KR20180089271A - Ｐｉｄ 제어 장치, ｐｉｄ 제어 방법 및 ｐｉｄ 제어 프로그램 - Google Patents

Ｐｉｄ 제어 장치, ｐｉｄ 제어 방법 및 ｐｉｄ 제어 프로그램 Download PDF

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오므론 가부시키가이샤
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Abstract

[과제]
PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나는 기간을 단축시키는 것을 도모하기 위한 기술을 제공한다.
[해결수단]
계측값 취득 기능부(21)는 배럴(12)을 측정한 센서(13)의 센싱 신호를 처리하여 배럴(12)의 계측값을 취득한다. 기억부(4)는 배럴(12)의 목표값 및 PID 파라미터를 기억한다. 조작량 산출 기능부(26)는 배럴(12)의 계측값과 배럴(12) 목표값의 편차 및 PID 파라미터를 이용하여 조작량을 산출한다. 제 1 출력부(5) 및 제 2 출력부(6)는 조작량 산출 기능부(26)가 산출한 조작량을 출력한다. 제 1 업데이트 기능부(24)는 배럴(12)의 계측값의 변동폭이 제 1 폭보다 크면, PID 파라미터를 제 1 업데이트 작업을 통해 업데이트하고, 제 2 업데이트 기능부(25)는 배럴(12)의 계측값의 변동폭이 제 2 폭보다 작으면, PID 파라미터를 제 2 업데이트 작업을 통해 업데이트한다.

Description

ＰＩＤ 제어 장치, ＰＩＤ 제어 방법 및 ＰＩＤ 제어 프로그램 {ＰＩＤ CONTROL APPARATUS, ＰＩＤ CONTROL METHOD AND ＰＩＤ CONTROL PROGRAM}
이 발명은 PID 파라미터(parameter)를 이용하여 온도, 압력, 속도 등의 제어 대상을 PID 제어하는 기술에 관한 것이다.
지금까지는 PID 파라미터를 이용하여 온도, 압력, 속도 등의 제어 대상을 PID 제어하는 장치가 있었다. 이러한 장치는 PID 제어에서 이용하는 PID 파라미터를 자동으로 설정하는 오토 튜닝 기능을 가진다. 오토 튜닝 기능을 갖는 장치는 사용자가 오토 튜닝 키를 누르는 것과 같이 특정 작업을 수행하면, PID 파라미터의 자동 설정에 관한 처리를 실행한다. 이 오토 튜닝 기능에 의한 PID 파라미터의 자동 설정은, 조작량을 소정의 패턴으로 변화시켜 제어 대상의 변화 패턴을 검출하는 작업과, 여기서 검출된 제어 대상의 변화 패턴을 바탕으로 PID 파라미터를 계산하여 설정(업데이트)하는 작업으로 구성된다.
또한 특허문헌 1에 기재된 장치는, 제어 대상의 응답 파형에서 교란(disturbance)이 검출되면 응답 파형의 진동 주기 및 감쇠 비율 중 적어도 하나의 특징량을 이용하여 PID 파라미터를 업데이트하도록 구성되어 있다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 장치는, 제어 대상에 관한 기기 주변 환경의 변화나 기기 자체의 설정 변경 등에 따라 PID 파라미터의 값이 적정 범위에서 벗어나는 경우, 자동으로 PID 파라미터를 업데이트하도록 구성되어 있다.
특허문헌 1: 특개평 5-108107호 공보
그러나 특허문헌 1은, 제어 대상의 응답 파형에서 교란이 검출되는 것을 조건으로 하여 PID 파라미터를 업데이트하도록 구성되어 있다. 다시 말하면, 특허문헌 1은 제어 대상의 응답 파형에서 교란이 검출되지 않는 경우에는 PID 파라미터를 업데이트하지 않도록 구성되어 있다. 즉, 특허문헌 1은 PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어난 것을 트리거하여 PID 파라미터의 업데이트가 시작되도록 구성되어 있는 것이다. 따라서, 특허문헌 1은 PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나 있는 기간(제어 대상의 응답 파형에서 교란이 검출된 후부터 PID 파라미터의 업데이트가 완료될 때까지의 기간)이 길어진다.
생산 장비의 온도, 압력, 속도 등이 제어 대상인 경우, PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나 있는 기간에는 양질의 제품을 생산할 수 없다. 따라서 PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나 있는 기간이 길어짐에 따라, 수율(yield rate)이 감소된다. 또한 PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나 있는 기간에 소비되는 전력 등으로 인해, 운영 비용(running cost)이 증가된다.
본 발명의 목적은 PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나는 기간을 단축시키는 것을 도모하기 위한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 PID 제어 장치는 상기 목적을 달성하기 위하여 다음과 같이 구성되어 있다.
기억부에는, 제어 대상의 목표값 및 PID 파라미터가 기억된다. 계측값 취득부는 제어 대상을 측정한 센서의 센싱 신호(sensing signal)를 처리하여 제어 대상의 계측값을 취득한다. 예를 들어, 제어 대상이 온도인 경우, 센서는 열전대(thermocouple)나 측온 저항체와 같은 온도 센서이며, 온도 센서의 출력이 센싱 신호이다. 조작량 산출부는, 제어 대상의 계측값과 제어 대상의 목표값의 편차 및 PID 파라미터를 이용하여 조작량을 산출한다. 그리고 출력부는 조작량 산출부에서 산출된 조작량을 출력한다.
또한 변동폭 검출부는 제어 대상의 계측값의 변동폭을 검출한다. 업데이트부는 변동폭 검출부가 검출한 제어 대상의 계측값의 변동폭에 따라 PID 파라미터를 업데이트한다.
이러한 구성에 따르면, PID 파라미터는 그 값이 적정 범위에서 벗어나 있는지의 여부에 관계없이 그 시점에서의 적정 값으로 업데이트된다. 따라서 PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나는 상황을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나는 상황이 되어도 즉시 적정 범위의 값으로 업데이트 가능하다. 즉, PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나 있는 기간의 단축을 도모할 수 있다.
또한 업데이트부는, 변동폭 검출부가 검출한 제어 대상의 계측값의 변동폭이 제 1 폭보다 큰 경우 또는 제 2 폭보다 작은 경우에, PID 파라미터를 업데이트한다.
제어 대상의 계측값 변동폭이 제 1 폭보다 큰 경우에는 PID 파라미터의 비례 게인(P게인)이 비교적 큰 값이 된다. 이와 반대로 제어 대상의 계측값 변동폭이 제 2 폭보다 작은 경우에는 PID 파라미터의 비례 게인이 비교적 작은 값이 된다.
따라서, 제어 대상의 계측값 변동폭이 제 1 폭보다 큰 경우에는 PID 파라미터의 비례 게인을 그 시점의 값보다 작은 값으로 업데이트하면 된다. 또, 제어 대상의 계측값 변동폭이 제 2 폭보다 작은 경우에는 PID 파라미터의 비례 게인을 그 시점의 값보다 큰 값으로 업데이트하면 된다. 이를 통해 PID 파라미터의 비례 게인을 보다 적정한 값으로 업데이트하는 것이 가능하다.
덧붙여, 이 경우에, 제어 대상의 계측값 변동폭이 제 1 폭과 제 2 폭의 사이에 있으면 PID 파라미터를 업데이트하지 않도록 구성할 수도 있다. 또한 제 1 폭과 제 2 폭을 동일한 크기로 구성할 수도 있다.
PID 제어 장치가 PID 제어를 통한 가열 냉각 제어를 수행하는 장치인 경우, 조작량 산출부는 히터에 대한 조작량 및 쿨러에 대한 조작량을 산출하도록 구성하면 된다.
또한, 이 경우에 기억부는 히터에 대한 조작량의 산출에 이용하는 히터용 PID 파라미터 및 쿨러에 대한 조작량의 산출에 이용하는 쿨러용 PID 파라미터를, PID 파라미터로 기억하고, 업데이트부는 쿨러용 PID 파라미터는 업데이트하나 히터용 PID 파라미터는 업데이트하지 않도록 구성할 수도 있다. 이와 같이 구성하면 PID 제어 장치 본체의 처리 부하를 줄일 수 있다.
또한 출력부에서 출력되는 쿨러에 대한 조작량이 0인 경우에는 히터에 대한 PID 제어가 적합하지 않다고 추정되므로, 쿨러용 PID 파라미터에 대해서는 업데이트하지 않도록(히터용 PID 파라미터만 업데이트) 구성하는 것이 좋다. 또한 출력부에서 출력되는 히터에 대한 조작량이 0인 경우에는 쿨러에 대한 PID 제어가 적합하지 않다고 추정되므로, 히터용 PID 파라미터에 대해서는 업데이트하지 않도록(쿨러용 PID 파라미터만 업데이트) 구성하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면 PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나는 기간의 단축을 도모할 수 있다.
[도 1] 본 실시예에 따른 PID 제어 장치의 주요부 구성을 나타내는 블록도이다.
[도 2] 본 실시예에 따른 PID 제어 장치의 PID 제어 과정을 나타내는 흐름도이다.
[도 3] 본 실시예에 따른 PID 제어 장치의 PID 파라미터 업데이트 과정을 나타내는 흐름도이다.
[도 4] 헌팅(hunting) 상태인지의 여부를 검출하는 작업 및 안정(stabilization) 상태인지의 여부를 검출하는 작업을 설명하는 도면이다.
본 발명의 실시형태에 따른 PID 제어 장치에 대해 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 PID 제어 장치의 주요부 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시예에 따른 PID 제어 장치(1)는, PID 제어를 통해 압출 성형기(11)의 배럴(barrel)(12)의 온도를 제어한다. 즉, 본 실시예에 따른 PID 제어 장치(1)의 제어 대상은 압출 성형기(11)의 배럴(12)의 온도이다. 센서(13)가 배럴(12)의 온도를 감지한다. 센서(13)의 센싱 신호(배럴(12)의 온도를 감지하는 센싱 신호)는 PID 제어 장치(1)에 입력된다. 또한, 히터(14)는 배럴(12)을 가열하며, 쿨러(15)는 배럴(12)을 냉각한다. PID 제어 장치(1)는 히터(14)에 대해 조작량을 입력하고, 또한 쿨러(15)에 대해서도 조작량을 입력한다. 히터(14)는 PID 제어 장치(1)로부터 입력된 조작량에 따라 배럴(12)을 가열한다. 쿨러(15)는 PID 제어 장치(1)로부터 입력된 조작량에 따라 배럴(12)을 냉각한다.
덧붙여 PID 제어 장치(1)는 히터(14)에 대한 조작량 및 쿨러(15)에 대한 조작량을 개별적으로 산출한다.
PID 제어 장치(1)는 도 1에 나타낸 것과 같이, 제어부(2), 입력부(3), 기억부(4), 제 1 출력부(5), 제 2 출력부(6)를 포함한다.
제어부(2)는 PID 제어 장치(1)의 본체 각 부의 동작을 제어한다. 제어부(2)는 하드웨어 CPU, 메모리, 기타 전자 회로로 구성된다. 하드웨어 CPU는 각 기능부로써 기능하는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다. 제어부(2)가 가지는 각 기능부에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다. 제어부(2)는 이 발명에 따른 PID 제어 방법을 실행하는 컴퓨터에 해당한다. 또한, 제어부(2)는 이 발명에 따른 PID 제어 프로그램을 실행시키는 컴퓨터에 해당한다. 제어부(2)는 하드웨어 CPU, 메모리, 기타 전자 회로가 일체화된 LSI여도 무방하다.
입력부(3)에는 센서(13)가 연결되며, 배럴(12)의 온도를 감지한 센서(13)의 센싱 신호가 입력된다.
기억부(4)는 목표값, 히터용 PID 파라미터, 쿨러용 PID 파라미터, 제 1 변동폭 및 제 2 변동폭을 기억한다. 목표값은 제어 대상인 배럴(12)의 목표 온도이다. 사용자는 도시 생략한 조작부 등에서 기억부(4)에 대해 목표값을 설정하는 입력 작업을 할 수 있다.
PID 파라미터는 알려진 것과 같이, 비례 게인(P게인), 적분 게인(I게인) 및 미분 게인(D게인)으로 구성된다. 본 실시예에 따른 PID 제어 장치(1)는, 히터용 PID 파라미터와 쿨러용 PID 파라미터의 I게인 및 D게인이 공통되는 구성이어도 무방하고, 공통되는 구성이 아니어도 무방하다. 히터용 PID 파라미터와 쿨러용 PID 파라미터의 P게인은 공통되지 않는다.
제 1 변동폭은 배럴(12)의 온도 변동이 비교적 큰 것인지의 여부를 검출하는 데 이용하는 파라미터이다. 또한 제 2 변동폭은 배럴(12)의 온도 변동이 비교적 작은 것인지의 여부를 검출하는 데 이용하는 파라미터이다. 제 1 변동폭은 제 2 변동폭보다 큰 값을 가진다. 제 1 변동폭은 본 발명의 제 1 폭에 해당하며, 제 2 변동폭은 본 발명의 제 2 폭에 해당한다.
제 1 출력부(5)는 연결된 히터(14)에 대해 조작량을 출력한다. 제 2 출력부(6)는 연결된 쿨러(15)에 대해 조작량을 출력한다. 제 1 출력부(5) 및 제 2 출력부(6)는 본 발명의 출력부에 해당한다.
다음으로, 제어부(2)의 기능 구성에 대해 설명한다. 제어부(2)는 계측값 취득 기능부(21), 헌팅 검출 기능부(22), 안정 상태 검출 기능부(23), 제 1 업데이트 기능부(24), 제 2 업데이트 기능부(25), 조작량 산출 기능부(26)를 포함한다.
계측값 취득 기능부(21)는 입력부(3)에 입력된 센서(13)의 센싱 신호를 처리하여, 제어 대상인 배럴(12)의 온도를 취득한다. 계측값 취득 기능부(21)는 본 발명의 계측값 취득부에 해당한다.
헌팅 검출 기능부(22)는 배럴(12)의 온도가 비교적 크게 변동하는 헌팅 상태인지의 여부를 검출한다. 헌팅 검출 기능부(22)는 미리 정해진 상태 검출 주기(1주기는 ft이다.)에서, 헌팅 상태인지의 여부를 반복하여 검출한다. 헌팅 검출 기능부(22)는 상태 검출 주기에서, 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최대값과, 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최소값의 온도 차이가, 기억부(4)에 기억된 제 1 변동폭보다 크면 헌팅 상태인 것으로 검출한다. 헌팅 검출 기능부(22)는 상태 검출 주기에서, 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최대값과 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최소값의 온도 차이가, 기억부(4)에 기억된 제 1 변동폭보다 작으면 헌팅 상태인 것으로 검출하지 않는다.
덧붙여, 헌팅 검출 기능부(22)는 상태 검출 주기에서, 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최대값과, 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최소값의 온도 차이가, 기억부(4)에 기억된 제 1 변동폭인 경우에는, 헌팅 상태인 것으로 검출하도록 구성할 수도 있고, 헌팅 상태인 것으로 검출하지 않도록 구성할 수도 있다.
안정 상태 검출 기능부(23)는, 배럴(12)의 온도가 거의 변동되지 않는 안정 상태인지의 여부를 검출한다. 안정 상태 검출 기능부(23)는 미리 정해진 상태 검출 주기에서, 안정 상태인지의 여부를 반복하여 검출한다. 안정 상태 검출 기능부(23)는 상태 검출 주기에서, 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최대값과 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최소값의 온도 차이가, 기억부(4)에 기억된 제 2 변동폭보다 작으면, 안정 상태인 것으로 검출한다. 안정 상태 검출 기능부(23)는 상태 검출 주기에서, 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최대값과 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최소값의 온도 차이가, 기억부(4)에 기억된 제 2 변동폭보다 크면 안정 상태인 것으로 검출하지 않는다.
덧붙여, 안정 상태 검출 기능부(23)는 상태 검출 주기에서, 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최대값과 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12) 온도의 최소값의 온도 차이가, 기억부(4)에 기억된 제 2 변동폭인 경우에는, 안정 상태인 것으로 검출하도록 구성할 수도 있고, 안정 상태인 것으로 검출하지 않도록 구성할 수도 있다.
본 실시예에서는, 상술한 바와 같이 제 1 변동폭은 제 2 변동폭보다 크기 때문에 헌팅 검출 기능부(22)가 헌팅 상태라고 검출했을 때, 안정 상태 검출 기능부(23)가 안정 상태인 것으로 검출하는 경우는 발생하지 않는다. 또한 안정 상태 검출 기능부(23)가 안정 상태라고 검출했을 때, 헌팅 검출 기능부(22)가 헌팅 상태라고 검출하는 경우는 발생하지 않는다. 헌팅 검출 기능부(22) 및 안정 상태 검출 기능부(23)의 각각은 본 발명의 변동폭 검출부에 해당하는 구성을 가진다.
제 1 업데이트 기능부(24)는, 헌팅 검출 기능부(22)가 헌팅 상태인 것으로 검출하면 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 업데이트한다. 즉, 제 1 업데이트 기능부(24)는 헌팅 검출 기능부(22)가 헌팅 상태인 것으로 검출하지 않으면 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 업데이트하지 않는다.
덧붙여, 본 실시예에서는 제 1 업데이트 기능부(24)는 기억부(4)에 기억된 히터용 PID 파라미터에 대해서는 업데이트를 진행하지 않는 구성이라고 설명했으나, 히터용 PID 파라미터에 대해서 업데이트하도록 구성할 수도 있다.
제 2 업데이트 기능부(25)는, 안정 상태 검출 기능부(23)가 안정 상태인 것으로 검출하면 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 업데이트한다. 즉, 제 2 업데이트 기능부(25)는 안정 상태 검출 기능부(23)가 안정 상태인 것으로 검출하지 않으면 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 업데이트하지 않는다.
덧붙여, 본 실시예에서는 제 2 업데이트 기능부(25)는 기억부(4)에 기억된 히터용 PID 파라미터에 대해서는 업데이트를 진행하지 않는 구성이라고 설명했으나, 히터용 PID 파라미터에 대해서 업데이트하도록 구성할 수도 있다.
제 1 업데이트 기능부(24) 및 제 2 업데이트 기능부(25)는 본 발명의 업데이트부에 상당한다. 또한 제 1 업데이트 기능부(24)는 본 발명의 제 1 업데이트 작업을 수행하며, 제 2 업데이트 기능부(25)는 본 발명의 제 2 업데이트 작업을 수행한다.
조작량 산출 기능부(26)는, 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12)의 온도와 기억부(4)에 기억된 목표값의 편차에 기초하여, 히터(14)에 대한 조작량 및 쿨러(15)에 대한 조작량을 산출한다. 조작량 산출 기능부(26)는, 그 시점에서 기억부(4)에 기억된 히터용 PID 파라미터를 이용하여 히터(14)에 대한 조작량을 산출한다. 또한 조작량 산출 기능부(26)는 그 시점에서 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 이용하여 쿨러(15)에 대한 조작량을 산출한다. 조작량 산출 기능부(26)는 본 발명의 조작량 산출부에 상당한다.
제 1 출력부(5)는 조작량 산출 기능부(26)가 산출한 히터(14)에 대한 조작량을 연결되어 있는 히터(14)로 출력한다. 제 2 출력부(6)는 조작량 산출 기능부(26)가 산출한 쿨러(15)에 대한 조작량을 연결되어 있는 쿨러(15)로 출력한다.
다음으로, 본 실시예에 따른 PID 제어 장치(1)의 동작에 대해 설명한다. 본 실시예에 따른 PID 제어 장치(1)는, 제어 대상인 배럴(12)의 온도를 목표값으로 제어하는 PID 제어 작업 및 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 업데이트하는 PID 파라미터 업데이트 작업을 병행하여 수행한다.
도 2는, 본 실시예에 따른 PID 제어 장치의 PID 제어 작업을 나타내는 흐름도이다. PID 제어 장치(1)는, 배럴(12)의 온도를 취득한다(s1). s1에서는 계측값 취득 기능부(21)가 입력부(3)에 입력된 센서(13)의 센싱 신호를 처리하여 배럴(12)의 온도를 취득한다.
조작량 산출 기능부(26)는, s1에서 취득한 배럴(12)의 온도(계측값)와 기억부(4)에 기억된 배럴(12) 온도의 목표값의 편차를 산출한다(s2). 조작량 산출 기능부(26)는 s2에서 산출된 편차 및 이 시점에서 기억부(4)에 기억된 히터용 PID 파라미터를 이용하여 히터(14)에 대한 조작량을 산출한다(s3). 또 조작량 산출 기능부(26)는 s2에서 산출된 편차 및 이 시점에서 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 이용하여 쿨러(15)에 대한 조작량을 산출한다(s4). s3에 관한 작업과 s4에 관한 작업의 순서는, 둘 중 한 쪽을 먼저 처리해도 되고, 병행하여 실시해도 무방하다.
PID 제어 장치(1)는, 제 1 출력부(5)가 s3에서 산출된 히터(14)에 대한 조작량을 히터(14)로 출력하고, 제 2 출력부(6)가 s4에서 산출된 쿨러(15)에 대한 조작량을 쿨러(15)로 출력한다(s5, s6). 히터(14)는 PID 제어 장치(1)로부터 입력된 조작량에 따라 발열을 제어하여, 배럴(12)을 가열한다. 또한, 쿨러(15)는 PID 제어 장치(1)로부터 입력된 조작량에 따라 냉각수 유량을 제어하여, 배럴(12)을 냉각한다. s5에 관한 작업과 s6에 관한 작업의 순서는, 둘 중 한 쪽을 먼저 처리해도 되고, 병행하여 실시해도 무방하다.
예를 들어, PID 제어 장치(1)는, s1에서 취득한 배럴(12)의 온도가 목표 온도보다 일정 온도 이상 높으면, 히터(14)에 대한 조작량을 0으로 설정한다(히터(14)의 발열량을 0으로 설정한다). 또한 PID 제어 장치(1)는, s1에서 취득한 배럴(12)의 온도가 목표 온도보다 일정 온도 이상 낮으면, 쿨러(15)에 대한 조작량을 0으로 설정한다(냉각수 유량을 0으로 설정한다). 또한 PID 제어 장치(1)는, s1에서 취득한 배럴(12)의 온도와 목표 온도의 편차가 일정 온도 이하인 경우에, 히터(14) 및 쿨러(15)에 대한 조작량을 모두 0으로 설정하도록 구성할 수도 있으며(이른 바 데드 밴드(dead bend)가 설정된 가열 냉각 제어를 수행하도록 구성할 수도 있으며), 히터(14) 및 쿨러(15)에 대한 조작량을 모두 0으로 설정하지 않도록 구성할 수도 있다(이른 바 오버랩(overlap)이 설정된 가열 냉각 제어를 수행하도록 구성할 수도 있다).
PID 제어 장치(1)는, PID 제어의 종료 타이밍이 될 때까지(s7) 상술한 s1~s6의 작업을 반복한다. PID 제어의 종료는 예를 들어 압출 성형기(11)의 정지가 검출된 타이밍에 종료하면 된다. 또한 PID 제어 장치(1)는, 도 2에 나타낸 PID 제어 작업을, 예를 들어 압출 성형기(11)의 기동과 연동하여 시작하도록 구성하면 된다.
도 3은 본 실시예에 따른 PID 제어 장치의 PID 파라미터 업데이트 작업을 나타내는 흐름도이다. PID 제어 장치(1)는, 헌팅 검출 기능부(22) 및 안정 상태 검출 기능부(23)가 상태 검출 타이밍이 될 때까지 배럴(12)의 온도를 수집한다(s11, s12). 상술한 것과 같이, 계측값 취득 기능부(21)가 배럴(12)의 온도를 취득한다. 헌팅 검출 기능부(22) 및 안정 상태 검출 기능부(23)는 계측값 취득 기능부(21)가 취득한 배럴(12)의 온도를 수집한다.
상태 검출 타이밍은 배럴(12)의 온도가 헌팅 상태인지의 여부 및 안정 상태인지의 여부를 검출하는 타이밍이다. PID 제어 장치(1)는, 배럴(12)의 온도가 헌팅 상태인지 안정 상태인지의 여부를 검출하는 것을 상태 검출 주기에서 반복한다. 여기에서는 상태 검출 주기를 ft로 설명한다.
PID 제어 장치(1)는, s12에서 상태 검출 타이밍이라고 판정하면, 헌팅 검출 기능부(22)는 배럴(12)의 온도가 헌팅 상태인지의 여부를 검출한다(s13). 헌팅 검출 기능부(22)는, 이번 상태 검출 주기(ft) 기간에 수집한 배럴(12) 온도의 최대값(Max)과 최소값(Min)의 온도 차이(Max-Min)를, 배럴(12) 온도의 변동폭으로 취득한다(도 4 참조). 도 4는 상태 감지 주기(ft) 기간에 수집된 배럴(12)의 온도 변화를 예시한 것이다. 도 4에는 상태 감지 주기(ft) 3개를 예시하였다. 헌팅 검출 기능부(22)는, 이번 상태 검출 주기(ft) 기간에 수집한 배럴(12) 온도의 변동폭이 기억부(4)에 기억된 제 1 변동폭보다 큰 경우, 배럴(12)의 온도가 헌팅 상태인 것으로 검출한다.
헌팅 검출 기능부(22)가 배럴(12)의 온도가 헌팅 상태인 것으로 검출하지 않는 경우, 안정 상태 검출 기능부(23)는 배럴(12)의 온도가 안정 상태인지의 여부를 검출한다(s14). 안정 상태 검출 기능부(23)는 헌팅 검출 기능부(22)와 마찬가지로, 이번 상태 검출 주기(ft) 기간에 수집한 배럴(12) 온도의 최대값 (Max)과 최소값(Min)의 온도 차이(Max-Min)를, 배럴(12) 온도의 변동폭으로 취득한다. 안정 상태 검출 기능부(23)는 이번 상태 검출 주기(ft) 기간에 수집한 배럴(12) 온도의 변동폭이 기억부(4)에 기억된 제 2 변동폭보다 작은 경우, 배럴(12)의 온도가 안정 상태인 것으로 검출한다. s13에 관한 작업 및 s14에 관한 작업은 그 순서가 상술한 것과 반대여도 무방하다.
PID 제어 장치(1)는, s13에서 배럴(12)의 온도가 헌팅 상태인 것으로 검출되면, 제 1 업데이트 기능부(24)가 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 업데이트하는 제 1 업데이트 작업을 수행하고(s15), s11로 되돌아온다. 또한 PID 제어 장치(1)는, s14에서 배럴(12)의 온도가 조정 상태인 것으로 검출되면 제 2 업데이트 기능부(25)가 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 업데이트하는 제 2 업데이트 작업을 수행하고(s16), s11로 되돌아온다.
s15에 관한 제 1 업데이트 작업에서는, 그 시점에서 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터의 P게인, I게인 및 D게인 각각을, 미리 정해진 계산식 Q1, Q2, Q3을 통해 산출한다. 계산식 Q1은 그 시점에서의 쿨러용 PID 파라미터의 P게인 및 이번 상태 검출 주기(ft) 기간의 배럴(12) 온도의 변동폭을 대입하여 이를 통해 P게인의 업데이트값을 산출한다. 또한 계산식 Q2는 그 시점에서의 쿨러용 PID 파라미터의 I게인 및 이번 상태 검출 주기(ft) 기간의 배럴(12) 온도의 변동폭을 대입하여 이를 통해 I게인의 업데이트값을 산출한다. 또한 계산식 Q3은 그 시점에서의 쿨러용 PID 파라미터의 D게인 및 이번 상태 검출 주기(ft) 기간의 배럴(12) 온도의 변동폭을 대입하여 이를 통해 D게인의 업데이트값을 산출한다.
제 1 업데이트 기능부(24)는 계산식 Q1, Q2, Q3을 통해 산출된 P게인, I게인 및 D게인을, 쿨러용 PID 파라미터로 기억부(4)에 기억시킨다(기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 업데이트한다). 또한 계산식 Q1은 계산된 P게인의 값(업데이트하는 P게인의 값)이, 그 시점의 P게인의 값(업데이트 직전의 P게인 값)보다 작아지는 계산식이다. 배럴(12) 온도의 변동폭이 제 1 폭보다 큰 경우에, PID 파라미터의 P게인은 적정 범위의 값이라고 하더라도 적정 범위의 중간 값보다 큰 값이다.
또한 s16에 관한 제 2 업데이트 작업에서는 그 시점에서 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터의 P게인, I게인 및 D게인 각각을, 미리 정해진 계산식 R1, R2, R3을 통해 산출한다. 계산식 R1은 그 시점에서의 쿨러용 PID 파라미터의 P게인 및 이번 상태 검출 주기(ft) 기간의 배럴(12) 온도의 변동폭을 대입하여 이를 통해 P게인의 업데이트값을 산출한다. 또한 계산식 R2는 그 시점에서의 쿨러용 PID 파라미터의 I게인 및 이번 상태 검출 주기(ft) 기간의 배럴(12) 온도의 변동폭을 대입하여 I게인의 업데이트값을 산출한다. 또한 계산식 R3은 그 시점에서의 쿨러용 PID 파라미터의 D게인 및 이번 상태 검출 주기(ft) 기간의 배럴(12) 온도의 변동폭을 대입하여 D게인의 업데이트값을 산출한다.
제 2 업데이트 기능부(25)는 계산식 R1, R2, R3을 통해 산출된 P게인, I게인 및 D게인을, 쿨러용 PID 파라미터로 기억부(4)에 기억시킨다(기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 업데이트한다). 계산식 R1은 계산된 P게인 값(업데이트하는 P게인의 값)이, 그 시점의 P게인의 값보다 커지는 계산식이다. 배럴(12) 온도의 변동폭이 제 2 폭보다 작은 경우에, PID 파라미터의 P게인은 적정 범위의 값이라고 하더라도 적정 범위의 중간 값보다 작은 값이다.
PID 제어 장치(1)는, 배럴(12)의 온도가 헌팅 상태인 것으로도 또 안정 상태인 것으로도 검출되지 않은 경우, 기억부(4)에 기억된 쿨러용 PID 파라미터를 업데이트하지 않고(s15 또는 s16에 관한 작업을 수행하지 않고), s11로 되돌아온다.
이처럼 본 실시예에 따른 PID 제어 장치(1)는, PID 파라미터의 값을, 적정 범위에서 벗어났는지의 여부에 관계없이 그 시점에서의 적정 값으로 업데이트한다. 따라서 본 실시예에 따른 PID 제어 장치(1)는, PID 파라미터의 값이 적정 범위에서 벗어나는 것을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나더라도 즉시 적정 범위의 값으로 업데이트 가능하다. 즉, PID 파라미터의 값이 적정 범위를 벗어나는 기간의 단축을 도모할 수 있다. 또한 압출 성형기(11)에서의 제품의 생산 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 운영 비용의 증가를 억제할 수 있다.
덧붙여 위에서는, s15 및 s16에서는 히터용 PID 파라미터에 대해서는 업데이트를 진행하지 않는 구성인 것으로 설명했으나, 쿨러용 PID 파라미터와 마찬가지로 히터용 PID 파라미터도 업데이트하도록 구성할 수도 있다.
또한 s4에서 산출된 쿨러(15)의 조작량이 0인 경우, 즉 제 2 출력부(6)에서 출력되는 쿨러(15)에 대한 조작량이 0인 경우에는, 히터(14)에 대한 PID 제어가 적합하지 않다고 추정되므로, s15 및 s16에서 쿨러용 PID 파라미터에 대해서는 업데이트를 진행하지 않도록 구성하는 것이 좋다. 마찬가지로, s3에서 산출된 히터(14)의 조작량이 0인 경우, 즉 제 1 출력부(5)에서 출력되는 히터(14)에 대한 조작량이 0인 경우에는, 쿨러(15)에 대한 PID 제어가 적합하지 않다고 추정되므로, s15 및 s16에서 히터용 PID 파라미터에 대해서는 업데이트를 진행하지 않도록 구성하는 것이 좋다.
또한 위에서는, s15 및 s16에서는 쿨러용 PID 파라미터의 P게인, I게인 및 D게인 각각을 업데이트하는 것으로 설명했으나, P게인만 업데이트 하고 I게인 및 D게인에 대해서는 업데이트하지 않도록 구성할 수도 있다.
또한 위에서는, 배럴(12)의 온도가 헌팅 상태 및 안정 상태 중 어느 쪽도 아닌 경우에, PID 파라미터(쿨러용 PID 파라미터 및 히터용 PID 파라미터)를 업데이트하지 않는다고 설명했으나, 이 때도 PID 파라미터를 업데이트하도록 구성할 수도 있다.
또한 가열 냉각 제어를 수행하는 PID 제어 장치를 예로 들어 본 발명을 설명했으나, 가열 또는 냉각 중 하나를 PID 제어하는 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한 본 발명은 제어 대상이 온도가 아닌 압력이나 속도 등인 PID 제어 장치에도 적용될 수 있다.
1 ... PID 제어 장치
2 ... 제어부
3 ... 입력부
4 ... 기억부
5 ... 제 1 출력부
6 ... 제 2 출력부
11 ... 압출 성형기
12 ... 배럴
13 ... 센서
14 ... 히터
15 ... 쿨러
21 ... 계측값 취득 기능부
22 ... 헌팅 검출 기능부
23 ... 안정 상태 검출 기능부
24 ... 제 1의 업데이트 기능부
25 ... 제 2의 업데이트 기능부
26 ... 조작량 산출 기능부

Claims (10)

  1. 제어 대상을 측정한 센서의 센싱 신호를 처리하여, 상기 제어 대상의 계측값을 취득하는 계측값 취득부,
    상기 제어 대상의 목표값 및 PID 파라미터를 기억하는 기억부,
    상기 제어 대상의 계측값과 상기 제어 대상의 목표값의 편차 및 상기 PID 파라미터를 이용하여 조작량을 산출하는 조작량 산출부,
    상기 조작량 산출부가 산출한 조작량을 출력하는 출력부,
    상기 제어 대상의 계측값의 변동폭을 검출하는 변동폭 검출부,
    상기 변동폭 검출부가 검출한 상기 제어 대상의 계측값의 변동폭에 따라 상기 PID 파라미터를 업데이트하는 업데이트부를 포함하며,
    상기 업데이트부는,
    상기 변동폭 검출부가 검출한 상기 제어 대상의 계측값의 변동폭이 제 1 폭보다 크면, 상기 기억부에 기억된 상기 PID 파라미터를 업데이트하는 제 1 업데이트 작업을 수행하고,
    상기 변동폭 검출부가 검출한 상기 제어 대상의 계측값의 변동폭이 제 2 폭보다 작으면, 상기 기억부에 기억된 상기 PID 파라미터를 업데이트하는 제 2 업데이트 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 PID 제어 장치.
  2. 청구항 1항에 있어서
    상기 제 1 폭은 상기 제 2 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 PID 제어 장치.
  3. 청구항 1 또는 2항에 있어서,
    상기 제 1 업데이트 작업은, 상기 PID 파라미터의 비례 제어에 관한 비례 게인을 그 시점의 상기 비례 게인보다 작은 값으로 업데이트하는 것을 특징으로 하는PID 제어 장치.
  4. 청구항 1 또는 2항에 있어서,
    상기 제 2 업데이트 작업은, 상기 PID 파라미터의 비례 제어에 관한 비례 게인을 그 시점의 상기 비례 게인보다 큰 값으로 업데이트하는 것을 특징으로 하는 PID 제어 장치.
  5. 청구항 1 또는 2항에 있어서,
    상기 조작량 산출부는 히터에 대한 조작량 및 쿨러에 대한 조작량을 산출하는 것을 특징으로 하는 PID 제어 장치.
  6. 청구항 5항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 히터에 대한 조작량 산출에 이용되는 히터용 PID 파라미터 및 상기 쿨러에 대한 조작량 산출에 이용되는 쿨러용 PID 파라미터를 상기 PID 파라미터로 기억하고,
    상기 업데이트부는, 상기 쿨러용 PID 파라미터는 업데이트하고, 상기 히터용 PID 파라미터는 업데이트하지 않는 것을 특징으로 하는 PID 제어 장치.
  7. 청구항 5항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 히터에 대한 조작량 산출에 이용되는 히터용 PID 파라미터 및 상기 쿨러에 대한 조작량 산출에 이용되는 쿨러용 PID 파라미터를 상기 PID 파라미터로 기억하고,
    상기 업데이트부는 상기 출력부에서 출력되는 상기 쿨러에 대한 조작량이 0인 경우, 상기 쿨러용 PID 파라미터를 업데이트하지 않는 것을 특징으로 하는 PID 제어 장치.
  8. 청구항 5항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 히터에 대한 조작량 산출에 이용되는 히터용 PID 파라미터 및 상기 쿨러에 대한 조작량 산출에 이용되는 쿨러용 PID 파라미터를 상기 PID 파라미터로 기억하고,
    상기 업데이트부는 상기 출력부에서 출력되는 상기 히터에 대한 조작량이 0인 경우, 상기 히터용 PID 파라미터를 업데이트 하지 않는 것을 특징으로 하는 PID 제어 장치.
  9. 컴퓨터가,
    제어 대상을 측정한 센서의 센싱 신호를 처리하여, 상기 제어 대상의 계측값을 취득하는 계측값 취득 단계,
    상기 제어 대상의 계측값과 기억부에 기억된 상기 제어 대상의 목표값의 편차 및 상기 기억부에 기억된 PID 파라미터를 이용하여 조작량을 산출하는 조작량 산출 단계,
    상기 조작량 산출 단계에서 산출된 조작량을 출력부에서 출력하는 출력 단계,
    상기 제어 대상의 계측값의 변동폭을 검출하는 변동폭 검출 단계,
    상기 변동폭 검출 단계에서 검출된 상기 제어 대상의 계측값의 변동폭에 따라 상기 PID 파라미터를 업데이트하는 업데이트 단계를 실행하는 PID 제어 방법으로,
    상기 업데이트 단계는
    　　상기 변동폭 검출 단계에서 검출된 상기 제어 대상의 계측값의 변동폭이 제 1 폭보다 크면, 상기 기억부에 기억된 상기 PID 파라미터를 업데이트하는 제 1 업데이트 작업을 수행하고,
    　　상기 변동폭 검출 단계에서 검출된 상기 제어 대상의 계측값의 변동폭이 제 2 폭보다 작으면, 상기 기억부에 기억된 상기 PID 파라미터를 업데이트하는 제 2 업데이트 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 PID 제어 방법.
  10. 제어 대상을 측정한 센서의 센싱 신호를 처리하여 상기 제어 대상의 측정 값을 취득하는 계측값 취득 단계,
    상기 제어 대상의 계측값과 기억부에 기억된 상기 제어 대상의 목표값의 편차 및 상기 기억부에 기억된 PID 파라미터를 이용하여 조작량을 산출하는 조작량 산출 단계,
    상기 조작량 산출 단계에서 산출된 조작량을 출력부에서 출력하는 출력 단계,
    상기 제어 대상의 계측값의 변동폭을 검출하는 변동폭 검출 단계,
    상기 변동폭 검출 단계에서 검출된 상기 제어 대상의 계측값의 변동폭에 따라 상기 PID 파라미터를 업데이트하는 업데이트 단계를 컴퓨터로 실행시키는 PID 제어 프로그램으로,
    상기 업데이트 단계는,
    　　상기 변동폭 검출 단계에서 검출된 상기 제어 대상의 계측값의 변동폭이 제 1 폭보다 크면, 상기 기억부에 기억된 상기 PID 파라미터를 업데이트하는 제 1 업데이트 작업을 수행하고,
    　　상기 변동폭 검출 단계에서 검출된 상기 제어 대상의 계측값의 변동폭이 제 2 폭보다 작으면, 상기 기억부에 기억된 상기 PID 파라미터를 업데이트하는 제 2 업데이트 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 PID 제어 프로그램.
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