JPS6355603A - Control system for self-tuning controller - Google Patents

Control system for self-tuning controller

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Publication number
JPS6355603A
JPS6355603A JP19906386A JP19906386A JPS6355603A JP S6355603 A JPS6355603 A JP S6355603A JP 19906386 A JP19906386 A JP 19906386A JP 19906386 A JP19906386 A JP 19906386A JP S6355603 A JPS6355603 A JP S6355603A
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JP
Japan
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tuning
controller
limit cycle
mode
self
Prior art date
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Pending
Application number
JP19906386A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shin Suzuki
伸 鈴木
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Publication date
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Publication of JPS6355603A publication Critical patent/JPS6355603A/en
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Abstract

PURPOSE:To ensure the simple handling with a self-tuning controller by connecting a proportion arithmetic part and an integration arithmetic part in parallel with each other at the time of in a tuning mode and observing the limit cycle during the process control. CONSTITUTION:A self-tuning controller 10 contains changeover switches SW1-SW5 and sets selectively normal operation mode and a tuning mode according to the connection states of those switches. A proportion arithmetic part 11 is provided to the controller 10 together with an integration arithmetic part 12, a differentiation arithmetic part 13, an output part 14 which delivers a manipulated variable (m) obtained by adding each output together to a process 1, and an input part 15. Furthermore an observing unit 16 for deviation (e) is added together with a mode switch control part 17 and nonlinear elements 18A-18B. Thus it is possible to follow up the observed value and set value of the limit cycle in a tuning mode by means of the part 12 even through the values of two positions of the nonlinear elements 18 are reduced. The the influence given to a process 1 can be evenly reduced regardless of the gains of the process 1.

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系において、制御対象(
プロセス)からフィードバックされた制御量と設定値と
の偏差に対してPID演算を行カい、得られた操作量を
プロセスに出力するコントローラの制御方□式に関する
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a feedback control system for controlling a controlled object (
This invention relates to a control method for a controller that performs a PID calculation on the deviation between a control amount fed back from a process and a set value, and outputs the obtained manipulated variable to the process.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

とのようなコントローラは、工業上広く用いられている
が、制御実行中にプロセスの特性に変化が生じたときに
は、それに追随して速やかにPIDパラメータの更新を
行なうことが、最適制御を継続するための前提となる。
Controllers such as the above are widely used in industry, but when a change in process characteristics occurs during control execution, it is important to update the PID parameters promptly to continue optimal control. This is a prerequisite for

このために、従来よシコントローラに非線形要素を付加
し、プロセスの特性を求める時にはその非線形要*を信
号路に挿入し、偏差に対して不連続制御動作(一般的に
は2位置制御)を行なわせることが提案されている。プ
ロセスにリミット・サイクルが発生すれば、その波形(
振幅および周期)の観測からプロセスの特性および最適
パラメータを求めることは容易である。
For this purpose, conventionally a nonlinear element is added to the controller, and when determining the process characteristics, the nonlinear element* is inserted into the signal path, and a discontinuous control operation (generally two-position control) is performed for the deviation. It is proposed that it be done. If a limit cycle occurs in the process, its waveform (
It is easy to determine process characteristics and optimal parameters from observations of amplitude and period.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、上述した従来例では、非線形要素の2位値の値
(絶対値)Mを大きくすると、それによる操作量の変動
幅が大きくなるため、一部の温度制御系など、あまシ速
い応答性を必要としない場合を除いては、不向きである
However, in the conventional example described above, when the value of the second place value (absolute value) M of the nonlinear element is increased, the fluctuation range of the manipulated variable becomes larger. It is not suitable unless you need it.

一方、リミット・サイクルはプロセスの平衡点(設定値
sp=制御量pv時の操作量m)を動作基点としている
ために、Mをあまシ小さくとると、プロセスに外乱が発
生したり、設定値が大きく変化したりした場合に、リミ
ット・サイクルが発生しなくなることがある。また、そ
のようなときの制御量は、設定値とはかけ離れたところ
にとどまってしまうこととなる。
On the other hand, since the limit cycle uses the process equilibrium point (set value sp = manipulated variable m when controlled variable pv) as the operating reference point, if M is made too small, disturbances may occur in the process or the set value If there is a large change in the limit cycle, the limit cycle may no longer occur. Furthermore, the control amount in such a case will remain far from the set value.

このように上述したような従来のコントローラは、最適
パラメータを自動的に決定する機能を備えたセルフチュ
ーニングコントローラとしては、実用性に乏しかった。
As described above, the conventional controller as described above has poor practicality as a self-tuning controller having a function of automatically determining optimal parameters.

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、チューニングモード時に、比例演算部と積分
演算部とを並列接続し、比例演算部の前段に非線形要素
を挿入した状態で、プロセス制御を継続しながらリミッ
ト・サイクルの観測を行なうものとし、かつそのリミッ
ト・サイクルの振幅を、一定周期でサンプリングした偏
差値を積算した値から求めるようにしたものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention continues process control in the tuning mode with a proportional calculation section and an integral calculation section connected in parallel and a nonlinear element inserted before the proportional calculation section. However, the limit cycle is observed, and the amplitude of the limit cycle is determined from the integrated value of deviation values sampled at a constant period.

〔作用〕[Effect]

チューニングモード時、積分演算部の使用によシ、非線
形要素の2位置の値を小さくしても、リミット・サイク
ルの観測および設定値への追随が可能であシ、また非線
形要素の出力は、比例演算部を介してプロセスに作用す
ることから、プロセスへの影響はプロセスの持つゲイン
にかかわらず、−様に小さくできる。
In tuning mode, by using the integral calculation unit, it is possible to observe the limit cycle and follow the set value even if the values at two positions of the nonlinear element are reduced, and the output of the nonlinear element is Since it acts on the process via the proportional calculation section, the influence on the process can be reduced to - regardless of the gain the process has.

のみならず、リミット・サイクルの振幅を求めるにあた
シ、直接ピーク値を読み取ることをしないため、ピーク
値においてノイズが乗っても、それがそのまま振幅とさ
れることがない。
Furthermore, when determining the amplitude of the limit cycle, the peak value is not directly read, so even if noise is added to the peak value, it will not be taken as the amplitude.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図において、本実施例のセルフチューニングコントロー
210は、切換スイッチSWI〜SW5を含んでいる。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention. In the figure, a self-tuning controller 210 of this embodiment includes changeover switches SWI to SW5.

これらのスイッチは、すべて連動して切換えられ、A(
Auto)側に投入されているときが通常運転そ−ド、
T(Tnnlng)側に投入されているときがチューニ
ングモードである。
These switches are all switched in conjunction, and A(
When it is turned on the Auto) side, it is normal operation mode.
The tuning mode is when the power is turned to the T (Tnnlng) side.

つまシ、本実施例のコントローラは、各スイッチSWI
〜SW5の接続状態によシ、通常運転モードとチューニ
ングモードの2つのモードが選択的に設定される。
However, the controller of this embodiment has each switch SWI.
- Two modes, normal operation mode and tuning mode, are selectively set depending on the connection state of SW5.

ここで、コントローラ10は、比例演算部11、積分演
算部12、微分演算部13およびこれらの各演算部の出
力を加算して得られた操作ftmをプロセス1に出力す
る出力部14ならびにてロセス1からフィードバックさ
れた制御fL p vと設定値apとの偏差eを求めて
上記演算部に与える入力部15を有し、通常運転モード
において、上記偏差eを消去するように(1)式で与え
られる操作量mを出力する。
Here, the controller 10 includes a proportional calculation section 11, an integral calculation section 12, a differential calculation section 13, and an output section 14 that outputs the operation ftm obtained by adding the outputs of each of these calculation sections to the process 1; The input section 15 calculates the deviation e between the control fLpv fed back from the control fLpv and the set value ap from 1 and supplies it to the calculation section. Outputs the given manipulated variable m.

m=mt+m2+ms K、TI、Tdはそれぞれ比例ゲイン、状分時間、微分
時間で、これらがPIDパラメータと呼ばれるものであ
る。右辺第1項が比例演算部11の出力ml、第2項が
積分演算部12の出力m2、第3項が微分演算部13の
出力m3である。プロセスの性質、制御の目的に応じて
微分項を無くしたり(PIコントロール)、比例・微分
項をpマにのみ作用させたシ(IPDコントロール)の
種々の変形が可能であるが、総称してこのような制御動
作をPIDコントローラと呼ぶ。
m=mt+m2+ms K, TI, and Td are proportional gain, fractional time, and differential time, respectively, and these are called PID parameters. The first term on the right side is the output ml of the proportional calculation section 11, the second term is the output m2 of the integral calculation section 12, and the third term is the output m3 of the differential calculation section 13. Depending on the nature of the process and the purpose of control, various modifications are possible, such as eliminating the differential term (PI control) or making the proportional/derivative term act only on the p-ma (IPD control), but these are collectively known as Such control operation is called a PID controller.

このようにコントローラ10は、通常運転モード時は一
般的なPIDコントロールを行なうが、その時、観測器
16は偏差eの動きを監視している。
In this way, the controller 10 performs general PID control in the normal operation mode, but at that time, the observation device 16 monitors the movement of the deviation e.

そして、この観測器16で監視される偏差の絶対値が所
定の値を越えて大きくなったシ、あるいはその応答性が
好ましくなったなど、所定のチューニング開始条件が成
立した場合、モード切換制御部17はスイッチS′w1
〜SW5をT側に切換え、コントローラ10はチューニ
ングモードに移行する。
When a predetermined tuning start condition is satisfied, such as when the absolute value of the deviation monitored by this observation device 16 exceeds a predetermined value or when its responsiveness becomes favorable, the mode switching control unit 17 is switch S'w1
~SW5 is switched to the T side, and the controller 10 shifts to tuning mode.

チューニングモードでは、比例演算部11の前段に第2
図に示すような2位置の非線形特性を持つ非線形要素1
8Aが挿入され、かつ積分演算部12の前段に第3図に
示すような特性を持つ非線形要素18Bが挿入されて、
これらが並列に接続された構成をとる。すなわち、K、
TiはそのままでTd=0として微分動作は消え、操作
量mは−M≦e≦Mの範囲では基本的に次の(2) 、
 (31式による出力の和となる。
In the tuning mode, a second
Nonlinear element 1 with two-position nonlinear characteristics as shown in the figure
8A is inserted, and a nonlinear element 18B having characteristics as shown in FIG. 3 is inserted before the integral calculation section 12.
These are connected in parallel. That is, K,
With Ti unchanged and Td = 0, the differential operation disappears, and the manipulated variable m is basically the following (2) in the range -M≦e≦M,
(This is the sum of the outputs from equation 31.

ml=±に−M(符号はeの符号による)・・・・・・
(2)この時でも、偏差eを消去するように働くことに
変わシはない。すなわち、依然としてプロセスのフィー
ドバック制御系は維持される。
ml=± to -M (sign depends on the sign of e)...
(2) Even in this case, it still works to eliminate the deviation e. That is, the process feedback control system is still maintained.

観測器1日は、m2の振動がmlに比べて十分に小さい
か、またeの振動がmに比べて十分に小さいかを監視し
、これらの両条件が満足しないときには調整器19を介
してKを小さく、TIを大きくする。これは、K、Tl
が異常なときにプロセスの状態を安全サイドに保つため
で、特に、運転開始時においては、上記パラメータとし
てどの程度の値が適尚か全くわからない場合があフ、こ
のような場合には上記の動作は重要である。
The observation device 1 monitors whether the vibration of m2 is sufficiently small compared to ml and whether the vibration of e is sufficiently small compared to m, and if both conditions are not satisfied, the Decrease K and increase TI. This is K, Tl
This is to keep the process state on the safe side when the Actions matter.

監視した動きが上記各条件を満たしていれば、偏差eの
振動が安定した持続振動、すなわちリミット・サイクル
になるのを待ち、その後、その振動の振幅Xおよび周期
Tcを観測し、そのデータを調整器19に送出する。
If the monitored movement satisfies each of the above conditions, wait until the vibration of the deviation e becomes a stable continuous vibration, that is, a limit cycle, then observe the amplitude X and period Tc of the vibration, and record the data. The signal is sent to the regulator 19.

ここで、リミット・サイクルの振幅を求めるにあたシ、
単純にピーク値を検出する従来の方法に対し、一定のサ
ンプリング周期Ts’(例えば03sec)で検出され
る出力(瞬時値)の積算値から求める方法をとっている
Here, to find the amplitude of the limit cycle,
In contrast to the conventional method of simply detecting the peak value, a method is used to obtain the peak value from the integrated value of the output (instantaneous value) detected at a constant sampling period Ts' (for example, 03 seconds).

観測対象となる信号が、例えば第4図に示すように(4
)式で表わされる正弦波であるとして、半波(1/2周
期)の面積を積分で求めると、となることが理論的に知
られている。
The signal to be observed is, for example, as shown in Figure 4 (4
) It is theoretically known that if the area of a half wave (1/2 period) is determined by integration, the following is obtained.

y=lx さらに2変換して Yn−Yn−、=T、@Xn であるから、半周期分では、 Y、−yo=T、X。y=lx Convert 2 more Yn-Yn-, =T, @Xn Therefore, for half a cycle, Y, -yo=T,X.

Yn −Y6  = TelΣX1 1=1 初期値Yo−0として、半周期の面積はYn=T、ΣX
i     ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 
(6)1w1 である。よって、(5) 、 (61式から0’a=Y
n)、このように、各サンプル値X1t−積算しておく
だけで、半周期経過したタイミングで(7)式の演算を
することによシ容易に振幅を求めることができる。従来
の直接ピーク値を検出する方法では、例えば第5図に示
したようにピークにおいて1個でもノイズが乗ると、そ
のまま異常なピーク値をとってしまうことがあるが、こ
の方法によれば、そのような問題点を解消することがで
きる。しかも、きわめて簡単なアルゴリズムであシ、プ
ロセス制御を行ない力から実行子るのに適している。ま
た、例えば第6図に示すように、多少くずれた波形でも
、かなシ正確にピークの値を算出できる。
Yn - Y6 = TelΣX1 1 = 1 Assuming the initial value Yo-0, the area of the half period is Yn = T,
i ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(6) 1w1. Therefore, (5), (0'a=Y from formula 61
n) In this way, by simply integrating each sample value X1t, the amplitude can be easily obtained by calculating the equation (7) at the timing when half a cycle has passed. In the conventional method of directly detecting the peak value, for example, if even one noise is added to the peak as shown in Fig. 5, an abnormal peak value may be taken as it is, but with this method, Such problems can be solved. Moreover, it is an extremely simple algorithm and is suitable for controlling processes and deriving power from power. Further, as shown in FIG. 6, for example, even if the waveform is slightly distorted, the peak value can be calculated accurately.

ビーク唾トウ・ピーク(peak −to −p@ak
 )は、1周期(2半波)分のデータから次式で求まる
peak -to -p@ak
) is determined from data for one period (two half waves) using the following equation.

このようにして求めた振@Xおよび周期Xがら、調整器
19では従来の限界感度法による限界感度Kcおよびそ
の時の振動周期T’co ’が求められる。
From the vibration @X and the period X obtained in this way, the regulator 19 calculates the limit sensitivity Kc and the vibration period T'co' at that time by the conventional limit sensitivity method.

これは、非線形要素18A 、 18Bのヒステリシス
特性を無視した場合、次の(9) 、 (1(l1式よ
り求められる。
If the hysteresis characteristics of the nonlinear elements 18A and 18B are ignored, this can be obtained from the following equation (9), (1(l1).

Kc =4KM/παX  ・旧・・・・・・・・・・
・ (9)TeO’=αTc     ・・・・・・・
・・・・・・・・OrjここでMは非線形要素18の2
位置の値である。
Kc = 4KM/παX ・Old・・・・・・・・・
・ (9) TeO'=αTc ・・・・・
・・・・・・・・・Orj where M is 2 of nonlinear element 18
It is a position value.

このようにKeおよびTco′が上式で示されることに
ついて、次に説明する。
The reason why Ke and Tco' are expressed by the above equation will be explained next.

第7図は、リミット・サイクル発生点を示す図で、同図
中ピ)はプロセスの伝達関数Gp(jω)、(ロ)はT
lを迫出な値にとったときのコントローラ10の記述関
数N(X 、ω)から求めた一1/Hのナイキス)11
図である。図中○印で示したビ)と(ロ)の交点がリミ
ット・サイクルの発生点であるが、一方、同図中C印で
示したcpの位相−180°の点が、非線形要素18と
比例演り4部11のみによる制御系におけるリミット・
サイクル(これを理想リミット・サイクルという)の発
生点である。理想リミット・サイクルの振幅Xo と周
期Teoが求まれば、KcおよびT、。′は次式で求ま
る。
Figure 7 is a diagram showing the limit cycle generation point, in which P) is the process transfer function Gp(jω), and (B) is T.
-1/H Nyquis)11 obtained from the descriptive function N(X, ω) of the controller 10 when l is set to a significant value.
It is a diagram. The intersection point of B) and (B) indicated by circle in the figure is the point where the limit cycle occurs, while the point at -180° of phase of cp indicated by C in the figure is the nonlinear element 18. Limits in a control system using only proportional control 4 parts 11
This is the point at which a cycle (this is called an ideal limit cycle) occurs. If the amplitude Xo and period Teo of the ideal limit cycle are found, Kc and T,. ′ is determined by the following formula.

Kc =4KM/πX、  ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・Q3Tea’= T’co     ・・
・・・・・・・・・・・・・・・・(13しかし、実際
のプロセスから、つまりプロセス制御を続行しながらこ
れらのデータを直接求めることは事実上困娠であること
は先に述べた通シである。そこで、本発明では上述した
チューニング状態におけるリミット・サイクルの発生点
のデータから、理想リミット・サイクル発生点のデータ
を求めるようKした。
Kc =4KM/πX, ・・・・・・・・・・・・
...Q3Tea'= T'co...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(13 However, it is difficult to obtain these data directly from the actual process, that is, while continuing process control.) Therefore, in the present invention, the data of the ideal limit cycle generation point is determined from the data of the limit cycle generation point in the above-mentioned tuning state.

はじめに、プロセスの特性を示す伝達関数Gp(a) 
(IIはラプラス演算子)は、平衡点からの動きに着目
し、次のように近似して示される。
First, the transfer function Gp(a) indicating the characteristics of the process
(II is the Laplace operator) focuses on the movement from the equilibrium point and is approximated as follows.

Gp(g)=e −LB/T@  ・・・・・・・・・
・・・・・・ α4)L:遅れ時間 T:応答傾き 一方、発生するリミット・サイクルを正弦波で近似し、
次式で表わす。
Gp(g)=e −LB/T@・・・・・・・・・
...... α4) L: Delay time T: Response slope On the other hand, the generated limit cycle is approximated by a sine wave,
It is expressed by the following formula.

e=Xsinωt   ・・・・・・・・・・・・・・
・a9前述したよりな2位置の非線形特性を有する非線
形要素の記述関数が4M/πXであることから、出力f
fi 1 + n12および操作imはそれぞれ次のよ
うに示される。
e=Xsinωt・・・・・・・・・・・・・・・
・a9 Since the descriptive function of the nonlinear element having the above-mentioned two-position nonlinear characteristic is 4M/πX, the output f
fi 1 + n12 and operation im are each shown as follows.

m=m1+m2………………−―・αモ昏制御fitp
vの振動成分をe。とすると、α(,08式よシ、 ここで偏差e=−e6であるため、(Is 、 a9式
から、角周波数ωをω=2π/T、によ多周期Tcに変
次に、チューニング状態の構成において積分動作も消去
した(すなわち71 =oo )とすると、その時のリ
ミット・サイクルが理想リミット・サイクルであシ、 e = X6 sinωat   ・・・・・・・・・
・・・・・・Q4周期をTco(=2π/ω0)として Tc。=4L      ・・・・・・・・・・・・・
・・(イ)であることがわかる。
m=m1+m2………………−・αmo control fitp
The vibration component of v is e. Then, α(, according to formula 08, here the deviation e = -e6, so (Is, from formula a9, the angular frequency ω is changed to ω = 2π/T, multi-period Tc, and then tuning is performed. If we also eliminate the integral action in the state configuration (i.e. 71 = oo), then the limit cycle at that time is the ideal limit cycle, e = X6 sinωat...
...Tc with Q4 period as Tco (=2π/ω0). =4L ・・・・・・・・・・・・
...It turns out that (a) is true.

ここで、プロセスのり、T自体を求める代シに、xo 
l ’rc0を求めると、CD、の式および(イ)、■
式よシ、 XO=αX    ・・・・・・・・・・・・・・・万
T’co=αT0    ・・・・・・・・・・・・・
・・(至)として簡単にXOI T coが求まる。た
だし、匈〜(2)導出の過程でt3n −” 0 =θ
(θは十分に小さい任章の角度)の近似を行なっている
。この近似は、シπ   X ステムが安定であるとき(つ1牝瓜・石工 0値が十分
に小さいとき)には十分有効である。
Here, in order to find the process glue and T itself, xo
When calculating l 'rc0, the formula of CD and (a), ■
According to the formula,
...(to), XOIT co can be easily found. However, in the process of deriving 匈~(2), t3n −” 0 = θ
(θ is a sufficiently small angle). This approximation is valid enough when the system π X stem is stable (when the zero value is sufficiently small).

これらの理想リミット・サイクルのデータXo。These ideal limit cycle data Xo.

T’coをa’a 、 (13)式に代入することによ
シ、前述した(9)、0式が得られる。
By substituting T'co into a'a, Equation (13), the above-mentioned Equation (9), 0 can be obtained.

ここでαは09式で示されるが、これは先に述べた通シ
、非線形要素18A、18Bのヒステリシスを無視した
場合で、実際にはこれに、ヒステリシス分による補正が
加わる。つま)、偏差ef、CIs式で表わされるもの
とした場合、 ”=Xsin(wt−φh)       −・・−−
−−−−−−−・−(24となり、φhの位相遅れが発
生する。
Here, α is expressed by Equation 09, but this is the case where the hysteresis of the nonlinear elements 18A and 18B as described above is ignored, and in reality, a correction for the hysteresis is added to this. ), deviation ef, and CIs expression, ”=Xsin(wt-φh) −・・−−
−−−−−−・−(24, and a phase delay of φh occurs.

したがってαの計算式は次式のように補正される。Therefore, the calculation formula for α is corrected as follows.

ここで、3p式のφhの値が小さいため、5111−’
h YをYとおく近似を行なっている。
Here, since the value of φh in the 3p equation is small, 5111-'
An approximation is made by setting h Y to Y.

非線形要素18Aにヒステリシス分がないと、例えば第
8図に示すように、特に偏差eが零に近いところでノイ
ズの影響によ多波形が乱れたような場合に、mlの値が
激しく上下し、例えばパルプの開度が急変したシする事
態が生じる。才た、周期Tcも把握し難くなる。
If the nonlinear element 18A does not have a hysteresis component, for example, as shown in FIG. 8, when the multiwaveform is disturbed by the influence of noise especially when the deviation e is close to zero, the value of ml will fluctuate sharply. For example, a situation may occur where the opening degree of the pulp suddenly changes. As a result, it becomes difficult to understand the period Tc.

これに対し、ヒステリシスを設けた場合、例えば本実施
例ではM=−2%、h = 0.2%としであるが、±
0.2%で0.4 %の幅の範囲内の変動であれば、第
9図に示すようにヒステリシス分によりこれを吸収して
しまうことができる。実際にはノイズはほぼ上述した範
囲に収まり、したがって操作量の急変は避けることがで
き、また周知T。もとりやすい。
On the other hand, if hysteresis is provided, for example in this embodiment M = -2% and h = 0.2%, but ±
If the fluctuation is within the range of 0.2% to 0.4%, it can be absorbed by the hysteresis component as shown in FIG. In reality, the noise generally falls within the above-mentioned range, so sudden changes in the manipulated variable can be avoided, and the well-known T. Easy to take.

なお、偏差eがe)Mお工びe (−Mの範囲について
は通常のPI演算動作に等しくなるようにしであるが、
これは、偏差(絶対値)がそのように大きい場合にはリ
ミット・サイクルなど発生させるよシも、早く偏差を零
に近づけることが急務であることによる。
Note that the deviation e is set to be equal to the normal PI calculation operation for the range of -M,
This is because when the deviation (absolute value) is so large, there is an urgent need to bring the deviation close to zero as soon as possible, even if a limit cycle or the like occurs.

また、本実施例では積分原語゛部12の前段の非線形要
素18Bにもヒステリシスをもたせたが、これは、偏差
が全く零となってリミット・サイクルが発生しなくなる
事態を避け、リミット・サイクルが確実に発生できるよ
うにするためである。
Furthermore, in this embodiment, the nonlinear element 18B at the front stage of the integral source word section 12 is also provided with hysteresis. This is to ensure that this occurs.

調整器19は、上述したようにして(9) 、 Ql弐
により求めたKc + T c o ’から、さらに最
適PIDパラメータを求め、各演算部に送出する。それ
には、例えば次表に示すようなジーグラ・ニコルスの方
法等の周知の方法による。
As described above (9), the adjuster 19 further determines the optimum PID parameter from Kc + Tco' determined by Ql2, and sends it to each calculation section. This can be done by known methods such as the Ziegler-Nichols method as shown in the following table.

、なお、PI 、 PIDの選択は前述したようにプロ
セスの性質に応じて人為的あるいは自動的に行なうよう
にする。
, Incidentally, as described above, the selection of PI and PID is performed manually or automatically depending on the nature of the process.

K、Klが、既にほぼ適当な値であった場合、つまυ安
定した通常運転が継続している場合におけるチューニン
グなどでは、αの値はほぼ1になることが多く、その場
合には(9) 、 (11式の計算速度はさらに速めら
れる。
When K and Kl are already approximately appropriate values, the value of α is often approximately 1, such as during tuning when stable normal operation continues, and in that case, (9 ), (The calculation speed of Equation 11 is further increased.

上記PIDパラメータの決定後、状態切換制御回路17
はスイッチSWI〜SW5を復旧させ、以後更新された
PIDパラメータを用いて通常運転が行なわれる。PI
D演算は、当然に速度形演算によシ行なう。
After determining the above PID parameters, the state switching control circuit 17
restores the switches SWI to SW5, and thereafter normal operation is performed using the updated PID parameters. P.I.
The D calculation is naturally performed using a velocity type calculation.

ところで、チューニング時も、コントローラ10は偏差
eを打消すように、つまυフィードバックによる閉ルー
プ制御系を維持して働くことは先に述べた通シであるが
、その時、按分演算部12が接続されているところから
、例えばプロセスに外乱が発生したシ、3pが大きく変
化したシして、Mの値が小さい場合に非線形要素18A
のみでは追随が不可能となるような場合でも、上記積分
演算部12が有効に働いて非線形要素18Aによる振動
の基点自体を変化させることによシ、偏差eを打消すこ
とが可能である。換言すれば、非線形要素18AのMの
値は小さく、例えば操作量の全移動域(スハン)の1〜
10%程度で十分であるため、チューニング時にプロセ
スに与える変動は少なく、速い応答性が確保できる。
By the way, even during tuning, the controller 10 operates by maintaining the closed loop control system using the υ feedback so as to cancel the deviation e, but at that time, the apportionment calculating section 12 is not connected. For example, if a disturbance occurs in the process, 3p changes significantly, and the value of M is small, the nonlinear element 18A
Even in a case where it is impossible to track the vibration by using only the above-mentioned integral calculation unit 12, it is possible to cancel the deviation e by effectively changing the base point of the vibration caused by the nonlinear element 18A. In other words, the value of M of the nonlinear element 18A is small, for example, 1 to 1 of the entire movement range of the manipulated variable.
Since about 10% is sufficient, there is little variation in the process during tuning, and fast response can be ensured.

このようなコントローラ10は、具体的には例えばマイ
クロコンピュータを利用して、予めメモリにストアされ
たプログラムの実行によシ実現できる。もちろん、比例
、積分および微分の各演算部、非線形要素、入・出力部
ならびに各スイッチSWI〜SW5および制御部、観測
器、調整器等をそれぞれそのような単一機能を有する個
別の構成要素によって実現してもよいことは言うまでも
ない。
Specifically, such a controller 10 can be realized by using a microcomputer, for example, and executing a program stored in a memory in advance. Of course, each proportional, integral, and differential calculation unit, nonlinear element, input/output unit, each switch SWI to SW5, control unit, observation device, regulator, etc. can be constructed by individual components each having such a single function. It goes without saying that this can be achieved.

第10図は、マイクロコンピュータ20を用いた例で、
21はマイクロプロセッサ等のプロセッサユニット(C
PU)、22は固定メモリrROM) 、23は可変メ
モ!J (RAM)、24は入出力ボートであう、25
は各種定数等の設定用操作子およびディスプレイを備え
た設定/表示器である。
FIG. 10 shows an example using a microcomputer 20.
21 is a processor unit such as a microprocessor (C
PU), 22 is fixed memory rROM), 23 is variable memory! J (RAM), 24 is the input/output port, 25
is a setting/indicator equipped with controls for setting various constants, etc., and a display.

CPU21は、固定メモリ22に予めストアされたプロ
グラムを時系列的に実行することによシ、コントローラ
10としての機能を果たす。これを第11図および第1
2図を用いて説明する。
The CPU 21 functions as the controller 10 by chronologically executing programs stored in the fixed memory 22 in advance. This is shown in Figure 11 and 1.
This will be explained using Figure 2.

第11図は、CPU21において処理されるメインプロ
グラムの一例を示すフローチャートでちる。
FIG. 11 is a flowchart showing an example of a main program processed by the CPU 21.

同図において、CPU21は、初期化処理の後(ステッ
プ101)、入力処理において(ステップ102)、通
信路を介して、または設定/表示器25から与えられる
設定値spとプロセス1からフィードバックされる制御
量pvを入出力ボート24を介してディジタル変換して
取込む。次いでCPU21は、制御演算処理を行なって
操作−Kr−111を決定しくステップ103)、出力
処理において(ステップ104)入出力ボート24を介
して上記操作量mをアナログ変換しプロセス1に出力す
る。以上の入力処理ステップ102から出力処理ステッ
プ104を一定のサンプリング周期で繰返し実行する。
In the same figure, after initialization processing (step 101), in input processing (step 102), the CPU 21 receives feedback from process 1 via a communication path or a set value sp given from the setting/display unit 25. The control amount pv is digitally converted and taken in via the input/output port 24. Next, the CPU 21 performs control arithmetic processing to determine the operation -Kr-111 (step 103), and in output processing (step 104) converts the operation amount m into analog via the input/output port 24 and outputs it to the process 1. The above input processing step 102 to output processing step 104 are repeatedly executed at a constant sampling period.

第12図は、上述した制御演算処理プログラムの一例を
示すフローチャートである。プログラムの実行がこの制
御演算処理に移行するとCPU21は、可変メモリ23
の所定エリアを利用して設けたフラグによシチュー二/
グモードであるか否かヲチェックシ(ステップ201)
、チューニングモードでなければ設定値3pと制御量p
マとの偏差eを求め(ステップ202 ) 、それが所
定のチューニング開始条件を満たしているか否かを判定
しくステップ203)、満たしていなければ、現在可変
メモリ23の所定エリアにストアされているPIDパラ
メータを用い、通常のPID演算によシ操作量mを算出
する(ステップ204)。すなわちこの場合が第1図に
おいてスイッチSWI〜SW5をA側に倒した場合に相
当する。
FIG. 12 is a flowchart showing an example of the above-mentioned control calculation processing program. When the execution of the program shifts to this control calculation processing, the CPU 21 uses the variable memory 23
Stew 2/ by the flag set up using the designated area of
Check to see if it is in log mode (step 201)
, if it is not the tuning mode, the set value 3p and the control amount p
(step 202), and determines whether it satisfies a predetermined tuning start condition (step 203). If not, the PID currently stored in a predetermined area of the variable memory 23 is Using the parameters, the manipulated variable m is calculated by normal PID calculation (step 204). That is, this case corresponds to the case where the switches SWI to SW5 are turned to the A side in FIG.

これに対し、チューニング開始条件を満たしている場合
には(ステップ203)、チューニングモードを設定し
た後(ステップ205 ) 、非線形要素18を比例演
算部11の前段に挿入しそれらに並列に積分演算部12
を接続した構成を想定してリミット−サイクルを求める
(ステップ206)。この時、当然に操作量mも求めら
れる。そしてリミット・サイクルからQυ、(ハ)式の
XおよびTeが求まったら(ステップ207)(これは
リミット・サイクルが安定したことに相当する)、さら
にそれらのデータから前述したように例えばジーグラ・
ニコルス法に従って最適PIDパラメータを決定し、可
変メそり23の所定エリアにストアされていたそれまで
のPIDパラメータの値を更新する(ステップ208)
。その後、チューニングモードを解除する(ステップ2
09)。したがって、次のPID演算ステップ204の
実行においては新しいP’IDパラメータによシ演算が
行なわれる。
On the other hand, if the tuning start condition is satisfied (step 203), after setting the tuning mode (step 205), the nonlinear element 18 is inserted before the proportional calculation section 11, and an integral calculation section is inserted in parallel with them. 12
The limit cycle is determined assuming a configuration in which the two are connected (step 206). At this time, the manipulated variable m is naturally also determined. Then, when Qυ, X and Te in equation (c) are found from the limit cycle (step 207) (this corresponds to the limit cycle being stabilized), from these data, for example, Ziegler
The optimal PID parameter is determined according to the Nichols method, and the previous PID parameter value stored in a predetermined area of the variable memory 23 is updated (step 208).
. Then cancel tuning mode (step 2)
09). Therefore, in executing the next PID calculation step 204, the calculation is performed using the new P'ID parameter.

このようにして、適宜PIDパラメータの更新をしなが
ら、最適制御が維持される。
In this way, optimal control is maintained while updating the PID parameters as appropriate.

なお、偏差eを監視しその状態によって自動的にチュー
ニング状態に移行する場合について説明したが、他の条
件、例えば所定時間の経過をチューニング開始糸件とし
、定期的にPIDパラメータの更新動作を行なうように
してもよい。また、例えば設定/表示部25からの操作
入力に↓シ、随時チューニング状態に移行できる機能を
付加してもよい。
Although we have described the case where the deviation e is monitored and the state is automatically shifted to the tuning state depending on the state, other conditions, such as the passage of a predetermined time, may be used as the tuning start condition, and the PID parameters are updated periodically. You can do it like this. Further, for example, a function may be added to the operation input from the setting/display section 25 so that the tuning state can be entered at any time.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、不発明によれば、チューニングモ
ード時に比例演算部と積分演算部とを並列接続し、比例
演算部の前段に非線形要素を挿入した状態で、プロセス
制御を継続しながらリミット・サイクルの観測を行なう
ものとしたことにより、取扱いが簡単で、早い応答性を
必要とするプロセスニモ使用可能なセルフチューニング
コントローラが安価に実現できる。
As explained above, according to the invention, the proportional calculation section and the integral calculation section are connected in parallel during the tuning mode, and the limit calculation is performed while continuing process control with the nonlinear element inserted in the front stage of the proportional calculation section. Since the cycle is observed, a self-tuning controller that is easy to handle and can be used in a process that requires quick response can be realized at low cost.

すなわち、従来の高価な自動調整用装置等は一切不要で
あシ、また従来の自動適応形コントローラに比較して構
成が簡単で、コンピュータによシ実現する場合でも計葺
が簡単なためメモリ容量の増大を招くこともない。
In other words, there is no need for conventional expensive automatic adjustment devices, etc., and the configuration is simpler than conventional automatic adaptive controllers, and even when implemented on a computer, it is easy to configure and requires less memory capacity. It does not cause an increase in

また、チューニングのためにプロセスに与える操作量の
変化が小さく、サンプリングタイムは通常のDDC(ダ
イレクト・ディジタル・コントローラ)と同等である。
Further, the change in the amount of operation given to the process for tuning is small, and the sampling time is equivalent to a normal DDC (direct digital controller).

のみならず、リミット書サイクルの振幅を、−定周期で
サンプリングした出力値を積算した値から求めるように
したことによシ、チューニング動作をノイズに対してロ
バスト(robust)なものとすることができる。
In addition, by determining the amplitude of the limit writing cycle from the integrated value of the output values sampled at -regular intervals, the tuning operation can be made robust against noise. can.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図お
よび第3図はそれぞれ非線形要素18A。 18Bの入出力特性を示す図、第4図ないし第6図はリ
ミット・サイクルを示す波形図、第7図はリミット・サ
イクルの発生点を示す図、第8図および第9図は非線形
要素にヒステリシスをもたせたことによる効果を説明す
るための波形図、第10図はコントローラをマイクロコ
ンピュータで構成した具体例を示すブロック図、第11
図および第12図はCPHにおける処理プログラムの一
例を示すフローチャートである。 1・・・・プロセス、10・・・−コントローラ、11
・・・・比例演算部、12・・・・積分演算部、13・
・・・微分演算部、14・・・・出力部、15・・・・
入力部、16・・・・観測器、17・・・・状態切換制
御部、18A 、 18B・・・・非線形要素、19・
・・・調整器、sw1〜SW5・・φ・スイッチ。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 each show a nonlinear element 18A. Figures 4 to 6 are waveform diagrams showing limit cycles, Figure 7 is a diagram showing limit cycle generation points, and Figures 8 and 9 are diagrams showing the nonlinear elements. A waveform diagram for explaining the effect of providing hysteresis, FIG. 10 is a block diagram showing a specific example in which the controller is configured with a microcomputer, and FIG.
The figure and FIG. 12 are flowcharts showing an example of a processing program in CPH. 1...process, 10...-controller, 11
...Proportional calculation section, 12..... Integral calculation section, 13.
... Differential operation section, 14 ... Output section, 15 ...
Input unit, 16...Observer, 17...State switching control unit, 18A, 18B...Nonlinear element, 19.
...Adjuster, sw1 to SW5...φ switch.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 通常運転モードとチューニングモードとを有し、チュー
ニングモード時はプロセスに発生するリミット・サイク
ルの観測からプロセスの特性を求め、その結果に基いて
最適なPIDパラメータを決定し、通常運転モードに復
旧後は更新されたPIDパラメータによりPID制御を
行なうセルフチューニングコントローラにおいて、チュ
ーニングモード時は、比例演算部と積分演算部とを並列
接続し、比例演算部の前段に非線形要素を挿入した状態
で、プロセス制御を継続しながらリミット・サイクルの
観測を行ない、かつリミット・サイクルの振幅を、一定
周期でサンプリングした偏差値を積算した値から求める
ものとしたことを特徴とするセルフチューニングコント
ローラの制御方式。
It has a normal operation mode and a tuning mode.In the tuning mode, the characteristics of the process are obtained from observing the limit cycles that occur in the process, and the optimal PID parameters are determined based on the results.After returning to the normal operation mode, is a self-tuning controller that performs PID control using updated PID parameters. In tuning mode, the proportional calculation section and the integral calculation section are connected in parallel, and a nonlinear element is inserted before the proportional calculation section, and process control is performed. A control method for a self-tuning controller, characterized in that the limit cycle is observed while continuing, and the amplitude of the limit cycle is determined from a value obtained by integrating deviation values sampled at a constant period.
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