JPS63231601A - セルフチユ−ニングコントロ−ラ - 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、むだ時間を含む自己平衡性のあるプロセスを
対象としたセルフチューニングコントローラの改善に関
するものである。

〈従来技術〉 Ｐ、Ｉ、Ｄフィードバックコントローラの最適パラメー
タの設定手法としては以下の手法が知られている。

（１）エキスパート法 第５図にエキスパート・セルフチューニングコントロー
ラの機能ブロック図を示す。プロセスの測定値Ｐ■と設
定値Ｓｖの偏差εがＰ、Ｉ、Ｄコントローラ２に入力さ
れ、比例、積分、微分演痺された操作出力ＭＶがプロセ
ス１に供給される。

３はセルフチューニング機能であり、操作出力ＭＶ、測
定値ＰＶ、設定値ＳＶを入力しＴＰ、Ｉ。

Ｄパラメータの修正値ΔＰ、Δｌ、ΔＤを発生する推論
機能３１と、推論のための参照データを格納する知識ベ
ース３２よりなる。

操作出力に対づる応答よりオーバーシュート。

ダンピング、振動周期が観測され、知識ベースに内蔵さ
れている複数の基本応答パターンと照合されて応答の態
様が把握される。

更に知識ベースには適応されるプロセスに応じて選択さ
れる複数の制御目標タイプを持ち、これをオペレータが
選択することにより、この目標タイプを実現する調節ル
ールが知識ベースより抽出され、上記応答パターンとの
比較によりＰ、［。

Ｄパラメータの修正値ΔＰ、Δ■、ΔＤが決定されて修
正される。なお、エキスパート・セルフチューニングの
具体例は、例えば雑誌「計測技術」”８６．９．Ｐ６６
〜７２に紹介されている。

（１１）限界感度法 第６図は、限界感度法によるセルフチューニングコント
ローラの機能ブロック図である。限界感度法は、振幅減
衰が２５％が最適であるという前提のもとに定めたチュ
ーニング法である。

セルフチューニング機能３において、３１は補助コント
０−ラ手段であり、偏差εを入力して比例演算を実行し
、その出力Ｆを操作出力ＭＶに加算する。

３２は出力Ｆの振幅Ｆａを検出する１幅検出回路、３３
は検出振幅「ａと設定値Ｓａとの偏差を比例、積分演痒
して補助コントローラ３１のゲインを変更する。この様
な補助コントローラによる制御ループにより振幅がＦａ
の限界振！ＩＪＦを発生させ、周期検出回路３４により
限界撮動Ｆの周期Ｐｕが検出される。

３５．３６は限界撮動発生状態における補助コントロー
ラのゲイン及び振動の周期により所定のアルゴリズムに
基づいてセルフチューニングコントローラ２のＰ、Ｉ、
Ｄパラメータを変更するチューニング手段である。

（至）インデシセル応答法 ＆ｌＪ　ｌ　１ｆｆｉ積を最少にするような調節法が最
適であるという基準にしたがったチューニング法である
。

制御対象を第７図（ａ）〜（Ｃ）に示ずようなインデシ
ャル応答を持った要素として同定し、むだ時間り、プロ
セス感度Ｍ、ブ０セス応答速ａＲとでその要素を近似的
に表しておき、これらの値から所定のアルゴリズムによ
りＰ、１．Ｄパラメータの最適値を求めるものである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記チューニング方法には次のような問題点がある。

（１）エキスパート法 プロセスの同定は不要であるが、オペレータの経験をＲ
ｕ１ｅとして知識ベースに蓄積し、力まかせに最適パラ
メータを求めていく手法のため、メモリ容量を大きく必
要とすると共に、最適値決定までの収束時間が長くなる
難点がある。

（１１）限界感度法 プロセスの同定は不要であるが、プロセスに限界振動を
発生させる必要があり、適用できるプロセスに制約を受
番ノる難点がある。

（至）インデシレル応答法 インデシャル応答によりむだ時間、感度、応答速度を測
定する必要があり、同定時の操作（操作出力の極性、変
化幅）に注意を要する難点がある。

本発明は、これらの問題点を解消し、簡単な構成で短時
間に自動的に最適ｐ、ｉ、ｏパラメータのチューニング
が可能なセルフチューニングコントローラの提供を目的
とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明の構成上の特徴は、プロセス特性の把握ステップ
において、むだ時間を有するプロセスからの測定値と設
定値の偏差をサンプルスイッチ手段を介して入力し、積
分演算した操作出力を上記プロセスに供給するする間欠
積分機能による応答特性に基づいて上記プロセスのむだ
時間、プロセス時定数、プロセスゲインを同定する手段
と、この同定手段の結果に慕づいて通常のＰＩＤコント
ローラＩ能又は上記むだ時間１時定数、ゲインにより設
定されたオットー・スミス補償手段を有するＰ、１．Ｄ
コントローラ機能に切り換える手段とを具備せしめた点
にある。

く作用〉 本発明によれば、チューニング間始時に間欠積分機能に
よる応答特性に基づいてプロセスのむだ時間、プロセス
時定数、プロセスゲインが同定さより設定されたオット
ー・スミス補償手段を有するＰ、［０コントロ一ラ機能
に自動的に切り換えられる。

〈実施例〉 一般にむだ時間を含む自己平衡性プロセスに対しては■
オットー・スミス法、■補間フィードバック法、■間欠
積分法等の制御手法が有効である。

■と■に付いてはプロセスのモデルを制御系の中に持っ
ており、このモデルがプロセスと一致していることがこ
れらの制御手法が有効に機能する条件である。この点、
間欠積分法はその応答性が■より遅いものの制御周期と
積分時間の２個のパラメータを設定するだｔ）で一応の
υ制御結果を得ることができる。

本発明は、間欠積分法により制御をスタートし、その応
答結果からプロセスのむだ時間りと時定数丁を同定し、
プロセスの特性に応じて単純ｐ、ｉ。

Ｄ　ｉｄｌ　６１１法又はオットー・スミス法のいずれ
かを自動的に選択し、更に、夫々の制御法におけるＰ。

Ｉ、Ｄパラメータ、オットー・スミス法の場合には内部
モデルのり、Ｔのパラメータ設定を自動的に定めるよう
にしたものである。

第１図は、スタート段階にお（）るセルフチューニング
コントローラの構成図であり、制御装置２は偏差εのリ
ンプルスイッチ手段２０１及び槙分演鋒手段２０２より
なる間欠積分コントローラ構成とされる。４は偏差εお
よび操作出力ＭＶを入力すると共にサンプルスイッチ２
０１に開閉制御信号ｅｃを供給するプロセス同定器であ
る。

第４図は間欠積分コントローラの動作説明図であり、（
Ａ）は１．＋１　ＩＩＩ信号ｅ（、により開開制御され
るサンプルスイッチ２０１のオン／オフ状態を示すもの
で％ＴＳは周１νｌ、Ｔｏπはオン時間である。

（Ｃ）は操作出力ＭＶを示すもので、スイッチの立ち上
がりに同期してΔＭＶの変化が前回の操作出力に加算さ
れていく。（Ｂ）は、測定ＩＰＶの変化を示すもので、
操作出力の発生よりむだ時間りの遅れを以て時定数丁で
立ち上がって、その変化ΔＰＶが前回の測定値に加算さ
れて増加し設定値Ｓｖに近づいて行く。

間欠積分動作は、基本手内にはステップ応答の繰り返し
である。ただしコントローラはマニュアルではなく自動
の状態でプロセス特性を把握することが出来る。プロセ
ス同定器４の機能は以下の通りである。

Ａ）サンプルスイッチが閉じ、かつ操作出力ＭＶが変化
した時点から測定値Ｐｖが変化するまでの時間をタイマ
一手段で計測し、むだ時間りを求める。

この機能での必要設定事項は、操作出力並びに測定値の
変化と見なす最少ＭＶ変化屋並びに最少ＰＶ変化量であ
る。

Ｂ）ＰＶの応答が変化し始めてから整定するまでの時間
をタイマ一手段で計測してこれをＴａとし、プロセス時
定数をＴ−α・Ｔａで計算する。

この機能での必要設定事項は、整定と見なす最少ＰＶ変
化率である。

Ｃ）上記Ｂ）で整定と見なしたときのΔＰＶと、上記Ａ
）出力したΔＭＶにより、Ｋｐ−ΔＰＶ／ΔＭＶの演禅
でブ［］５！スゲインＫｐを求める。

次にコントローラの自動切り換えについて説明する。同
定器４により求められたしと王に付いて評価し、このプ
ロセスがむだ時間が支配するプロセスであるか否かを判
断する。

評価方法は各種あるが、−例としては、Ｌ≦Ｔ又はＬ≦
ＴＯＴＩならばむだ時間が支配するプロセスとは見なさ
ないで、第２図に示すように、単純Ｐ、１．Ｄ制御に切
り換える。

この場合、Ｐ、１．Ｄパラメータの最適値は、セルフチ
ューニング機能３によりＫｐ、Ｌ、Ｔの適当な評価関数
ｆ　（Ｋｐ、Ｌ、Ｔ＞に基づいて決定する。評価関数に
ついては種々のものが提案されているのでそれらのもの
から適当に選択すればよく、本発明ではその手法の説明
は省略する。

次に、Ｌ≧Ｔ又はＬ≧ＴＯＴＬとな９た場合は、むだ時
間の支配するプロセスと見なして第３図に示すようなオ
ットー・スミス補償手段５を有するＰ、１．ＤコントＯ
−ラに切り換える。６は補償手段出力の加禅点を示し、
プロセスのＰＶ値に補償出力が加算される。

この場合のセルフチューニング機能３はオツト−・スミ
ス補償手段のパラメータとして、間欠積分機能で計測さ
れたパラメータＫｐ、Ｌ、Ｔを供給する。制御装置２の
Ｐ、ｆ、Ｄパラメータについては上記の単ＫＰ、１．Ｄ
コントローラの場合と同様に、適当な評価関数により最
適値を算出して決定する。

第１図の間欠積分機能から第２図の単純Ｐ、Ｉ。

Ｄコン［・ローラ又は第３図のオットー・スミス補償手
段を有するコントローラへの切り換えの具体的な実用手
段は種々考えられるが、例えば基本構成を第３図の構成
（オットー・スミス補償手段の比例ゲインをＫｐ−とす
る）として制御装置２をギ１１ツブ付きの非線形形Ｐ、
Ｉ、Ｄコントローラで構成する。

まず、間欠積分機能を実現ツる場合には、サンプルスイ
ッチオンのときはギＶツブ５Ｓ−Ｏとし、スイッチオフ
のときはＢ５−１００％とし、かつＫｐ＝−０に保持す
る。

単純Ｐ、Ｉ、Ｄコントローラの機能を実現するときは、
ＢＳ＝Ｏ，Ｋｐ　′−０に保持し、オットー・スミスコ
ントローラとするときにはＢＳ＝Ｏ。

Ｋｐ”−Ｋｐとすることによりコントローラの機能を簡
単に切り換えることができる。

く発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば制御のスタート時
点における間欠積分機能により、プロセスのむだ時間並
びに時定数、ゲインがプロセスに外乱を与えることなく
同定され、この同定結果の評価により単純Ｐ、１．Ｄコ
ントローラ又はオットー・スミス補償手段を有するコン
トローラに自動的に切り換えられるので、従来のレルフ
ヂューニングコントローラの各種の手法に比較して構成
が簡単であらかじめプロセスを同定する必要がなく、最
適パラメータ決定までの収束時間ら短いセルフヂューニ
ングコントローラを容易に実現することが可能である。

゛

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の実施例を示１ブロック線図
、第４図はその動作説明図、第５図乃至第７図は従来技
術の一例を示す構成図である。 １・・・プロセス　　２・・・制御装置　　３・・・セ
ルフチューニング機能　　４・・・プロセス同定器　　
５・・・第１図 第２図 第３図 Ｘ４図 ブ”′ 宕５図 １図 ７２　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｌ第７図 （２）（ｂ）（Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プロセス特性の把握ステップにおいて、むだ時間を有す
   るプロセスからの測定値と設定値の偏差をサンプルスイ
   ッチ手段を介して入力し、積分演算した操作出力を上記
   プロセスに供給するする間欠積分機能による応答特性に
   基づいて上記プロセスのむだ時間、プロセス時定数、プ
   ロセスゲインを同定する手段と、この同定手段の結果に
   基づいて通常のＰＩＤコントローラ機能又は上記むだ時
   間、時定数、ゲインにより設定されたオットー・スミス
   補償手段を有するＰ、Ｉ、Ｄコントローラ機能に切り換
   える手段とを具備したセルフチューニングコントローラ
   。