JPS599704A - 調節器 - Google Patents

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】 本発明は自動制御用の調節器に関するものである。

一般に自動制御系においては、被制御対象を測定して得
られる実際値が、制御の結果、目標値である設定値に到
達するまでの時間（以後、到達時間と呼ぶ）は出来る限
り短く、また実際値が設定値に整定するまでの過程にお
いて生じるオーバシュートや振動も少ないことが望まれ
る。

第１図は、機械的な位置の制御に用いられる一般的な位
置制御系を示すブロック線図である０同図において、１
は信号の加算点、２は調節器、３は被制御対象、４は被
制御対象３における被制御量の検出器、である。またＡ
は設定値、Ｂは被制御量、Ｃは検出器４により被制御量
Ｂを測定して得られる実際値である。

動作を簡単に説明する。検出器４から出力される実際値
Ｃは加算点１において設定値Ａとの間で減算をほどこさ
れ、制御偏差が作成される。この制御偏差は調節器２に
入力され、調節器２はこの制御偏差が零になるように調
節出力を被制御対象３へ送出することにより、調節を行
なう。

さて、かかる位置制御系において、調節器２としては１
股定値Ａと実際値Ｃの間に生じる定常偏差を解消するた
めに、一般にＰＩ調ｍＨと呼ばれるような積分動作付き
の調節器が使用される０第２図は、第１図の位置制御系
において、設定値Ａを時刻ｔ□においてステップ状に変
化させたときの実際値Ｃの応答波形を示した特性図であ
る。

第２図において、実際値Ｃは、時刻１（、からｔ。

時間後に、設定値Ａに到達した後、オーツマシュートし
減衰振動を繰り返していることが認められるであろう。

かかるオーバシュートや振動現象は、調節器２のもつ積
分動作特性に基因するものであり、実際値Ｃの応答波形
は、調節器２における比例利得、積分時間等の定数の選
び方により大幅に変化するものであることが知られてい
る。

そこでかかるオーバシュートや振動を抑えるように調節
器の定数を選ぶと、到達時間（第２図におけるｔａ）が
長くなり、また反対に到達時間１゜が短くなるように調
節器の定数を選ぶと、オーバシュートや振動が大きくな
るという互いに相反する特性があることも知られている
。

このため、従来の調節器によっては、位置制御系におい
て、オーバシュートや振動が少なく、到達時間が短いと
いう２つの条件を同時に満足する調節動作は実現できな
いという事情にあったＯ本発明は、上述のような従来の
技術的事情にかんがみなされたものであり、従って本発
明の目的は、機械的な位置の制御系において、オー／く
シュートや振動が少なく、到達時間も短いという２つの
条件を同時に満足する調節動作を実現可能とする調節器
を提供することにある０ 本発明の構成の要点は、少なくも比例演算回路と積分演
算回路を有し、定常状態における調節器出力は零である
如き、機械的位置制御用の調節器においチー、調節動作
の過程において、比例演算回路の出力を監視し該出力が
零に達したとき積分演算回路の出力をリセットするよう
にした点にある。

次に図を参照して本発明の一実施例を説明する。

第３図は本発明の一実施例を示すブロック線図である。

同図において、調節基本部２０は、比例演算回路（比例
要素）２１、積分演算回路（積分要素）２２、加算点２
３から成る一般的なＰＩ演算回路である。２４．２５は
それぞれコンパレータであり、コンパレータ２４は、比
例演算回路２１の出力が正のとき論理１信号を、負のと
き論理Ｏ信号音出力する。コンパレータ２５は、積分演
算回路２２の出力が正のとき論理１信号を、負のとき論
理０信号を出力する。２６は排他的論理和回路、２７は
パルス発生回路、である。

動作を説明する。比例演算回路２１の出力が正ノトキコ
ンパレータ２４は論理１を出力し、同じく積分演算回路
２２の出力が正のとき、コンパレータ２５は論理１を出
力し、この状態では排他的論理和回路２６は論理０を出
力している。所が比例演算回路２１の出力が正から負に
変わるとコンパレータ２４は論理Ｏを出力するので、こ
のとき積分回路２２の出力がなお正であると、コンノぐ
レータ２５は論理１を出力しているので、排他的論理和
回路２６の出力が論理０から論理ｌに転じ、コノ騎間、
パルス発生回路２７は微小時間幅をもつパルスを出力す
る。このパルスは積分演算回路２２に入力され、該回路
２２から出力されている積分演算出力をリセットし、零
値にクリアする。

第４図は、第３図に示した本発明の一実施例において、
時刻ｔ＝ｏに設定値Ａがステップ状に変化したときの各
部用力信号の波形を示した波形図である。波形Ｅは比例
演算回路２１の出力波形を、波形りは積分演算回路２２
の出力波形をそれぞれ示している。波形Ｅは、その出力
レベルが設定値Ａと実際値Ｃの差に比例する波形である
ため、時刻ｔ＝ｏでステップ状に変化した後は、時間の
経過とともに漸次減少してゆく。

一方、波形りは、比例演算回路２１の出力である波形Ｅ
を積分して得られる波形であるため、時間と共に増加し
てゆく。これらの傾向は時刻を一〇から、実際値Ｃが設
定値Ａに一致する時刻１＝ｔａの直前までつづく。

時刻１＝１．を過ぎると、設定値Ａと実際値Ｃの大小関
係が逆転し、今まで正だった波形Ｅけ正から負へと変化
するため、第３図におけるコンパレータ２４の出力は論
理１から論理０へ急変する。

しかし、このときにおける波形りは正極性のままであり
、コンパレータ２５の出力は論理１となつているので、
時刻ｔ＋＝ｌａにおいて、ノシルス発生回路２７から微
小時間幅をもつパルスが発生し、積分演算回路２２にそ
れまで積分されていた積分出力値をリセットして零値に
クリアするＯその結果、設定値Ａと実際値Ｃの偏差が０
となる時刻１−１＆において、１Ｉ１１節監の出力は零
となるため、実際＠Ｃがこれ以上増加することなく、実
際値Ｃは到達時間１ａ後にオーバシュートや振動を生じ
ることなく、設定値に一致し整定することができる。

なお、以上の説明は設定値をステップ状に増加させた場
合について述べたが、設定値を減少させた場合や、負荷
変動や擾乱が加わった場合などについても同様のことが
成立する。

このため、ｌ１節器の設定として到達時間を短くするよ
うな値を選んでも、オーバシュートや振動が増加すると
いうような欠点は起きない。

なお、以上の説明は、調節器２として＋ＰＩ調節器を用
いた場合について説明したが、本発明は、一般に積分動
作特性を有するすべてのａｍ器に適また、調節器として
はハード的な回路で構成されたものに限らずマイクロコ
ンピュータなどにより、ソフト的に構成されたものにお
いても本発明を適用できることは勿論である。ソフト的
に構成された調節器に本発明を実施した場合の動作の一
例を示すフローチャートを第５図に示す。第５図はステ
ップ（イ）乃至（へ）から成るものであるが、これらに
ついてはもはや説明する必要はないであろう。

この発明によれば、機械的な位置の制御に用いられる調
節器、すなわち定常状態における調節器出力が零である
ような調節器に対して、その積分要素の出力と比例要素
の出力との各極性が異なるに至った時刻（すなわち、比
例要素の出力が零に達した時刻）に積分要素における積
分値を一度ゼロ値にリセットするような構成を付加した
ため、到達時間が短く、シかも整定に際してのオーバシ
ュートや振動のない調節器を実現することができた。

この発明は、今まで述べてきた位置制御系における調節
器に１４ことなく、一般に位置制御の場合におけるよう
な定常状態での調節器出力が零となる制御系のｗ４Ｍｉ
器に適用できる。

【図面の簡単な説明】

杭１図は一般的な位置制御系を示すブロック線図、第２
図は第１図の制御系において、設定値Ａをステップ状に
変化さけたときの実際値Ｃの応答波形を示した特性図、
第３図は本発明の一実施例を示すブロック線図、第４図
は第３図の回路における各部信号の波形図、第５図はマ
イクロコンピュータなどによりソフト的に構成された調
節器に本発明を実施した場合の動作の一夙を示すフロー
チャート、である。 符号説明 １・・・・・・加Ｗ点、２・・・・・・調節器、３・・
・・・・被制御対象、４・・・・・・検出器、２０・・
・・・・調節基本部、２１・・・・・・比例演算回路、
２２・・・・・・積分演算回路、２３・・・・・・加３
Ｉｎ、２４　、２５・・・・・・コンパレータ、２６・
・・・・・排他的論理和回路、２７・・・・・・７ｔル
ス発生回路第１図 第２図 竹４図 △ 第　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくも比例演算回路と積分演算回路を有し、定常
   状態における調節器出力を零とするような調節器におい
   て、前記比例演算回路の出力を監視し該出力が零に達し
   たことを検出する手段と、該出力の零に達したことが前
   記検出手段により検出されたとき、前記積分演算回路の
   出力をリセットする手段とを備えたことを特徴とするｘ
   ｉ器。 ２、特許請求の範囲第１項の記載の調！ｆＩ器において
   、前記検出手段が前記比例演算回路の出力と積分演算回
   路の出力の各極性の異なった時点を検出する手段から成
   ることを特徴とする調節器。