JPS62108306A - 調節計 - 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】 （産業上の利用分野） 更に詳しくは１本発明は、プロセスに外乱を与えること
なく、ランダムに発生する外乱等による制御量の変化を
みて、最適の応答となるようＫＰＩ演算定数を調整する
オートチューニング調節計に関するものである。

（従来の技術） フィードパ、り制御に用いられるプロセス用ＰＩ調節計
において、ＰＩ演算定数の設定は、プロセス運転者ある
いは計装エンジニアの長年の知識と経験に基づいて手動
によって行なわれているのが現状である。しかしながら
、手動設定によるものは、プロセスのスタードア、プ時
、負荷変動時。

予期しない外乱混入時、あるいは非線形ゲイン特性を持
つ系等の状況の下では、一時的あるいは定常的にプロセ
ス運転の乱れを生じ、状況によっては経済的損失を及ぼ
すことがあった。

そこで、ＰＩ演算定数をオートチューニングするように
した調節計が提案されている。これまで提案されている
オートチューニング調節計は、補助コントローラを主コ
ントローラに対して並列的に接続し、補助コントローラ
のゲインをあげ、振動を起させ、その振幅２周波数から
、Ｚｉｅｇｌｅｒ。

Ｎ１ｃｈｏｌｓ　　Ｋよる所謂Ｚ−Ｎ限界感度法に基づ
いてＰＩ定数を決定するもの（昭和４５年計測自動制御
学会論文集ｖｏｌ　６．４６　Ｐ５５〜Ｐ６０　　限界
感度法を利用した適応制御系の研究、北森俊行）、オン
、オフ発生器を使用してリミットサイクルを発生させ、
その振幅等から最適なｐｒ演算定数を決定するようにし
たもの（昭和４８年計測自動制御学会第１２回学術講演
会予稿集　Ｐ６１７〜Ｐ６２４　　ＰＩＤ自動自動形ア
ダプティブ・コントローラ　須見、福田）等がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような構成のオートチューニング調
節計は、プロセスを振動状態にしたり。

ＰＩ定数−決定の際に制御系へ強制的に外乱（同定信号
）を与える必要があ妙、このためにプロセスへ少なから
ぬ影響を与えるという問題点があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的は、プロセスに影響を与えることなく最適なＰ
Ｉ演算定数を設定することのできるオートチューニング
機能を備えた調節計を実現しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 前記した問題点を解決する本発明は、設定値変更、負荷
変動、制御対象の特性変化などをキャッチし、その応答
パターンのオーバシュート量、ダンピング量、振動周期
を観測し、ノイズ、外乱などの発生具合や傾向を知識と
して蓄え、その知識によ抄推論を働かせながら、Ｒ適な
パラメータに収束させるようＫしたものであって、プロ
セスよ抄のプロセス量と設定値の信号に少なくとも比例
。

積分演算を行ない、得られた操作量を前記プロセスに出
力するＰＩ制御手段と、前記プロセス量又はプロセス量
と設定値との偏差信号の波形を観測し当該信号が所定値
以上となった場合オーバーシュート量、ダンピング値及
び振動周期を求める波形観測手段と、前記プロセスの制
御性の目標となる少なくともオーバーシュート量とダン
ピング値とを設定する目標設定手段と、前記波形観測手
段から得られるオーバーシュート量とダンピング値と振
動周期及び前記目標設定手段で設定された目標値とをそ
れぞれ入力し、この目標値との誤差の大きさに応じてそ
れぞれ異なる演算式を適用し。

少なくとも比例定数、積分定数を演算し、得られた比例
定数、積分定数を前記ＰＩ制御手段に設定するパラメー
タ演算手段とを備えて構成きれる。

（実施例） 第１図は、本発明に係る装置の一例を示す機能プロ、り
図である。図において、１はプロセス対象を示すプロ、
りで、運転対象によってその動特性が変化するものとす
る。２は設定値Ｓｖとプロ゛セス１からのプロセス量ｐ
ｖとの偏差Ｃを入力信号とするＰＩ制御ブロックで、Ｐ
Ｉ演算定数は、破線で囲んだパラメータ演算プロ、り３
からの信号によって自動設定される。このＰＩ制御ブロ
ック２からの出力信号ＭＶは、プロセスＩＫ印加される
。

パラメータ演算プロ、り３において、３１は設定値ＳＶ
、プロセス量ｐｖをそれぞれ入力し、Ｓｖとｐｖの偏差
信号−の波形観測を行なう波形観測手段で、偏差信号−
のオーバーシュートＩｋ　ｏｖｓ　。

ダンピング量ＤＭＰ　、　撮動周期Ｔ２を求める機能を
有している。３２は制御性の目標となる目標値を設定す
る目標設定手段で、ここには少なくともプロセスＩＫお
ける理想的なオーバシュート′！ｋＯｖＳト。

ダンピング値ＤＭＰとが設定される。３３はＰＩ定数を
演算によって求めるパラメータ演算手段で、波形観測手
段３１から得られるオーバシェード量とダンピング値と
が、目標設定手段３２で設定された目標値に近づくよう
にＰＩ演算定数を演算する。これらの各手段３１．３２
．３３は、いずれも例えば調節計内に塔載されたマイク
ロコンピュータによるプログラムによって実現されるも
のとする。

第２図は波形観測手段３１における波形観測手法の説明
図である。波形観測手段３１け、はじめに。

設定値Ｓｖとプロセス量ｐｖの偏差１を求め、この偏差
１が、予じめ目標設定手段３２に設定した所定の値ΔＥ
より大きくなった時、波形観測を開始する。いま、この
偏差Ｃが図示するように時間とともに変化するものとす
れば、この偏差１がΔＥより大きくなった時点より波形
観測を始め、波形のピーク値Ｅｌ、　Ｅ２．　Ｋ３を検
出するとともに、仁のピーク値になるまでの時間ｔｌ、
　ｔ２．　ｔ３を測定する。

これらの値を用いて、オーバーシュート量ｏｖｓ　。

ダンピング値ＤＭＰ　、　ｍ動周期Ｔ、を次の演算式忙
よって求め、演算結果をパラメータ演算手段３３に与え
る。

ｏｖｓ　＝　−−Ｅ−１ Ｉ ３−Ｅ２ ＤＭＰ＝− １−Ｅ２ ’ｒＰ＝ｔ３−ｔｌ パラメータ演算手段３３は、波形観測手段３１によって
得られた演算結果に基づいて、ＰＩ制御プロ、り２に設
定されている現在の比例定数、積分定数が、目標設定手
段３２で設定されているオーバーシュート量とダンピン
グ値とを実現するための目標となる比例定数、積分定数
に対して、どんな関係にあるかを認識し、それぞれの関
係によって決まるいくつかの区分に応じて、それぞれ異
なった演算式を適用し、少なくとも新しい比例定数と積
分定数（現在値からの変更量）を演算する。このようＫ
して得られた新しい比例定数と積分定数は、Ｐ！制御プ
ロ、り２に再設定され、ＰＩ制御プロ、り２は、次に、
この新しく設定された定数に基づいてＰＩ演算を行ない
、操作信号をプロセス１に出力する。

第３図は、パラメータ演算手段３３の動作の一例を示す
７０−チャートである。ここでは４つの区分を決めたも
のを例示する。

はじめに、波形観測手段３１で得られたダンピング値Ｄ
ＭＰが「θ」より小さいか判断する（ステップｌ）。こ
れによって、ＰＩ制御プロ、り２に現在設定されている
Ｐ、Ｉ定数が後述するＡ区分にあるかどうか判断する。

すなわち、ダンピング値ＤＭＰがｒＯＪより小さい場合
、非振動的な応答特性を示しており、現在のＰ、Ｉ演算
定数による制御性１ｄＡ区分にあるものと判断し、目標
設定手段３２に設定した目標値Ｋ・近ずくようにＰ、Ｉ
演算定数を変更する演算を行なう（ステ、プ２）。ダン
ピング値ＤＭＰ≧Ｏの場合（ステップ１で”Ｎｏ　”の
場合）、Ｃｊｉｌ算演算定数’Ｉ’、）／（振動周期Ｔ
Ｐ）の値Ｒを演算しくステ、プ３）、この値Ｒの大きさ
を判断する（ステ、プ４）、すなわち、Ｒ（０，２であ
れば、現在設定されているＰＩ演算定数は。

３区分にあるものと判断し、ステ、プ５に移る。

また％　０．２≦Ｒ≦０．４であれば、Ｃ区分にあるも
のと判断し、ステップ６に、Ｒ＞０．４であれば、０区
分にあるものと判断し、ステ、プ７にそれぞれ移る。こ
のように、ダンピング値、振動周期。

Ｒの大きさによりて、　Ａ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄの４区分に
分けたのは、これまでの経験則に基づくもので、各区分
の概念と、各区分における演算式を第４図に示す。

第４図において、横軸はＲの値であり縦軸は、ダンピン
グ値ＤＭＰをとっである。この図でノー、チングを施し
た付近（ダンビン／［ＤＭＰ＝０．２　、　Ｒ＝０６２
付近）が目標値となる領域で、各区分ごとに示しである
比例演算定数ＰＢ、積分演算定数Ｔｉを求めるための所
定の演算を行なうことによって。

どの区分からも制御性が目標値に向かうような。

Ｐ演算定数、！演算定数が求められる。なお、本発明は
、微分（Ｄ）演算をも含む調節計にも同様に適用できる
ものであって、第４図には、微分演算定数Ｔｄを得るた
めの演算式建ついても参考までに示しである。

＠４図に示す各演算式において、　ＦＢＩ　、　ＰＨ１
Ｆｉ今回１次回の比例演算定数ｒ　Ｔｉｌ　、　Ｔｉ２
は今回。

次回の積分演算定数（積分時間）　、　Ｅｏｖｒけ誤差
オーバシュート、ｇｄｍｐは誤差ダンピングである。

区分Ａにおける（１人）式、（２Ａ）式は、ステップ２
において適用され、比例演算定数ＰＢ２　、積分演算定
数Ｔｉ２は、誤差ダンピングＥｄｍｐ　、誤差オーバー
シー−）　Ｅｏｖｒの値に応じてそれぞれ今回の定数よ
りいずれも増大するような値が求められる。

Ｅｄｍｐ、　Ｅｏｖｒが０であれば、　ＰＨ１＊　Ｔｒ
２は、今回のＰＢＩ、７口と同じ値となる。

区分Ｂにおける（ＩＢ）式、　（２Ｂ）式は、ステップ
５において適用され、比例演算定数ＰＢ２．積分演算定
数Ｔｉ２は、　Ｒ／−０，２（ここではＲは０．２より
小さい）の割合でそれぞれ今回の定数より減少するよう
な値が求められる。

以下、同じように１区分ＣＫおける（ＩＣ）式。

（２Ｃ）式は、ステ、プロにおいて適用され、区分りに
おける（ＩＤ）式、　（２Ｄ）式はステ、プ７において
適用される。

ステップ８では、ステップ２．５．６．７のいずれかに
おいて得られた比例演算定数、積分演算定数を。

ＰＩ制御プロ、りに再設定する。

以上のような動作によって、ＰＩ制御プロ、り２には、
そこに設定されている比例演算定数、積分演算定数がど
のような値であっても、最終的に制御性が最適な目標値
になるように自動的に調整されることになる。

なお、上記の説明では、波形観測手段３１は、プロセス
量と設定値との偏差信号の波形を観測するようＫしたも
のであるが、設定値が一定であるものとすれば、プロセ
ス量の波形を観測するようにしてもよい。また、上記の
説明では、ＰＩ’制御プロ、りを有する調節計を例にと
って説明したが。

ＰＩＤ制御プロ、りを有する調節計に適用してもよい。

第５図は、本発明に係る調節計において、設定値ＳＶを
ステ、プ状に変化させたとき、制御量ｐｖと、比例定数
Ｐ、積分定数Ｉがどのように変化するかを示した線図で
ある。調節計において、制御性の目標は、ダンピング量
ＤＭＰ　＝　０．３００　、オーバー７ユート１０Ｖｓ
＝０．２００ｆある。

第６図は第５図線図を得るために用いたシミュレーショ
ンのブロック図で、Ｌ＝６秒、Ｔ＝ｓ秒。

Ｋ　＝　１．０としである。

この実験結果から分かるように１本発明の調節計によれ
ば、数回のパラメータ演算を実行することによって、最
適の応答となるＰＩ定数が自動的に設定されている。

（発明の効果） 以上説明したように１本発明は、設定値変更やプロセス
における負荷変動などに伴うプロセス量又は偏差信号の
波形を観測し、その観測結果に基づいて、Ｐ、！演算定
数を最適値となるように変更するようにしている。従っ
て１本発明によれば。

プロセスに悪い影響を与えることなく、最適なＰＩ演算
定数を設定することのできるオートチューニング機能を
備えた調節計が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る装置の一例を示す機能プロ、り
図、第２図は波形観測手段における波形観測手法の説明
図、第３図はパラメータ演算手段３３の動作の一例を示
すフローチャート、第４図はパラメータ演算手段におい
て定められる各区分の概念と各区分における演算式を示
す説明図、第５図は本発明調節計において％ＰＩ定数が
変化する様子を示した線図、第６図は第５図線図を得る
ために用いたシミュレータ、ンのプロ、り図である。 １・・・プロセス、２・・・ＰＩ制御プロ、り、３・・
・パラメータ演算プロ、り、３１・・・波形観測手段、
３２・・・目標設定手段、３３・・・パラメータ演算手
段。 代理人　　　弁理士　　小　沢　信　助　　。 Ｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　Ｎ−Ｃ！Ｉ　　　　　　　　Ｃ５１ 第３図 第す図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プロセスよりのプロセス量と設定値の信号に少な
   くとも比例、積分演算を行ない、得られた操作量を前記
   プロセスに出力するＰＩ制御手段と、前記プロセス量又
   はプロセス量と設定値との偏差信号の波形を観測し当該
   信号が所定値以上となった場合オーバーシュート量、ダ
   ンピング値及び振動周期を求める波形観測手段と、前記
   プロセスの制御性の目標となる少なくともオーバーシュ
   ート量とダンピング値とを設定する目標設定手段と、前
   記波形観測手段から得られるオーバーシュート量とダン
   ピング値と振動周期及び前記目標設定手段で設定された
   目標値とをそれぞれ入力し、この目標値との誤差の大き
   さに応じてそれぞれ異なる演算式を適用し、少なくとも
   比例定数、積分定数を演算し、得られた比例定数、積分
   定数を前記ＰＩ制御手段に設定するパラメータ演算手段
   とを備えた調節計。
2. （２）パラメータ演算手段は、積分定数Ｔ＿Ｉと振動周
   期Ｔ＿Ｐとの比Ｒ（＝Ｔ＿Ｉ／Ｔ＿Ｐ）を演算し、この
   比と波形観測手段からのダンピング値ＤＭＰとの組合せ
   によっていくつかの区分を定め、各区分ごとに誤差オー
   バーシュート量、誤差ダンピング値、前記比Ｒの少なく
   ともひとつを用いた異なる演算式を適用し、少なくとも
   比例、積分定数を演算することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の調節計