WO2019193678A1 - 制御装置の調整支援装置及び制御装置の調整装置 - Google Patents

制御装置の調整支援装置及び制御装置の調整装置 Download PDF

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WO2019193678A1
WO2019193678A1 PCT/JP2018/014408 JP2018014408W WO2019193678A1 WO 2019193678 A1 WO2019193678 A1 WO 2019193678A1 JP 2018014408 W JP2018014408 W JP 2018014408W WO 2019193678 A1 WO2019193678 A1 WO 2019193678A1
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output
ratio
proportional
adjustment
unit
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PCT/JP2018/014408
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English (en)
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勝敏 井▲崎▼
堅嗣 矢野
木原　健
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理化工業株式会社
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
    • 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
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/26—Automatic controllers electric in which the output signal is a pulse-train
    • 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
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • 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
    • G05B13/0265—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion

Definitions

  • the present invention relates to an adjustment support device for a control device and an adjustment device for a control device, and more particularly, to provide an adjustment support device for a control device that provides a guideline for adjusting parameters of the PID control device, and to automatically set the parameters of the PID control device. It is related with the adjustment apparatus of the control apparatus adjusted by.
  • a PID control device having proportional (P), integral (I), and differential (D) elements is known.
  • P proportional
  • I integral
  • D differential
  • the PID constant calculation unit measures the vibration period, the vibration amplitude, and the phase difference of the measurement value and the operation amount from the peak value of the measurement value and the operation amount. Based on this, it is disclosed to calculate a modified PID constant for suppressing the vibration and replace the PID constant of the PID control calculation unit.
  • parameter adjustment direction when manually adjusting the parameters for the proportional, integral and derivative elements of the PID control device, there is no way of knowing which parameter to adjust. Even if a parameter can be specified, there is no way of knowing whether the value of the parameter should be increased or decreased (hereinafter referred to as parameter adjustment direction).
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an adjustment support device for a control device and an adjustment device for the control device that specify parameters to be adjusted in the PID control device and an adjustment direction of the parameters.
  • an adjustment support device that supports the adjustment of the parameters of the PID control device that controls the control target by setting each parameter for the proportional element, the integral element, and the differential element, ) A notification unit for outputting a parameter adjustment guideline in a manner that can be detected by the user; and (b) inputting at least a proportional output and a differential output of the PID control device, a phase difference between the proportional output and the differential output, and a proportional output or differential.
  • a parameter indicating that a first ratio with an output period or a predetermined multiple of the period is obtained, and when the first ratio is less than a predetermined first threshold, the differential element is strong or the differential element is weakened from the notification unit.
  • An adjustment guideline is output, and when the first ratio is greater than or equal to a predetermined first threshold value and less than or equal to a second threshold value, it indicates that the proportional element is strong or weakens from the notification unit.
  • the parameter adjustment guideline is output and the first ratio is larger than a predetermined second threshold, it indicates that the proportional element is weak or the integral element is strong or the proportional element is strengthened or the integral element is weakened from the notification unit.
  • an adjusting device for adjusting the parameters of a PID control device for controlling a controlled object in which parameters for a proportional element, an integral element and a differential element are set
  • An adjustment unit for adjusting the parameter of the PID control device in accordance with a parameter adjustment guideline, and (B) inputting at least a proportional output and a differential output of the PID control device, a phase difference between the proportional output and the differential output, and a proportional output
  • the first ratio with the period of the differential output or a predetermined multiple of the period is obtained, and when the first ratio is less than a predetermined first threshold, the adjustment unit is instructed with a parameter adjustment guide for weakening the differential element, When the first ratio is greater than or equal to a predetermined first threshold value and less than or equal to a second threshold value, the adjustment unit is instructed with a parameter adjustment guideline that weakens the proportional factor, and the first ratio is determined in advance. If greater than the second threshold, the
  • control device adjustment support device and a control device adjustment device that specify parameters to be adjusted in the PID control device and parameter adjustment directions.
  • the simulation result at the time of adjusting the parameter of a PID control apparatus according to the parameter adjustment guideline in 1st Embodiment is shown.
  • the simulation result at the time of adjusting the parameter of a PID control apparatus according to the parameter adjustment guideline in 1st Embodiment is shown.
  • FIG. 1 is a block diagram of a control system in the present embodiment.
  • the control system 1 includes an adjustment support device 10, a PID control device 20, and a control target 40.
  • the control system 1 may further include a limiter 30.
  • the adjustment support apparatus 10 includes a waveform measurement unit 11 and a notification unit 12.
  • the control system 1 constitutes a feedback control system as shown in FIG.
  • the PID control device 20 controls the control target 40 by setting each parameter of the proportional element (P) 20a, the integral element (I) 20b, and the differential element (D) 20c.
  • the PID control device 20 controls the measurement value (PV) output from the control target 40 and measured by an appropriate measuring instrument to be a given target value (SV).
  • the limiter 30 limits the operation amount input to the control target 40. For example, the limiter 30 outputs the upper limit value to the control object 40 when the operation amount output from the PID control device 20 exceeds a preset upper limit value, and the lower limit when the operation amount falls below the lower limit value. The value is output to the control target 40.
  • the control object 40 is an object controlled by the PID control device 20.
  • the temperature of a desired portion of the control target 40 may be controlled.
  • An appropriate device can be used as the controlled object 40, and the measured value (PV) to be controlled may be an appropriate physical quantity.
  • the adjustment support device 10 supports parameter adjustment by notifying the user of a parameter adjustment guideline.
  • the parameter adjustment guideline indicates which parameter of the proportional element (P) 20a, the integral element (I) 20b, and the differential element (D) 20c is adjusted, and the parameter value is increased or decreased. This includes the adjustment direction of the parameter indicating.
  • the notification destination of the parameter adjustment guideline may be a maintenance person of the PID control device 20 other than the user. In this specification, it demonstrates as a user.
  • the waveform measurement unit 11 of the adjustment support apparatus 10 determines a parameter adjustment guideline and instructs the notification unit 12 of the parameter adjustment guideline. A method for determining the parameter adjustment guideline will be described in detail later.
  • the notification unit 12 outputs a parameter adjustment guide given from the adjustment support device 10 in a manner that the user of the PID control device 20 can detect. For example, the notification unit 12 displays a parameter adjustment guideline on a display unit such as a display. In addition, the notification unit 12 may output the parameter adjustment guideline by voice using the voice output unit, may turn on the lighting unit associated with the content of the parameter adjustment guideline, or may use the parameter in another appropriate manner. An adjustment guideline may be output. The user senses the parameter adjustment guidelines output by the notification unit 12 and adjusts the parameters of the PID control device 20.
  • the waveform measurement unit 11 determines a parameter adjustment guide based on the following information. (1) Phase difference between differential output and proportional output (2) Phase difference between proportional output and manipulated variable (3) Whether amplitude is attenuated
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a parameter adjustment guide based on the phase difference between the differential output and the proportional output.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the phase difference between the differential output and the proportional output and each parameter. 2 to 4, the amplitude of each waveform is normalized.
  • a waveform 31 indicates the output (proportional output) of the proportional element 20a of the PID controller 20.
  • Each of the waveforms 32 to 34 represents the output (differential output) of the differential element 20b.
  • a waveform 32 shows a differential output when the differential element is strong.
  • a waveform 33 shows a differential output when the proportional element is strong.
  • a waveform 34 shows a differential output when the proportional element is weak or the integral element is strong.
  • the waveform measuring unit 11 inputs at least the output (proportional output) of the proportional element 20a of the PID controller 20 and the output (differential output) of the differential element 20b.
  • a waveform 22 indicates a proportional output
  • a waveform 21 indicates a differential output.
  • the waveform measurement unit 11 obtains the phase difference between the proportional output and the differential output, and the quarter period of the proportional output or the differential output.
  • the waveform measurement unit 11 takes the difference between the time of the sign inversion timing of the proportional output (waveform 22) and the time of the sign inversion timing of the differential output (waveform 21), thereby calculating the level of the proportional output and the differential output.
  • the phase difference can be obtained.
  • the waveform measuring unit 11 takes a difference between the time of the sign inversion timing of the proportional output (waveform 22) and the time of the peak value of the proportional output (waveform 22), so that the quarter cycle of the proportional output is obtained. Can be requested.
  • what is necessary is just to obtain
  • a 1/2 cycle, 1 cycle, or other predetermined multiple of 1 cycle of the proportional output or differential output may be used.
  • the waveform measuring unit 11 obtains a ratio (first ratio; ratio with respect to 1 ⁇ 4 cycle time) between the phase difference between the proportional output and the differential output and the 1/4 cycle of the proportional output or the differential output.
  • first ratio ratio with respect to 1 ⁇ 4 cycle time
  • the waveform measuring unit 11 determines the parameter adjustment guideline as shown in Table 1 below based on the first ratio and the first and second threshold values set in advance.
  • the waveform measurement unit 11 outputs the determined parameter adjustment guideline to the notification unit 12 and causes the notification unit 12 to output the parameter adjustment guideline.
  • the parameter adjustment guideline may be output in either the “judgment” column or the “adjustment” column below. More specific examples will be described later.
  • the waveform measurement unit 11 when the first ratio is less than a predetermined first threshold, the waveform measurement unit 11 outputs a parameter adjustment guideline indicating that the differential element is strong or weakens from the notification unit 12. When the first ratio is not less than the first threshold value and not more than the second threshold value, the waveform measurement unit 11 causes the notification unit 12 to output a parameter adjustment guideline indicating that the proportional element is strong or weak. When the first ratio is larger than a predetermined second threshold, the waveform measuring unit 11 adjusts the parameter indicating that the proportional element is weak or the integral element is strong or the proportional element is strengthened or the integral element is weakened from the notification unit 12 The pointer is output.
  • Proportional element is strong means that the current situation is likely to be caused by the fact that the proportional element is strong, and suggests (notifies) the parameter of the proportional element to be weakened as adjustment content. .
  • a notification method for example, “please expand the proportional band” may be notified, but is not limited thereto.
  • Proportional factor is weak indicates that the current situation is likely to arise from the fact that the proportional factor is weak, and suggests to increase the parameter of the proportional factor as an adjustment (notification). To do.
  • a notification method for example, “Please narrow the proportional band” may be notified, but is not limited thereto.
  • “Strong differential element” indicates that there is a high possibility that the current situation is caused by a strong differential element, and suggests (notifies) the parameter of the differential element to be weakened as adjustment content. .
  • “Please shorten the derivative time” may be notified, but is not limited thereto.
  • “Strong integral element” indicates that there is a high possibility that the current situation is caused by a strong integral element, and suggests (notifies) to weaken the integral element parameters as adjustment content. .
  • “Please increase the integration time” may be notified, but is not limited thereto.
  • the first threshold value may be any value in the range of 0.50 to 0.70, preferably any value in the range of 0.55 to 0.65.
  • 0.85 is used as the second threshold.
  • the first threshold value may be any value in the range of 0.75 to 0.95, preferably any value in the range of 0.80 to 0.90.
  • the first threshold value and the second threshold value are used. May be appropriately multiplied by a predetermined value. For example, when the 1/2 period is used, the denominator for obtaining the first ratio is doubled and the first ratio is 1/2 times compared to the case where the 1/4 period is used. It is sufficient to make it 1/2 times.
  • the first threshold value and the second threshold value can be determined in advance by an empirical rule, but may be found by a learning function such as artificial intelligence. In other words, it is important to define the critical points (first threshold value, second threshold value) for classifying the parameter adjustment guideline, but the phase difference between the proportional output and the differential output, and the 1/4 cycle of the proportional output or the differential output, It is more important to pay attention to the index of the ratio of.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a parameter adjustment guide based on the phase difference between the proportional output and the operation amount.
  • the proportional element may be weak or the integral element may be strong. I can judge. Whether the proportional element is weak or the integral element is strong can be determined based on the phase difference between the proportional output and the manipulated variable.
  • the waveform measurement unit 11 further inputs an operation amount to the control target 40.
  • the waveform measuring unit 11 can input the above-described differential output and proportional output and the operation amount in parallel.
  • a waveform 41 indicates an operation amount
  • a waveform 42 indicates a proportional output.
  • the waveform measuring unit 11 obtains the phase difference between the proportional output and the manipulated variable and the quarter cycle of the proportional output or manipulated variable.
  • the waveform measuring unit 11 obtains the phase difference between the proportional output and the manipulated variable by taking the difference between the peak time of the manipulated variable (waveform 41) and the peak time of the proportional output (waveform 42). Can do.
  • the 1/4 cycle of the proportional output or the manipulated variable is the same cycle as the 1/4 cycle of the proportional output or the differential output used when obtaining the above-described first ratio. A value of / 4 period can be used.
  • the waveform measuring unit 11 obtains a ratio (second ratio; ratio with respect to 1 ⁇ 4 cycle time) between the phase difference between the proportional output and the manipulated variable and the proportional output or 1 ⁇ 4 period of the manipulated variable.
  • Second ratio (phase difference between proportional output and manipulated variable) / (proportional output or 1/4 period of manipulated variable)
  • the waveform measuring unit 11 determines a parameter adjustment guideline as shown in Table 2 below based on the second ratio and a predetermined third threshold value. Further, the waveform measuring unit 11 outputs the determined parameter adjustment guideline to the notification unit 12 and causes the notification unit 12 to output the parameter adjustment guideline.
  • the parameter adjustment guideline may be output in either the “judgment” column or the “adjustment” column below. More specific examples will be described later.
  • the waveform measurement unit 11 when the second ratio is less than a predetermined third threshold, the waveform measurement unit 11 outputs a parameter adjustment guideline indicating that the integral element is strong or weakens from the notification unit 12. In addition, when the second ratio is equal to or greater than a predetermined third threshold, the waveform measurement unit 11 outputs a parameter adjustment guideline indicating that the proportional element is weak or the proportional element is increased from the notification unit 12.
  • An example of the notification method is the same as described above.
  • the third threshold value may be any value in the range of 0.20 to 0.40, preferably any value in the range of 0.25 to 0.35.
  • the proportional output or the operation amount is not 1 ⁇ 4 period, but the proportional output or the operation amount is 1 ⁇ 2 period, one period, or other predetermined multiple of one period, the above-described first threshold value and second Similar to the threshold value, the third threshold value may be appropriately multiplied by a predetermined value.
  • the third threshold value can be determined in advance by an empirical rule, but may be found by a learning function such as artificial intelligence. In other words, it is also important to determine the critical point (third threshold value) for classifying the parameter adjustment guideline, but an indicator of the ratio between the phase difference between the proportional output and the manipulated variable and the proportional output or a quarter cycle of the manipulated variable. The point which pays attention to is more important.
  • the parameter adjustment guideline when the amplitude is attenuated will be described. Even if the first ratio is equal to or greater than a predetermined second threshold, if the amplitude of the measurement value from the control target 40 is not attenuated at a predetermined attenuation rate or more, the phase difference between the proportional output and the manipulated variable described above is obtained.
  • the parameter adjustment guideline based on the parameter that is, the parameter adjustment guideline based on the second ratio
  • the parameter adjustment guideline indicating that the integral element is strong or weakens the integral element is used.
  • the waveform measurement unit 11 attenuates when the first ratio is greater than or equal to a predetermined second threshold value and the amplitude of the measurement value obtained by measuring the output from the controlled object 40 is greater than or equal to a predetermined attenuation rate. If not, a parameter adjustment guideline indicating that the integral element is strong or weakens is output from the notification unit 12.
  • the waveform measurement unit 11 outputs a parameter adjustment guideline indicating that the integral element is strong or weakens from the notification unit 12,
  • the notification unit 12 outputs a parameter adjustment guideline indicating that the proportional element is weak or the proportional element is strengthened.
  • Simulation result 5 and 6 show simulation results when the parameters of the PID control device are adjusted in accordance with the parameter adjustment guidelines in the first embodiment.
  • a waveform 51 indicates a target value (SV)
  • a waveform 52 indicates a measured value (PV).
  • the measured values vibrate.
  • the waveform measurement unit 11 starts measuring the waveform at time 300 (the unit is an arbitrary time), and the notification unit 12 displays the parameter adjustment guideline at time 400. Thereafter, the parameters of the PID control device 20 were adjusted according to the displayed parameter adjustment guidelines.
  • the measured value after the parameter adjustment is less stable than the value before the adjustment, and is stabilized at the target value.
  • FIG. 6 shows a proportional output (waveform 61) and a differential output (waveform 62) in the above-described simulation operation. Proportional output and differential output were also stable after parameter adjustment.
  • the notification of the parameter adjustment guideline can be started, for example, in response to a predetermined instruction from the user.
  • a predetermined instruction from the user For example, an instruction to start the parameter adjustment guideline notification process may be input from the input unit by a user operation.
  • the user adjusts the parameters of the PID control device 20 based on the parameter adjustment guideline notified by the notification unit 12, but the measured value from the control target 40 does not become a desired state (if not improved, improved but desired).
  • the user may input an instruction to start the parameter adjustment guideline notification process again.
  • the parameter adjustment can be performed a plurality of times, and the first threshold value and the second threshold value that divide the parameter adjustment guideline do not necessarily have to be strict critical points.
  • FIG. 7 is a block diagram of a control system in a modification of the first embodiment.
  • the adjustment support device 10 further includes a filter processing unit 13.
  • the filter processing unit 13 performs filter processing such as a low-pass filter on each PID calculation value.
  • the filter processing unit 13 inputs the proportional output and differential output of the PID control device 20 and the operation amount output from the PID control device 20.
  • the filter processing unit 13 performs filter processing on each of the proportional output, the differential output, and the manipulated variable, and outputs the result to the waveform measuring unit 11.
  • the waveform processing unit 11 obtains the first ratio and the second ratio in the same manner as described above using the filtered proportional output, differential output, and manipulated variable, and determines the parameter adjustment guideline.
  • the filter processing unit 13 performs filter processing on one or more of the proportional output, the differential output, and the operation amount in addition to performing the filter processing on all of the proportional output, the differential output, and the operation amount. Also good.
  • the waveform measurement unit 11 uses the filtered value for the proportional output, the differential output, and the manipulated variable for the filter processing target, and the non-filter processing target as it is. A value may be used.
  • Other configurations and processes are the same as those in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the filter processing unit 13 can maintain or improve accuracy even when there is noise in each output and operation amount of the PID control device 20, and can avoid malfunction.
  • FIG. 8 is a block diagram of a control system in the second embodiment.
  • the control system 3 includes an adjustment device 80, a PID control device 20, and a control target 40.
  • the control system 3 may further include a limiter 30.
  • the adjustment device 80 includes a waveform measurement unit 81 and an automatic adjustment unit (adjustment unit) 82.
  • the control system 3 constitutes a feedback control system as shown in FIG.
  • the PID control device 20, the limiter 30, and the controlled object 40 are the same as those in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.
  • the adjustment device 80 determines a parameter adjustment guideline, and adjusts each parameter of the proportional element (P) 20a, the integral element (I) 20b, and the differential element (D) 20c of the PID control device 20 according to the parameter adjustment guideline.
  • the waveform measurement unit 81 of the adjustment device 80 determines a parameter adjustment guideline and outputs it to the automatic adjustment unit 82.
  • the parameter adjustment guideline determination method is the same as in the first embodiment. However, in the present embodiment, the automatic adjustment unit 82 is instructed by the parameter adjustment guideline described in the “Adjustment” column of Tables 1 and 2 above, such as “Weak proportionality factor”.
  • the waveform measurement unit 81 obtains the first ratio in the same manner as in the first embodiment, and weakens the differential element in the automatic adjustment unit 82 when the first ratio is less than a predetermined first threshold value. Specify parameter adjustment guidelines.
  • the waveform measurement unit 81 instructs the automatic adjustment unit 82 of a parameter adjustment guideline that weakens the proportional element when the first ratio is greater than or equal to a predetermined first threshold value and less than the second threshold value.
  • the waveform measurement unit 81 instructs the automatic adjustment unit 82 to set a parameter adjustment guideline that increases the proportional element or weakens the integral element.
  • the waveform measuring unit 81 obtains the second ratio in the same manner as in the first embodiment, and the second ratio is less than the predetermined third threshold value.
  • the automatic adjustment unit 82 is instructed with a parameter adjustment guideline for weakening the integral element.
  • the waveform measurement unit 81 instructs the automatic adjustment unit 82 to set a parameter adjustment guideline that weakens the proportional element.
  • the parameter adjustment guideline indicating that the integral element is weakened is used.
  • the waveform measurement unit 81 has a first ratio that is equal to or greater than a predetermined second threshold value, and a measurement value obtained by measuring the output from the control target 40 is not attenuated by a predetermined attenuation rate or more. In this case, a parameter adjustment guideline for weakening the integral element is instructed to the automatic adjustment unit 82.
  • the waveform measuring unit 81 instructs the automatic adjustment unit 82 to set a parameter adjustment guideline for weakening the integral element, and the second ratio is determined in advance.
  • the automatic adjustment unit 82 is instructed with a parameter adjustment guideline for strengthening the proportional element.
  • the other configurations and processes of the first threshold value, the second threshold value, the third threshold value, and the waveform measuring unit 81 are the same as those in the first embodiment.
  • the automatic adjustment unit 82 sets any one of the parameters of the proportional element (P) 20a, the integral element (I) 20b, and the differential element (D) 20c of the PID control device 20 in accordance with the parameter adjustment guidelines instructed from the waveform measurement unit 81. adjust.
  • the automatic adjustment unit 82 widens the proportional band. Similarly, when a parameter adjustment guideline that strengthens the proportional element is instructed, the automatic adjustment unit 82 narrows the proportional band, for example. When a parameter adjustment guideline that weakens the differential element is instructed, the automatic adjustment unit 82 shortens the differential time, for example. When a parameter adjustment guideline that weakens the integral element is instructed, the automatic adjustment unit 82 increases the integration time, for example.
  • the adjustment amount can be determined in advance. As an example, the parameter indicated by the parameter adjustment guideline may be increased (or decreased) by a predetermined rate in the parameter adjustment direction, or may be increased (or decreased) by a predetermined amount.
  • the adjustment device 80 After the parameter adjustment by the automatic adjustment unit 82, the adjustment device 80 performs the above-described process again when the measured value from the control target 40 is still in a desired state, for example, when the measurement value is oscillating at a predetermined amplitude or more.
  • the parameters may be adjusted again.
  • the parameter adjustment can be performed a plurality of times, and the first threshold value and the second threshold value that divide the parameter adjustment guideline are not necessarily strictly critical points.
  • the adjustment device 80 may further include the filter processing unit 13 in the modified example of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram of a control system in a modification of the second embodiment.
  • the adjustment device 80 further includes a learning unit 83 and a threshold adjustment unit 84.
  • the learning unit 83 and the threshold adjustment unit 84 learn the parameter adjustment result by the automatic adjustment unit 82, and adjust (change) the first threshold value, the second threshold value, and the third threshold value used for determining the parameter adjustment guideline.
  • the learning unit 83 has adjusted the parameter of the PID control device 20 by the automatic adjustment unit 82, for example, whether the deviation between the measured value measured from the control target 40 and the target value has decreased from before the parameter adjustment.
  • adjustment effect For example, whether the deviation between the measured value measured from the control target 40 and the target value has decreased from before the parameter adjustment.
  • the first ratio or the second ratio used when determining the parameter adjustment guideline and the adjustment effect are learned.
  • an absolute value may be used as the deviation.
  • By accumulating deviations (absolute values) in a predetermined time range it is possible to learn whether or not the vibration of the measured value is smaller than that before the parameter adjustment. Artificial intelligence may be used as a learning method.
  • the threshold adjustment unit 84 adjusts the parameter by the automatic adjustment unit 82 based on the learning result by the learning unit 83 so that the deviation between the measured value obtained by measuring the output from the control target 40 and the target value decreases. , At least one of the second threshold and the third threshold is automatically adjusted.
  • the adjustment support apparatus 10 and the adjustment apparatus 80 described above can also be realized by a computer having a processing unit and a storage unit.
  • the processing unit executes each process of the adjustment support device 10 and the adjustment device 80.
  • the storage unit stores a program executed by the processing unit. In addition, the storage unit holds a proportional output, a differential output, and an operation amount from the PID control device 20.
  • the above-described processing can also be realized as an adjustment support method and an adjustment method executed by the processing unit. Further, the present invention can be realized by a program or a program medium including instructions for causing the processing unit to execute the above-described processing, a computer-readable recording medium storing the program, a non-temporary recording medium, and the like.
  • the present invention is applicable to industries using a control system that performs PID control, such as a device that controls temperature by PID control.
  • Adjustment support device 11 Waveform measurement unit 12 Notification unit 13 Filter processing unit 20 PID control device 30 Limiter 40 Control target 80 Adjustment device 81 Waveform measurement unit 82 Automatic adjustment unit 83 Learning unit 84 Threshold adjustment Part

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Abstract

ＰＩＤ制御装置における調整対象に対するパラメータとパラメータの調整方向とを特定する。制御装置の調整支援装置（１０）は、ＰＩＤ制御装置（２０）の比例要素、積分要素及び微分要素の各パラメータの調整を支援する。通知部（１２）は、パラメータ調整指針をユーザが検知可能な態様で出力する。波形測定部（１１）は、ＰＩＤ制御装置の比例出力と微分出力の位相差と、比例出力若しくは微分出力の１／４周期との第１比率を求め、第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、通知部から微分要素が強いことを示すパラメータ調整指針を出力させ、第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値以下の場合、通知部から比例要素が強いことを示すパラメータ調整指針を出力させ、第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、通知部から比例要素が弱いこと又は積分要素が強いことを示すパラメータ調整指針を出力させる。

Description

制御装置の調整支援装置及び制御装置の調整装置
　本発明は、制御装置の調整支援装置及び制御装置の調整装置に係り、特に、ＰＩＤ制御装置のパラメータを調整するための指針を提供する制御装置の調整支援装置、及びＰＩＤ制御装置のパラメータを自動で調整する制御装置の調整装置に関する。
　制御対象を制御する制御装置として、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）の各要素を有するＰＩＤ制御装置が知られている。ＰＩＤ制御装置の比例、積分、微分の各要素に対するパラメータを適切な値に設定することで、制御対象からの出力波形が所望の波形になるようにする。
　また、特許文献１には、ＰＩＤ定数算出部は、測定値が振動したとき、測定値や操作量のピーク値から測定値や操作量の振動周期、振動振幅、位相差を測定し、これらに基づき上記振動を抑える修正ＰＩＤ定数を算出し、上記ＰＩＤ制御演算部のＰＩＤ定数を置き換えることが開示されている。
特開平１０－１０５２０１号公報
　ＰＩＤ制御装置のパラメータ調整方法としては、様々な手法が用いられている。しかしながら、このような手法を用いてパラメータを設定した場合であっても、制御対象からの出力(測定値：ＰＶ)が振動する、換言すると揺らぎが生じる場合がある。このような場合、ＰＩＤ制御装置の比例、積分、微分の各要素に対するパラメータを調整して、測定値の振動を小さくする。
　しかしながら、ＰＩＤ制御装置の比例、積分、微分の各要素に対するパラメータを手動で調整する場合、どのパラメータを調整するのがよいのか知る術がない。また、パラメータが特定できても、そのパラメータの値を大きくすればよいのか、小さくすればよいのか（以下、パラメータの調整方向という）を知る術がない。
　ＰＩＤ制御装置の比例、積分、微分の各要素に対するパラメータを自動で調整する場合においても、調整対象のパラメータ及びパラメータの調整方向がわかれば、効率的に調整することが可能になる。
　本発明は、以上の点に鑑み、ＰＩＤ制御装置における調整対象のパラメータ及びパラメータの調整方向を特定する、制御装置の調整支援装置及び制御装置の調整装置を提供することを目的とする。
　本発明の第１の解決手段によると、比例要素、積分要素及び微分要素に対する各パラメータが設定され制御対象を制御するＰＩＤ制御装置の前記パラメータの調整を支援する調整支援装置であって、（ａ）パラメータ調整指針をユーザが検知可能な態様で出力する通知部と、（ｂ）前記ＰＩＤ制御装置の少なくとも比例出力と微分出力を入力し、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力若しくは微分出力の周期又は周期の所定倍との第１比率を求め、該第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、前記通知部から微分要素が強いこと又は微分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値以下の場合、前記通知部から比例要素が強いこと又は比例要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、前記通知部から比例要素が弱い若しくは積分要素が強いこと又は比例要素を強める若しくは積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる波形測定部とを備えた制御装置の調整支援装置が提供される。
　本発明の第２の解決手段によると、比例要素、積分要素及び微分要素に対する各パラメータが設定され制御対象を制御するＰＩＤ制御装置の前記パラメータを調整する調整装置であって、（Ａ）指示されるパラメータ調整指針に従い、前記ＰＩＤ制御装置の前記パラメータを調整する調整部と、（Ｂ）前記ＰＩＤ制御装置の少なくとも比例出力と微分出力を入力し、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力若しくは微分出力の周期又は周期の所定倍との第１比率を求め、該第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、前記調整部に微分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値以下の場合、前記調整部に比例要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、前記調整部に比例要素を強める又は積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する波形測定部とを備えた制御装置の調整装置が提供される。
　本発明によると、ＰＩＤ制御装置における調整対象のパラメータ及びパラメータの調整方向を特定する、制御装置の調整支援装置及び制御装置の調整装置を提供することができる。
第１の実施形態における制御系のブロック図である。 微分出力と比例出力の位相差に基づくパラメータ調整指針の説明図である。 微分出力と比例出力の位相差と、各パラメータとの関係を示す説明図である。 比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針の説明図である。 第１の実施形態におけるパラメータ調整指針に従いＰＩＤ制御装置のパラメータを調整した際のシミュレーション結果を示す。 第１の実施形態におけるパラメータ調整指針に従いＰＩＤ制御装置のパラメータを調整した際のシミュレーション結果を示す。 第１の実施形態の変形例における制御系のブロック図である。 第２の実施形態における制御系のブロック図である。 第２の実施形態の変形例における制御系のブロック図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
１．第１の実施形態
　まず、ＰＩＤ制御装置のパラメータの調整を支援する調整支援装置（制御装置の調整支援装置）について説明する。
（システム構成）
　図１は、本実施形態における制御系のブロック図である。
　制御系１は、調整支援装置１０と、ＰＩＤ制御装置２０と、制御対象４０とを備える。制御系１は、リミッタ３０をさらに備えてもよい。調整支援装置１０は、波形測定部１１と通知部１２を有する。制御系１は、図１に示すようにフィードバック制御系を構成している。
　ＰＩＤ制御装置２０は、比例要素（Ｐ）２０ａ、積分要素（Ｉ）２０ｂ及び微分要素（Ｄ）２０ｃの各パラメータが設定され、制御対象４０を制御する。例えば、ＰＩＤ制御装置２０は、制御対象４０から出力され、適宜の測定器で測定される測定値（ＰＶ）が、与えられる目標値（ＳＶ）になるように制御する。
　リミッタ３０は、制御対象４０へ入力される操作量を制限する。例えば、リミッタ３０は、ＰＩＤ制御装置２０から出力される操作量が予め設定された上限値を上回る場合は、当該上限値を制御対象４０に出力し、操作量が下限値を下回る場合は当該下限値を制御対象４０に出力する。
　制御対象４０は、ＰＩＤ制御装置２０により制御される対象である。例えば、制御対象４０の所望の部分の温度が制御されてもよい。制御対象４０としては適宜の装置を用いることができ、制御される測定値（ＰＶ）は適宜の物理量でもよい。
　調整支援装置１０は、例えば、ＰＩＤ制御装置２０のユーザがＰＩＤ制御装置２０のパラメータを調整する際に、パラメータ調整指針をユーザに通知することでパラメータの調整を支援する。ここで、パラメータ調整指針とは、比例要素（Ｐ）２０ａ、積分要素（Ｉ）２０ｂ及び微分要素（Ｄ）２０ｃのうちのどのパラメータを調整するか、及び、パラメータの値を増加するか減少するかを示すパラメータの調整方向を含む。なお、パラメータ調整指針の通知先はユーザ以外にも、ＰＩＤ制御装置２０の保守者などでもよい。本明細書ではユーザとして説明する。
　調整支援装置１０の波形測定部１１は、パラメータ調整指針を決定し、通知部１２にパラメータ調整指針を指示する。パラメータ調整指針の決定手法については後に詳述する。
　通知部１２は、調整支援装置１０から与えられるパラメータ調整指針をＰＩＤ制御装置２０のユーザが検知可能な態様で出力する。例えば、通知部１２は、パラメータ調整指針をディスプレイ等の表示部に表示する。また、通知部１２は、パラメータ調整指針を音声出力部により音声で出力してもよいし、パラメータ調整指針の内容と関連付けられた点灯部を点灯させてもよいし、他の適宜の態様でパラメータ調整指針を出力してもよい。ユーザは、通知部１２により出力されたパラメータ調整指針を感知して、ＰＩＤ制御装置２０のパラメータを調整する。
（パラメータ調整指針の判断）
　波形測定部１１は、以下の情報に基づいて、パラメータ調整指針を決定する。
　　（１）微分出力と比例出力の位相差
　　（２）比例出力と操作量の位相差
　　（３）振幅が減衰するか否か
　まず、微分出力と比例出力の位相差に基づくパラメータ調整指針について説明する。図２は、微分出力と比例出力の位相差に基づくパラメータ調整指針の説明図である。図３は、微分出力と比例出力の位相差と、各パラメータとの関係を示す説明図である。なお、図２～図４において、各波形の振幅は規格化している。
　図３において、波形３１は、ＰＩＤ制御器２０の比例要素２０ａの出力（比例出力）を示す。波形３２～３４はそれぞれ、微分要素２０ｂの出力（微分出力）を示す。波形３２は、微分要素が強い場合の微分出力を示す。波形３３は、比例要素が強い場合の微分出力を示す。波形３４は、比例要素が弱い又は積分要素が強い場合の微分出力を示す。このように、ＰＩＤ制御器２０の各要素が効きすぎている又は効いていないことは、微分出力と比例出力の位相差の違いとして現れる。
　そこで、波形測定部１１は、ＰＩＤ制御器２０の比例要素２０ａの出力（比例出力）と微分要素２０ｂの出力（微分出力）を少なくとも入力する。図２において、波形２２は比例出力を示し、波形２１は微分出力を示す。波形測定部１１は、比例出力と微分出力との位相差、及び、比例出力又は微分出力の１／４周期を求める。例えば、波形測定部１１は、比例出力（波形２２）の符号反転タイミングの時間と、微分出力（波形２１）の符号反転タイミングの時間との差をとることで、比例出力と微分出力との位相差を求めることができる。また、例えば、波形測定部１１は、比例出力（波形２２）の符号反転タイミングの時間と、比例出力（波形２２）のピーク値の時間との差をとることで、比例出力の１／４周期を求めることができる。なお、微分出力の１／４周期を求める場合も同様に求めればよい。また、比例出力又は微分出力の１／４周期以外にも、比例出力又は微分出力の１／２周期、１周期、又は１周期のその他所定倍の値を用いてもよい。図１からわかるように、比例出力又は微分出力の１／４周期を用いると、比例出力と微分出力との位相差と比例出力又は微分出力の１／４周期とをより効率的に求めることができる。
　波形測定部１１は、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力又は微分出力の１／４周期との比率（第１比率；１／４周期時間に対する比率）を求める。換言すると、波形測定部１１は、以下の式により、第１比率を求める。
　第１比率＝（比例出力と微分出力の位相差）／（比例出力又は微分出力の１／４周期）
　波形測定部１１は、第１比率と、予め定められた第１閾値及び第２閾値に基づいて、以下の表１のようにパラメータ調整指針を決定する。波形測定部１１は、決定したパラメータ調整指針を通知部１２に出力し、通知部１２にパラメータ調整指針を出力させる。なお、パラメータ調整指針は、以下の「判断」の欄又は「調整」の欄のいずれかを出力すればよい。より具体的な例は後述する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　具体的には、波形測定部１１は、第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、通知部１２から微分要素が強いこと又は微分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。波形測定部１１は、第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値以下の場合、通知部１２から比例要素が強いこと又は比例要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。波形測定部１１は、第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、通知部１２から比例要素が弱い若しくは積分要素が強いこと又は比例要素を強める若しくは積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。
　なお、「比例要素が強い」とは、現在の状況が比例要素が強いことから生じている可能性が高いことを示すものであり、調整内容として比例要素のパラメータを弱めるよう提案（通知）する。通知方法として、例えば「比例帯を広げてください」と通知してもよいが、これに限定されない。同様に、「比例要素が弱い」とは、現在の状況が比例要素が弱いことから生じている可能性が高いことを示すものであり、調整内容として比例要素のパラメータを強めるよう提案(通知)する。通知方法として、例えば「比例帯を狭めてください」と通知してもよいが、これに限定されない。
　また、「微分要素が強い」とは、現在の状況が微分要素が強いことから生じている可能性が高いことを示すものであり、調整内容として微分要素のパラメータを弱めるよう提案（通知）する。通知方法として、例えば「微分時間を短くしてください」と通知してもよいが、これに限定されない。また、「積分要素が強い」とは、現在の状況が積分要素が強いことから生じている可能性が高いことを示すものであり、調整内容として積分要素のパラメータを弱めるよう提案（通知）する。通知方法として、例えば「積分時間を長くしてください」と通知してもよいが、これに限定されない。
　第１閾値としては、例えば０．６を用いる。第１閾値は、０．６以外にも、０．５０～０．７０の範囲のいずれかの値、好ましくは、０．５５～０．６５の範囲のいずれかの値を用いても良い。第２閾値としては、例えば０．８５を用いる。第１閾値は、０．８５以外にも、０．７５～０．９５の範囲のいずれかの値、好ましくは、０．８０～０．９０の範囲のいずれかの値を用いても良い。なお、比例出力又は微分出力の１／４周期ではなく、比例出力又は微分出力の１／２周期、１周期、又は１周期のその他所定倍の値を用いる場合、第１閾値及び第２閾値についても適宜所定倍すればよい。例えば、１／２周期を用いる場合、１／４周期を用いる場合に比べて第１比率を求める際の分母が２倍、第１比率は１／２倍になるため、各閾値も上述の値の１／２倍にすればよい。
　なお、第１閾値及び第２閾値は、経験則により予め定めることができるが、人工知能等の学習機能により見出してもよい。換言すると、パラメータ調整指針を区分する臨界点（第１閾値、第２閾値）を定めることも重要であるが、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力又は微分出力の１／４周期との比率という指標に着目する点がより重要である。
　次に、比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針について説明する。図４は、比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針の説明図である。
　上述の微分出力と比例出力の位相差に基づくパラメータ調整指針の決定においては、第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、比例要素が弱い又は積分要素が強い可能性があることが判断できる。比例要素が弱いか積分要素が強いかのいずれであるかは、比例出力と操作量の位相差に基づいて判断することができる。
　波形測定部１１は、制御対象４０への操作量をさらに入力する。なお、波形測定部１１は、上述の微分出力及び比例出力と、操作量を並行して入力することができる。図４において、波形４１は操作量を示し、波形４２は比例出力を示す。波形測定部１１は、比例出力と操作量の位相差、及び、比例出力又は操作量の１／４周期を求める。例えば、波形測定部１１は、操作量（波形４１）のピークの時間と、比例出力（波形４２）のピークの時間との差をとることで、比例出力と操作量との位相差を求めることができる。なお、比例出力又は操作量の１／４周期は、上述の第１比率を求める際に用いた比例出力又は微分出力の１／４周期と同じ周期であり、上述の比例出力又は微分出力の１／４周期の値を用いることができる。
　波形測定部１１は、比例出力と操作量の位相差と、比例出力又は操作量の１／４周期との比率（第２比率；１／４周期時間に対する比率）を求める。換言すると、波形測定部１１は、以下の式により、第２比率を求める。
　第２比率＝（比例出力と操作量の位相差）／（比例出力又は操作量の１／４周期）
　波形測定部１１は、第２比率と、予め定められた第３閾値に基づいて、以下の表２のようにパラメータ調整指針を決定する。また、波形測定部１１は、決定したパラメータ調整指針を通知部１２に出力し、通知部１２にパラメータ調整指針を出力させる。なお、パラメータ調整指針は、以下の「判断」の欄又は「調整」の欄のいずれかを出力すればよい。より具体的な例は後述する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　具体的には、波形測定部１１は、第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、通知部１２から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。また、波形測定部１１は、第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、通知部１２から比例要素が弱いこと又は比例要素を強めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。通知方法の例については上述と同様である。
　第３閾値としては、例えば０．３を用いる。第３閾値は、０．３以外にも、０．２０～０．４０の範囲のいずれかの値、好ましくは、０．２５～０．３５の範囲のいずれかの値を用いても良い。なお、比例出力又は操作量の１／４周期ではなく、比例出力又は操作量の１／２周期、１周期、又は１周期のその他所定倍の値を用いる場合、上述の第１閾値及び第２閾値と同様に、第３閾値についても適宜所定倍すればよい。
　なお、第１閾値及び第２閾値と同様に、第３閾値についても、経験則により予め定めることができるが、人工知能等の学習機能により見出してもよい。換言すると、パラメータ調整指針を区分する臨界点（第３閾値）を定めることも重要であるが、比例出力と操作量の位相差と、比例出力又は操作量の１／４周期との比率という指標に着目する点がより重要である。
　次に、振幅が減衰する場合のパラメータ調整指針について説明する。第１比率が予め定められた第２閾値以上であっても、制御対象４０からの測定値の振幅が所定の減衰率以上で減衰していない場合、上述の比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針（すなわち第２比率に基づくパラメータ調整指針）ではなく、積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を用いる。具体的には、波形測定部１１は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象４０からの出力を測定した測定値の振幅が所定の減衰率以上で減衰していない場合、通知部１２から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。
　一方、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象からの出力を測定した測定値が所定の減衰率以上で減衰する場合、上述の比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針（すなわち第２比率に基づくパラメータ調整指針）を用いる。具体的には、波形測定部１１は、第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、通知部１２から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、通知部１２から比例要素が弱いこと又は比例要素を強めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。
（シミュレーション結果）
　図５及び図６は、第１の実施形態におけるパラメータ調整指針に従いＰＩＤ制御装置のパラメータを調整した際のシミュレーション結果を示す。
　図５において、波形５１は目標値（ＳＶ）を示し、波形５２は測定値（ＰＶ）を示す。ＰＩＤ制御装置２０のパラメータを調整前は、測定値が振動している。この例では、時刻３００（単位は任意時間）において波形測定部１１が波形の測定を開始し、時刻４００において通知部１２がパラメータ調整指針を表示した。その後、表示されたパラメータ調整指針に従いＰＩＤ制御装置２０のパラメータを調整した。パラメータの調整後の測定値は、波形５２が示すように、調整前に比べて振動が減少し、目標値で安定した。
　図６は、上述のシミュレーション動作における比例出力（波形６１）と微分出力（波形６２）を示す。比例出力と微分出力もパラメータの調整後に安定した。
（その他）
　上述のパラメータ調整指針の通知は、例えば、ユーザからの所定の指示を契機として開始することができる。例えば、ユーザの操作により入力部から、パラメータ調整指針の通知処理を開始する指示が入力されてもよい。
　通知部１２により通知されたパラメータ調整指針に基づいてユーザはＰＩＤ制御装置２０のパラメータを調整するが、制御対象４０からの測定値が所望の状態にならない場合（改善しない場合、改善したものの所望の状態にはなっていない場合を含む）、ユーザは再度パラメータ調整指針の通知処理を開始する指示を入力してもよい。
　このように、パラメータの調整は複数回行うことができ、パラメータ調整指針を区分する第１閾値及び第２閾値は必ずしも厳密な臨界点である必要はない。
（変形例）
　図７は、第１の実施形態の変形例における制御系のブロック図である。
　本変形例における制御系２において、調整支援装置１０は、フィルタ処理部１３をさらに有する。フィルタ処理部１３は、各ＰＩＤ演算値に対して、ローパスフィルタなどのフィルタ処理を行う。
　フィルタ処理部１３は、ＰＩＤ制御装置２０の比例出力及び微分出力と、ＰＩＤ制御装置２０から出力される操作量とを入力する。フィルタ処理部１３は、比例出力、微分出力、及び操作量のそれぞれにフィルタ処理を行い、波形測定部１１へ出力する。波形処理部１１は、フィルタ処理された比例出力、微分出力及び操作量を用いて、上述と同様に第１比率及び第２比率を求めて、パラメータ調整指針を決定する。
　なお、フィルタ処理部１３は、比例出力、微分出力、及び操作量の全てにフィルタ処理を行う以外にも、比例出力、微分出力及び操作量のうちのひとつ又は複数にフィルタ処理を行うようにしてもよい。この場合、波形測定部１１は、比例出力、微分出力及び操作量のうち、フィルタ処理の対象となったものについてはフィルタ処理された値を用い、フィルタ処理の対象ではないものについては、そのままの値を用いればよい。他の構成及び処理については第１の実施形態と同様であり、詳細な説明を省略する。
　フィルタ処理部１３により、ＰＩＤ制御装置２０の各出力及び操作量にノイズがある場合においても、精度を維持又は向上することができ、誤動作を回避できる。
２．第２の実施形態
　次に、ＰＩＤ制御装置のパラメータを調整する調整装置（制御装置の調整装置）について説明する。
（システム構成）
　図８は、第２の実施形態における制御系のブロック図である。
　制御系３は、調整装置８０と、ＰＩＤ制御装置２０と、制御対象４０とを備える。制御系３は、リミッタ３０をさらに備えてもよい。調整装置８０は、波形測定部８１と自動調整部（調整部）８２を有する。制御系３は、図８に示すようにフィードバック制御系を構成している。
　ＰＩＤ制御装置２０、リミッタ３０及び制御対象４０については、第１の実施形態と同様であり、詳細な説明を省略する。
　調整装置８０は、パラメータ調整指針を決定し、パラメータ調整指針に従いＰＩＤ制御装置２０の比例要素（Ｐ）２０ａ、積分要素（Ｉ）２０ｂ及び微分要素（Ｄ）２０ｃの各パラメータを調整する。
（パラメータの自動調整）
　調整装置８０の波形測定部８１は、パラメータ調整指針を決定し、自動調整部８２に出力する。パラメータ調整指針の決定方法は、第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態においては、「比例要素を弱める」等、上述の表１及び表２の「調整」の欄に記載したパラメータ調整指針を自動調整部８２に指示する。
　より具体的には、波形測定部８１は、第１の実施形態と同様に第１比率を求め、第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、自動調整部８２に微分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。また、波形測定部８１は、第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値未満の場合、自動調整部８２に比例要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。波形測定部８１は、第１比率が予め定められた第２閾値以上の場合、自動調整部８２に比例要素を強める又は積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。
　また、第１比率が予め定められた第２閾値以上の場合、波形測定部８１は、第１の実施形態と同様に第２比率を求め、該第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、自動調整部８２に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。波形測定部８１は、第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、自動調整部８２に比例要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。
　なお、第１比率が予め定められた第２閾値以上であっても、制御対象４０からの測定値の振幅が所定の減衰率以上で減衰していない場合、上述の比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針（すなわち第２比率に基づくパラメータ調整指針）ではなく、積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を用いる。具体的には、波形測定部８１は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象４０からの出力を測定した測定値が所定の減衰率以上で減衰していない場合、自動調整部８２に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。
　一方、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象４０からの出力を測定した測定値が所定の減衰率以上で減衰する場合、上述の比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針（すなわち第２比率に基づくパラメータ調整指針）を用いる。具体的には、波形測定部８１は、第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、自動調整部８２に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、自動調整部８２に比例要素を強めるパラメータ調整指針を指示する。
　第１閾値、第２閾値、第３閾値、及び、波形測定部８１のその他の構成・処理については第１の実施形態と同様である。
　自動調整部８２は、波形測定部８１から指示されるパラメータ調整指針に従い、ＰＩＤ制御装置２０の比例要素（Ｐ）２０ａ、積分要素（Ｉ）２０ｂ及び微分要素（Ｄ）２０ｃのいずれかのパラメータを調整する。
　例えば、比例要素を弱めるパラメータ調整指針が指示された場合、自動調整部８２は、比例帯を広げる。同様に、比例要素を強めるパラメータ調整指針が指示された場合、自動調整部８２は、例えば比例帯を狭める。また、微分要素を弱めるパラメータ調整指針が指示された場合、自動調整部８２は、例えば微分時間を短くする。積分要素を弱めるパラメータ調整指針が指示された場合、自動調整部８２は、例えば積分時間を長くする。調整量は予め定めておくことができる。一例として、パラメータ調整指針が示すパラメータを、パラメータ調整方向に所定割合増加（又は減少）させてもよいし、所定量増加（又は減少）させてもよい。
　自動調整部８２によるパラメータの調整の後、調整装置８０は、制御対象４０からの測定値が所定の振幅以上で振動しているなど、依然として所望の状態ではない場合、再度上述の処理を行ってパラメータを再度調整してもよい。パラメータの調整は複数回行うことができ、パラメータ調整指針を区分する第１閾値及び第２閾値は必ずしも厳密な臨界点である必要はない。
　なお、第１の実施形態の変形例を、第２実施形態に適用することもできる。具体的には、調整装置８０は、第１の実施形態の変形例におけるフィルタ処理部１３をさらに有してもよい。
（第２の実施形態の変形例）
　図９は、第２の実施形態の変形例における制御系のブロック図である。
　本変形例における制御系４において、調整装置８０は、学習部８３と閾値調整部８４をさらに有する。学習部８３と閾値調整部８４は、自動調整部８２によるパラメータの調整の結果を学習し、パラメータ調整指針の決定に用いる第１閾値、第２閾値及び第３閾値を調整（変更）する。
　学習部８３は、自動調整部８２によるＰＩＤ制御装置２０のパラメータの調整により、例えば制御対象４０からの出力を測定した測定値と目標値の偏差が、パラメータの調整前よりも減少したか否か（以下、調整効果という）を学習する。具体的には、パラメータ調整指針を決定する際に用いた第１比率又は第２比率と、調整効果を学習する。ここで、偏差は絶対値を用いてもよい。また、所定の時間範囲の偏差（絶対値）を累積すれば、測定値の振動がパラメータの調整前よりも減少しているか否かを学習できる。学習方法としては、人工知能を利用してもよい。
　閾値調整部８４は、学習部８３による学習結果に基づいて、自動調整部８２によるパラメータの調整により、制御対象４０からの出力を測定した測定値と目標値の偏差が減少するように第１閾値、第２閾値及び第３閾値の少なくともいずれかを自動調整する。
（その他）
　上述の調整支援装置１０及び調整装置８０は、処理部と記憶部を有するコンピュータで実現することも可能である。処理部は、調整支援装置１０及び調整装置８０の各処理を実行する。記憶部は、処理部が実行するプログラムを記憶する。また、記憶部は、ＰＩＤ制御装置２０からの比例出力、微分出力及び操作量を保持する。
　上述の処理は、処理部が実行する調整支援方法及び調整方法としても実現可能である。また、処理部に上述の処理を実行させるための命令を含むプログラム又はプログラム媒体、該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び非一時的な記録媒体等により実現可能である。
　本発明は、ＰＩＤ制御により例えば温度を制御する装置など、ＰＩＤ制御を行う制御系を用いる産業に利用可能である。
１、２、３、４　制御系
１０　調整支援装置
１１　波形測定部
１２　通知部
１３　フィルタ処理部
２０　ＰＩＤ制御装置
３０　リミッタ
４０　制御対象
８０　調整装置
８１　波形測定部
８２　自動調整部
８３　学習部
８４　閾値調整部
 

Claims (15)

  1. 　比例要素、積分要素及び微分要素に対する各パラメータが設定され制御対象を制御するＰＩＤ制御装置の前記パラメータの調整を支援する調整支援装置であって、
    　パラメータ調整指針をユーザが検知可能な態様で出力する通知部と、
    　前記ＰＩＤ制御装置の少なくとも比例出力と微分出力を入力し、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力若しくは微分出力の周期又は周期の所定倍との第１比率を求め、該第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、前記通知部から微分要素が強いこと又は微分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値以下の場合、前記通知部から比例要素が強いこと又は比例要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、前記通知部から比例要素が弱い若しくは積分要素が強いこと又は比例要素を強める若しくは積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる波形測定部と
    を備えた制御装置の調整支援装置。
  2. 　前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上の場合、
    　　さらに前記制御対象への操作量を入力し、
    　　比例出力と操作量の位相差と、比例出力若しくは操作量の周期又は該周期の所定倍との第２比率を求め、
    　　該第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、前記通知部から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、前記通知部から比例要素が弱いこと又は比例要素を強めることを示すパラメータ調整指針を出力させる請求項１に記載の制御装置の調整支援装置。
  3. 　前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、前記制御対象からの出力を測定した測定値の振幅が所定の減衰率以上で減衰していない場合、前記通知部から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、
    　前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象からの出力を測定した測定値が所定の減衰率以上で減衰する場合、
    　　さらに前記制御対象への操作量を入力し、
    　　比例出力と操作量の位相差と、比例出力若しくは操作量の周期又は該周期の所定倍との第２比率を求め、
    　　該第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、前記通知部から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、前記通知部から比例要素が弱いこと又は比例要素を強めることを示すパラメータ調整指針を出力させる請求項１に記載の制御装置の調整支援装置。
  4. 　前記第１比率として、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力又は微分出力の１／４周期との比率を用い、
    　前記第１閾値として、０．５０～０．７０の範囲の値を用い、
    　前記第２閾値として、０．７５～０．９５の範囲の値を用いる請求項１乃至３のいずれかに記載の制御装置の調整支援装置。
  5. 　前記第２比率として、比例出力と操作量の位相差と、比例出力又は操作量の１／４周期との比率を用い、
    　前記第３閾値として、０．２０～０．４０の範囲の値を用いる請求項１乃至４のいずれかに記載の制御装置の調整支援装置。
  6. 　前記ＰＩＤ制御装置の比例出力と微分出力のいずれか又は双方にフィルタ処理を行い、前記波形処理部へ出力するフィルタ処理部
    をさらに備え、
    　前記波形処理部は、比例出力と微分出力のいずれか又は双方がフィルタ処理された比例出力と微分出力を入力して第１比率を求める請求項１乃至５のいずれかに記載の制御装置の調整支援装置。
  7. 　前記制御対象への操作量にフィルタ処理を行い、前記波形処理部へ出力するフィルタ処理部
    をさらに備え、
    　前記波形処理部は、フィルタ処理された操作量を入力して第２比率を求める請求項２又は３に記載の制御装置の調整支援装置。
  8. 　比例要素、積分要素及び微分要素に対する各パラメータが設定され制御対象を制御するＰＩＤ制御装置の前記パラメータを調整する調整装置であって、
    　指示されるパラメータ調整指針に従い、前記ＰＩＤ制御装置の前記パラメータを調整する調整部と、
    　前記ＰＩＤ制御装置の少なくとも比例出力と微分出力を入力し、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力若しくは微分出力の周期又は周期の所定倍との第１比率を求め、該第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、前記調整部に微分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値以下の場合、前記調整部に比例要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、前記調整部に比例要素を強める又は積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する波形測定部と
    を備えた制御装置の調整装置。
  9. 　前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上の場合、
    　　さらに前記制御対象への操作量を入力し、
    　　比例出力と操作量の位相差と、比例出力若しくは操作量の周期又は該周期の所定倍との第２比率を求め、
    　　該第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、前記調整部に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、前記調整部に比例要素を強めるパラメータ調整指針を指示する請求項８に記載の制御装置の調整装置。
  10. 　前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象からの出力を測定した測定値の振幅が所定の減衰率以上で減衰していない場合、前記調整部に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、
    　前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象からの出力を測定した測定値が所定の減衰率以上で減衰する場合、
    　　さらに前記制御対象への操作量を入力し、
    　　比例出力と操作量の位相差と、比例出力若しくは操作量の周期又は該周期の所定倍との第２比率を求め、
    　　該第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、前記調整部に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、前記調整部に比例要素を強めるパラメータ調整指針を指示する請求項８に記載の制御装置の調整装置。
  11. 　前記第１比率として、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力又は微分出力の１／４周期との比率を用い、
    　前記第１閾値として、０．５０～０．７０の範囲の値を用い、
    　前記第２閾値として、０．７５～０．９５の範囲の値を用いる請求項８乃至１０のいずれかに記載の制御装置の調整装置。
  12. 　前記第２比率として、比例出力と操作量の位相差と、比例出力又は操作量の１／４周期との比率を用い、
    　前記第３閾値として、０．２０～０．４０の範囲の値を用いる請求項８乃至１１のいずれかに記載の制御装置の調整装置。
  13. 　前記ＰＩＤ制御装置の比例出力と微分出力のいずれか又は双方にフィルタ処理を行い、前記波形処理部へ出力するフィルタ処理部
    をさらに備え、
    　前記波形処理部は、比例出力と微分出力のいずれか又は双方がフィルタ処理された比例出力と微分出力を入力して第１比率を求める請求項８乃至１２のいずれかに記載の制御装置の調整援装置。
  14. 　前記制御対象への操作量にフィルタ処理を行い、前記波形処理部へ出力するフィルタ処理部
    をさらに備え、
    　前記波形処理部は、フィルタ処理された操作量を入力して第２比率を求める請求項９又は１０に記載の制御装置の調整装置。
  15. 　前記調整部による前記パラメータの調整により、前記制御対象からの出力を測定した測定値と目標値の偏差がパラメータの調整前よりも減少したか否かを学習する学習部と、
    　前記学習部による学習結果に基づいて、前記調整部による前記パラメータの調整により、前記制御対象からの出力を測定した測定値と目標値の偏差が減少するように前記第１閾値、第２閾値及び第３閾値の少なくともいずれかを自動調整する閾値調整部と、
    をさらに備える請求項８乃至１４のいずれかに記載の制御装置の調整装置。
     

     
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