JPS63247801A - Ｐｉｄ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、フィードバック制御におけるＰＩＤコントロ
ーラ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ｉｎｔｅｇｒａｌ　
ａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌコントローラ；比例積
分微分コントローラ）に係り、特にＰＩＤ制御パラメー
タを自動的にチューニングを可能にしたＰＩＤコントロ
ーラに関する。

〔従来の技術〕

従来、ＰＩＤコントローラにおけるＰＩＤ制御パラメー
タのチューニングは調整員が制御量の変動をｉｎしなが
ら手動で行なっていた。このため調整作業に長時間を費
やすと共に、チューニング結果に調整員の個人差が現わ
れる等の問題があった。

一方、制御理論面から、制御対象に固定用テスト信号を
印加して制御対象の動特性を同定し、その結果に基づき
制御パラメータを最適値にチュー。

ニングする方式が数多く提案されているが、同定用テス
ト信号の印加により制御量を動揺させるため、品質低下
や非線形性の高いプラントでは異常状態に陥いる等の問
題が予想される。又、制御対象の動特性変化に対しては
、その都度、同定テストを実施しないと制御パラメータ
の最適値が得られない等使い勝手の面で問題があった。

さらに、制御量応答形状をみて、制御パラメータをチュ
ーニングするヒユーリスティックな方法（エキスパート
法）としては、「計測技術：　（昭６１年９月）、エキ
スパート法によるＰＩＤセルフ・チューニング（ｐ５２
−ｐ５９）Ｊに述べられている。この方法は、実応答形
状を予め用意した複数の基本応答形状と照合し２合致し
た基本応答形状に対する複数の調整ルールの中から実応
答形状又はその遷移傾向に応じて最適ルールを選択し、
ＰＩＤ制御パラメータを修正する方法である。

この方法によると、調整ルール数が多くなりメモリ容量
が大きくなる欠点が予想される。

なお、この種の方法として関連するものには例えば、「
計測技術（昭６１年９月）、エキスパート・セルフ・チ
ューニング（ｐ６６−ｐ７２）Ｊが挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術の問題を解決するため、本発明の目的は、
調整員の手を煩せずに、しかも、制御対象に同定用テス
ト信号を印加せずに、ＰＩＤコントローラの制御パラメ
ータを自動的に最適化するオートチューニングを可能に
したＰＩＤコンコンローラを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、目標値変化時又は外乱印加時の制御量応答
形状を観測し、オーバーシュート量及び減衰係数を求め
るための制御量応答形状認識手段と、オ・−バーシュー
ト量及び減衰係数を定性的に評価し、ファジィ推論によ
りＰＩＤ制御パラメータの修正値を推定するための制御
パラメータ修正手段と、上記オーバーシュート量及び減
衰係数が許容範囲を越えたときに上記制御パラメータ修
正手段をを機能させる制御性判定手段を設けたことによ
り、達成される。

〔作用〕

上記制御量応答形状認識手段は、整定状態に達した後、
制御偏差が所定値を越えたときに制御量応答形状の観測
を開始する。これにより、制御対象の動特性変化を速や
かに検出することができる。

制御パラメータ修正手段は、熟練調整員の思考方法と似
た方法で制御パラメータをチューニングさせるために、
ファジィ推論を適用し、制御量応答のオーバーシュート
量及び減衰係数を定性的に評価することにより、制御パ
ラメータの最適化値を推定する方法を採っている。これ
により、制御パラメータの最適チューニングを熟練調整
員が行なったと同様に実現できる。

制御性判定手段は、オーバーシュート量及び減衰係数が
許容範囲に入る迄、上記制御パラメータ修正手段を繰返
し実行させる。これにより、制御特性を最適状態に維持
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例により説明する。第１図は本発明
に係るＰＩＤコントローラにおける制御パラメータのオ
ートチューニング方式に関する機能構成を示す。ＰＩＤ
コントローラ１は目標値Ｓｖと制御量Ｐｖとの比較によ
り得られた制御偏差ｅをＰＩＤ演算し、その結果を操作
量ＭＶとして制御対象２に入力する。ＰＩＤコントロー
ラ１のオートチューニング機能３は、制御量応答形状認
識機能４．制御性判定機能５及び制御パラメータ修正機
能６から構成される。さらに、制御パラメータ修正機能
６は、制御パラメータ修正係数推定機能６ａ、調整ルー
ル６ｂ及び制御パラメータ調整値演算機能６ｃから構成
される。

次に、上記した各機能について説明する。制御量応答形
状認識機能４は、目標値ＳＶ及び制御量ｐｖを常時監視
し、制御量ｐｖが目標値Ｓｖに整定した後、制御偏差が
所定値を越えた時点で制御量応答を観測し始める。観測
開始と同時に極値探を行ない、制御量ｐｖが目標値ＳＶ
に整定した時点でａ測を終了し、得られた複数の極値並
びに目標値Ｓｖの変化幅からオーバーシュート量及び減
衰係数を算出する。なお、制御量ｐｖの極値が存在しな
い場合は負の値を設定する。制御性判定機能５は、得ら
れたオーバーシュート量及び減衰係数が各々、許容範囲
内であれば制御パラメータは最適値にあるものとし、チ
ューニングを終結する。

オーバーシュート量及び減衰係数が各々の許容範囲をど
ちらか一つでも満足しない場合には制御パラメータ修正
機能６を動作させる６ 次に、ブアジイ推論を用いた制御パラメータ修正係数推
定機能６ｂについて説明する。オーバーシュート量及び
減衰係数の大きさを定性的に評価するために第２図に示
すようなメンバーシップ関数を定義する。図中のＥ（ｉ
）（ｉ−１〜５）及びＤ　（ｉ）（ｉ＝１〜４）はメン
バーシップ関数の形を規定する定数であり、ＰＢ、ＺＥ
、ＮＢは大きさを定性的に評価するためにメンバーシッ
プ関数に与えた名称であり、各々下記の意味をもつ。

Ｐ　Ｂ　　：　Ｐｏ５ｉｔｉｖｅ　　ＢｉｇＺＥ：Ｚｅ
ｒ。

Ｎ　Ｂ　　：　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｂｉｇまた、図の縦
軸はメンバーシップ値である。これらのメンバーシップ
関数を用いて作成した種々の制御応答形状に対するＰ、
Ｉ、Ｄの各制御パラメータの調整ルール６ｂの一例を第
３図に示す。

例えば、ルール１の場合は、 １ｆ（Ｅ　ｉｓ　Ｐ　Ｂ　ａｎｄ　Ｄ　ｉｓ　Ｐ　Ｂ）
ｔｈｅｎ（ＣＫＰ　ｉｓ　ＮＢ　ａｎｄ　ＣＴＤ　ｉｓ
　ＰＢ　ａｎｄＣＴＤ　ｉｓ　ＰＢ） という意味である。ここに、Ｅはオーバーシュート量、
Ｄは減衰係数、ＣＫＰは比例ゲイン、ＣＴＩは積分時間
及びＣＴＤは微分時間各々の修正係数を示す、第４図は
短柱的に決定された制御パラメータの修正係数を定量的
な値に変換するためのメンバーシップ関数である。図中
のＣＰ　（ｉ）。

ＣＩ　　（ｉ）、ＣＤ　（ｉ）　　（ｉ＝１〜３）はメ
ンバーシップ関数の形を規定する定数である。ＰＢ。

ＺＥ、ＮＢは制御パラメータ修正係数の大きさを定性的
に表わすためにメンバーシップ関数を与えた名称であり
、第２図の中で使用している名称に対応している。また
、図の縦軸はメンバーシップ値である。適用されたルー
ルにより、制御パラメータの修正係数が定性的にどのメ
ンバーシップ関数に属するかが決定される。与えられた
オーバーシュート量及び減衰係数に対する制御パラメー
タの修正係数が複数のルールで規定された場合は、各メ
ンバーシップ値に応じた加重平均値をとり制御パラメー
タ修正係数の定量的な値とする。

制御パラメータ調整値演算機能６ｃは、得られたＰＩＤ
制御パラメータの修正係数に、ＰＩＤ制御パラメータの
前回値を乗じて今回の調整値を決定する。

次に、本発明によるオートチューニング方式を二次遅れ
・むだ時間特性の制御対象に対して適用した結果を第５
図に示す。本図は、目標値ＳＶを変化させたときの制御
量Ｐｖの応答を示す。オーバーシュート量Ｅが５０％、
減衰係数りが０．６％の初期制御応答が２回の試行でほ
ぼ最適チューニング状態に達していることが分る。

本発明によれば、少ない調整ルールで制御パラメータの
オートチューニングが可能になる。

本発明で用いているメンバーシップ関数はすべて三角型
としたが、必ずしもこの形にこだわる必要はなく、２次
曲線や指数曲線を採用しても、本発明の本質が変わるも
のではない、また、メンバーシップ関数の形だけでなく
、その数も任意に設定しても、同様である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次のような効果がある。

（１）制御パラメータを自動的にチューニングできるの
で、調整員による調整作業を大幅に削減できると共に、
調整結果の個人差を解消できる。

（２）同定信号を用いないので、制御対象を乱さずに制
御パラメータを最適チューニングできる。

（３）制御対象の動特性変化を、人手を煩わすことなく
速やかに検出できるため、常に最適な制御特性に維持で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＰＩＤコントローラにおける制御
パラメータのオートチューニング方式の機能構成を示す
図、第２図はオーバーシュート量評価用メンバーシップ
関数及び減衰係数評価用メンバーシップ関数を示す図、
第３図は調整ルールの一例を示す図、第４図は制御パラ
メータ修正係数用メンバーシップ関数を示す図、第５図
はオートチューニング結果を示す図である。 １・・・ＰＩＤコントローラ、２・・・制御対象、３・
・・制御パラメータオートチューニング機能、４・・・
制御量応答形状認識機能、５・・・制御性判定機能、６
・・・制御パラメータ修正機能、６ａ・・・制御パラメ
ータ修正係数推定機能、６ｂ・・・調整ルール、６ｃ・
・・制第１　口 第２図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（トラＥ　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｄ
＃３　口 箒４図 ＣＫＰ　、とｒｉ、ｃ丁ｐ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．制御対象をＰＩＤ制御するＰＩＤコントローラにお
   いて、前記制御対象の目標値と制御量を入力し、目標値
   変化時もしくは外乱印加時の制御量応答形状からオーバ
   ーシユート量及び減衰係数を求める制御量応答形状認識
   手段と、前記オーバーシユート量及び減衰係数を定性的
   に評価し、これに基づいてＰＩＤ制御パラメータの修正
   値を推定する制御パラメータ修正手段と、前記オーバー
   シユート量及び減衰係数が許容範囲に入つていない場合
   に前記制御パラメータ修正手段を機能させる制御性判定
   手段を設けたことを特徴とするＰＩＤコントローラ。
2. ２．特許請求の範囲第１項記載のＰＩＤコントローラに
   おいて、オーバーシユート量の大きさを定性的に評価す
   るためのオーバーシユート量評価手段と、減衰係数の大
   きさを定性的に評価するための減衰係数評価手段と、定
   性的に評価された該オーバーシユート量及び前記減衰係
   数との関係において予め用意した調整ルールを適用して
   前記ＰＩＤ制御パラメータの修正値を推定することを特
   徴とするＰＩＤコントローラ。