JPWO2018142523A1 - Control apparatus and control method - Google Patents
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Abstract
各点での出力の差(例えば多点間の温度差)とともに各点の出力の平均(例えば平均温度)の過渡特性を所望の特性に制御する。制御装置(10)は、複数の測定点と各測定点に対応する複数の入力を有する制御対象を制御する制御装置であって、測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第1の部分制御対象(1A)に対して、該測定点における物理量を制御する第1の制御器(11)と、測定点のうち第1の部分制御対象(1A)の測定点以外の測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第2の部分制御対象(1B)に対して、該測定点における物理量を制御する第2の制御器(16)を備え、第2の部分制御対象(1B)の測定点に対する目標値(SV2)を第1の部分制御対象(1A)の出力(PV1)に基づいて定め、第2の制御器(16)に与える。The transient characteristic of the average (for example, average temperature) of the output at each point is controlled to a desired characteristic together with the difference in output at each point (for example, temperature difference between multiple points). The control device (10) is a control device that controls a control object having a plurality of measurement points and a plurality of inputs corresponding to the measurement points, and the response to the input among the measurement points is a response at another measurement point. A first controller (11) for controlling a physical quantity at the measurement point with respect to a first partial control object (1A) having an output corresponding to a measurement point that is slower than the output and an input corresponding to the measurement point as an input; , Out of the measurement points, a measurement point other than the measurement point of the first partial control target (1A) is output, and the second partial control target (1B) having an input corresponding to the measurement point as an input is A second controller (16) for controlling the physical quantity at the measurement point is provided, and the target value (SV2) for the measurement point of the second partial control target (1B) is output from the first partial control target (1A) (PV1). ) And is given to the second controller (16).
Description
本発明は、制御装置及び制御方法に係り、特に多入出力制御系における制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method, and more particularly to a control device and a control method in a multi-input / output control system.
複数のセンサと熱源(アクチュエータ)による多点制御が必要な、干渉を有するシステムにおける温度調整系が知られている。このような温度調整系は、例えば、空調システム、射出成型機などに利用されている。このようなシステムでは、多点それぞれが、対応する個々の目標値に素早く追従することだけでなく、目標値に到達するまでの過渡状態においても、多点間の温度差を零に制御するニーズ、及び、目標値が各点で異なる場合には目標値と出力値の比率を多点間で同じに制御するニーズがある。さらに、省エネルギーという観点からも、過渡状態での追従特性を改善し、特に行き過ぎ量を抑えたいというニーズがある。 There is known a temperature adjustment system in a system having interference that requires multipoint control by a plurality of sensors and a heat source (actuator). Such a temperature control system is used in, for example, an air conditioning system and an injection molding machine. In such a system, there is a need for each point to control the temperature difference between multiple points to zero in the transient state until the target value is reached as well as quickly following each corresponding target value. When the target value is different at each point, there is a need to control the ratio between the target value and the output value to be the same among multiple points. Furthermore, from the viewpoint of energy saving, there is a need to improve the follow-up characteristics in a transient state and particularly to suppress the overshoot amount.
従来から、多点温度制御としてPID制御を用いた多点PID制御法がよく用いられている。これに対して、多点の温度差と平均温度を制御する下記特許文献1に示す方法、及び、非干渉化と極零相殺を用いた下記特許文献2に示す方法などが提案されている。例えば特許文献1は、各温度から平均温度(全体の平均温度)と多点間の温度差へのモード変換行列Gmと、ヒータへの操作量を適切に分配する前置補償行列Gcにより、全体の温度を制御しつつ、温度差も制御可能な構造が開示されている(例えば、同文献の図25参照)。 Conventionally, a multipoint PID control method using PID control is often used as multipoint temperature control. On the other hand, a method shown in the following
また、特許文献2は、干渉項に対する補償項β’により干渉項を相殺しつつ制御対象の逆特性(温度差モデルの逆特性)により対象の動特性を相殺し、理想の一次遅れモデルを仮定し、PID制御を行う構造が開示されている。 Further,
特許文献1及び2に開示されたいずれの手法も、多点の温度差を最小化しつつ目標温度へ追従させることを目的としている。しかしながら、これらの手法は以下のような課題がある。 Any of the methods disclosed in
まず、制御対象の特性はむだ時間を含んでいるため、PID制御器設計にはむだ時間を考慮した設計が必要である。例えば、ジーグラ・ニコルス(Ziegler−Nichols、ZN)法などによる設計となる。これに伴い、特許文献1に示す方法は従来法(多点PID制御法)に比べ改善され得るが、平均温度においては大幅な特性改善は望めない。また、特許文献1に示す方法では、多点の目標値が異なる場合、温度差(の絶対値)しか制御できず、例えば到達時間を同一に制御する場合、その傾きを制御することはできない。 First, since the characteristics of the controlled object include a dead time, the PID controller must be designed in consideration of the dead time. For example, the design is based on the Ziegler-Nichols (ZN) method. Accordingly, the method shown in
上述の多点温度制御法は、いずれも多点間の温度差に主眼をおいた制御法であり、必ずしもむだ時間を考慮した過渡特性に対する性能改善については焦点をあてていない。その結果、温度差と平均温度に対する過渡特性を両立して積極的に改善することは望めない。このような課題は、温度制御以外でも、むだ時間要素を含む制御対象においては同様である。 The above-described multipoint temperature control methods are all control methods that focus on the temperature difference between the multipoints, and do not necessarily focus on improving the performance with respect to the transient characteristics in consideration of the dead time. As a result, it is not possible to improve the temperature difference and the transient characteristics with respect to the average temperature at the same time. Such a problem is similar to a control object including a dead time element other than temperature control.
本発明は以上の点に鑑み、各点での出力の差(例えば多点間の温度差)とともに各点の出力の平均(例えば平均温度)の過渡特性を所望の特性に制御する制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides a control device that controls the transient characteristics of the average (for example, average temperature) of the output at each point as well as the difference in the output at each point (for example, the temperature difference between multiple points) and a desired characteristic An object is to provide a control method.
本発明の第1の解決手段によると、複数の測定点と各測定点に対応する複数の入力を有する制御対象を制御する制御装置であって、(a)上記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第1の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御する第1の制御器と、(b)上記測定点のうち上記第1の部分制御対象の測定点以外の測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第2の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御する第2の制御器とを備え、(c)上記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値を上記第1の部分制御対象の出力に基づいて定め、上記第2の制御器に与える制御装置が提供される。 According to the first solving means of the present invention, there is provided a control device for controlling a control object having a plurality of measurement points and a plurality of inputs corresponding to the respective measurement points, and (a) a response to an input among the measurement points is provided. First control for controlling a physical quantity at a measurement point with respect to a first partial control target having a measurement point that is slower than the response at another measurement point as an output and an input corresponding to the measurement point as an input And (b) a second measurement target other than the measurement point of the first partial control object among the measurement points as an output and an input corresponding to the measurement point as an input, A second controller for controlling a physical quantity at the measurement point; (c) determining a target value for the measurement point of the second partial control target based on an output of the first partial control target; A control device is provided for the second controller.
本発明の第2の解決手段によると、複数の測定点と各測定点に対応する複数の入力を有する制御対象を制御する制御方法であって、(A)上記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第1の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御することと、(B)上記測定点のうち上記第1の部分制御対象の測定点以外の測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第2の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御することと、(C)上記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値を上記第1の部分制御対象の出力に基づいて定めることを含む制御方法が提供される。 According to the second solving means of the present invention, there is provided a control method for controlling a control object having a plurality of measurement points and a plurality of inputs corresponding to the respective measurement points, and (A) a response to an input among the measurement points is provided. Controlling a physical quantity at the measurement point with respect to a first partial control object having a measurement point that is slower than the response at another measurement point as an output and an input corresponding to the measurement point as an input; B) Among the measurement points, a measurement point other than the measurement point of the first partial control object is output, and a second partial control object that has an input corresponding to the measurement point as an input is There is provided a control method including controlling a physical quantity and (C) determining a target value for a measurement point of the second partial control target based on an output of the first partial control target.
本発明によると、各点での出力の差(例えば多点間の温度差)とともに各点の出力の平均(例えば平均温度)の過渡特性を所望の特性に制御する制御装置及び制御方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a control device and a control method for controlling a transient characteristic of an average (eg, average temperature) of outputs at each point as well as a difference in output at each point (eg, temperature difference between multiple points) to a desired characteristic. can do.
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1.本実施の形態の基本構成
まず、本実施の形態の基本構成について説明する。本実施の形態では、多点温度制御などの多入出力制御系(多入出力制御システム)において、入力に対して測定値(例えば、温度)の立ち上がりが比較的遅い点(この点に対する制御系を、以下スローモード(Slow mode)とも称する)に着目し、その出力に上記測定点以外の測定点(この点に対する制御系を、以下ファストモード(Fast mode)とも称する)を追従させる。このような構成を基本構成とし、多点間の温度差とともに平均温度の過渡特性を所望の特性に制御する。また、PID制御器設計時にむだ時間を考慮することなく設計可能な制御装置及び設計方法を提案する。更に、多点の目標値が異なる場合であっても、立ち上がりの温度比率(目標値に対する測定温度の比率)を均等にし、ほぼ同じタイミングで各点を目標値に到達させる。1. First, the basic configuration of the present embodiment will be described. In the present embodiment, in a multi-input / output control system (multi-input / output control system) such as multi-point temperature control, the rise of a measured value (for example, temperature) relative to the input is relatively slow (the control system for this point) (Hereinafter also referred to as a slow mode), and the output is caused to follow a measurement point other than the above measurement point (a control system for this point is also referred to as a fast mode hereinafter). Such a configuration is a basic configuration, and the transient characteristic of the average temperature is controlled to a desired characteristic together with the temperature difference between multiple points. In addition, a control device and a design method that can be designed without considering dead time when designing a PID controller are proposed. Further, even when the target values at multiple points are different, the rising temperature ratio (ratio of the measured temperature with respect to the target value) is made equal, and each point reaches the target value at substantially the same timing.
なお、本実施の形態は温度を制御する例を用いて説明するが、温度以外の物理量を制御してもよい。また、制御する温度は、測定点で測定(検出)される例を用いて説明するが、測定点で測定された温度に基づいて求められる測定点以外の温度、又は、測定点で測定された物理量に基づいて求められる温度を制御してもよい。換言すると、制御する物理量は、測定点で直接測定される必要はない。 Although this embodiment is described using an example of controlling temperature, physical quantities other than temperature may be controlled. The temperature to be controlled will be described using an example of measurement (detection) at a measurement point. However, the temperature to be controlled was measured at a temperature other than the measurement point obtained based on the temperature measured at the measurement point, or measured at the measurement point. You may control the temperature calculated | required based on a physical quantity. In other words, the physical quantity to be controlled need not be measured directly at the measurement point.
2.制御装置の構成例
図1は、本実施の形態における多入出力制御系のブロック図である。本実施の形態における制御装置10は、制御対象1の複数の測定点における各物理量を制御する。制御装置10は、例えば、第1のPID制御器(第1の制御器)11と、第1のむだ時間差補償器12と、第1のむだ時間補償器13と、第2のむだ時間差補償器14と、フィードフォワ―ド補償器(FF補償器)15と、第2のPID制御器(第2の制御器)16と、第2のむだ時間補償器17と、目標値調整器18とを備える。なお、後述するように、第1のむだ時間差補償器12、第1のむだ時間補償器13、第2のむだ時間差補償器14、FF補償器15、第2のむだ時間補償器17、及び、目標値調整器18は適宜省略することができる。2. Configuration Example of Control Device FIG. 1 is a block diagram of a multi-input / output control system in the present embodiment. The
制御対象1は、複数の測定点と各測定点に対応する複数の入力を有する。制御対象1は、第1の部分制御対象1Aと第2の部分制御対象1Bとに分けて図示されている。第1の部分制御対象1Aは、複数の測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点(第1測定点)を出力とし、第1測定点に対応する入力を入力とする。第2の部分制御対象1Bは、複数の測定点のうち第1の部分制御対象1Aの測定点以外の測定点(第2測定点)を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする。第2の部分制御対象1Bの出力は、換言すれば、入力に対する応答が比較的速い測定点である。なお、第1の部分制御対象1A及び第2の部分制御対象1Bはそれぞれ、外乱を受ける場合がある。また、第1の部分制御対象1Aは、第2の部分制御対象1Bの入力等からの干渉を受ける場合があり、逆も同じである。 The
第1のPID制御器11は、第1の部分制御対象1Aに対してPID制御を行う。第2のPID制御器16は、第2の部分制御対象1Bに対してPID制御を行う。第1のPID制御器11及び第2のPID制御器16の設計手法は、従来の手法を用いることができる。なお、PID制御以外の他の制御法を用いてもよい。 The first PID controller 11 performs PID control on the first
以下、本実施の形態における各構成例を、図1を参照して説明する。 Hereafter, each structural example in this Embodiment is demonstrated with reference to FIG.
(構成1)
本実施の形態は、上述の基本構成で述べたように、スローモードの出力にファストモードの出力を追従させる構成を有する。例えば、第2の部分制御対象1Bの目標値SV2を、第1の部分制御対象1Aの出力PV1に基づいて定め、第2のPID制御器16に与える。なお、第1の部分制御対象1Aの出力PV1をそのまま第2の部分制御対象1Bの目標値SV2としてもよいが、後述するように、第1のむだ時間補償器13、第2のむだ時間差補償器14、及び/又は、目標値調整器18により、第1の部分制御対象1Aの出力PV1に基づいて第2の部分制御対象1Bの目標値SV2を求めることができる。図1に示すように、ブロック線図の左側(信号の上流側。マスタと呼ぶ場合もある)にスローモードを配置し、右側(信号の下流側。スレーブと呼ぶ場合もある)にファストモードを配置する。(Configuration 1)
As described in the above basic configuration, the present embodiment has a configuration in which the output in the fast mode follows the output in the slow mode. For example, the target value SV2 of the second partial control target 1B is determined based on the output PV1 of the first
このような構成により、スローモードとファストモードの2点間の温度差を零に近づけるような制御が可能となる。 With such a configuration, it is possible to perform control so that the temperature difference between the two points in the slow mode and the fast mode approaches zero.
(構成2)
本実施の形態は、スローモードの出力PV1に対して第1の部分制御対象1Aの時間遅れを補償してファストモードにおける目標値SV2を求める構成(第1のむだ時間補償器13)を有する。(Configuration 2)
The present embodiment has a configuration (first dead time compensator 13) that obtains the target value SV2 in the fast mode by compensating for the time delay of the first
スローモードの出力(第1の部分制御対象1Aの出力PV1)をそのままファストモードにおける目標値SV2とした場合、ファストモードの応答は、スローモードにおける時間遅れに加えて、ファストモードの時間遅れ分(むだ時間分)遅れて出力される。本実施の形態の第1のむだ時間補償器13は、第1の部分制御対象1Aの出力PV1から、第1の部分制御対象1Aのむだ時間成分を除去する。換言すると、第1のむだ時間補償器13からの出力は、スローモードの遅れ無し出力である。なお、多入出力制御系に干渉項が存在する場合、目標値SV2が定常偏差を持ち、その結果、ファストモードの出力PV2にも定常偏差が生じる。そこで、第1のむだ時間補償器13では、干渉項や外乱信号をそれに含む信号を出力する。 When the output in the slow mode (the output PV1 of the first
具体的には、第1のむだ時間補償器13は、Smith法の制御構造を応用して実現することができる。例えば、第1のむだ時間補償器13は、第1の部分制御対象1Aのむだ時間成分を含む第1の部分制御対象1Aのモデル(第1のモデル)と、第1の部分制御対象1Aのむだ時間成分を除いた第1の部分制御対象1Aのモデル(第2のモデル)を有する。例えば、第1のモデルには第1の部分制御対象1Aに対する操作量MV1を入力し、第1のモデルの出力を得る。また、例えば、第2のモデルには第1のPID制御器11からの出力を入力し、第2のモデルの出力を得る。第1のむだ時間補償器13は、例えば、第1の部分制御対象1Aの出力PV1から第1のモデルの出力を減算して、干渉項と外乱に相当する成分を求める。さらに、第1のむだ時間補償器13は、減算結果に第2のモデルの出力を加算して出力する。なお、上述の加算及び減算の順序が逆でもよいことはいうまでもない。第2のむだ時間補償器17は第1のむだ時間補償器13と同様に、第2の部分制御対象1Bに対する上記第1のモデルと第2のモデルを有し、同様の処理を行うように構成することができる。 Specifically, the first
なお、第1のむだ時間補償器13からの出力を、第1の部分制御対象1Aに対するフィードバックループにおけるフィードバックとしてもよい。また、第2の部分制御対象1Bの出力に対しても、第2のむだ時間補償器17より第2の部分制御対象1Bの時間遅れを補償して、第2の部分制御対象1Bに対するフィードバックループにおけるフィードバックとしてもよい。 The output from the first
このような構成により、ファストモードの出力が、スローモードの時間遅れとファストモードの時間遅れの双方を含むことを回避できる。また、外乱や干渉項を同定あるいは推定せずとも、ファストモードの出力での定常偏差を少なく又は零にできる。
(構成3)With such a configuration, it is possible to avoid that the output in the fast mode includes both the time delay in the slow mode and the time delay in the fast mode. Further, the steady-state deviation at the output of the fast mode can be reduced or zero without identifying or estimating the disturbance or the interference term.
(Configuration 3)
本実施の形態は、ファストモードにおける目標値応答について、第2のPID制御器16とFF補償器15を有する構成とする。 In this embodiment, the target value response in the fast mode is configured to include the
FF補償器15は、第2の部分制御対象1Bの逆特性を有する。第2の部分制御対象1Bの目標値SV2をFF補償器15と第2のPID制御器16に与え、FF補償器15の出力と第2のPID制御器16の出力を加算して第2の部分制御対象1Bに与える。 The
このような構成により、ファストモード自身の追従性を改善できる。換言すると、ファストモード自身の持つ動特性の遅れを改善し、スローモードの出力に対してほぼ遅れなく追従可能となる。これにより、スローモードとファストモードの温度差をより小さくすることが可能である。 With such a configuration, the followability of the fast mode itself can be improved. In other words, the delay of the dynamic characteristics of the fast mode itself can be improved, and the output of the slow mode can be followed almost without delay. Thereby, the temperature difference between the slow mode and the fast mode can be further reduced.
(構成4)
本実施の形態は、スローモードとファストモードの間のむだ時間差を補償する構成(第1のむだ時間差補償器12、第2のむだ時間差補償器14)を有する。(Configuration 4)
The present embodiment has a configuration (a first dead
スローモードの第1の部分制御対象1Aとファストモードの第2の部分制御対象1Bは、各々のむだ時間に差がある。したがって、第1のむだ時間補償器13からの遅れ無し出力をファストモードにおける目標値SV2とした場合、第1の部分制御対象1Aの出力PV1は第1の部分制御対象1Aのむだ時間分(L1とする)だけ遅れて出力されるのに対して、第2の部分制御対象1Bの出力PV2は第2の部分制御対象1Bのむだ時間分(L2とする)だけ遅れて出力される。その結果、両モードの出力にはむだ時間差分だけ時間差が生じる。これにより、同じ時間でみると温度差が生じる。 The first
本実施の形態の第1のむだ時間差補償器12は、第2の部分制御対象1Bのむだ時間が第1の部分制御対象1Aのむだ時間より長い場合(L2>L1)、第1の部分制御対象1Aの操作量を遅らせる。第1のむだ時間差補償器12は、例えば第2の部分制御対象1Bのむだ時間から第1の部分制御対象1Aのむだ時間を引いた差分(L2−L1)の時間だけ遅らせる。第2のむだ時間差補償器14は、第1の部分制御対象1Aのむだ時間が第2の部分制御対象1Bのむだ時間より長い場合(L1>L2)、第2の部分制御対象1Bの目標値又は操作量を遅らせる。第2のむだ時間差補償器14は、例えば第1の部分制御対象1Aのむだ時間から第2の部分制御対象1Bのむだ時間を引いた差分(L1−L2)の時間だけ遅らせる。 The first dead
なお、第2の部分制御対象1Bのむだ時間が第1の部分制御対象1Aのむだ時間より長い場合、第1のむだ時間差補償器12を有効にし、第1の部分制御対象1Aのむだ時間が第2の部分制御対象1Bのむだ時間より長い場合、第2のむだ時間差補償器14を有効にする切り替え部(図示せず)をさらに有しても良い。 When the dead time of the second partial control object 1B is longer than the dead time of the first
このような構成により、ファストモードの出力波形の形状がスローモードの出力波形の形状に一致しても、両出力にむだ時間差分だけ時間的にずれが生じ、出力の差(例えば、温度差)が一致しないという状況を改善できる。換言すると、応答波形の形状はスローモードの波形に一致させ、時間軸ではむだ時間の長いモードに一致させることで、両者の温度差の最小化を図ることが可能となる。 With such a configuration, even if the shape of the output waveform in the fast mode matches the shape of the output waveform in the slow mode, there is a time lag between both outputs, resulting in a difference in output (for example, temperature difference). Can be improved. In other words, it is possible to minimize the temperature difference between the two by matching the shape of the response waveform with the waveform of the slow mode and matching the mode with a long dead time on the time axis.
(構成5)
本実施の形態は、スローモードとファストモードにおける目標値が異なる場合でも、各モードにおける目標値の比を用いてファストモードにおける目標値を適切に設定する構成(目標値調整器18)を有する。(Configuration 5)
The present embodiment has a configuration (target value adjuster 18) that appropriately sets the target value in the fast mode using the ratio of the target values in each mode even when the target values in the slow mode and the fast mode are different.
目標値調整器18は、スローモードにおける目標値r1とファストモードにおける目標値r2の比(r2/r1)を入力される信号に乗じて出力する。ここでのファストモードにおける目標値r2とは、スローモードの出力に応じて動的に設定される目標値SV2ではなく、ファストモードの出力PVを最終的に到達させたい本来の目標値(本明細書において、最終目標値と称する)である。ここでのスローモードにおける目標値r1は、上述の目標値SV1と同じであるが、便宜上r1と記す。 The
このような構成により、温度差の制御に加え、多点間の温度の比を直接制御することができる。より具体的には、多点の目標値が異なる場合にも、スローモードの応答に対してファストモードの応答をそれらの比率を一定に制御しながら異なる目標値に追従させることができる。また、多点での目標値への到達時間を一致させ、またその応答の傾き(レート)を直接的に制御することができる。 With such a configuration, in addition to the temperature difference control, the temperature ratio between multiple points can be directly controlled. More specifically, even when multipoint target values are different, it is possible to follow different target values while controlling the ratio of the fast mode response to the slow mode response at a constant rate. In addition, it is possible to match the arrival times to the target values at multiple points and to directly control the slope (rate) of the response.
上述の構成1を基本構成とし、構成2乃至構成5を適宜組み合わせることができる。例えば本実施の形態の制御装置10は、以下の各態様のように構成することができるが、この組み合わせのみに限定されるものではない。 The above-described
(態様1)
制御装置10は上述の構成1で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と第2のPID制御器16を備える。第2の部分制御対象1Bの目標値として第1の部分制御対象1Aの出力を用いる。(Aspect 1)
The
(態様2)
制御装置10は、上述の構成1と構成2で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、第1のむだ時間補償器13を備える。制御装置10は、第2のむだ時間補償器17をさらに備えても良い。第2の部分制御対象1Bの目標値として、第1のむだ時間補償器13の出力を用いる。(Aspect 2)
The
(態様3)
制御装置10は、上述の構成1〜構成3で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、第1のむだ時間補償器13と、FF補償器15を備える。制御装置10は、第2のむだ時間補償器17をさらに備えても良い。第2の部分制御対象1Bの目標値として、第1のむだ時間補償器13の出力を用いる。(Aspect 3)
The
(態様4)
制御装置10は、上述の構成1〜構成4で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、第1のむだ時間補償器13と、FF補償器15と、第1のむだ時間差補償器12と、第2のむだ時間差補償器14を備える。制御装置10は、第2のむだ時間補償器17をさらに備えても良い。第2の部分制御対象1Bの目標値として、第2のむだ時間差補償器14の出力を用いる。(Aspect 4)
The
(態様5)
制御装置10は、上述の構成1〜構成5で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、第1のむだ時間補償器13と、FF補償器15と、第1のむだ時間差補償器12と、第2のむだ時間差補償器14と目標値調整器18を備える。制御装置10は、第2のむだ時間補償器17をさらに備えても良い。第2の部分制御対象1Bの目標値として、目標値調整器18の出力を用いる。(Aspect 5)
The
(態様6)
制御装置10は、上述の構成1と構成3で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、FF補償器15を備える。第2の部分制御対象1Bの目標値として第1の部分制御対象1Aの出力を用いる。(Aspect 6)
The
(態様7)
制御装置10は、上述の構成1と構成5で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、目標値調整器18を備える。第2の部分制御対象1Bの目標値として、目標値調整器18の出力を用いる。(Aspect 7)
The
(態様8)
上述の態様1、態様2、及び、態様6に対して、構成4を更に付加してもよい。この場合、第2の部分制御対象1Bの目標値として、第2のむだ時間差補償器14の出力を用いる。(Aspect 8)
The
(態様9)
上述の態様1、態様2、態様6、及び、態様8に対して、構成5を更に付加してもよい。第2の部分制御対象1Bの目標値として、目標値調整器18の出力を用いる。(Aspect 9)
The
3.シミュレーション結果
次に、2入出力温度制御でのシミュレーション結果を示す。図2は、従来の制御法による平均温度と多点間の温度差のシミュレーション結果を示す。図では、多点制御、特許文献1に示す方法及び特許文献2に示す方法について、制御対象の2点の平均温度21と各点間の温度差22の結果を示している。図中、多点制御における結果を実線で示し、符号にaを付している。また、特許文献1に示す方法における結果を破線で示し、符号にbを付している。特許文献2に示す方法における結果を一点鎖線で示し、符号にcを付している。図より、多点制御、特許文献1に示す方法、及び特許文献2に示す方法での最大温度差は、それぞれ約68℃、約18℃、約25℃である。3. Simulation Result Next, a simulation result in the two-input / output temperature control is shown. FIG. 2 shows a simulation result of an average temperature and a temperature difference between multiple points by a conventional control method. In the figure, for the multipoint control, the method shown in
図3A及び図3Bは、上述の態様2(構成1+2)におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、干渉項と外乱成分を含む、スローモードの遅れ無し出力(第1のむだ時間補償器13の出力)をファストモードにおける目標値SV2としたシミュレーション結果を示す。図3Aの上段は各モードにおける目標値SV1、SV2と出力PV1、PV2を示す。同図下段は各モードの制御入力MV1、MV2を示す。図3Bの上段は、各点の平均温度の目標値31、平均温度32、各点間の温度差の目標値41、及び、各点間の温度差42を示す。同図下段は制御入力を表している。図3B上段より、最大温度差(各点間の最大温度差)は約25℃であり、従来法と同等程度であることがわかる。また、目標値からの行き過ぎ量や整定時間といった動特性も改善されていることが確認できる。さらに、干渉があるにもかかわらず定常偏差は零となっている。 3A and 3B show simulation results in the above-described aspect 2 (
図4A及び図4Bは、上述の態様3(構成1+2+3)におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、ファストモードにFF補償器15を導入した場合のシミュレーション結果を示す。図4A上段より、FF補償器15によりファストモードの応答性、特に行き過ぎ量が低減し、その結果最大温度差が約15℃まで改善されたことがわかる。 4A and 4B show simulation results in the above-described aspect 3 (
図5A及び図5Bは、上述の態様4(構成1+2+3+4)におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、スローモードとファストモードの制御対象のむだ時間の差を補償したシミュレーション結果を示す。なお、この例では、両モードのむだ時間の差は0.5秒であり、スローモードの方がファストモードに比べ、むだ時間が長い。図5A上段に示すように、図4A上段に示す態様3に対して、ファストモードの出力PV2の立ち上がりが0.5秒遅れる。このように、ファストモードの出力PV2の立ち上がりとスローモードの出力PV1の立ち上がりが一致し、特に立ち上がり部分での両モードの温度差が更に小さくなることがわかる。図5B上段を見ても、温度差が小さくなっていることが確認できる。この例では最大温度差も12℃に改善された結果となる。 5A and 5B show simulation results in the above-described aspect 4 (
図6A及び図6Bは、上述の態様5(構成1+2+3+4+5)で異なる目標値におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、上述の構成1から構成5の全てを含む制御装置10での異なる目標値におけるシミュレーション結果である。この例では、目標値としてスローモードにおける目標値r1を100℃、ファストモードにおける目標値r2を200℃とした例を示す。態様5では、各目標値に対する温度の比が制御されており、図6A上段より、目標値への到達時間も温度の比の制御に応じてほぼ同一となっていることが確認できる。また、図6B上段の温度差も、定常状態で100℃(目標値の差)に制御されていることが確認できる。 6A and 6B show simulation results at different target values in the above-described aspect 5 (
図7A及び図7Bは、上述の態様5で同一目標値におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、上述の構成1から構成5の全てを含む制御装置10での同一目標値におけるシミュレーション結果を示す。図7Bより、平均温度特性では過渡特性(行き過ぎ量及び整定時間)も改善されており、また最大温度差は12℃であり、従来法より優れた効果を奏することが確認できる。 7A and 7B show simulation results for the same target value in the above-described
図8A及び図8Bは、上述の態様6(構成1+3)におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、ファストモードにFF補償器15を導入し、2自由度制御を適用した場合のシミュレーション結果を示す。従来の多点PID制御器に対して、応答が改善されることは確認できる。ただし、むだ時間分の遅れが生じるため応答が遅れる。
4.3点以上の制御8A and 8B show simulation results in the above-described aspect 6 (
4. Control over 3 points
上述の実施の形態では、主に2つの測定点(2点)を制御する例を用いて説明したが、本実施の形態は3点以上を制御する場合にも適用可能である。3点以上の制御の場合には、例えば入力に対する応答が最も遅い点に対する制御系をスローモードとし、それ以外の点に対する各制御系をファストモードとして信号の下流側に並列に配置してもよい。この場合、応答が最も遅いスローモードの出力をファストモードのすべての制御系における目標値としてもよい。なお、応答が最も遅い点に対する制御系をスローモードとする以外に、入力に対する応答が他の測定点に対して相対的に遅い点のひとつに対する制御系をスローモードとしてもよい。また、目標値と出力の偏差が大きいモードをマスタと捉え上流に配置し、その出力をそれ以外のモードへの目標値とした構造にしてもよい。 In the above-described embodiment, description has been made mainly using an example in which two measurement points (two points) are controlled. However, this embodiment can also be applied to a case where three or more points are controlled. In the case of control of three or more points, for example, the control system for the point with the slowest response to the input may be set to the slow mode, and the control systems for other points may be set to the fast mode in parallel on the downstream side of the signal. . In this case, the slow mode output with the slowest response may be set as the target value in all the control systems in the fast mode. In addition to setting the control system for the point with the slowest response to the slow mode, the control system for one of the points where the response to the input is relatively slow with respect to other measurement points may be set to the slow mode. Further, a mode in which a deviation between the target value and the output is large may be regarded as a master and arranged upstream, and the output may be set as a target value for other modes.
本発明は、例えば、多入出力制御系に適用可能である。 The present invention is applicable to, for example, a multiple input / output control system.
10 制御装置
11 第1のPID制御器
12 第1のむだ時間差補償器
13 第1のむだ時間補償器
14 第2のむだ時間差補償器
14 フィードフォワ―ド補償器(FF補償器)
16 第2のPID制御器
17 第2のむだ時間補償器
18 目標値調整器
DESCRIPTION OF
16
Claims (14)
前記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第1の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御する第1の制御器と、
前記測定点のうち前記第1の部分制御対象の測定点以外の測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第2の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御する第2の制御器と
を備え、
前記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値を前記第1の部分制御対象の出力に基づいて定め、前記第2の制御器に与える制御装置。A control device for controlling a control object having a plurality of measurement points and a plurality of inputs corresponding to each measurement point,
Among the measurement points, a measurement point whose response to an input is slower than responses at other measurement points is an output, and the measurement point is measured with respect to a first partial control object that has an input corresponding to the measurement point as an input. A first controller for controlling a physical quantity in
Among the measurement points, a measurement point other than the measurement point of the first partial control target is output, and a physical quantity at the measurement point is set for a second partial control target having an input corresponding to the measurement point as an input. A second controller for controlling,
A control device that determines a target value for a measurement point of the second partial control target based on an output of the first partial control target and supplies the target value to the second controller.
をさらに備え、
前記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値を前記第1のむだ時間補償器の出力に基づいて定め、前記第2の制御器に与える請求項1に記載の制御装置。A first dead time compensator for removing a dead time component of the first partial control target from an output of the first partial control target;
2. The control device according to claim 1, wherein a target value for a measurement point of the second partial control target is determined based on an output of the first dead time compensator and is given to the second controller.
を更に備え、
前記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値を、前記フィードフォワ―ド制御器と前記第2の制御器に与え、
前記フィードフォワード制御器の出力と前記第2の制御器の出力を、前記第2の部分制御対象に与える請求項1乃至3のいずれかに記載の制御装置。A feedforward controller having an inverse characteristic of the second partial control object;
A target value for the measurement point of the second partial control object is given to the feedforward controller and the second controller;
The control device according to any one of claims 1 to 3, wherein an output of the feedforward controller and an output of the second controller are given to the second partial control target.
をさらに備える請求項1乃至4のいずれかに記載の制御装置。A first dead time difference compensator for delaying the amount of operation of the first partial control object by a difference time obtained by subtracting the dead time of the first partial control object from the dead time of the second partial control object; The control device according to claim 1.
をさらに備える請求項1乃至5のいずれかに記載の制御装置。A second time delay for delaying a target value or an operation amount with respect to a measurement point of the second partial control target, a difference time obtained by subtracting the dead time of the second partial control target from the dead time of the first partial control target. The control device according to claim 1, further comprising a time difference compensator.
前記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値又は操作量を遅らせる第2のむだ時間差補償器と、
前記第1の部分制御対象のむだ時間が前記第2の部分制御対象のむだ時間より長い場合、前記第2のむだ時間差補償器を有効にし、前記第2の部分制御対象のむだ時間が前記第1の部分制御対象のむだ時間より長い場合、前記第1のむだ時間差補償器を有効にする切り替え部と
をさらに備える請求項1乃至4のいずれかに記載の制御装置。A first dead time difference compensator for delaying an operation amount of the first partial control target;
A second dead time difference compensator for delaying a target value or an operation amount for the measurement point of the second partial control target;
When the dead time of the first partial control object is longer than the dead time of the second partial control object, the second dead time difference compensator is enabled and the dead time of the second partial control object is the first time. 5. The control device according to claim 1, further comprising a switching unit that enables the first dead time difference compensator when the dead time is longer than one partial control target.
前記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答と比べて相対的に遅い測定点のひとつを出力とする部分制御対象を前記第1の部分制御対象とし、前記第1の制御器は、該第1の部分制御対象に対して該測定点における物理量を制御し、
前記測定点のうち前記第1の部分制御対象の測定点以外の複数の測定点を出力する部分制御対象を前記第2の部分制御対象とし、前記第2の制御器は、該第2の部分制御対象に対して各測定点における物理量を制御する請求項1乃至8のいずれかに記載の制御装置。The plurality of measurement points have three or more measurement points,
Of the measurement points, a partial control target that outputs one of the measurement points whose response to input is relatively slower than the response at other measurement points is set as the first partial control target, and the first controller Controls the physical quantity at the measurement point with respect to the first partial control object,
Among the measurement points, a partial control target that outputs a plurality of measurement points other than the measurement points of the first partial control target is set as the second partial control target, and the second controller includes the second part. The control device according to claim 1, wherein a physical quantity at each measurement point is controlled with respect to a control target.
前記第1の制御器及び前記第2の制御器はそれぞれ、PID制御器である請求項1乃至11のいずれかに記載の制御装置。The controlled object includes a dead time element,
The control device according to claim 1, wherein each of the first controller and the second controller is a PID controller.
前記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第1の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御することと、
前記測定点のうち前記第1の部分制御対象の測定点以外の測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第2の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御することと、
前記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値を前記第1の部分制御対象の出力に基づいて定めること
を含む制御方法。A control method for controlling a control object having a plurality of measurement points and a plurality of inputs corresponding to each measurement point,
Among the measurement points, a measurement point whose response to an input is slower than responses at other measurement points is an output, and the measurement point is measured with respect to a first partial control object that has an input corresponding to the measurement point as an input. Controlling physical quantities in
Among the measurement points, a measurement point other than the measurement point of the first partial control target is output, and a physical quantity at the measurement point is set for a second partial control target having an input corresponding to the measurement point as an input. Control and
A control method including determining a target value for a measurement point of the second partial control target based on an output of the first partial control target.
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