JPS6244641B2 - - Google Patents
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- JPS6244641B2 JPS6244641B2 JP56188419A JP18841981A JPS6244641B2 JP S6244641 B2 JPS6244641 B2 JP S6244641B2 JP 56188419 A JP56188419 A JP 56188419A JP 18841981 A JP18841981 A JP 18841981A JP S6244641 B2 JPS6244641 B2 JP S6244641B2
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- control
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- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000004886 process control Methods 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000012369 In process control Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010965 in-process control Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、プロセスのＰ（比例）、Ｉ（積
分）、Ｄ（微分）３動作による制御方式、すなわ
ちPID制御方式に関するものである。
分）、Ｄ（微分）３動作による制御方式、すなわ
ちPID制御方式に関するものである。
一般に、プロセス制御のための調節器は、偏差
信号（目標値と測定値の差）に或る演算を施し、
その結果を操作信号として出力する一種の演算器
であり、従つてPID制御方式を採る調節器におい
てはPID演算が行なわれる。このPID演算には、
演算結果である操作出力が操作端の位置（例えば
弁開度）を与える位置形と、操作端の位置の修正
量を与える速度形の２種類があり、アナログ調節
計の場合には前者が、DDC（ダイレクト・デイ
ジタル制御）装置の場合には後者が一般に用いら
れている。
信号（目標値と測定値の差）に或る演算を施し、
その結果を操作信号として出力する一種の演算器
であり、従つてPID制御方式を採る調節器におい
てはPID演算が行なわれる。このPID演算には、
演算結果である操作出力が操作端の位置（例えば
弁開度）を与える位置形と、操作端の位置の修正
量を与える速度形の２種類があり、アナログ調節
計の場合には前者が、DDC（ダイレクト・デイ
ジタル制御）装置の場合には後者が一般に用いら
れている。
ここで位置形のPID演算式は周知のように次式
(1)により与えられる。
(1)により与えられる。
但し、Ｐは比例帯、Ｔiは積分時間、ＴDは微分
時間、τはサンプリング間隔、MVは操作量（調
節計出力）、DVは偏差、PVは測定値、サフイツ
クスｋはサンプリング時点を表わす。
時間、τはサンプリング間隔、MVは操作量（調
節計出力）、DVは偏差、PVは測定値、サフイツ
クスｋはサンプリング時点を表わす。
一方、速度形のPID演算式は、これも周知のよ
うに次の(2)式で表わされる。
うに次の(2)式で表わされる。
ΔMVk＝MVk−MVk-1 ……(2)
ここでΔMVは前回の操作出力に対する修正量
を表わしている。すなわち、前回の操作出力が
MVk-1であるとすると、これに、速度形のPID演
算を行なつて得られた修正量ΔMVkを加算すれば
今回の操作出力MVkが得られる。
を表わしている。すなわち、前回の操作出力が
MVk-1であるとすると、これに、速度形のPID演
算を行なつて得られた修正量ΔMVkを加算すれば
今回の操作出力MVkが得られる。
前記(1)式を用いて(2)式を変形すると次の(3)式が
得られる。
得られる。
ΔMVk＝１／Ｐ｛（DVk−DVk-1）＋τ／ＴｉDVk＋ＴＤ／τ（PVk−2PVk-1＋PVk-2）｝ ……(3)
さて、DDC装置では種々の利点の故に速度形
のPID演算を採用しており、かかる速度形のPID
制御方式の構成例を第１図にブロツク線図で示
す。
のPID演算を採用しており、かかる速度形のPID
制御方式の構成例を第１図にブロツク線図で示
す。
同図において、１は測定値PVと目標値SVの偏
差を算出する偏差演算部、２はPID制御演算部、
３はリミツタ、４は積分器、５は出力リミツタ５
１と自動・手動切換弁S1を含むブロツク、であ
る。
差を算出する偏差演算部、２はPID制御演算部、
３はリミツタ、４は積分器、５は出力リミツタ５
１と自動・手動切換弁S1を含むブロツク、であ
る。
動作を説明する。偏差演算部１において算出さ
れた偏差信号DVは、PID制御演算部２に入力さ
れ、ここで前記(3)式による演算、すなわちブロツ
クＰでは(3)式第１項の比例演算、ブロツクＩでは
第２項の積分演算、ブロツクＤでは第３項の微分
演算が行なわれる。そして各演算結果の和がΔ
MVとして出力され、このΔMVはリミツタ３に
おいて、その上下限をリミツトされて積分器４に
入力される。上下限をリミツトするのは、何らか
の事情によつて一時的に偏差信号が大きくなり、
そのためΔMV出力が異常に大きくなつたような
場合、そのままΔMVを出力すると、かえつて制
御系に対する外乱要因になることがあるからであ
る。
れた偏差信号DVは、PID制御演算部２に入力さ
れ、ここで前記(3)式による演算、すなわちブロツ
クＰでは(3)式第１項の比例演算、ブロツクＩでは
第２項の積分演算、ブロツクＤでは第３項の微分
演算が行なわれる。そして各演算結果の和がΔ
MVとして出力され、このΔMVはリミツタ３に
おいて、その上下限をリミツトされて積分器４に
入力される。上下限をリミツトするのは、何らか
の事情によつて一時的に偏差信号が大きくなり、
そのためΔMV出力が異常に大きくなつたような
場合、そのままΔMVを出力すると、かえつて制
御系に対する外乱要因になることがあるからであ
る。
積分器４においては、演算部２からの修正量Δ
MVに前回の操作出力MVを加算して、新たな今
回の操作出力を形成している。従つて積分器４
は、演算部２から供給された速度形の演算結果を
位置形の操作出力に変換して出力する速度形／位
置形変換演算部であると云うこともできる。積分
器４の出力は、出力リミツタ５１において、操作
端機器における実際の操作量に見合つたレベルに
大きさを制限された上、自動・手動切換弁S1を介
して操作出力MVとして図示せざる操作端へ出力
される。
MVに前回の操作出力MVを加算して、新たな今
回の操作出力を形成している。従つて積分器４
は、演算部２から供給された速度形の演算結果を
位置形の操作出力に変換して出力する速度形／位
置形変換演算部であると云うこともできる。積分
器４の出力は、出力リミツタ５１において、操作
端機器における実際の操作量に見合つたレベルに
大きさを制限された上、自動・手動切換弁S1を介
して操作出力MVとして図示せざる操作端へ出力
される。
自動・手動切換弁S1が自動側Ａから手動側Ｍへ
切り換えられた場合には、以後、図示せざる手段
で手動により操作出力MVを送出するが、この場
合においても、手動操作出力を積分器４に送つて
加算させておき、切換弁S1を自動側Ａに戻したと
き、積分器４から、それまでの手動操作に追従し
た操作出力が得られるようにして、バンプレスな
切換を実現するための配慮が払われている。
切り換えられた場合には、以後、図示せざる手段
で手動により操作出力MVを送出するが、この場
合においても、手動操作出力を積分器４に送つて
加算させておき、切換弁S1を自動側Ａに戻したと
き、積分器４から、それまでの手動操作に追従し
た操作出力が得られるようにして、バンプレスな
切換を実現するための配慮が払われている。
上述した如き速度形のPID制御方式は、速度形
の演算出力はΔMVをリミツタ３に通して制限す
ることにより、すなわち１回分の修正量の大きさ
に制限を設けることにより、操作端である弁の急
激な動きを防止できるとか、或いは操作端が頭打
ち状態にあつて動かないでいる間に、偏差が積分
されてしまい、制御ループの始動時に制御量に大
きな行き過ぎを生じる謂所ワインドアツプ現象の
発生を防止できるなど、色々利点も多いが、反
面、次のような欠点がある。
の演算出力はΔMVをリミツタ３に通して制限す
ることにより、すなわち１回分の修正量の大きさ
に制限を設けることにより、操作端である弁の急
激な動きを防止できるとか、或いは操作端が頭打
ち状態にあつて動かないでいる間に、偏差が積分
されてしまい、制御ループの始動時に制御量に大
きな行き過ぎを生じる謂所ワインドアツプ現象の
発生を防止できるなど、色々利点も多いが、反
面、次のような欠点がある。
第２図は速度形PID制御方式の欠点を説明する
ための測定値PVと操作出力MVの波形図である。
同図のイに見られるように、測定値PVが変動
し、そのため、ロに見られるように、操作出力
MVが変動するものとする。所が、積分器４の出
力側にリミツタ５１があるため、積分器出力MV
は、リミツタ５１がなければMV′の如く上昇し、
その後レベルL1に落ち着くのに、リミツタ５１
の上限MHに制限されてそれを超えることができ
ず、その後、レベルL2にまで低下してしまう。
本来ならば、積分器出力MVは、リミツタの上限
MHに制限されたなら、引き続きそのレベルを維
持することが、測定値PVの変動に対応する制御
動作として望ましいのであるが、それがレベル
L2にまで低下するという望ましくない現象が発
生する。この現象を逆応答現象と云い、制御対象
であるプラントに悪影響を及ぼす。なお、MLは
リミツタの下限レベルを示している。
ための測定値PVと操作出力MVの波形図である。
同図のイに見られるように、測定値PVが変動
し、そのため、ロに見られるように、操作出力
MVが変動するものとする。所が、積分器４の出
力側にリミツタ５１があるため、積分器出力MV
は、リミツタ５１がなければMV′の如く上昇し、
その後レベルL1に落ち着くのに、リミツタ５１
の上限MHに制限されてそれを超えることができ
ず、その後、レベルL2にまで低下してしまう。
本来ならば、積分器出力MVは、リミツタの上限
MHに制限されたなら、引き続きそのレベルを維
持することが、測定値PVの変動に対応する制御
動作として望ましいのであるが、それがレベル
L2にまで低下するという望ましくない現象が発
生する。この現象を逆応答現象と云い、制御対象
であるプラントに悪影響を及ぼす。なお、MLは
リミツタの下限レベルを示している。
この発明は、上述のような従来技術の欠点を除
去するためになされたものであり、従つてこの発
明の目的は、速度形PID制御方式の長所は残しな
がら、上述のような逆応答現象が発生することの
ないようにしたPID制御方式を提供することにあ
る。
去するためになされたものであり、従つてこの発
明の目的は、速度形PID制御方式の長所は残しな
がら、上述のような逆応答現象が発生することの
ないようにしたPID制御方式を提供することにあ
る。
この発明は次の見地に立つてなされている。す
なわち逆応答現象は、速度形PID演算におけるＤ
（微分）演算に由来するという見地である。この
演算は、前記(3)式における第３項、すなわち、 ＴＤ／τ（PVk−2PVk-1＋PVk-2） ……(4) の項における演算である。この(4)式において、サ
ンプリング時点ｋを１、２……と取り、仮に測定
値PV1＝10、PV2＝10、PV3＝10と続いた所でPV4
＝20、PV5＝20と変動したとすると、(4)式の値を
ΔMVとすると、ΔMV3＝０、ΔMV4＝10、Δ
MV5＝−10となり（但しＴＤ／τとする）、逆応答現象 の発生することが判る。
なわち逆応答現象は、速度形PID演算におけるＤ
（微分）演算に由来するという見地である。この
演算は、前記(3)式における第３項、すなわち、 ＴＤ／τ（PVk−2PVk-1＋PVk-2） ……(4) の項における演算である。この(4)式において、サ
ンプリング時点ｋを１、２……と取り、仮に測定
値PV1＝10、PV2＝10、PV3＝10と続いた所でPV4
＝20、PV5＝20と変動したとすると、(4)式の値を
ΔMVとすると、ΔMV3＝０、ΔMV4＝10、Δ
MV5＝−10となり（但しＴＤ／τとする）、逆応答現象 の発生することが判る。
他方、位置形のPID演算におけるＤ（微分）演
算、すなわち前記(1)式の第３項 ＴＤ／τ（PVk−PVk-1） ……(5) の項における演算においては、上述のような逆応
答現象の発生は見られない。
算、すなわち前記(1)式の第３項 ＴＤ／τ（PVk−PVk-1） ……(5) の項における演算においては、上述のような逆応
答現象の発生は見られない。
以上のことから、本発明は、PI演算は速度形
で、Ｄ演算は位置形で行なうPID制御方式により
その目的を達成している。
で、Ｄ演算は位置形で行なうPID制御方式により
その目的を達成している。
次に図を参照して本発明の一実施例を説明す
る。
る。
第３図は本発明の一実施例を示すブロツク線図
である。同図において、１は偏差演算部、２Ａは
速度形のPI制御演算部、３は速度形出力ΔMVの
リミツタ、４は積分器、６はリミツタ、７は加算
部、８は位置形のＤ制御演算部、S2は自動・手動
切換部、である。
である。同図において、１は偏差演算部、２Ａは
速度形のPI制御演算部、３は速度形出力ΔMVの
リミツタ、４は積分器、６はリミツタ、７は加算
部、８は位置形のＤ制御演算部、S2は自動・手動
切換部、である。
第３図に示す構成が第２図に示す従来のそれと
大きく相違するところは、Ｄ演算を別に取り出
し、演算部８において位置形（前記(1)式の第３
項、または前記(5)式）で行なうようにした点であ
る。
大きく相違するところは、Ｄ演算を別に取り出
し、演算部８において位置形（前記(1)式の第３
項、または前記(5)式）で行なうようにした点であ
る。
プロセス制御においては、外乱が検出可能であ
るとき、この検出された外乱信号を使つて制御す
るフイードフオワード制御がしばしば実施される
が、第３図では、Ｄ制御をPI制御から分離し、測
定値の変化分（微分量）に基因する制御信号をフ
イードフオワード信号と考えて加算部７におい
て、演算部２ＡからのPI制御信号に加えて操作出
力MVを得るという考え方を採つている。
るとき、この検出された外乱信号を使つて制御す
るフイードフオワード制御がしばしば実施される
が、第３図では、Ｄ制御をPI制御から分離し、測
定値の変化分（微分量）に基因する制御信号をフ
イードフオワード信号と考えて加算部７におい
て、演算部２ＡからのPI制御信号に加えて操作出
力MVを得るという考え方を採つている。
動作を説明する。偏差演算部１において作成さ
れ偏差信号DVは、速度形のPI制御演算部２Ａに
おいて演算され、速度形のPI制御出力ΔMVとな
る。このΔMVはリミツタ３を通り、積分器４に
おいて位置形の制御出力MV′となつて出力され
る。この位置形制御出力MV′はリミツタ６を通過
した後、加算部７において、演算部８からの位置
形Ｄ制御出力と加算され、さらにリミツタ５１、
切換弁S1を介して操作出力MVとして出力され
る。
れ偏差信号DVは、速度形のPI制御演算部２Ａに
おいて演算され、速度形のPI制御出力ΔMVとな
る。このΔMVはリミツタ３を通り、積分器４に
おいて位置形の制御出力MV′となつて出力され
る。この位置形制御出力MV′はリミツタ６を通過
した後、加算部７において、演算部８からの位置
形Ｄ制御出力と加算され、さらにリミツタ５１、
切換弁S1を介して操作出力MVとして出力され
る。
手動に切り換えて運転する場合には、切換弁S1
と切換部S2を、それまでのＡ側からＭ側に切り換
える。その後、手動から再び自動へ制御へ戻す際
に、バンプレス切換が可能であることは、第１図
について先に説明したことから明らかであろう。
リミツタ６は前述のワインドアツプ現象の除去を
可能にしており、このリミツタ６とリミツタ５１
は通常同じ制限範囲をとるものが用いられる。
と切換部S2を、それまでのＡ側からＭ側に切り換
える。その後、手動から再び自動へ制御へ戻す際
に、バンプレス切換が可能であることは、第１図
について先に説明したことから明らかであろう。
リミツタ６は前述のワインドアツプ現象の除去を
可能にしており、このリミツタ６とリミツタ５１
は通常同じ制限範囲をとるものが用いられる。
本発明の構成により、速度形制御の長所は生か
しながら出力リミツタ５１による逆応答現象の発
生を防止することができ、良好な制御性能を実現
することができる。
しながら出力リミツタ５１による逆応答現象の発
生を防止することができ、良好な制御性能を実現
することができる。
この発明は、実施例で述べた微分先行のPID制
御だけでなく、偏差微分などのアルゴリズムをも
つ制御に対しても適用可能であり、またアナログ
調節器のPID制御にも応用可能である。
御だけでなく、偏差微分などのアルゴリズムをも
つ制御に対しても適用可能であり、またアナログ
調節器のPID制御にも応用可能である。
第１図は従来の速度形のPID制御方式の構成例
を示すブロツク線図、第２図は従来の速度形PID
制御方式の欠点を説明するための測定値PVと操
作出力MVの波形図、第３図は本発明の一実施例
を示すブロツク線図、である。 符号説明、１……偏差演算部、２……位置形の
PID制御演算部、２Ａ……速度形のPI制御演算
部、３……リミツタ、４……積分器、５……出力
リミツタ及び自動・手動切換弁、６……リミツ
タ、７……加算部、８……位置形のＤ制御演算
部。
を示すブロツク線図、第２図は従来の速度形PID
制御方式の欠点を説明するための測定値PVと操
作出力MVの波形図、第３図は本発明の一実施例
を示すブロツク線図、である。 符号説明、１……偏差演算部、２……位置形の
PID制御演算部、２Ａ……速度形のPI制御演算
部、３……リミツタ、４……積分器、５……出力
リミツタ及び自動・手動切換弁、６……リミツ
タ、７……加算部、８……位置形のＤ制御演算
部。
Claims (1)
- １ プロセス制御の目標値と該制御対象プロセス
の測定値を与えられ、その差の値である偏差信号
について、操作端の位置の修正量を与える速度形
のＰ（比例）、Ｉ（積分）演算を行ない、その結
果得られる信号出力をリミツタに通してその上下
限レベルを所定の範囲内にリミツトした後、前回
のPI制御操作出力を加算して第１の操作出力とす
る第１の演算手段と、前記測定値について操作端
の位置を与える位置形のＤ（微分）演算を行なつ
て第２の操作出力とする第２の演算手段と、前記
第１の操作出力と第２の操作出力を加算してその
和を操作端へ出力する加算手段とを有して成るこ
とを特徴とするPID制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18841981A JPS5892002A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | Ｐｉｄ制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18841981A JPS5892002A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | Ｐｉｄ制御方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5892002A JPS5892002A (ja) | 1983-06-01 |
| JPS6244641B2 true JPS6244641B2 (ja) | 1987-09-22 |
Family
ID=16223328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18841981A Granted JPS5892002A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | Ｐｉｄ制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5892002A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6022203A (ja) * | 1983-07-19 | 1985-02-04 | Toshiba Corp | プロセス制御装置 |
| JPH0755008B2 (ja) * | 1984-07-12 | 1995-06-07 | 株式会社東芝 | 車両用直流分巻界磁電動機の制御方法 |
| JPS61210401A (ja) * | 1985-03-15 | 1986-09-18 | Hitachi Ltd | プロセス制御装置 |
| JPS62111311A (ja) * | 1985-11-11 | 1987-05-22 | Yamatake Honeywell Co Ltd | ヒ−ト・ク−ル制御装置 |
| JP2568957B2 (ja) * | 1991-11-22 | 1997-01-08 | 住友ゴム工業株式会社 | 定量押出機 |
| JP2009024031A (ja) * | 2007-07-17 | 2009-02-05 | Meidensha Corp | バイオガス用の分離濃縮システム |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5346581A (en) * | 1976-10-08 | 1978-04-26 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Recording/indicating controller |
-
1981
- 1981-11-26 JP JP18841981A patent/JPS5892002A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5346581A (en) * | 1976-10-08 | 1978-04-26 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Recording/indicating controller |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5892002A (ja) | 1983-06-01 |
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