JPS6277606A - Ｉ−ｐｄ制御方式 - 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〕 本発明は、操作量に飽和特性を有する積分−比例微分（
以下、Ｉ−ＰＤと称す）制御系に関する。

〔従来の技術〕

ディジタル演算により動作するＩ−ＰＤ制御器では次式
（＋）、（２）の演算で制御量ＵＮが決定される。

ＵＮ　＝　Ｉｓ　　　Ｋｘ　ＸＮ　　Ｋ７　　ＸＮ　　
　　−−−（２）ただし、Ｎ：サンプリング時刻 Ｔｓ：サンプリング周期 Ｔｉ、積分時間 ■Ｎ：サンプリング時刻Ｎにおける積 分項 ｒＮ：サンプリング時刻Ｎにおける指 令量 ＵＮ：サンプリング時刻Ｎにおける操 作量 ×８＝サンプリング時刻Ｎにおける制 御量 ゑＮ：制御量ＸＮの時間微分値 Ｋｌ、に２：定数 しかし、通常、一般の操作量Ｕ）Ｉは最大操作量をＵ　
ｍａｘとして １ｕＮｔ≦Ｕ　ｍａｘ　　　　　−−−（３）なる飽和
特性を有する。

たとえば、モータ制御系においては、最大電流（・最大
トルク）や最大速度が最大操作量Ｕｍａｘに相当する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図は従来のＩ−ＰＤ制御方式によるステップ状の指
令に対する応答の例を示す図である。

時刻ｔ０にステップ人力ｒが入力されたものとする。初
め、偏差ｅｓ＝ｒＮ　ＸＮは大きな値を持っているので
、積分項１．および操作ＭＵＮは時間とともに増加して
いくが、操作量ＵＮが最大操作量Ｕ　ｍａｘを超えた瞬
間ｔ１から最大操作量Ｕ　ｍａｘにクランプされる。こ
の後もｒＮ≦ＸＮで、偏差ｅＮは正であるから、操作ｊ
ｌ　Ｕ　ｓが飽和しているにも拘らず、積算値１Ｎは増
加し続け、操作ｊｉ　Ｕ　Ｎも増大し続ける。そして、
時刻ｔｚＩ過ぎるとｅｓは負となるので積算値ＩＮは減
少し始め、時刻ｔ３においてようやく飽和レベルから線
形領域、つまり非飽和レベルに移行するが、時刻ｔ４に
おいて制御１１ＸＮは最大オーバーシュートＺｊａ生し
、時刻ｔ５においてようヤ〈定常状態に達する。

このように、飽和特性を有する制御系では、偏差ｅｓが
大きく、一旦Ｕ　＞　Ｕ　ｍａｘとなると、寅際に制御
系に加わる操作量ＵＮは物理的にＵ　ｍａｘに押さえら
れてしまうが、積算項ＩＮはその後も増加し続けるため
、制御量Ｘｓが指令ｒＮに一致した後も、積算項Ｉｓは
過大な値を取り続けるため、結果的には制御対象は不必
要な制御を受け、制御量は望ましくない過大なオーバー
シュートを生ずるという欠点がある。

本発明の目的は、操作量が飽和した後に生ずる過大なオ
ーバーシュートを無くし、制御系の過渡対応特性を向上
させるＩ−ＰＤ制御方式を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のＩ−ＰＤ制御方式は、 飽和特性−Ｕ　ｍａｘ−≦ＵＮ≦Ｕ　ｍａｘ÷（Ｕ　ｍ
ａｘ◆；Ｕｍａｘ−はそれぞれ正方向、負方向の最大操
作量）を有し、式（＋）、（２）に基づき操作ｆｉ　Ｕ
　Ｎが演算されるＩ−ＰＤ制御系において、 演算結果である操作量ＵＮが、ＵＮ＞Ｕｍａｘ◆になっ
たとき ＵＮ　＝Ｕｍａｘ＋ ＩＮ　＝ＵｍａＸ”＋に１　　・ＸＮ　＋に２　・Ａｓ
とし、ＵＮ＜−Ｕｍａｘ−になったときＵ）Ｊ　＝　−
Ｕｍａｘ− ＩＮ　＝−Ｕｍａｘ−＋に１　　・ＸＮ　＋に２・末８
とすることを特徴とする。

〔作　用〕

第２図は本発明のＩ−ＰＤ制御方式によるステップ状の
指令に対する応答の例を示す図である。

時刻ｔ０にステップ入力ｒが入力されたものとする。時
刻ｔ１を過ぎるとＵＮ≧Ｕｍａｘとなり、操作ｊｌＵＮ
は最大操作量Ｕｍａｘにクランプされ、積算項１．も過
大な増加をすることがないため、好ましい形で時刻ｔ２
において線形領域に入り、制御量ＸＮはオーバーシュー
トを起こさず、理想的な応答となる。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明のＩ−ＰＤ制御方式の一笑施例を示すフ
ローチャートである。

ます、サンプリング時刻Ｎｔゼロとして、積分項工ｓｔ
ある初期値■。にセットし、定数Ｔｓ。

Ｔｉ、に＋　、に２１所定の値にセットする（ステップ
１）。状態量である指令値ｒＮ、制御量ＸＮの時間微分
値Ｑ　ｓの現時点の値を入力する（ステップ２）。通常
のニールｏ制御系での積算項ＩＮおよび操作量ＵＮの演
算を行なう（ステップ３）。操作量ＵＮの大きさ１ＵＮ
ｌが最大操作量Ｕ　ｍａｘを超えているかどうかを判断
する（ステップ４＞。操作量りの大きざｌＵ、ｌが最大
操作量ＬＪ　ｍａｘを超えていない場合には、サンプリ
ング時刻Ｔｓだけ経過した後、サンプリング時刻Ｎを１
つ増しくステップ６）、ステップ２に戻る。操作量Ｕの
大きさ１Ｌｌｓｌが最大操作量Ｕ　ｍａｘを越える場合
には、操作！ＵＮを最大値にクランプするとともに、積
算項ＩＮをステップ３における式（１）、（２）の演算
の結果がちょうど最大操作量Ｕ　ｍａｘになるような値
にセットしくステップ５）ステップ６に進む。

である。積算項ＩＮをこのような値にセットすることに
より、次回の入力状態が最大操作１１Ｕｍａｘを越えな
いような場合には、ただちに線形領域、つまり非飽和状
態に入れるようになる。

なお、最大操作量の絶対値が正側と負側で異なる場合、
ステップ４においては、ＵＮ＞Ｕｍａ×＋。

ＬＪｓ　＜　−Ｌｌｍａｘ−（ＩＪｍａｘ＋、　ＩＪｍ
ａｘ−はそれぞれ正側、負側の最大操作量）を別々に判
断する。また、菌１図に示した演算と処理は、ディジタ
ル回路あるいはマイクロコンピュータで容易に実現でき
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、操作量が最大操作Ｍ′ｉ
Ｆｒ越える演算結果となったとき、操作量を最大操作量
にクランプし、積分項を前述の所定の関係式を満たす値
にセットすることにより、操作量が飽和した後のオーバ
ーシュートを防止し、制御系の過渡応答特性を向上させ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＩ−ＰＤ制御方式の一笑施例を示すフ
ローチャート、第２図は本発明のＩ−ＰＤ制御方式によ
るステップ状の指令に対する応答の例を示す図、第３図
は従来のＩ−ＰＤ制御方式によるステップ状の指令に対
する応答の例を示す図である。 １〜６・・・ステップ、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 飽和特性−Ｕｍａｘ−≦Ｕ＿Ｎ≦Ｕｍａｘ＾＋を有し、
   次式Ｉ＿Ｎ＝Ｉ＿Ｎ＿−＿１＋（Ｔｓ／Ｔｉ）（ｒ＿Ｎ
   −ｘ＿Ｎ）Ｕ＿Ｎ＝Ｉ＿Ｎ−Ｋ＿１・Ｘ＿Ｎ−Ｋ＿２・
   ■＿Ｎただし、Ｎ：サンプリング時刻 Ｔｓ：サンプリング周期 Ｔｉ：積分時間 Ｉ＿Ｎ：サンプリング時刻Ｎにおける積 分項 ｒ＿Ｎ：サンプリング時刻Ｎにおける指 令量 Ｕ＿Ｎ：サンプリング時刻Ｎにおける操 作量 Ｘ＿Ｎ：サンプリング時刻Ｎにおける制 御量 ■＿Ｎ：制御量ｘ＿Ｎの時間微分値 Ｋ＿１、Ｋ＿２：定数 Ｕｍａｘ＾＋：正方向の最大操作量 Ｕｍａｘ＾−：負方向の最大操作量 に基づき操作量Ｕ＿Ｎが演算されるＩ−ＰＤ制御系にお
   いて、 演算結果であるＵ＿Ｎが、Ｕ＿Ｎ＞Ｕｍａｘ＾＋になっ
   たとき Ｕ＿Ｎ＝Ｕｍａｘ＾＋ Ｉ＿Ｎ＝Ｕｍａｘ＾＋Ｋ＿１・ｘ＿Ｎ＋Ｋ＿２・■＿Ｎ
   とし、Ｕ＿Ｎ＜−Ｕｍａｘ＾−になったときＵ＿Ｎ＝−
   Ｕｍａｘ＾− Ｉ＿Ｎ＝−Ｕｍａｘ＾−＋Ｋ＿１・ｘ＿Ｎ＋Ｋ＿２・■
   ＿Ｎとすることを特徴とするＩ−ＰＤ制御方式。