答判定装置63において、今回
算出された制御定数では安定に制御できないと判定され
た場合には、設計パラメータ決定装置60に戻って再度
設計パラメータQを変更し、上述した一連の制御定数計
算によって新たな制御定数を求める。
When a control constant satisfying △ C ≦ △ Cmax is obtained in this way, a simulation using the control object model and the new control constant is performed by the control response determination device 63 to determine whether the control can be stably performed. Determine whether or not. When it is determined that stable control can be performed, a new control constant is applied to the control device 2. The new control constant is sent to and stored in the control constant database 10 shown in FIG. On the other hand, if the control response determination device 63 determines that the control cannot be performed stably with the control constant calculated this time, the process returns to the design parameter determination device 60 to change the design parameter Q again, and the above-described series of control constants is changed. A new control constant is obtained by calculation.

【0031】次に、制御定数決定装置9で求めた新しい
制御定数を制御装置2に適用した後、図1に示した制御
性能判定装置5によって、制御対象1の制御量y及び操
作量uに基づいて制御が安定に行われているか否かを判
断し、安定に制御されている場合には制御仕様指示装置
6で与えられた性能を満たしているか否かを判断する。
そして、この制御仕様指示装置6で与えられた性能を満
たしていない場合には、この性能を満たすまで上述した
一連の手順を繰り返す。一方、新しい制御定数を適用し
たところ、制御対象1の応答が不安定になった場合、或
いは制御仕様を超えた応答を示した場合には、制御定数
データベース10から前回の制御定数を読み込んで制御
装置2に適用し、元の状態に復帰させる。
Next, after applying the new control constant obtained by the control constant determination device 9 to the control device 2, the control performance determination device 5 shown in FIG. It is determined whether or not the control is being performed stably based on the control. If the control is being performed stably, it is determined whether or not the performance given by the control specification indicating device 6 is satisfied.
If the performance given by the control specification indicating device 6 is not satisfied, the above-described series of procedures is repeated until the performance is satisfied. On the other hand, when the response of the control target 1 becomes unstable or shows a response exceeding the control specification when a new control constant is applied, the control constant is read from the control constant database 10 to perform control. Applied to the device 2 to return to the original state.

【0032】以上述べたように本実施形態の制御定数調
整装置によれば、制御対象1の入力信号(操作量)u及
び出力信号(制御量)yからフィードバックシステムの
制御状態を判定し、システムの制御性能が制御仕様から
大きくはずれてしまった場合や、不安定な制御応答を示
した場合には、所望の制御性能が得られるまで制御対象
の伝達関数モデルの更新と制御定数の変更を繰り返し行
うようにし、その際、毎回伝達関数モデルの精度評価を
行うようにしたので、十分なモデル精度が得られている
場合には伝達関数モデルの更新を省略して制御定数の変
更のみを行うことが可能であり、このため、伝達関数モ
デルの更新に伴うシステム同定試験の回数を最低限に抑
えることができる。
As described above, according to the control constant adjusting apparatus of the present embodiment, the control state of the feedback system is determined from the input signal (operation amount) u and the output signal (control amount) y of the control target 1, and If the control performance greatly deviates from the control specifications or shows an unstable control response, the transfer function model of the controlled object is repeatedly updated and the control constant is changed until the desired control performance is obtained. In this case, the accuracy of the transfer function model is evaluated every time.If sufficient model accuracy is obtained, update of the transfer function model is omitted and only the control constant is changed. Therefore, the number of system identification tests involved in updating the transfer function model can be minimized.

【0033】また、一回あたりの制御定数の変更は、制
御定数変化率の上限値以内に制限するようにしたので、
制御対象1と伝達関数モデルとのずれに起因する予測応
答と実際の制御応答とのずれを抑え、フィードバックシ
ステムを安定に保った状態で制御定数を最適な値に調整
することができる。
Further, the change of the control constant per operation is limited to within the upper limit of the rate of change of the control constant.
The difference between the predicted response and the actual control response caused by the difference between the control target 1 and the transfer function model can be suppressed, and the control constant can be adjusted to an optimum value while the feedback system is kept stable.

【0034】実施例 次に、上述した実施形態の実施例について図7を参照し
て説明する。本実施例は、制御対象1の伝達関数モデル
としてARXモデルを用い、制御装置2としてPID制
御装置を用いた場合のモデル作成及び制御定数決定に関
するものである。ここで、ARXモデルの未知のパラメ
ータは1段先予測誤差を最小にするように最小二乗法を
用いて求められ、PID制御装置の制御定数は、最適レ
ギュレータを規範モデルとする周波数モデルマッチング
法を用いて計算する。まず、入出力データ収集装置3に
より集められた制御量y(t)、操作量u(t)、制御
量の目標値r(t)を用いて次式(1)の評価関数J
(k)を求める。
EXAMPLE Next, an example of the above embodiment will be described with reference to FIG. The present embodiment relates to model creation and control constant determination when an ARX model is used as a transfer function model of a control target 1 and a PID control device is used as a control device 2. Here, the unknown parameters of the ARX model are obtained by using the least squares method so as to minimize the one-step-ahead prediction error, and the control constants of the PID controller are determined by a frequency model matching method using an optimal regulator as a reference model. Calculate using First, using the control amount y (t), the operation amount u (t), and the target value r (t) of the control amount collected by the input / output data collection device 3, the evaluation function J of the following equation (1) is obtained.
Find (k).

【0035】[0035]

【数1】 ここで、Nはデータ数、λは予め与えられている重み係
数である。このとき、フィードバックシステムは図7
(a)のように考えることができる。図7(a)におい
て符号70はPID制御装置であり、符号71は制御量
に加わる外乱のモデルを示す。
(Equation 1) Here, N is the number of data, and λ is a weight coefficient given in advance. At this time, the feedback system is shown in FIG.
(A) can be considered. In FIG. 7A, reference numeral 70 denotes a PID control device, and reference numeral 71 denotes a model of a disturbance added to the control amount.

【0036】そして、新たに求められた制御定数を適用
した場合のデータから求められる評価関数をJ(k+
1)としたとき、J(k+1)<J(k)となるように
新たな制御定数を決定する。ただし、J(k+1)は、
制御定数が求まり、制御装置2に適用されるまで計算す
ることはできないので、制御定数を設計する際に直接評
価することはできない。そこで、次式(2)の三角不等
式を満たす3つの新たな評価関数を間接的に評価し、制
御定数を求めることにする。 |JLQ−Jid−JPI|≦|J|≦|JLQ+Jid+JPI| (2) そして、上式(2)において、Jid及びJPIが十分小さ
くできればJLQは式(1)の評価関数と等価となり、J
LQを評価すれば良いことになる。具体的計算手順を以下
に示す。
The evaluation function obtained from the data when the newly obtained control constant is applied is represented by J (k +
Assuming 1), a new control constant is determined so that J (k + 1) <J (k). Where J (k + 1) is
Since the control constant cannot be calculated until it is determined and applied to the control device 2, it cannot be directly evaluated when designing the control constant. Therefore, three new evaluation functions that satisfy the triangle inequality of the following equation (2) are indirectly evaluated to obtain a control constant. | J LQ −J id −J PI | ≦ | J | ≦ | J LQ + J id + J PI | (2) In the above equation (2), if J id and J PI can be made sufficiently small, J LQ is calculated by the equation (1) ) Is equivalent to the evaluation function
You just have to evaluate the LQ . The specific calculation procedure is shown below.

【0037】手順1 入出力データ収集装置3により集められた制御量y
(t)及び操作量u(t)から次式(3)の評価関数J
idを最小にする伝達関数モデルを求める。
Procedure 1 Control amount y collected by input / output data collection device 3
(T) and the operation amount u (t), the evaluation function J of the following equation (3)
Find a transfer function model that minimizes id .

【0038】[0038]

【数2】 ここで、yp(t)、up(t)は、ここで求めた伝達関
数モデルPハットに対する制御量及び操作量である。こ
のとき、図7(c)で表されるPID制御器70と制御
対象1のモデル73からなるフィードバックシステムを
考えている。
(Equation 2) Here, y p (t), u p (t) is the controlled variable and the manipulated variable for the transfer function model P hat obtained here. At this time, a feedback system including the PID controller 70 and the model 73 of the control target 1 shown in FIG.

【0039】また、制御量の1段先予測値yprは次式
(4)で与えられる。
Further, the one-step ahead predicted value ypr of the control amount is given by the following equation (4).

【0040】[0040]

【数3】 ここで、Hハットは制御量に加わる外乱の伝達関数モデ
ル74である。このyprと実際の制御量との差で定義さ
れる1段先予測誤差をe(t)とする。次式(5)に示
したようにe(t)にデータフィルタD(z)を掛けた
D(z)e(t)の二乗和をVとした時、Vを最小にす
るモデルPハットは最小二乗法により簡単に求めること
ができる。
(Equation 3) Here, H is the transfer function model 74 of the disturbance added to the control amount. One step ahead prediction error defined by the difference between y pr and the actual control amount is e (t). As shown in the following equation (5), when the sum of squares of D (z) e (t) obtained by multiplying e (t) by data filter D (z) is V, the model P hat that minimizes V is It can be easily obtained by the least squares method.

【0041】[0041]

【数4】 さらに、このデータフィルタD(z)を適当に選ぶこと
により、式(3)の評価関数Jidと式(5)のVとを等
価にすることができ、そのようなD(z)は次式
(6)、(7)によって得られる。
(Equation 4) Furthermore, by appropriately selecting the data filter D (z), the evaluation function J id of the equation (3) can be made equal to V of the equation (5). It is obtained by equations (6) and (7).

【0042】[0042]

【数5】 ここで、KPはPID制御装置の離散時間伝達関数であ
る。ここで求める伝達関数モデルPハットがD(z)の
分母に含まれているため、D(z)を予め求めておくこ
とができない。そこで、計算を簡単にするためにD
(z)の分母に含まれているPハットは、前回求めた伝
達関数モデル(Pハットk-1と定義する。)を用いるこ
とにする。
(Equation 5) Here, K P is a discrete-time transfer function of the PID controller. Since the transfer function model P obtained here is included in the denominator of D (z), D (z) cannot be obtained in advance. Therefore, in order to simplify the calculation, D
As the P hat included in the denominator of (z), the transfer function model obtained last time (defined as P hat k-1 ) is used.

【0043】上記のようにD(z)を選び、式(5)を
最小にするPハットを求めることで、式(3)を最小に
するモデルPハットを求めることができる。
By selecting D (z) as described above and finding a P hat that minimizes equation (5), a model P hat that minimizes equation (3) can be found.

【0044】手順2 次に、上記手順1で求めたモデルを用い、最適レギュレ
ータの設計を行う。この設計は次式(8)の評価関数J
LQが最小となるように設計する。
Procedure 2 Next, an optimal regulator is designed using the model obtained in the above procedure 1. This design is based on the evaluation function J of the following equation (8).
Design to minimize LQ .

【0045】[0045]

【数6】 このとき、図9(b)に示した最適レギュレータ75及
び制御対象モデル73からなるシステムを用いて設計を
行う。但し、手順1で求めたモデルには真の制御対象1
とのずれが必ず含まれるため、次式(9)のような周波
数重みF1、F2を含んだ評価関数を用いることが好まし
い。
(Equation 6) At this time, design is performed using a system including the optimal regulator 75 and the control target model 73 shown in FIG. However, the model obtained in step 1 contains the true control target 1
Therefore, it is preferable to use an evaluation function including frequency weights F 1 and F 2 as shown in the following equation (9).

【0046】[0046]

【数7】 ここで、F1、F2は伝達関数形式で与えられ、予め設計
者が与えても良いし、観測データとシミュレーションデ
ータを使用して適当なフィルタを設計することも可能で
ある。上式(9)の評価関数は、制御対象1の伝達関数
モデルPハットをフィルタF1、F2を用いて拡張するこ
とにより、式(8)の形式に変換することができる。式
(8)の評価関数JLQは通常の最適レギュレータの評価
関数と等しいので、JLQを最小にする最適レギュレータ
は簡単に求めることができる。
(Equation 7) Here, F 1 and F 2 are given in the form of transfer functions and may be given in advance by a designer, or an appropriate filter can be designed using observation data and simulation data. The evaluation function of the above equation (9) can be converted into the form of the equation (8) by extending the transfer function model P hat of the controlled object 1 using the filters F 1 and F 2 . Since the evaluation function J LQ of Expression (8) is equal to the evaluation function of a normal optimal regulator, the optimal regulator that minimizes J LQ can be easily obtained.

【0047】手順3 手順2で求めた最適レギュレータを規範モデルとして、
周波数モデルマッチング法によりPID制御装置の制御
定数を求める。このとき、次式(10)で与えられる評
価関数JPIを最小にするように制御定数を求める。
Step 3 Using the optimal regulator obtained in step 2 as a reference model,
A control constant of the PID control device is obtained by a frequency model matching method. At this time, a control constant is determined so as to minimize the evaluation function J PI given by the following equation (10).

【0048】[0048]

【数8】 ここで、uC、yCは、制御装置2として最適レギュレー
タを用い、制御対象として手順2で求めた伝達関数モデ
ルを用いたときの操作量、制御量である。
(Equation 8) Here, u C and y C are operation amounts and control amounts when the optimal regulator is used as the control device 2 and the transfer function model obtained in step 2 is used as the control target.

【0049】上式(10)の評価関数を周波数領域表現
すると次式(11)のようになる。
When the evaluation function of the above equation (10) is expressed in the frequency domain, the following equation (11) is obtained.

【0050】[0050]

【数9】 さらに、モデルマッチングを行う周波数帯域を[w1、
w2]とし、JPIの分母に含まれるPID制御装置の伝
達関数KPを前回求めた伝達関数(Kk-1 Pと定義す
る。)に置き換えるとJPIは次式(12)のように変形
できる。
(Equation 9) Further, the frequency band for performing model matching is [w1,
and w2], (defined as K k-1 P.) The transfer function K P a transfer function obtained previous PID controller included in the denominator of the J PI replacing the J PI is as follows (12) Can be transformed.

【0051】[0051]

【数10】 PIを最小にする制御定数は、周波数モデルマッチング
の手法から最小二乗法により簡単に求めることができ
る。
(Equation 10) Control constants for the J PI to a minimum, can be easily obtained by the least square method from the method of frequency model matching.

【0052】手順4 手順3で得られた制御定数を制御装置2に適用し、制御
量y及び操作量uの応答を観測する。そして、十分な応
答が得られていれば調整を終了する。一方、十分な応答
が得られていなければ、手順1に戻って調整を続ける。
Step 4 The control constant obtained in step 3 is applied to the control device 2 and the response of the control amount y and the operation amount u is observed. If a sufficient response has been obtained, the adjustment ends. On the other hand, if a sufficient response has not been obtained, the procedure returns to procedure 1 to continue the adjustment.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上述べたように本発明による制御定数
調整装置によれば、現在使用されている伝達関数モデル
が制御対象の特性を十分に表しているか否かを制御性能
判定手段によって判定し、伝達関数モデルの精度が十分
だと判断される間は伝達関数モデルの更新は行わずに制
御定数の更新のみを行うようにしたので、伝達関数モデ
ルの再構築を行う際に必要となるシステム同定試験の実
施回数を最小限に抑えることができる。
As described above, according to the control constant adjusting apparatus of the present invention, the control performance determining means determines whether or not the transfer function model currently used sufficiently represents the characteristics of the controlled object. Since the transfer function model is not updated while the control constants are updated only when the accuracy of the transfer function model is judged to be sufficient, the system required when reconstructing the transfer function model The number of times of performing the identification test can be minimized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態による制御定数調整装置の概
略を示した構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a control constant adjusting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態による制御定数調整装置の制
御対象監視装置の表示モニタ画面の一例を示した図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a display monitor screen of a control target monitoring device of the control constant adjusting device according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態による制御定数調整装置の制
御性能判定装置の概略を示した構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing a control performance determination device of a control constant adjustment device according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態による制御定数調整装置のモ
デル精度判定装置の概略を示した構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram schematically showing a model accuracy determination device of a control constant adjustment device according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態による制御定数調整装置のモ
デル作成装置の概略を示した構成図。
FIG. 5 is a configuration diagram schematically showing a model creation device of a control constant adjustment device according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態による制御定数調整装置の制
御定数決定装置の概略を示した構成図。
FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing a control constant determining device of the control constant adjusting device according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態の実施例による制御定数調整
装置において使用されるフィードバックループを示した
説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a feedback loop used in the control constant adjusting device according to the example of the embodiment of the present invention.

【図8】フィードバックシステムの概略を示した構成
図。
FIG. 8 is a configuration diagram schematically showing a feedback system.

【図9】従来のオートチューニング手法を示した説明
図。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a conventional auto-tuning technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制御対象 2 制御装置 3 入出力データ収集装置 4 制御対象監視装置 5 制御性能判定装置 6 制御仕様指示装置 7 モデル作成装置 8 モデルデータベース 9 制御定数決定装置 10 制御定数データベース 11 表示モニタ 30 制御状態判定装置 31 モデル精度判定装置 50 同定条件決定装置 51 同定信号発生装置 52 同定信号印加装置 53 同定データ収集・加工装置 54 モデル構造決定装置 55 伝達関数モデル推定装置 60 設計パラメータ決定装置 61 制御定数計算装置 62 制御定数変化率計算装置 63 制御応答判定装置 REFERENCE SIGNS LIST 1 control target 2 control device 3 input / output data collection device 4 control target monitoring device 5 control performance determination device 6 control specification indicating device 7 model creation device 8 model database 9 control constant determination device 10 control constant database 11 display monitor 30 control state determination Apparatus 31 Model accuracy determination apparatus 50 Identification condition determination apparatus 51 Identification signal generation apparatus 52 Identification signal application apparatus 53 Identification data collection / processing apparatus 54 Model structure determination apparatus 55 Transfer function model estimation apparatus 60 Design parameter determination apparatus 61 Control constant calculation apparatus 62 Control constant change rate calculation device 63 Control response judgment device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G05B 23/02 301 G05B 23/02 301W ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G05B 23/02 301 G05B 23/02 301W

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】フィードバックシステムの制御装置の制御
定数を調整するための制御定数調整装置において、 制御対象の入出力である操作量及び制御量を収集する入
出力データ収集手段と、 前記入出力データ収集手段によって収集された前記制御
量及び前記操作量に基づいて前記フィードバックシステ
ムの制御性能を判定する制御性能判定手段と、 前記フィードバックシステムの制御仕様を与える制御仕
様指示手段と、 前記制御対象の伝達関数モデルを作成するモデル作成手
段と、 前記制御装置の制御定数を計算する制御定数決定手段
と、を備え、 前記制御性能判定手段は、前記フィードバックシステム
の制御性能が前記制御仕様を満たさない場合、前記伝達
関数モデルの精度が所定の基準値を満たしているか否か
を判定し、前記所定の基準値を満たしていないと判断し
た場合には前記モデル作成手段に対して前記伝達関数モ
デルの再構築を指示し、一方、前記所定の基準値を満た
していると判断した場合には前記制御定数決定手段に対
して前記制御定数の変更を行うように指示し、前記フィ
ードバックシステムの制御性能が前記制御仕様を満たす
ようになるまで、前記伝達関数モデルの精度評価、前記
伝達関数モデルの再構築又は前記制御定数の変更を繰り
返し行うようにしたことを特徴とする制御定数調整装
置。
1. A control constant adjusting device for adjusting a control constant of a control device of a feedback system, comprising: input / output data collecting means for collecting an operation amount and a control amount which are input / output of a control target; Control performance determination means for determining the control performance of the feedback system based on the control amount and the operation amount collected by the collection means; control specification instruction means for providing control specifications of the feedback system; and transmission of the control target. Model creation means for creating a function model, and control constant determination means for calculating a control constant of the control device, wherein the control performance determination means, when the control performance of the feedback system does not satisfy the control specifications, It is determined whether or not the accuracy of the transfer function model satisfies a predetermined reference value. If it is determined that the value does not satisfy the value, it instructs the model creation means to reconstruct the transfer function model, while if it determines that the value satisfies the predetermined reference value, the control constant is determined. Instructing the means to change the control constant, until the control performance of the feedback system satisfies the control specification, accuracy evaluation of the transfer function model, reconstruction of the transfer function model or A control constant adjusting device characterized by repeatedly changing a control constant.
【請求項2】前記制御量及び前記操作量のトレンドデー
タを表示する制御対象監視手段をさらに有することを特
徴とする請求項1記載の制御定数調整装置。
2. The control constant adjusting device according to claim 1, further comprising control target monitoring means for displaying trend data of said control amount and said operation amount.
【請求項3】前記制御対象監視手段は、前記制御量及び
前記操作量のトレンドデータを表示するトレンドデータ
表示部と、前記フィードバックシステムの制御性能を表
示する制御性能表示部と、前記制御定数の調整を開始さ
せ又は中止させるスイッチ部と、前記制御定数の調整中
における現在の調整モードを表示する調整モード表示部
と、を備えたことを特徴とする請求項2記載の制御定数
調整装置。
3. The control object monitoring means includes: a trend data display unit for displaying trend data of the control amount and the operation amount; a control performance display unit for displaying control performance of the feedback system; The control constant adjusting device according to claim 2, further comprising: a switch unit for starting or stopping the adjustment; and an adjustment mode display unit for displaying a current adjustment mode during the adjustment of the control constant.
【請求項4】前記制御性能判定手段は、前記伝達関数モ
デルによって算出された制御量計算値と前記制御対象の
出力として得られた前記制御量とを比較して前記伝達関
数モデルの精度を判定するモデル精度判定手段を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項
に記載の制御定数調整装置。
4. The control performance judgment means judges the accuracy of the transfer function model by comparing a control amount calculation value calculated by the transfer function model with the control amount obtained as an output of the controlled object. The control constant adjusting device according to claim 1, further comprising a model accuracy determining unit that performs the control.
【請求項5】前記モデル作成手段は、前記伝達関数モデ
ルを作成するために前記制御対象に加える同定信号の同
定条件を決定する同定条件決定手段と、前記同定信号を
発生させる同定信号発生手段と、この同定信号発生手段
において発生した前記同定信号を前記制御対象に加える
同定信号印加手段と、この同定信号印加手段によって前
記同定信号を前記制御対象に加えたときの前記制御量及
び前記操作量を収集し、収集された前記制御量及び前記
操作量に対して適当なフィルタリング処理を行って同定
データを作成する同定データ収集加工手段と、前記同定
データに基づいて前記制御対象の前記伝達関数モデルを
決定するために必要なモデルパラメータを決定するモデ
ル構造決定手段と、前記モデルパラメータに基づいて前
記伝達関数モデルを決定する伝達関数モデル推定手段
と、を備えていることを特徴とする請求項1乃至請求項
4のいずれか一項に記載の制御定数調整装置。
5. An identification condition determining means for determining an identification condition of an identification signal to be applied to the control object to create the transfer function model, and an identification signal generating means for generating the identification signal. An identification signal application unit that applies the identification signal generated by the identification signal generation unit to the control target; and the control amount and the operation amount when the identification signal is applied to the control target by the identification signal application unit. Collecting, performing an appropriate filtering process on the collected control amount and the operation amount to create identification data, and an identification data collection and processing unit, and the transfer function model of the control target based on the identification data. Model structure determining means for determining model parameters necessary for determination, and the transfer function model based on the model parameters Control constant adjusting device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a transfer function model estimation means determining, the.
【請求項6】前記モデル作成手段によって決定された前
記伝達関数モデルを保存するモデルデータベースをさら
に有し、 前記制御性能判定手段は、最新の前記伝達関数モデルの
みならず前記モデルデータベースに保存された過去の前
記伝達関数モデルも使用して前記伝達関数モデルの精度
を評価するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請
求項5のいずれか一項に記載の制御定数調整装置。
6. A model database for storing the transfer function model determined by the model creating means, wherein the control performance determining means stores not only the latest transfer function model but also the model stored in the model database. The control constant adjusting device according to claim 1, wherein accuracy of the transfer function model is evaluated using the past transfer function model.
【請求項7】前記制御定数決定手段は、新たな前記制御
定数を計算するために必要な設計パラメータの値を決定
する設計パラメータ決定手段と、前記設計パラメータを
用いて前記制御定数を求める制御定数計算手段と、前回
求められた制御定数と今回求められた制御定数との間の
変化率を計算し、前記変化率が所定の範囲内にあるか否
かを判定する制御定数変化率計算手段と、を備え、 前記制御定数変化率計算手段によって前記変化率が前記
所定の範囲外にあると判定された場合には前記設計パラ
メータ決定手段によって前記設計パラメータを変更して
所定の制御定数を求めることを特徴とする請求項1乃至
請求項6のいずれか一項に記載の制御定数調整装置。
7. A control parameter determining means for determining a value of a design parameter required for calculating a new control parameter, a control parameter for obtaining the control parameter using the design parameter. Calculation means, and a control constant change rate calculating means for calculating a change rate between the control constant obtained last time and the control constant obtained this time, and determining whether the change rate is within a predetermined range. When the control constant change rate calculating means determines that the change rate is outside the predetermined range, the design parameter determining means changes the design parameter to obtain a predetermined control constant. The control constant adjusting device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:
【請求項8】前記制御装置に過去に適用された前記制御
定数を保存する制御定数データベースをさらに有し、 前記制御定数決定手段によって決定した新たな前記制御
定数を前記制御装置に適用したにもかかわらず前記フィ
ードバックシステムの制御性能が前記制御仕様を満たさ
ない場合には、前記制御定数データベースに保存された
過去の前記制御定数を前記制御装置に適用するようにし
たことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一
項に記載の制御定数調整装置。
8. A control constant database which stores the control constants previously applied to the control device, wherein the control constants determined by the control constant determining means are applied to the control device. Regardless, when the control performance of the feedback system does not satisfy the control specification, the past control constant stored in the control constant database is applied to the control device. The control constant adjusting device according to claim 7.
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