JPS58207104A - オ−トチユ−ニング・コントロ−ラ - Google Patents

オ−トチユ−ニング・コントロ−ラ

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JPS58207104A
JPS58207104A JP9007782A JP9007782A JPS58207104A JP S58207104 A JPS58207104 A JP S58207104A JP 9007782 A JP9007782 A JP 9007782A JP 9007782 A JP9007782 A JP 9007782A JP S58207104 A JPS58207104 A JP S58207104A
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JP
Japan
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pid
parameter
controller
section
parameters
Prior art date
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Pending
Application number
JP9007782A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Hiroi
広井 和男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS58207104A publication Critical patent/JPS58207104A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric

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  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は比例制御(P動作)、積分制御(工動作)およ
び微分制御(D動作)?有するPIDコントローラの比
例ゲイン、積分時間、微分時間勿制御しながら自動的に
PIDノくラメ−タケ決定していくオートチューニング
・コントロ1うの改良に関する0 〔発明の技術的背景〕 従来よりオートチューニング・コントローラの理論は多
く存在するが、実際にプロセスに適用した実用機は殆ん
どない。第1図は、従来のオートチューニング・コント
ローラの理論に基づく機能フロー図であって、オートチ
ューニング・コントローラ10にエリ制御対象(プロセ
ス)20が制御されている状態?示してl/)る0こ(
7)t −) Lユーニング・コントローラ10は、一
般のコントローラと同様に目標値SVと制御値PVと営
那算部11に入れて両値の偏差を取り呂し、こオー* 
’z P I Dコントローラ部12に入れて調節演$
?行なった後、その出カケ加算部13に導入すス。この
加算部13では制御対象20の特性ケ保累するためにほ
ぼ白色ノイズに似た性質ケ持−〇M系列信号14ケ加箕
した後、操作出力信号MYとして制御対象20に供給し
、制御値pvが目標値SVになるように制御している。
ところで、オートチューニング・コントローラ10は、
前述するM系列信号14?一般のコントローラの出力信
号に重畳してプロセス特性推定部15に与え、ここで制
御対象20に与え九M系列信号14とその応答結果であ
る制御値PVと?見て制御対象20の特性勿推定し、こ
の推定結果をPIDパラメータ決定部16に与えてプロ
セス特性に最適なPIDパラメータr決定し、これ[P
IDコントローラ部J2のPIDパラメータとして更、
新設定し、制御対象20の特性変化に対応した最適な制
御ケ行なっている。
〔背景技術の問題点〕
しかし、以上のような理論に基づくオートチューニング
・コントローラでは、実用面において次の工うな問題が
ある。。■、制御対象20の特性r正確に橡索するため
には、性索用M系列信号14の振幅?太きくしなければ
ならないが、実プロセスではこの保索用M系列信号14
【大きくすると問題となるので、その点?考慮してM系
列信号14の振幅?定めると正確なPIDパラメータ?
得ることができない問題がある。
■、また、大きな外乱や変化の早い外乱が入ってきたと
き、正確にPADパラメータ忙求めることができない欠
点がある0 従って、以上の=うな問題を有するにも拘らず実プロセ
スに適用した場合、制御系にどのような状況が発生して
くるのか列置予想することが難しく、特にPよりノ(ラ
メータの算定が正確でないと制御系r乱して暴走させる
という問題があり、こnはプロセス制御にとって致命的
な欠陥である。
〔発明の目的〕
本発明は上記実情(C力1んカニみてなさ、ft7tも
ので、制御系の暴走?完全に防止し、あらゆるプロセス
制御に安心して利用できるオートチューニングコントロ
ーラケ提供すること?目的とする0 〔発明の概要〕 本発明は、自動的に求め九PIDパラメータが制御対象
の特性に大きな影響に及ぼすプロセスの負荷ど工び制御
量r考慮しえ許容範囲内に有る力・否〃・ケ判断し、許
容範囲外のときに許容範囲の上下限値で制限して実際の
制御系に使用するパラメータケ決定することにエリ、上
記目的?達成せんとするオートチューニング・コントロ
ーラである。
〔発明の実施例〕
第2図はボイ2つ圧力制徂系に適用したオートチューニ
ング・コントローラの一実施例?示す図である。このコ
ントロー2は、制御対象系30とオートチューニング・
コントし−ラ部40とエリなっている。先ず、制御対象
系30にあっては、オートチューニング・コントローラ
部40の調節出力信号から燃料と空気の流量上制卸する
燃焼制御量勿対象制御部31で求めた後、その燃焼制御
量?ディ2本体32に設置するバーナ33に与え、ボイ
ラ本体32内のドラム34内の水勿加熱することにより
、発生する蒸気量上制御し蒸気圧カケ所定値に調整して
いる。図中、35は蒸気圧力検出器、36は蒸気流量検
出器である0 次ニ、オートチューニング・コントローラ部40にあっ
ては、目標圧力設定信号SVPと蒸気圧力検出器35に
よる蒸気圧力信号と?加算部41に入れて偏差?取り出
し、この偏差信号iPI又はPIDコントローラ部42
に入力する。このコントローラ部42は加算部41から
の偏差信号お工び後述する許容範囲の上・下限値信号等
ケ用いてPI又はPIDID演算ケタて出力する。43
は加算部であって、これはコントローラ部42の演算8
力と白色ノイズに似た特性ケ持つM系列信号44とを加
算し、この加算出力を対象制御部31とボイラの特性ケ
推定するプロセス特性推定部45とに供給する。
このプロセス特性推定部45は加算部43出力と制御対
象系30から入力される応答′結果の蒸気圧力信号と?
用いてボイラの特性【推定し、この推定値?後続のPI
Dパラメータ決定部46に供給し最適なPIDパラメー
タを決定する。そして、このPIDパラメータのうち、
Pパラメータは中間値セレクト部47へ、■パラメータ
は上下限リミット部48へ、Dパラメータは上下限リミ
ット849へそれぞれ供給する。
この中間値セレクト部47はPIDパラメータ決定部4
6のPパラメータと加算部50お工び減算部51の出力
と?用いてPIDコントローラ部42にローディングす
るP(比例ゲイン)?求める。この加算部50は、蒸気
流量検出器36から開平演算部52ケ経て蒸気流量に比
例した信号としかつ関数演算部53で例えば調整時の負
荷に応じたP最適値に基づいて求めた関数と、許容変動
幅設定部54がらの信号と?加算して出力する。減算部
51は関数演算部53の関数と許容変動幅設定部54の
出力と?減算して出力する。一方、上下限リミット部4
8゜49は、■パラメータ(積分時間)、Dパラメータ
(微分時間)が異常のとき所定の上下限値に制限して出
力する機能?もっている0次に、以上のように構成され
たオートチューニング・コントローラの動作r説明する
。オートチューニング・コントローラ部40の調節出力
信号に基づいて制御対象系30の対象制御部31は燃料
と空気の流量?制御する燃焼制御量を求めてバーナ33
に供給する。従って、バーナ33はその燃焼制御量に基
づいてボイラ本体32内のドラム34の水?加熱して蒸
気量?制御し所定の蒸気圧力とする。
一方、t−)チューニング・コントローラ部40におい
ては、先ず、加算部41にて目標圧力設定信号svpと
蒸気圧力信号器35の蒸気圧力信号との偏差ケ求め、こ
の偏差信号iPI又PIDコントローラ都42に供給し
、ここで同偏差信号75.PIDパラメータ決定部46
で求配)たPIDIDパラタータケ中間値セレクト7お
よび上下限リミット部48.49で制限して決定し7H
PIDパラメータケ用いてPID演算?行なう。そして
、この演算出力七加算部43に供給し、ここで白色ノイ
ズに似た特性?持つM系列信号44?加算し、この加算
出力葡オートチューニング・コントローラm40’7)
’A5呂力倍力信号て対象側音部31に供給し、またボ
イラの特性を推定するプロセス特性推定部45に供給す
2)oこのプロセス特性推定部45で1・ま、調節出力
信号にλ1系列信号44勿加算した信号と制御系′30
の応答結果である蒸気圧力信号と4月いてボイラの特性
忙推定し、この結果71:PIDパラメータ決定部46
に導いて歿適なPIDパラメータヶ求める。
而して、以上のようにして求めy(PIDパラメータに
対して次の;うなIli限?加える。つまり、二つ実施
例では、制御対象の負荷はボイラ蒸気流量である。そこ
で、蒸気流量検出器36でボイラ蒸気流量【検出した後
、開平演算部52にエリ蒸気流量に比例した信号に変換
し、これ?関数演算部53に導入して関数を求める。
この場合、関数演算部53は、数式演算或いはグラフに
よる折線設定による演算でも工いOこの関数は予め調整
時の各負荷におけるP(比例ゲイン)最適値によって設
定しておく。さらに、関数演算部53の出力に、許容変
動幅設定部54からの信号?、加算部50で加算し、減
算部51で減算する。そして、これらの加算部50およ
び減算部51の出力と、PIDパラメータ決定部46で
算定し九Pパラメータとゲ中間値セレクト部47に導き
、ここで3つの信号中の中間値のPパラメータ?求めて
これ?最終のPパラメータとしてPIDコントローラ部
42にローディングする0つまり、中間値セレクト部4
7は、PIDパラメータ決定部46で決定したPパラメ
ータが負荷信号を変数とする関数演算値に幅?もたせt
範囲内にあればそのPパラメータケそのまま使用し、P
よりパラメータ決定部46で自動算定して異常なPパラ
メータを算出したときは加算部50および減算部51で
設定した上限値および下限値で制限した値に更新してP
IDコントローラ部42にコーディングするものである
。マタ、上下限リミット部48.49にあってもPID
パラメータ決定部46で自動算定しiI、Dパラメータ
が異常であるとき予め設定し次上下限値に制限してPI
Dコントローフ i 42 icローギイングするもの
である。従って、このオートチューニング・コントロー
ラi/i:よれば、自動算定に:つで求めたPIDパラ
メータが外乱等に↓つで異常な値とな一つ化とき自動的
((所定の上下限値(C制限さ2するので、制御釆:D
畢走ケ確実yこ阻止でき、系の安全性を確保できる。
なお、上記実施例では、Pパラメータのみ負荷をてよる
変数て゛制限したが、PIDパラメータ2 jC,Hぞ
れ個別に、又は全体として負荷の関数で制限してもよい
。また、ボイラの燃焼制御だけでなく種々の制■(例え
、、ば温度制御等)に適用できるものである。また、ア
ナログ式又1ば、ディジタル式の何れのPIDコントロ
ーラ部42でも適用できるものである。
3発明の効果〕 以上詳記したように本発明によれば、自動算量したPI
Dパラメータが制御対象の特性に大きな影響?与える例
えばプロセスの負荷や制淘盆(プロセス変数)?変数と
した関数に許容変動幅?考慮した許容範囲内にあればそ
のPIDパラメータ?そのまま使用し、また許容範囲外
のときに許容範凹の上下限値に制限されたPIDパラメ
ータ?使用するようにしたので、外乱等にぶって正確に
P’IDパラメータを算出できないことによる制御系の
暴走?未然に防ぐことができる。また、PII)パラメ
ータ?上下限値に制限してもPIDパラメータを固定し
た一般の制御系に較へて制御特性?上げることができる
0まグこ、負荷変動、設定値変更、外乱等があっても安
心して種々のプロセスに使用しうるオートチュー=7’
f・コントローラ?提供できる0
【図面の簡単な説明】
第1図は理論(て基づくオートチューニング・コントロ
ーラの47上フコ−図、82図は例えばボイラC圧力制
御系(−適用した本発明のオートチューニング・コント
ローラの一実施例?示す構成図である。 30・・−制御対象系、31・燃焼制佃部、32・・ボ
イラ本体、34・・−ドラム、35・・・蒸気圧力検出
器1.36 蒸気流童検呂器、40・・オートチューニ
ング・コントローラ部、41゛°711]算部、42 
・PIDコントローラ呂邪1イ3 ・・カロ算部、44
− ’、11系列他号、45・・プロセス特性推定部、
4G・・・PM)パラメータ決定部、47 ・中間(直
セレクト部、”8.49・・・上下限リミット部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)制御系の特性ケ最適に制御するためにPI又はP
    IDコントローラ部のPIDパラメータ?自動的に決定
    するオートチューニング・コントローラにおいて、前記
    PI又・はPIDコントローラ部の出力エリ得た調節出
    力とこの調節出力に基づいて制御される制御対象の出力
    とからプロセス特性を推定し、この推定値をもとにして
    PIDパラメータ?自動的に決定するPID決定手段と
    、この手段に工っで決定したPIDパラメータが許容範
    囲円にあればそのPIDパラメータケそのまま前記コン
    トローラ部に供給し、許容範囲外のときに許容節、囲の
    上下限値で制限して前記コントローラに供給する手段と
    ゲ備えたことケ特徴とするオートチューニング・コント
    ローラ0(2)PIDパラメータの倒れか1つ又は全部
    の許容範囲?定める手段は、制御対象の負荷?変数とす
    る関数に所定幅の値【加減算して得ることケ特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載ノオートチューニング・コン
    トローラ0
JP9007782A 1982-05-27 1982-05-27 オ−トチユ−ニング・コントロ−ラ Pending JPS58207104A (ja)

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