JPS6356562B2 - - Google Patents
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- JPS6356562B2 JPS6356562B2 JP16604282A JP16604282A JPS6356562B2 JP S6356562 B2 JPS6356562 B2 JP S6356562B2 JP 16604282 A JP16604282 A JP 16604282A JP 16604282 A JP16604282 A JP 16604282A JP S6356562 B2 JPS6356562 B2 JP S6356562B2
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 18
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 2
- FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N benzyl N-[2-hydroxy-4-(3-oxomorpholin-4-yl)phenyl]carbamate Chemical compound OC1=C(NC(=O)OCC2=CC=CC=C2)C=CC(=C1)N1CCOCC1=O FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 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
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
この発明は閉ループ制御中にプロセスの特性を
同定して、その結果に基づいて、制御定数を最適
に自動調整するオートチユーニング機能を有する
サンプル値PID制御装置に関し、特に同定したプ
ロセスの特性パラメータに基づいて、任意の制御
仕様を満足するように制御系を設計する手段を具
備したサンプル値PID制御装置に関する。
同定して、その結果に基づいて、制御定数を最適
に自動調整するオートチユーニング機能を有する
サンプル値PID制御装置に関し、特に同定したプ
ロセスの特性パラメータに基づいて、任意の制御
仕様を満足するように制御系を設計する手段を具
備したサンプル値PID制御装置に関する。
この発明の基になるサンプル値PID制御装置は
すでに発明者の一人が提案し、特許公開されてい
る特開昭57−39412号公報に記載のサンプル値
PID制御装置は、閉ループ制御中のプロセスに、
プロセスの可同定条件を満たすパーシステント
リ・エキサイテングな同定信号をプロセスの操作
信号に加えてプロセスに注入し、その時のプロセ
スの入出力信号を遂次形近似最尤度法を用いた時
系列処理を行なうことによつて、未知プロセスの
パルス伝達関数を同定する。さらに、その同定結
果からラプラス演算子Ｓの領域の分母型伝達関数
を演算して、その低次のパラメータから最適な制
御定数を決定するものであつた。
すでに発明者の一人が提案し、特許公開されてい
る特開昭57−39412号公報に記載のサンプル値
PID制御装置は、閉ループ制御中のプロセスに、
プロセスの可同定条件を満たすパーシステント
リ・エキサイテングな同定信号をプロセスの操作
信号に加えてプロセスに注入し、その時のプロセ
スの入出力信号を遂次形近似最尤度法を用いた時
系列処理を行なうことによつて、未知プロセスの
パルス伝達関数を同定する。さらに、その同定結
果からラプラス演算子Ｓの領域の分母型伝達関数
を演算して、その低次のパラメータから最適な制
御定数を決定するものであつた。
ここで、未知プロセスのパラメータを同定する
規範は制御系がほぼ10％オーバシユートするステ
ツプ応答の得られるモデルを用いていた。つま
り、従来のサンプル値PID制御装置は制御系のス
テツプ応答が10％あるように設計するものであつ
たため、次のような要求が生じた。
規範は制御系がほぼ10％オーバシユートするステ
ツプ応答の得られるモデルを用いていた。つま
り、従来のサンプル値PID制御装置は制御系のス
テツプ応答が10％あるように設計するものであつ
たため、次のような要求が生じた。
(1) 制御対象のプロセスによつては、オーバーシ
ユートしない制御系に対しても適切にチユーニ
ングできるように望まれている。例えば、オー
バーフローの許されない化学プロセスでの温度
制御、流量制御等が考えられる。
ユートしない制御系に対しても適切にチユーニ
ングできるように望まれている。例えば、オー
バーフローの許されない化学プロセスでの温度
制御、流量制御等が考えられる。
(2) 又、一般の制御系においても、オーバーシユ
トのないように設計をしたり、オーバーシユー
ト量を許容したうえで整定時間が最小になるよ
うに設計をしなければならないという要求を満
す必要があつた。
トのないように設計をしたり、オーバーシユー
ト量を許容したうえで整定時間が最小になるよ
うに設計をしなければならないという要求を満
す必要があつた。
この発明は前述した要求を満足するためになさ
れたものであり、同定したプロセスのパラメータ
を基にして、閉ループ制御中に10％オーバシユー
トする制御系の設計からオーバーシユートのない
制御系の設計、さらにその中間の制御系の設計を
シミユレーシヨンをしないで行なうことのできる
サンプル値PID制御装置を提供することを目的と
する。
れたものであり、同定したプロセスのパラメータ
を基にして、閉ループ制御中に10％オーバシユー
トする制御系の設計からオーバーシユートのない
制御系の設計、さらにその中間の制御系の設計を
シミユレーシヨンをしないで行なうことのできる
サンプル値PID制御装置を提供することを目的と
する。
この発明は「サンプル値PID制御装置（特願昭
55−113030）の10％オーバーシユートする規範モ
デルと次に示すようなオーバーシユートしない規
範モデルをモデル選択係数αを用いてひとつにま
とめ、サンプル値PID制御装置の制御定数演算部
に採用することにより、発明の目的を達成する。
55−113030）の10％オーバーシユートする規範モ
デルと次に示すようなオーバーシユートしない規
範モデルをモデル選択係数αを用いてひとつにま
とめ、サンプル値PID制御装置の制御定数演算部
に採用することにより、発明の目的を達成する。
10％オーバーシユートする規範モデル；
Gm（Ｓ）＝１／１＋σS＋１／２（σS）2＋３／2
0（σS）3＋３／100（σS）4＋…………(1) オーバーシユートしない規範モデル； Gm（Ｓ）＝１／１＋σS＋７／20（σS）2＋１／2
0（σS）3＋１／200（σS）4＋…………(2) モデル選択係数αを用いた規範モデル； GM（Ｓ） ＝１／１＋σS＋｛α／２＋７／20（1‐α）｝（σS）2
＋｛３／20α＋１／20（1‐α）｝（σS）3＋｛３／100
α＋１／200（1‐α）｝（σS）4＋… ……(3) この(3)式と次に示す同定したプロセスのパルス
伝達関数Gp（Ｓ）とのマツチングを行なう。
0（σS）3＋３／100（σS）4＋…………(1) オーバーシユートしない規範モデル； Gm（Ｓ）＝１／１＋σS＋７／20（σS）2＋１／2
0（σS）3＋１／200（σS）4＋…………(2) モデル選択係数αを用いた規範モデル； GM（Ｓ） ＝１／１＋σS＋｛α／２＋７／20（1‐α）｝（σS）2
＋｛３／20α＋１／20（1‐α）｝（σS）3＋｛３／100
α＋１／200（1‐α）｝（σS）4＋… ……(3) この(3)式と次に示す同定したプロセスのパルス
伝達関数Gp（Ｓ）とのマツチングを行なう。
Gp（Ｓ）＝１／g0＋g1s＋g2s2＋g3s3＋g4s4＋………(4)
サンプル値PID制御装置の制御定数は(3)式と(4)
式を基にして、次のように方程式の正の最小根を
求めて、決定する。
式を基にして、次のように方程式の正の最小根を
求めて、決定する。
PI制御の場合；
（K2 2−K3）σ2−K2σg1＋τ／２g0／g0＋g2＋τ／２g1
／g0＝０ ……(5) PID制御の場合； （K3 2−2K2K3＋K4）σ3−（K2 2−K3）g1＋g0τ／g0σ2
＋K2g2＋g1τ＋g0／３τ2／g0σ＋g3＋g2τ＋g1／３τ2
／g0＝０ ……(6) ここで K2＝１／２α＋７／20（１−α） ……(7) K3＝３／20α＋１／20（１−α） ……(8) K4＝３／100α＋１／200（１−α） ……(9) であり、τはサンプル周期である。
／g0＝０ ……(5) PID制御の場合； （K3 2−2K2K3＋K4）σ3−（K2 2−K3）g1＋g0τ／g0σ2
＋K2g2＋g1τ＋g0／３τ2／g0σ＋g3＋g2τ＋g1／３τ2
／g0＝０ ……(6) ここで K2＝１／２α＋７／20（１−α） ……(7) K3＝３／20α＋１／20（１−α） ……(8) K4＝３／100α＋１／200（１−α） ……(9) であり、τはサンプル周期である。
つまり、PI制御ならば(5)式の２次方程式の根
σの正の最小根σ*を求め、PID制御ならば(6)式の
３次方程式の根σの正の最小限σ*を求める。
σの正の最小根σ*を求め、PID制御ならば(6)式の
３次方程式の根σの正の最小限σ*を求める。
制御定数は次のように決定する。
C0＝g0／σ* ……(10)
C1＝（g1−σ*g0／2.0）／σ* ……(11)
C2＝｛（g2＋τ／２g1）−σ*（g0／２
＋τ／４g0）＋σ*2g0／10｝／σ*……(12) 比例ゲインKc＝C1 ……（13） 積分時定数Ti＝C1／C0 ……（14） 微分時定数Td＝C2／C1 ……（15） ここで、(7)式から(9)式のモデル選択係数αを０
から１の間に設定することにより、オーバシユー
トのない制御系の設計から10％オーバーシユート
する制御系の設計までを任意に選択して、行なう
ことができる。
＋τ／４g0）＋σ*2g0／10｝／σ*……(12) 比例ゲインKc＝C1 ……（13） 積分時定数Ti＝C1／C0 ……（14） 微分時定数Td＝C2／C1 ……（15） ここで、(7)式から(9)式のモデル選択係数αを０
から１の間に設定することにより、オーバシユー
トのない制御系の設計から10％オーバーシユート
する制御系の設計までを任意に選択して、行なう
ことができる。
例えばαをゼロに設定するとオーバーシユート
しない制御系の設計が行なえる。αを1.0に設定
すると10％オーバシユートする制御系の設計が行
なえる。
しない制御系の設計が行なえる。αを1.0に設定
すると10％オーバシユートする制御系の設計が行
なえる。
前記した、制御系を最良に設計するための規範
モデルを選択係数αを使つて、変えることにより
10％オーバーシユートする制御系からオーバーシ
ユートしない制御系、さらにその中間の制御系の
設計が閉ループ制御中に行なえる。しかも、シミ
ユレーシヨンをしないでも行なえる。
モデルを選択係数αを使つて、変えることにより
10％オーバーシユートする制御系からオーバーシ
ユートしない制御系、さらにその中間の制御系の
設計が閉ループ制御中に行なえる。しかも、シミ
ユレーシヨンをしないでも行なえる。
これによつて、制御対象のプロセスの操業条件
（例えばオーバーフローの困るような液面制御に
はオーバーシユートしない制御系の設計で行な
う）に合わせた制御を行なうことができる。
（例えばオーバーフローの困るような液面制御に
はオーバーシユートしない制御系の設計で行な
う）に合わせた制御を行なうことができる。
この発明の一実施例を第１図を用いて詳細に説
明する。
明する。
この発明のサンプル値PID制御装置１３は第１
図のようにプロセス１と接続し閉ループ制御系を
構成する。なお、図中の（ｔ）のついた文字は実
時間信号を示しており、 *(k)はサンプリングした
信号であることを示したものである。
図のようにプロセス１と接続し閉ループ制御系を
構成する。なお、図中の（ｔ）のついた文字は実
時間信号を示しており、 *(k)はサンプリングした
信号であることを示したものである。
まず、サンプル値PID制御装置１３のオートチ
ユーニング部１２について説明する。プロセス１
の特性に合わせて最適な制御定数を決定するオー
トチユーニング機能は、まず閉ループ制御中のサ
ンプル値制御演算部３の操作信号u0 *(k)に閉ルー
プ中でプロセスの特性を同定することのできるパ
ーシステントリ・エキサイテイングな同定信号
v*(k)を同定信号発生部５で発生し、加えてサン
プルホールド２を介してプロセスに注入する。
ユーニング部１２について説明する。プロセス１
の特性に合わせて最適な制御定数を決定するオー
トチユーニング機能は、まず閉ループ制御中のサ
ンプル値制御演算部３の操作信号u0 *(k)に閉ルー
プ中でプロセスの特性を同定することのできるパ
ーシステントリ・エキサイテイングな同定信号
v*(k)を同定信号発生部５で発生し、加えてサン
プルホールド２を介してプロセスに注入する。
次にプロセスの入力信号u*(k)とプロセスの出
力信号をサンプラ４でサンプリングした信号y*
(k)を用いてパルス伝達関数同定部６で逐次形近似
最尤度法により未知プロセスのパルス伝達関数を
同定する。さらに、この結果を次の伝達関数演算
部７でラプラス演算子Ｓの領域に移す。さらにま
た、その結果から、サンプル値制御定数演算部８
で、前記した制御系設計のための規範モデルとマ
ツチングするようにして、制御定数（Kc、Ti、
Td）を決定し、前記サンプル値制御演算部３に
設定してオートチユーニングをくり返し行なう。
力信号をサンプラ４でサンプリングした信号y*
(k)を用いてパルス伝達関数同定部６で逐次形近似
最尤度法により未知プロセスのパルス伝達関数を
同定する。さらに、この結果を次の伝達関数演算
部７でラプラス演算子Ｓの領域に移す。さらにま
た、その結果から、サンプル値制御定数演算部８
で、前記した制御系設計のための規範モデルとマ
ツチングするようにして、制御定数（Kc、Ti、
Td）を決定し、前記サンプル値制御演算部３に
設定してオートチユーニングをくり返し行なう。
以上がオートチユーニング部１２の機能であ
る。
る。
ここで、オートチユーニングの終了は同定終了
判定部９で同定した伝達関数演算部７の結果、前
記(4)式のg0、g1、g2、g3、g4、……の各パラメー
タが一定値になることにより判定できる。
判定部９で同定した伝達関数演算部７の結果、前
記(4)式のg0、g1、g2、g3、g4、……の各パラメー
タが一定値になることにより判定できる。
そこで、同定終了判定部９の同定終了の判定結
果をコントロール部１０に出力して、サンプル値
PID制御装置１３をコントロールする。
果をコントロール部１０に出力して、サンプル値
PID制御装置１３をコントロールする。
つまり、同定終了信号が発生したら、前記のオ
ートチユーニング部１２を停止し、その時に決定
した制御定数を使つて閉ループ制御を行なう。同
定が終了した後、外部の規範モデル切替スイツチ
１１からモデル選択係数αを変えることにより、
コントロール部１０がサンプル値制御定数演算部
８を起動し、前記(5)から（15）式に従つて新しく
制御定数を決定する。
ートチユーニング部１２を停止し、その時に決定
した制御定数を使つて閉ループ制御を行なう。同
定が終了した後、外部の規範モデル切替スイツチ
１１からモデル選択係数αを変えることにより、
コントロール部１０がサンプル値制御定数演算部
８を起動し、前記(5)から（15）式に従つて新しく
制御定数を決定する。
この発明の、モデル選択係数αを変えた制御系
のステツプ応答の一例を第２図に示す。
のステツプ応答の一例を第２図に示す。
α＝0.0がオーバーシユートのない設計による
ものである。
ものである。
α＝1.0が10％オーバーシユートする設計によ
るものである。
るものである。
さらに、αを０〜1.0の間に設定することによ
り、第２図のような設計を任意に選択できるもの
である。
り、第２図のような設計を任意に選択できるもの
である。
以上のように、この発明は一度プロセスの特性
を同定すれば、その結果を基にして、10％オーバ
ーシユートする制御系の設計から、オーバーシユ
ートのない制御系の設計、さらにその中間の制御
系まで任意に設計することができる。
を同定すれば、その結果を基にして、10％オーバ
ーシユートする制御系の設計から、オーバーシユ
ートのない制御系の設計、さらにその中間の制御
系まで任意に設計することができる。
これによつて、制御系に対する幅の広いチユー
ニング要求に対応することができる。しかも、シ
ミユレーシヨンを必要としないこと、さらに閉ル
ープ中にサンプル周期の短時間の間で行なうこと
ができるので、実用効果が大きいものである。
ニング要求に対応することができる。しかも、シ
ミユレーシヨンを必要としないこと、さらに閉ル
ープ中にサンプル周期の短時間の間で行なうこと
ができるので、実用効果が大きいものである。
この発明の実施例では、モデルの選択をスイツ
チを用いて行なつたが、ポテンシヨメータを使つ
て連続的にαを変えることもできる。さらに数字
キイスイツチを用いてαを変えても良い。つま
り、連続してαを変えても良く、いくつかのαを
切替えるように構成しても実用的なサンプル値
PID制御装置を構成できる。
チを用いて行なつたが、ポテンシヨメータを使つ
て連続的にαを変えることもできる。さらに数字
キイスイツチを用いてαを変えても良い。つま
り、連続してαを変えても良く、いくつかのαを
切替えるように構成しても実用的なサンプル値
PID制御装置を構成できる。
さらにまた、いくつかのαの値をＲＭに書い
ておき、デジタルスイツチと組み合せて、読み出
し設定することもできる。
ておき、デジタルスイツチと組み合せて、読み出
し設定することもできる。
第１図は本発明の実施例を示す説明図、第２図
は本発明の効果を示す説明図である。 １……プロセス、２……サンプルホールド、３
……サンプル値制御演算部、４……サンプラ、５
……同定信号発生部、６……パルス伝達関数同定
部、７……伝達関数演算部、８……サンプル値制
御定数演算部、９……同定終了判定部、１０……
コントロール部、１１……モデル選択スイツチ、
１２……オートチユーニング部、１３……サンプ
ル値PID制御装置。
は本発明の効果を示す説明図である。 １……プロセス、２……サンプルホールド、３
……サンプル値制御演算部、４……サンプラ、５
……同定信号発生部、６……パルス伝達関数同定
部、７……伝達関数演算部、８……サンプル値制
御定数演算部、９……同定終了判定部、１０……
コントロール部、１１……モデル選択スイツチ、
１２……オートチユーニング部、１３……サンプ
ル値PID制御装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 制御対象となるプロセスをサンプル値制御す
るサンプル値PID制御演算部を有するものにおい
て、前記サンプル値PID制御演算部で制御される
制御ループ内にパーシステントリ・エキサイテイ
ング信号からなる同定信号を印加する同定信号発
生部と、この同定信号発生部で発生した同定信号
を前記サンプル値PID制御演算部の出力信号に加
算して得られる操作信号および前記プロセスの制
御量をサンプリングして得られるプロセス信号を
入力してこれらの操作信号とプロセス信号とから
前記プロセスのパラメータを同定するパルス伝達
関数同定部と、このパルス伝達関数同定部で得ら
れるプロセスのパルス伝達関数からＳ（ラプラス
演算子）領域の伝達関数を演算する伝達関数演算
部と、この伝達関数演算部で演算した結果から前
記サンプル値PID制御演算部の制御定数を算出す
るサンプル値制御定数演算部と、あらかじめ設計
仕様に基づいて設定される設計モデルを用いて前
記サンプル値制御定数演算部の設計モデルを変更
する制御系設計モデル変換部とを具備したことを
特徴とするサンプル値PID制御装置。 ２ 制御系設計モデル変換部を設計モデル選択係
数αを複数設定してなるモデル選択スイツチで構
成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のサンプル値PID制御装置。 ３ 同定信号をＭ系列信号としたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のサンプル値PID制
御装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16604282A JPS5955505A (ja) | 1982-09-25 | 1982-09-25 | サンプル値ｐｉｄ制御装置 |
| US06/503,310 US4539633A (en) | 1982-06-16 | 1983-06-10 | Digital PID process control apparatus |
| DE8383303418T DE3374458D1 (en) | 1982-06-16 | 1983-06-14 | Digital pid process control apparatus |
| EP83303418A EP0097053B1 (en) | 1982-06-16 | 1983-06-14 | Digital pid process control apparatus |
| AU15792/83A AU542451B2 (en) | 1982-06-16 | 1983-06-15 | Digital pid process control |
| CA000430477A CA1211541A (en) | 1982-06-16 | 1983-06-15 | Digital pid process control apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16604282A JPS5955505A (ja) | 1982-09-25 | 1982-09-25 | サンプル値ｐｉｄ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5955505A JPS5955505A (ja) | 1984-03-30 |
| JPS6356562B2 true JPS6356562B2 (ja) | 1988-11-08 |
Family
ID=15823870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16604282A Granted JPS5955505A (ja) | 1982-06-16 | 1982-09-25 | サンプル値ｐｉｄ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5955505A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6263301A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-20 | Yokogawa Electric Corp | オ−トチユ−ニング調節計 |
| JP2561542Y2 (ja) * | 1992-06-16 | 1998-01-28 | 幹夫 福永 | サポータ |
-
1982
- 1982-09-25 JP JP16604282A patent/JPS5955505A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5955505A (ja) | 1984-03-30 |
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