JP2009009177A

JP2009009177A - Digital control device and controlling pid constant calculation method used therefor

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Publication number: JP2009009177A
Application number: JP2007167160A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sakakura; 浩一坂倉; Yoshiro Sugihara; 義朗杉原; Shi Tsukii; 思付
Original assignee: RKC Instrument Inc
Current assignee: RKC Instrument Inc
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2027-06-26
Also published as: JP4716041B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a desired control characteristic by automatically calculating a demanded PID constant by input of a single adjustment value. <P>SOLUTION: An input part 11 inputs adjustment strength for adjusting a control response of control. A parameter conversion function part 9 has a parameter conversion function with the adjustment strength and the PID constant that is a basis as input values, calculating the PID constant according to the adjustment strength. A control calculation part 1 outputs a control value based on the controlling PID constant calculated in the parameter conversion function part 9. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はデジタル制御装置およびこれに用いる制御用ＰＩＤ定数算出方法に係り、例えば、プログラム機能を備えたデジタル調節計等に用いて好適するデジタル制御装置および制御用ＰＩＤ定数算出方法の改良に関する。 The present invention relates to a digital control device and a control PID constant calculation method used therefor, and more particularly, to an improvement in a digital control device and a control PID constant calculation method suitable for use in a digital controller having a program function.

近年のデジタル調節計としては、ＰＩＤ制御を用いる構成が多く、一般的に良好とされる制御特性となるように、内蔵したオートチューニング機能によってＰＩＤ制御用ＰＩＤ定数を自動的に取得できる構成のものが提供されている。 In recent years, many digital controllers use PID control, and PID constants for PID control can be automatically acquired by the built-in auto-tuning function so as to achieve generally good control characteristics. Is provided.

しかし、オートチューニング機能の実施によって得られたＰＩＤ定数を用いた制御特性は、必ずしも所望の制御特性になるとは限らない。 However, the control characteristic using the PID constant obtained by performing the auto-tuning function is not necessarily a desired control characteristic.

例えば、実用現場では、オーバーシュートが大きくしてもよいから速く応答させたい、又は応答は遅くても良いから極力オーバーシュートを抑制したいという要望が発生する。 For example, in a practical site, there is a desire to suppress the overshoot as much as possible because the overshoot may be increased so as to respond quickly or the response may be delayed.

これに対応するためには、ＰＩＤ定数を手動で調整することになるが、ＰＩＤ定数を変更して所望の制御特性を得るには専門知識や熟練した経験が必要であり、誰もが簡単に設定可能ではない。 In order to cope with this, the PID constant is manually adjusted. However, in order to obtain the desired control characteristics by changing the PID constant, specialized knowledge and skillful experience are required. It is not configurable.

そこで、種々の工夫が提案されており、例えば特開平４−２５０５０１号公報（特許文献１）もこの種のものである。 Various ideas have been proposed, and for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-250501 (Patent Document 1) is also of this type.

この特許文献１は、「オーバーシュートをしたくない度合い」、「整定時間を短くして応答性を向上させたい度合い」、「ハンチングを抑えて整定性を向上させたい度合い」といった３個の改善度合いの設定値を有し、現行の制御特性を改善したいときには、それら３個の改善度合いの設定値を調整し、それら改善度合いとファジー推論を取り入れたオートチューニングを実行することにより、所望の制御特性となるようにＰＩＤ定数を修正するものである。
特開平４−２５０５０１号公報 This Patent Document 1 describes three improvements, such as “degree of not wanting to overshoot”, “degree of wanting to improve responsiveness by shortening settling time”, and “degree of wanting to improve settling by suppressing hunting”. If you want to improve the current control characteristics with the degree setting value, adjust the setting value of these three improvement degrees, and execute the auto tuning that incorporates these improvement degree and fuzzy inference to achieve the desired control The PID constant is corrected so as to have characteristics.
JP-A-4-250501

しかしながら、上述した特許文献１では、３個の改善度合いという設定値が存在して互いに影響し合うので、現実には思い通りの制御特性を得るのは難しいうえ、処理が複雑となり易くてコストが上昇するなどの課題があった。 However, in Patent Document 1 described above, since there are three setting values of the improvement degree and influence each other, in reality it is difficult to obtain the desired control characteristics, and the process is likely to be complicated and the cost increases. There were issues such as.

本発明はそのような課題を解決するためになされたもので、一つの調整値を入力することによって要望に応えるＰＩＤ定数を自動的に算出し、所望の制御特性を得ることが可能なデジタル制御装置および制御用ＰＩＤ定数算出方法の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and by inputting one adjustment value, a PID constant that meets the demand is automatically calculated and a digital control capable of obtaining a desired control characteristic is obtained. It is an object of the present invention to provide a device and a control PID constant calculation method.

そのような課題を解決するために本発明に係るデジタル制御装置は、制御対象の応答特性を調整するための調節強度を入力する入力部と、基礎となるＰＩＤ定数およびその入力部からの調節強度とを入力値として、その調節強度に応じた制御用ＰＩＤ定数を計算するパラメータ変換関数を有するパラメータ変換関数部と、このパラメータ変換関数部で算出されたその制御用ＰＩＤ定数に基づいて制御値をその制御対象側に出力する制御演算部とを具備している。 In order to solve such a problem, a digital control device according to the present invention includes an input unit for inputting an adjustment strength for adjusting a response characteristic of a control target, an underlying PID constant, and an adjustment strength from the input unit. And a parameter conversion function unit having a parameter conversion function for calculating a control PID constant corresponding to the adjustment strength, and a control value based on the control PID constant calculated by the parameter conversion function unit. And a control operation unit for outputting to the control target side.

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、その調節強度がこの中央値から最大減少値に近づくほどその制御応答が速くなる制御用ＰＩＤ定数を算出し、その調節強度がこの中央値から最大増加値に近づくほどその制御応答が遅くなる制御用ＰＩＤ定数を算出する関数とした構成も可能である。 In the digital control device of the present invention, the parameter conversion function unit calculates, as the parameter conversion function, a control PID constant whose control response becomes faster as the adjustment intensity approaches the maximum decrease value from the median value. It is also possible to use a function as a function for calculating a control PID constant whose control response becomes slower as the adjustment intensity approaches the maximum increase value from the median value.

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、基礎となるＰＩＤ定数による制御特性に対し、その調節強度に応じた制御応答になるようその制御用ＰＩＤ定数を算出する関数とした構成も可能である。 In the digital control device of the present invention, the parameter conversion function unit calculates the control PID constant as the parameter conversion function so that a control response corresponding to the adjustment strength is obtained with respect to the control characteristic based on the basic PID constant. It is also possible to configure the function as

本発明のデジタル制御装置では、上記入力部が、その調節強度として、基礎となるＰＩＤ定数に基づく制御応答について速くするか遅くするかの調整値を入力する構成も可能である。 In the digital control device of the present invention, the input unit may be configured to input, as the adjustment strength, an adjustment value for speeding up or slowing down the control response based on the basic PID constant.

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、応答特性の異なる複数の制御対象について、所定の調整則で得られた基準ＰＩＤ定数による制御応答を基準制御とし、この基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を各々形成し、それらの制御用ＰＩＤ定数をそれら各基準ＰＩＤ定数と係数との形式で表現した際の当該ＰＩＤ各項の係数を各々平均化し、その制御用ＰＩＤ定数について、その平均係数を基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する各々の係数とし、その基準ＰＩＤ定数を算出するための係数を「１」として基準よりも速いおよび遅い制御応答を実現する係数までの間を各々一次又は高次関数で表現した構成も可能である。 In the digital control device of the present invention, the parameter conversion function unit uses, as the parameter conversion function, a control response based on a reference PID constant obtained by a predetermined adjustment law as a reference control for a plurality of control objects having different response characteristics, The control PID constants that realize faster and slower control responses than the reference control are formed, and the coefficients of the respective PID terms when the control PID constants are expressed in the form of the respective reference PID constants and coefficients. And the average coefficient for each control PID constant is a coefficient that realizes a control response faster and slower than the reference control, and the coefficient for calculating the reference PID constant is “1” from the reference. Also, it is possible to adopt a configuration in which the period up to the coefficient realizing the fast and slow control response is expressed by a linear function or a high-order function.

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、その基準のＰＩＤから当該基準よりも速い制御応答を実現する係数までおよび当該基準よりも速い制御応答を実現する係数までの応答が均等に変化するようにその調節強度との関連付けを行った関数である構成も可能である。 In the digital control device of the present invention, the parameter conversion function unit has, as its parameter conversion function, a coefficient that realizes a control response faster than the reference from a reference PID to a coefficient that realizes a control response faster than the reference. It is also possible to adopt a configuration that is a function that is associated with the adjustment intensity so that the response up to the above changes uniformly.

そして、本発明の制御用ＰＩＤ定数算出方法は、応答特性の異なる複数の制御対象を制御する各制御値をＰＩＤ演算するための各基準ＰＩＤ定数を所定の調整則に基づき求め、それら各制御対象毎にその基準ＰＩＤ定数による制御応答より速い制御応答を実現する速い制御用ＰＩＤ定数と、遅い制御応答を実現する遅い制御用ＰＩＤ定数とを所定の手法で求め、それら各制御対象毎に、速いおよび遅い制御用ＰＩＤ定数を前記基準ＰＩＤ定数に係数を掛けた状態で表現した場合の当該係数を求め、それら各制御対象毎の前記速いおよび遅い制御用ＰＩＤ定数において基準制御より速い制御応答および早い制御応答に対応するＰ、ＩおよびＤ項に係る係数どうしの平均係数を求め、その早い制御用ＰＩＤ定数に係る平均係数を調節強度の最大減少値に対応する制御用ＰＩＤ定数への変換係数とし、その遅い制御用ＰＩＤ定数に係る平均係数を調節強度の最大増加値に対応する制御用ＰＩＤ定数への変換係数とし、その基準ＰＩＤ定数の得られる変換係数を「１」として、調節強度の最大減少値に対応した速い制御用ＰＩＤ定数を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現したパラメータ変換関数を作成するとともに、調節強度の最大増加値に対応した遅い制御用ＰＩＤ定数を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現したパラメータ変換関数を作成し、その調節強度をそれらパラメータ変換関数に入力して上記制御用ＰＩＤ定数を得る方法である。 Then, the control PID constant calculation method of the present invention obtains each reference PID constant for performing PID calculation on each control value for controlling a plurality of control objects having different response characteristics based on a predetermined adjustment rule, and each of these control objects. A fast control PID constant that realizes a faster control response than a control response based on the reference PID constant and a slow control PID constant that realizes a slow control response are obtained by a predetermined method, and each control object is fast. And when the slow control PID constant is expressed in a state where the reference PID constant is multiplied by the coefficient, the coefficient is obtained, and in the fast and slow control PID constants for each control target, the control response is faster and faster than the reference control. The average coefficient of the coefficients related to the P, I and D terms corresponding to the control response is obtained, and the average coefficient related to the fast control PID constant is reduced to the maximum reduction in the adjustment strength. The conversion coefficient to the control PID constant corresponding to the value is used, the average coefficient related to the slow control PID constant is used as the conversion coefficient to the control PID constant corresponding to the maximum increase value of the adjustment intensity, and the reference PID constant is obtained. A parameter conversion function expressing a conversion coefficient for obtaining a fast control PID constant corresponding to the maximum decrease value of the adjustment intensity as a linear or higher order function is created with the conversion coefficient to be “1”, and Create a parameter conversion function that expresses up to the conversion coefficient for obtaining the slow control PID constant corresponding to the maximum increase value of the adjustment intensity by a first-order or higher-order function, and input the adjustment intensity to these parameter conversion functions Thus, the control PID constant is obtained.

このような本発明に係るデジタル制御装置では、入力部から調節強度を入力すると、パラメータ変換関数部が基礎となるＰＩＤ定数およびその調節強度とを入力値として調節強度に応じた制御用ＰＩＤ定数を計算し、制御演算部がその制御用ＰＩＤ定数に基づいて制御値を出力するから、一つの調整値を入力することによって要望に応えるＰＩＤ定数を自動的に算出し、所望の制御特性を得ることが可能となる。 In such a digital control device according to the present invention, when the adjustment strength is input from the input unit, the PID constant based on the parameter conversion function unit and the adjustment strength are used as input values, and the control PID constant corresponding to the adjustment strength is set. Since the control calculation unit outputs the control value based on the control PID constant, the PID constant that meets the demand is automatically calculated by inputting one adjustment value to obtain the desired control characteristics. Is possible.

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、その調節強度が最大減少値に近づくほど制御応答特性が速くなる制御用ＰＩＤ定数や、最大増加値に近づくほど制御応答特性が遅くなる制御用ＰＩＤ定数を算出する関数を有する構成では、一つの調整値の入力により、制御応答を遅らせる又は速める制御用ＰＩＤ定数の算出が可能で、制御応答を遅らせる又は速める制御特性を得ることが容易である。 In the digital control device of the present invention, the parameter conversion function unit controls the PID constant for control whose control response characteristic becomes faster as the adjustment intensity approaches the maximum decrease value or the maximum increase value as the parameter conversion function. In the configuration having a function for calculating the control PID constant that slows down the response characteristic, it is possible to calculate the control PID constant that delays or speeds up the control response by inputting one adjustment value, and the control characteristic that delays or speeds up the control response. Is easy to get.

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、基礎となるＰＩＤ定数による制御特性に対し、調節強度に応じた制御応答になるような制御用ＰＩＤ定数を算出する関数を有する構成では、調節強度に応じた制御用ＰＩＤ定数の算出が可能で、その制御応答に応じた制御特性を得ることが容易である。 In the digital control device of the present invention, in the configuration in which the parameter conversion function unit has a function for calculating a control PID constant that provides a control response according to the adjustment strength with respect to the control characteristic by the basic PID constant, It is possible to calculate a control PID constant according to the adjustment intensity, and it is easy to obtain a control characteristic according to the control response.

本発明のデジタル制御装置では、上記入力部が、その調節強度として、基礎となるＰＩＤ定数に基づく制御応答について速くするか遅くするかの調整値を入力する構成では、調節強度といった調整値に応じて速い又は遅い制御応答を得ることが容易である。 In the digital control device according to the present invention, in the configuration in which the input unit inputs an adjustment value for speeding up or slowing down the control response based on the basic PID constant as the adjustment strength, according to the adjustment value such as the adjustment strength. It is easy to get fast and slow control response.

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、応答特性の異なる複数の制御対象について、所定の調整則で得られたＰＩＤ定数による制御応答を基準制御とし、この基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を各々形成し、これらの制御用ＰＩＤ定数をそれら各基準ＰＩＤ定数と係数との形式で表現した際の当該ＰＩＤ各項の係数を各々平均化し、その制御用ＰＩＤ定数において、その平均係数を基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する各々の係数とし、その基準ＰＩＤ定数を算出するための係数を「１」とし、基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する係数までの間を各々一次又は高次関数で表現した構成では、例えば時定数とむだ時間の比が幅広いといった制御応答の異なる制御対象に対し、所望の制御応答を実現可能である。 In the digital control device of the present invention, the parameter conversion function unit uses, as the parameter conversion function, a control response based on a PID constant obtained by a predetermined adjustment rule as a reference control for a plurality of control objects having different response characteristics. The control PID constants that realize faster and slower control responses than the reference control are formed, and the coefficients of the respective PID terms when these control PID constants are expressed in the form of the respective reference PID constants and coefficients. Each control is averaged, and in the control PID constant, the average coefficient is set to each coefficient that realizes a control response faster and slower than the reference control, and the coefficient for calculating the reference PID constant is set to “1”. In the configuration in which the coefficients up to the coefficient that realizes faster and slower control response are expressed by linear or higher-order functions, for example, the ratio between the time constant and the dead time For different control target of the control response such broad, it is possible to realize a desired control response.

本発明のデジタル制御装置では、上記パラメータ変換関数部が、そのパラメータ変換関数として、その基準のＰＩＤから当該基準よりも速い制御応答を実現する係数までおよび当該基準よりも速い制御応答を実現する係数までの応答が均等に変化するようにその調節強度との関連付けを行った関数を有する構成では、調節強度の設定と応答変化の割合が感覚的に一致するため、制御応答の調節が容易になる。 In the digital control device of the present invention, the parameter conversion function unit has, as its parameter conversion function, a coefficient that realizes a control response faster than the reference from a reference PID to a coefficient that realizes a control response faster than the reference. In a configuration having a function that correlates with the adjustment intensity so that the response up to the same changes evenly, the adjustment of the adjustment intensity and the rate of response change are sensibly coincident, so adjustment of the control response becomes easy .

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明に係るデジタル制御装置の実施の形態を概念的に示したブロック図である。なお、本発明に係る制御用ＰＩＤ定数算出方法はデジタル制御装置の実施の形態を説明する過程で説明する。 FIG. 1 is a block diagram conceptually showing an embodiment of a digital control apparatus according to the present invention. The control PID constant calculation method according to the present invention will be described in the course of explaining the embodiment of the digital control device.

図１において、制御演算部１は、制御対象３からの測定値ＰＶと所定の設定値ＳＶとの偏差を得る減算部５と、この減算部５から出力された偏差値およびＰＩＤ定数（Ｋｐ、Ｔｉ、Ｔｄ）に基づきＰＩＤ演算して操作量ＭＶ（制御値）を制御対象３側に出力する演算部７とを有して形成されている。なお、この制御演算部１は公知のものである。 In FIG. 1, the control calculation unit 1 includes a subtraction unit 5 that obtains a deviation between the measured value PV from the controlled object 3 and a predetermined set value SV, and the deviation value output from the subtraction unit 5 and the PID constant (Kp, And a calculation unit 7 that performs PID calculation based on Ti, Td) and outputs an operation amount MV (control value) to the controlled object 3 side. The control calculation unit 1 is a known one.

そして、本発明の特徴は、主に、演算部７に設定する好ましい制御用ＰＩＤ定数（Ｋｐ、Ｔｉ、Ｔｄ）を算出するパラメータ変換関数部９にある。 The feature of the present invention lies mainly in the parameter conversion function unit 9 that calculates preferable control PID constants (Kp, Ti, Td) set in the calculation unit 7.

図１中の「Ｔｃ」は、基準のＰＩＤ定数による応答より速い応答又は遅い応答を調節する調節強度である調整値、例えば可変させる応答速度を入力する入力部１１であり、例えば「０」を入力すると基準のＰＩＤ定数による応答が実現でき、マイナスの大きな値を入力するほど、基準のＰＩＤ定数による応答より速い応答が実現でき、プラスの大きな値を入力するほど、基準のＰＩＤ定数による応答より遅い応答が実現できるように関連づけられた設定値である。 “Tc” in FIG. 1 is an input unit 11 for inputting an adjustment value that is an adjustment strength for adjusting a response faster or slower than a response based on a reference PID constant, for example, a response speed to be varied. When a value is input, a response based on the reference PID constant can be realized. As a negative value is input, a response faster than a response based on the reference PID constant can be realized. It is a setting value associated so that a slow response can be realized.

「Ｋｐ０」は基準の比例定数、「Ｔｉ０」は基準の積分定数、「Ｔｄ０」は基準の微分定数であり、これらの基準のＰＩＤ定数は、例えばデジタル制御装置に搭載されているオートチューニング機能によって得られたＰＩＤ定数、又は経験則等により設定された標準的なＰＩＤ定数である。 “Kp0” is a reference proportional constant, “Ti0” is a reference integral constant, and “Td0” is a reference differential constant. These reference PID constants are determined by, for example, an auto-tuning function installed in a digital controller. The obtained PID constant or a standard PID constant set by an empirical rule or the like.

なお、オートチューニング機能は、公知のものであるから説明および図示を省略する。 The auto-tuning function is a well-known function and will not be described and illustrated.

パラメータ変換関数部９は、制御用ＰＩＤ定数「Ｋｐ」、「Ｔｉ」、「Ｔｄ」を算出するパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）を有する定数関数部９ａ、９ｂ、９ｃから形成されており、例えば調節強度「Ｔｃ」が「０」のとき、基準のＰＩＤ定数（Ｋｐ０、Ｔｉ０、Ｔｄ０）がそのまま制御用ＰＩＤ定数として算出され、調節強度「Ｔｃ」が「０」から「−１」に近づくほど制御の制御応答が速くなる制御用ＰＩＤ定数が算出され、調節強度「Ｔｃ」が「０」から「＋１」に近づくほど制御の制御応答が遅くなる制御用ＰＩＤ定数が算出されるそれら関数を有している。 The parameter conversion function unit 9 is formed of constant function units 9a, 9b, and 9c having parameter conversion functions (f1, f2, and f3) for calculating control PID constants “Kp”, “Ti”, and “Td”. For example, when the adjustment strength “Tc” is “0”, the reference PID constants (Kp0, Ti0, Td0) are directly calculated as control PID constants, and the adjustment strength “Tc” is changed from “0” to “−1”. Control PID constants for which the control response of the control becomes faster as it gets closer are calculated, and control PID constants for which the control response of the control becomes slower as the adjustment intensity “Tc” approaches “+1” from “0”. have.

なお、ここで調節強度Ｔｃが「０」とは基準のＰＩＤ定数が得られる値であり、「−１」とは可変範囲の最大減少値、「＋１」とは可変範囲の最大増加値といった意味である。 Here, the adjustment strength Tc of “0” is a value from which a standard PID constant can be obtained, “−1” means the maximum decrease value of the variable range, and “+1” means the maximum increase value of the variable range. It is.

次に、それらパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）の求め方を説明する。 Next, how to obtain these parameter conversion functions (f1, f2, f3) will be described.

まず、定数関数部９ａ、９ｂ、９ｃに設定されるパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）は、調節強度「Ｔｃ」の１次関数又は高次関数でも良く、Ｔｃ＝０のとき、基準のＰＩＤ定数をそのまま制御用ＰＩＤ定数として算出するとすれば、１次関数で示せば次の式１〜式３で表記できる。
ｆ１＝Ｋｐ０×（ａ×Ｔｃ＋１）式１
ｆ２＝Ｔｉ０×（ｂ×Ｔｃ＋１）式２
ｆ３＝Ｔｄ０×（ｃ×Ｔｃ＋１）式３ First, the parameter conversion functions (f1, f2, f3) set in the constant function sections 9a, 9b, 9c may be a linear function or a higher-order function of the adjustment strength “Tc”. If the PID constant is calculated as it is as the control PID constant, it can be expressed by the following equations 1 to 3 as a linear function.
f1 = Kp0 × (a × Tc + 1) Equation 1
f2 = Ti0 × (b × Tc + 1) Equation 2
f3 = Td0 × (c × Tc + 1) Equation 3

また、パラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）は、２次関数で示せば次の式４〜式６で表記できる。
ｆ１＝ａ×Ｔｃ^２＋ｂ×Ｔｃ＋Ｋｐ０式４
ｆ２＝ｃ×Ｔｃ^２＋ｄ×Ｔｃ＋Ｔｉ０式５
ｆ３＝ｅ×Ｔｃ^２＋ｆ×Ｔｃ＋Ｔｄ０式６ Further, the parameter conversion functions (f1, f2, f3) can be expressed by the following formulas 4 to 6 if they are expressed by quadratic functions.
f1 = a × Tc ² + b × Tc + Kp0 Formula 4
f2 = c × Tc ² + d × Tc + Ti0 Formula 5
f3 = e × Tc ² + f × Tc + Td0 Equation 6

上記各式の係数（ａ〜ｆ）は、予め計算により求めた固定値であり、それらパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）は、上記のように３式１組みの関数であり、例えばデジタル制御装置に組み込まれて動作する。 The coefficients (a to f) in the above equations are fixed values obtained by calculation in advance, and the parameter conversion functions (f1, f2, and f3) are functions of a set of three equations as described above. It is built into the controller and operates.

次に、プロセス系の制御対象３について考察すると、制御対象３は一般的に次の式７で表現される。

Next, considering the control target 3 of the process system, the control target 3 is generally expressed by the following Expression 7.

ここで、Ｇｐ（Ｓ）は制御対象、ｋは制御対象のプロセスゲイン、e^−ＬＳはむだ時間Ｌ、１／（１＋ＴＳ）は時定数Ｔの１次遅れである。 Here, Gp (S) is the controlled object, k is the process gain of the controlled object, e- ^{LS is the dead} time L, and 1 / (1 + TS) is the first-order delay of the time constant T.

この式７は１次遅れの時定数Ｔとむだ時間Ｌを有して構成されているが、数学的に解析する場合、一般的には次の式８で近似させる。

This equation 7 has a first-order lag time constant T and a dead time L, but is generally approximated by the following equation 8 when analyzed mathematically.

この式８は、積分要素「１／Ｓ」がローパスフィルタとして存在しているため、高い周波数の影響が無視されることを利用した式７の近似式である。 Expression 8 is an approximate expression of Expression 7 that uses the fact that the influence of a high frequency is ignored because the integral element “1 / S” exists as a low-pass filter.

任意の制御対象であれば、時定数Ｔとむだ時間Ｌの組合せは無限にあるが、現実の制御対象３では時定数Ｔがむだ時間Ｌより大きく、経験上、時定数Ｔとむだ時間Ｌの比（Ｔ／Ｌ比）が１０倍から５０倍であれば十分であることが知られている。 For an arbitrary control target, there are infinite combinations of the time constant T and the dead time L. However, in the actual control target 3, the time constant T is larger than the dead time L. From experience, the time constant T and the dead time L It is known that a ratio (T / L ratio) of 10 to 50 is sufficient.

一方、Ｔ／Ｌ比が同じ制御対象３であれば、時定数Ｔとむだ時間Ｌをどのような組み合わせに選んでも、解析上等価な制御対象として扱うことが可能であるから、Ｔ／Ｌ比の最小値１０倍、最大値５０倍、その中間値３０倍の制御対象について、上述した式８を次の式９〜式１１のように変更することができる。

On the other hand, if the control target 3 has the same T / L ratio, any combination of the time constant T and the dead time L can be treated as an equivalent control target in the analysis. For the control target having a minimum value 10 times, a maximum value 50 times, and an intermediate value 30 times, Expression 8 can be changed to the following Expressions 9 to 11.

ここで、それぞれの制御対象について一般的な調整則、例えばジグラニコルスの調整則を用いて上述した基準ＰＩＤ定数を設計すると、図２Ａに示す図表のようになる。 Here, when the above-described reference PID constant is designed using a general adjustment rule for each control object, for example, a Zigranicollis adjustment rule, a chart shown in FIG. 2A is obtained.

これらの基準ＰＩＤ定数による制御応答をそれぞれの制御対象における基準制御とし、基準制御より速い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を極配置や試行錯誤により求める一方、基準制御より遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を同様に極配置や試行錯誤により求める。 The control response based on these reference PID constants is set as the reference control for each control target, and a control PID constant that realizes a control response faster than the reference control is obtained by pole placement or trial and error, while a control response slower than the reference control is realized. Similarly, the control PID constant is obtained by pole arrangement or trial and error.

制御対象毎に求めた制御用ＰＩＤ定数を調節強度「Ｔｃ」と関連付けて示すと、図２Ｂ〜Ｄに示す図表のようになり、この場合の制御応答波形は図３〜図５に示すようになる。 When the control PID constant obtained for each control target is shown in association with the adjustment strength “Tc”, the charts shown in FIGS. 2B to 2D are obtained, and the control response waveforms in this case are as shown in FIGS. Become.

図３〜図５では、Ｔｃ＝０で基準ＰＩＤ定数による基準制御応答となり、Ｔｃ＝−１のとき基準制御の応答より速い応答が実現でき、Ｔｃ＝１のとき基準制御の応答より遅い応答が実現できていることが分かる。 In FIGS. 3 to 5, a reference control response based on the reference PID constant is obtained when Tc = 0, a response faster than the response of the reference control can be realized when Tc = −1, and a response slower than the response of the reference control when Tc = 1. It can be seen that it has been realized.

図２Ｂ〜Ｄにおいて、各制御用ＰＩＤ定数をそれぞれの基準ＰＩＤ定数で割り、この値を基準ＰＩＤに対する応答の速い制御用ＰＩＤ定数又は応答の遅い制御用ＰＩＤ定数への修正係数（Ｋｐｃ、Ｔｉｃ、Ｔｄｃ）として表現すると、図６Ａ〜Ｃの図表に示すようになる。 2B-D, each control PID constant is divided by the respective reference PID constant, and this value is corrected to a control PID constant having a fast response to the reference PID or a control PID constant having a slow response (Kpc, Tic, When expressed as Tdc), it is as shown in the charts of FIGS.

広範囲の制御対象に対応するパラメータ変換関数を求めるため、各制御対象での修正係数を平均化し、調節強度「Ｔｃ」に応じた制御用ＰＩＤ定数を算出するための係数（Ｋｐｃ、Ｔｉｃ、Ｔｄｃ）を求めると、図６Ｄに示す図表のようになる。 In order to obtain a parameter conversion function corresponding to a wide range of objects to be controlled, the correction coefficients for each object to be controlled are averaged, and coefficients (Kpc, Tic, Tdc) for calculating a control PID constant according to the adjustment strength “Tc”. Is obtained as shown in FIG. 6D.

この図表に示す調節強度「Ｔｃ」に応じた各制御用ＰＩＤ定数を算出するための係数（Ｋｐｃ、Ｔｉｃ、Ｔｄｃ）の関係をグラフで表すと、図７〜図９のようになり、これら図７〜図９で示された特性がパラメータ変換関数である。 The relationship between the coefficients (Kpc, Tic, Tdc) for calculating each control PID constant corresponding to the adjustment strength “Tc” shown in this chart is shown in graphs as shown in FIGS. The characteristics shown in FIGS. 7 to 9 are parameter conversion functions.

なお、図７〜図９はＫｐのパラメータ変換関数、Ｔｉのパラメータ変換関数、Ｔｄのパラメータ変換関数を各々示している。 7 to 9 show a Kp parameter conversion function, a Ti parameter conversion function, and a Td parameter conversion function, respectively.

これらの図では、調節強度「Ｔｃ」が「０」から速い応答を実現する「−１」までの間、調節強度「Ｔｃ」が「０」から遅い応答を実現する「１」までの間を１次関数で表現しており、上述したパラメータ変換関数部９に設定するパラメータ変換関数の式１〜式３は以下のように求まる。 In these figures, the adjustment strength “Tc” ranges from “0” to “−1” that realizes a fast response, and the adjustment strength “Tc” ranges from “0” to “1” that realizes a slow response. Expressions 1 to 3 of the parameter conversion function expressed by a linear function and set in the parameter conversion function unit 9 described above are obtained as follows.

先ず式１の係数ａを求める。上表の図６Ｄにおいて、Ｔｃ＝−１のときの係数Ｋｐｃは４．７であるから、係数ａは
４．７＝１×ａ×（―１）＋１
ａ＝−３．７
と求まる。またＴｃ＝１のときの係数Ｋｐｃは０．５であるから、係数ａは
０．５＝１×ａ×１＋１
ａ＝−０．５
と求まる。従ってパラメータ変換関数ｆ１は、次式となる。
ｆ１＝Ｋｐ０×（（−３．７）×Ｔｃ＋１） −１≦Ｔｃ＜０
ｆ１＝Ｋｐ０×（（−０．５）×Ｔｃ＋１）０≦Ｔｃ≦１ First, the coefficient a of Equation 1 is obtained. In FIG. 6D in the above table, since the coefficient Kpc when Tc = −1 is 4.7, the coefficient a is 4.7 = 1 × a × (−1) +1.
a = −3.7
It is obtained. Since the coefficient Kpc when Tc = 1 is 0.5, the coefficient a is 0.5 = 1 × a × 1 + 1.
a = −0.5
It is obtained. Therefore, the parameter conversion function f1 is as follows.
f1 = Kp0 × ((− 3.7) × Tc + 1) −1 ≦ Tc <0
f1 = Kp0 × ((− 0.5) × Tc + 1) 0 ≦ Tc ≦ 1

同様の方法でパラメータ変換関数ｆ２を求めると以下のようになる。
ｆ２＝Ｔｉ０ −１≦Ｔｃ＜０
ｆ２＝Ｔｉ０×（８．０×Ｔｃ＋１）０≦Ｔｃ≦１ The parameter conversion function f2 is obtained by the same method as follows.
f2 = Ti0 −1 ≦ Tc <0
f2 = Ti0 × (8.0 × Tc + 1) 0 ≦ Tc ≦ 1

同様の方法でパラメータ変換関数ｆ３を求めると以下のようになる。
ｆ３＝Ｔｄ０ −１≦Ｔｃ＜０
ｆ３＝Ｔｄ０×（０．８９×Ｔｃ＋１）０≦Ｔｃ≦１ The parameter conversion function f3 is obtained as follows by the same method.
f3 = Td0 −1 ≦ Tc <0
f3 = Td0 × (0.89 × Tc + 1) 0 ≦ Tc ≦ 1

このようにして、上述したパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）を得ることができ、調整強度「Ｔｃ」を「−１」から「１」まで調整範囲に応じ、これらのパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）を対応付けることで、それに応じた制御応答となる制御用ＰＩＤ定数を算出することが可能である。 In this way, the parameter conversion functions (f1, f2, f3) described above can be obtained, and these parameter conversion functions (f1) are adjusted according to the adjustment range from “−1” to “1” for the adjustment strength “Tc”. , F2, f3) can be associated with each other, and a control PID constant that becomes a control response according to the association can be calculated.

このようなパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）の求め方は、以下のようにまとめることが可能である。 The method for obtaining such parameter conversion functions (f1, f2, f3) can be summarized as follows.

すなわち、（１）応答特性の異なる例えば時定数とむだ時間の比（Ｔ／Ｌ）が１０〜５０内にある複数の制御対象について、個々の制御対象毎の基準ＰＩＤ定数を所定の調整則に基づくチューニングで求める。 That is, (1) For a plurality of control objects having different response characteristics, for example, a ratio of time constant to dead time (T / L) within 10 to 50, the reference PID constant for each control object is set as a predetermined adjustment rule. Find by tuning based.

（２）それら各制御対象について、基準ＰＩＤ定数による基準制御の制御応答より速い又は遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を極配置や試行錯誤により求める。 (2) For each of these controlled objects, a control PID constant that realizes a control response faster or slower than the control response of the reference control by the reference PID constant is obtained by pole arrangement or trial and error.

（３）それら各制御対象の各々について、「速い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数」を「基準ＰＩＤ定数×係数」の表現形式で表現した際のＰ、Ｉ、Ｄ各項に係る当該係数を各々求める。 (3) For each of these control targets, the coefficients related to the P, I, and D terms when the “control PID constant for realizing a fast control response” is expressed in the expression format of “reference PID constant × coefficient” Each is obtained.

（４）同様に、それら各制御対象の各々について、「遅い応答を実現するＰＩＤ定数」を「基準のＰＩＤ定数×係数」の表現形式で表現した際のＰ、Ｉ、Ｄ各項に係る当該係数を各々求める。 (4) Similarly, for each of these control objects, the P, I, and D related terms when the “PID constant realizing a slow response” is expressed in the expression format of “reference PID constant × coefficient”. Each coefficient is obtained.

（５）、さらに（３）で求めた各制御対象についてのＰ項に係る係数どうしを平均し、基準制御より速い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数のＰ項を求める係数として求め、同様にＩ項およびＤ項についての平均係数を求める。
$
（６）同様に、（４）求めた各制御対象についてのＰ項に係る係数どうしを平均し、基準制御より遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数のＰ項を求める係数として求め、同様にＩ項およびＤ項についての平均係数も求める。
$
（７）、さらに（５）で求めたＰＩＤ各項に係る平均係数を調節強度の最大減少値に対応する制御用ＰＩＤ定数（基準制御より速い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数）への変換係数とする。 (5) Further, the coefficients related to the P term for each control object obtained in (3) are averaged, and the P term of the PID constant for control that realizes a control response faster than the reference control is obtained as a coefficient, and similarly The average coefficient for the I and D terms is determined.
$
(6) Similarly, (4) the coefficients related to the P term for each obtained control object are averaged, and the P term of the PID constant for control that realizes a control response slower than the reference control is obtained as a coefficient, and similarly Also find the average coefficients for the I and D terms.
$
(7) Further, the average coefficient related to each PID term obtained in (5) is converted into a control PID constant corresponding to the maximum decrease value of the adjustment intensity (control PID constant realizing a control response faster than the reference control). It is a coefficient.

（８）、同様に（６）で求めたＰＩＤ各項に係る平均係数を調節強度の最大増加値に対応する制御用ＰＩＤ定数（基準制御より遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数）への変換係数とする。 (8) Similarly, the average coefficient related to each PID term obtained in (6) is changed to the control PID constant corresponding to the maximum increase value of the adjustment intensity (control PID constant realizing a control response slower than the reference control). Conversion factor.

（９）、基準ＰＩＤ定数となる変換係数を「１」として、調節強度の最大減少値に対応した「基準制御より速い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数」を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現する。 (9) The conversion coefficient that becomes the reference PID constant is set to “1”, and the conversion coefficient for obtaining the “control PID constant that realizes a control response faster than the reference control” corresponding to the maximum decrease value of the adjustment intensity. Is expressed by a first-order or higher-order function.

（１０）、同様に基準ＰＩＤ定数となる変換係数を「１」として、調節強度の最大増加値に対応した「基準制御より遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数」を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現する。 (10) Similarly, assuming that the conversion coefficient serving as the reference PID constant is “1”, up to the conversion coefficient for obtaining the “control PID constant realizing a control response slower than the reference control” corresponding to the maximum increase value of the adjustment intensity. Is expressed by a first-order or higher-order function.

これらの一次又は高次の関数がパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）となる。 These linear or higher order functions are parameter conversion functions (f1, f2, f3).

なお、上述した（９）および（１０）については、関数変換の段階で、調節強度の設定と実際の制御応答の変化が均等に変化するように関連付けた関数とすることも可能である。 It should be noted that (9) and (10) described above can be functions associated so that the setting of the adjustment strength and the actual change in the control response change evenly at the stage of function conversion.

このように、本発明のデジタル制御装置では、制御対象３の応答特性を調整するための調節強度を入力する入力部１１と、基礎となるＰＩＤ定数およびその入力部１１からの調節強度とを入力値として、その調節強度に応じた制御用ＰＩＤ定数を計算する上述したパラメータ変換関数を有するパラメータ変換関数部９と、このパラメータ変換関数部９で算出されたその制御用ＰＩＤ定数に基づいて制御値をその制御対象３側に出力する制御演算部１とを具備している。 As described above, in the digital control device of the present invention, the input unit 11 for inputting the adjustment strength for adjusting the response characteristic of the controlled object 3, the basic PID constant and the adjustment strength from the input unit 11 are input. As a value, a parameter conversion function unit 9 having the above-described parameter conversion function for calculating a control PID constant corresponding to the adjustment strength, and a control value based on the control PID constant calculated by the parameter conversion function unit 9 Is output to the control target 3 side.

そのため、調整値である１個の調節強度を入力することによって所望の制御用ＰＩＤ定数を自動的に算出し、所望の制御特性を得ることが可能となるうえ、その調節強度を基準となる中央値から最大減少値又は最大増加値の間で可変調整することにより、基準制御よりも遅い制御応答から速い制御応答を実現することが可能である。 Therefore, it is possible to automatically calculate a desired control PID constant by inputting one adjustment strength that is an adjustment value, and obtain a desired control characteristic, and to use the adjustment strength as a reference center. By variably adjusting between the maximum decrease value or the maximum increase value from the value, it is possible to realize a fast control response from a control response slower than the reference control.

ところで、本発明のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数は、上述した手法によって求める構成に限定されない。例えば、以下のパラメータ変換関数設計手法も可能である。 By the way, the parameter conversion function in the digital control device of the present invention is not limited to the configuration obtained by the above-described method. For example, the following parameter conversion function design method is also possible.

すなわち、調整強度「Ｔｃ」を応答の速くなる方向「０」から「−１」間に何点かの等間隔な値を決め、同様に応答の遅くなる方向「０」から「１」間にも何点かの等間隔な値を決め、その値に対する応答速度がほぼ等間隔になるようなＰＩＤ定数をそれら複数の制御対象ついてそれぞれ求め、各ＰＩＤ定数をそれぞれの基準ＰＩＤ定数で割って基準ＰＩＤに対する修正係数として表現し、広範囲の制御対象に対応するパラメータ変換関数を求めるために各制御対象での修正係数を平均化し、等間隔に設定した調節強度「Ｔｃ」に応じたＰＩＤ定数を算出するための係数Ｋｐｃ、Ｔｉｃ、Ｔｄｃを求める手法も可能である。 That is, the adjustment strength “Tc” is determined at several equally spaced values between “0” and “−1” in the direction of quick response, and similarly between “0” and “1” in the direction of slow response. Also determine several equally spaced values, find PID constants for each of these control objects so that the response speeds to those values are approximately evenly spaced, and divide each PID constant by its respective reference PID constant. Expressed as a correction coefficient for PID, average the correction coefficients for each control object to calculate a parameter conversion function corresponding to a wide range of control objects, and calculate a PID constant according to the adjustment strength “Tc” set at equal intervals It is also possible to obtain a coefficient Kpc, Tic, Tdc for the purpose.

このようにして求めた係数Ｋｐｃ、Ｔｉｃ、Ｔｄｃと調節強度「Ｔｃ」との関係をグラフで表すと、図１０〜図１２に示すような関数が得られ、これらがパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）となる。 When the relationship between the coefficients Kpc, Tic, Tdc thus determined and the adjustment strength “Tc” is represented by a graph, the functions shown in FIGS. 10 to 12 are obtained, and these are the parameter conversion functions (f1, f2). , F3).

それら図１０〜図１２では、等間隔に求めた「Ｔｃ」に応じた係数は各々直線補間が行われているが、高次関数による補間を行うことも可能である。 In FIGS. 10 to 12, the coefficients corresponding to “Tc” obtained at equal intervals are linearly interpolated, but it is also possible to perform interpolation using a higher-order function.

図１０〜図１２に示したパラメータ変換関数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）に基づいて複数の制御対象に対して行ったシミュレーションの結果として、基準から基準より速い応答を図１３〜図１５に、基準から基準より遅い応答を図１６〜図１８に示す。 As a result of simulations performed on a plurality of control objects based on the parameter conversion functions (f1, f2, f3) shown in FIGS. 10 to 12, responses faster than the reference from the reference are shown in FIGS. The response slower than the reference is shown in FIGS.

図１３〜図１５では、Ｔｃ＝０での基準応答からＴｃ＝−０．５，Ｔｃ＝−１と調節強度をマイナス方向に等間隔で変化させたとき、設定値への到達時間がほぼ等間隔で変化していることが分かる。 13 to 15, when the adjustment intensity is changed at equal intervals in the minus direction from Tc = 0 to the reference response at Tc = 0, the time to reach the set value is almost equal. It can be seen that the interval changes.

また、図１６〜図１８では、Ｔｃ＝０での基準応答からＴｃ＝０．２５，Ｔｃ＝０．５，Ｔｃ＝０．７５，Ｔｃ＝１と調節強度をプラス方向に等間隔で変化させたとき、設定値への到達時間がほぼ等間隔で変化していることが分かり、調整強度「Ｔｃ」に応じて制御の制御応答が変化していることが確認できる。 Also, in FIGS. 16 to 18, the adjustment intensity is changed at equal intervals in the plus direction from Tc = 0, Tc = 0.5, Tc = 0.75, Tc = 1 from the reference response at Tc = 0. It can be seen that the arrival time to the set value changes at almost equal intervals, and it can be confirmed that the control response of the control changes according to the adjustment strength “Tc”.

なお、本発明に係る制御用ＰＩＤ定数算出方法を用いると、上述したデジタル制御装置と同様の効果を得ることが可能である。 When the control PID constant calculation method according to the present invention is used, it is possible to obtain the same effect as that of the digital control device described above.

本発明に係るデジタル制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the digital control apparatus which concerns on this invention. 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する図表である。6 is a chart for explaining a process of obtaining a parameter conversion function in the digital control device of FIG. 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the process of calculating | requiring the parameter conversion function in the digital control apparatus of FIG. 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the process of calculating | requiring the parameter conversion function in the digital control apparatus of FIG. 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the process of calculating | requiring the parameter conversion function in the digital control apparatus of FIG. 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する図表である。6 is a chart for explaining a process of obtaining a parameter conversion function in the digital control device of FIG. 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the process of calculating | requiring the parameter conversion function in the digital control apparatus of FIG. 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the process of calculating | requiring the parameter conversion function in the digital control apparatus of FIG. 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the process of calculating | requiring the parameter conversion function in the digital control apparatus of FIG. 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the process of calculating | requiring the parameter conversion function in the digital control apparatus of FIG. 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the process of calculating | requiring the parameter conversion function in the digital control apparatus of FIG. 図１のデジタル制御装置におけるパラメータ変換関数を求める過程を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the process of calculating | requiring the parameter conversion function in the digital control apparatus of FIG. 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。It is an operating characteristic figure in the digital control device of the present invention. 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。It is an operating characteristic figure in the digital control device of the present invention. 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。It is an operating characteristic figure in the digital control device of the present invention. 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。It is an operating characteristic figure in the digital control device of the present invention. 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。It is an operating characteristic figure in the digital control device of the present invention. 本発明のデジタル制御装置における動作特性図である。It is an operating characteristic figure in the digital control device of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１制御演算部
３制御対象
５減算部
７演算部
９パラメータ変換関数部
９ａ、９ｂ、９ｃ定数関数部
１１入力部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control operation part 3 Control object 5 Subtraction part 7 Operation part 9 Parameter conversion function part 9a, 9b, 9c Constant function part 11 Input part

Claims

制御対象の応答特性を調整するための調節強度を入力する入力部と、
基礎となるＰＩＤ定数および前記入力部からの前記調節強度とを入力値として、前記調節強度に応じた制御用ＰＩＤ定数を計算するパラメータ変換関数を有するパラメータ変換関数部と、
このパラメータ変換関数部で算出された前記制御用ＰＩＤ定数に基づいて制御値を前記制御対象側に出力する制御演算部と、
を具備することを特徴とするデジタル制御装置。 An input unit for inputting an adjustment intensity for adjusting a response characteristic of a control target;
A parameter conversion function unit having a parameter conversion function for calculating a control PID constant corresponding to the adjustment intensity, using a basic PID constant and the adjustment intensity from the input unit as input values;
A control calculation unit for outputting a control value to the control target side based on the control PID constant calculated by the parameter conversion function unit;
A digital control device comprising:

前記パラメータ変換関数部は、前記パラメータ変換関数として、前記調節強度がこの中央値から最大減少値に近づくほど前記制御応答が速くなる前記制御用ＰＩＤ定数が算出され、前記調節強度がこの中央値から最大増加値に近づくほど前記制御応答が遅くなる前記制御用ＰＩＤ定数が算出される関数を有する請求項１記載のデジタル制御装置。 The parameter conversion function unit calculates, as the parameter conversion function, the control PID constant that increases the control response as the adjustment intensity approaches the maximum decrease value from the median value, and the adjustment intensity is calculated from the median value. The digital control device according to claim 1, further comprising a function for calculating the control PID constant that makes the control response slower as the maximum increase value is approached.

前記パラメータ変換関数部は、前記パラメータ変換関数として、前記基礎となるＰＩＤ定数による制御特性に対し、前記調節強度に応じた前記制御応答になるよう前記制御用ＰＩＤ定数を算出する関数を有する請求項１又は２記載のデジタル制御装置。 The parameter conversion function unit includes a function for calculating the control PID constant so that the control response according to the adjustment strength is obtained with respect to the control characteristic based on the basic PID constant as the parameter conversion function. 3. The digital control device according to 1 or 2.

前記入力部は、前記調節強度として、前記基礎となるＰＩＤ定数に基づく前記制御応答について速くするか遅くするかの調整値を入力する請求項１〜３いずれか１記載のデジタル制御装置。 The digital control device according to claim 1, wherein the input unit inputs an adjustment value for speeding up or slowing down the control response based on the basic PID constant as the adjustment strength.

前記パラメータ変換関数部は、前記パラメータ変換関数が、応答特性の異なる複数の制御対象について、所定の調整則で得られた基準ＰＩＤ定数による制御応答を基準制御とし、この基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する制御用ＰＩＤ定数を各々形成し、これらの制御用ＰＩＤ定数を前記各基準ＰＩＤ定数と係数との形式で表現した際の当該ＰＩＤ各項の係数を各々平均化し、前記制御用ＰＩＤ定数について、前記平均係数を前記基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する各々の係数とし、前記基準ＰＩＤ定数を算出するための係数を「１」として基準制御よりも速いおよび遅い制御応答を実現する係数までの間を各々一次又は高次関数で表現された請求項１〜４いずれか１記載のデジタル制御装置。 The parameter conversion function unit uses, as a reference control, a control response based on a reference PID constant obtained by a predetermined adjustment rule for a plurality of control objects having different response characteristics, and the parameter conversion function is faster and slower than the reference control. The control PID constants for realizing the control response are formed, the coefficients of the respective PID terms when the control PID constants are expressed in the form of the reference PID constants and the coefficients are averaged, and the control For the PID constant, the average coefficient is a coefficient that realizes a control response faster and slower than the reference control, and the coefficient for calculating the reference PID constant is “1”, and the control response is faster and slower than the reference control. 5. The digital control device according to claim 1, wherein a space up to a coefficient that realizes is expressed by a linear or higher-order function.

前記パラメータ変換関数部は、前記パラメータ変換関数が、前記基準ＰＩＤ定数から当該基準よりも速い制御応答を実現する係数までおよび当該基準よりも速い制御応答を実現する係数までの応答が均等に変化するように前記調節強度との関連付けが行われた関数である請求項５記載のデジタル制御装置。 In the parameter conversion function unit, the response of the parameter conversion function from the reference PID constant to a coefficient that realizes a control response faster than the reference and a coefficient that realizes a control response faster than the reference changes evenly. The digital control apparatus according to claim 5, wherein the function is a function associated with the adjustment intensity.

制御対象を制御する制御値を算出する制御用ＰＩＤ定数を求める制御用ＰＩＤ定数算出方法であり、
応答特性の異なる複数の制御対象を制御する各制御値をＰＩＤ演算するための各基準ＰＩＤ定数を所定の調整則に基づき求め、
前記各制御対象毎に前記基準ＰＩＤ定数による制御応答より速い制御応答を実現する速い制御用ＰＩＤ定数と、遅い制御応答を実現する遅い制御用ＰＩＤ定数とを所定の手法で求め、
前記各制御対象毎に、前記速いおよび遅い制御用ＰＩＤ定数を前記基準ＰＩＤ定数に係数を掛けた状態で表現した場合の当該係数を求め、
前記各制御対象毎の前記速いおよび遅い制御用ＰＩＤ定数において基準制御より速い制御応答および早い制御応答に対応するＰ、ＩおよびＤ項に係る係数どうしの平均係数を求め、
前記早い制御用ＰＩＤ定数に係る平均係数を調節強度の最大減少値に対応する制御用ＰＩＤ定数への変換係数とし、前記遅い制御用ＰＩＤ定数に係る平均係数を調節強度の最大増加値に対応する制御用ＰＩＤ定数への変換係数とし、
前記基準ＰＩＤ定数の得られる変換係数を「１」として、調節強度の最大減少値に対応した前記速い制御用ＰＩＤ定数を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現したパラメータ変換関数を作成するとともに、調節強度の最大増加値に対応した前記遅い制御用ＰＩＤ定数を求めるための変換係数までの間を一次又は高次の関数で表現したパラメータ変換関数を作成し、
前記調節強度を前記パラメータ変換関数に入力して前記制御用ＰＩＤ定数をを得る、
ことを特徴とする制御用ＰＩＤ定数算出方法。 A control PID constant calculation method for obtaining a control PID constant for calculating a control value for controlling a controlled object,
Each reference PID constant for calculating each control value for controlling a plurality of control objects having different response characteristics is calculated based on a predetermined adjustment rule,
A fast control PID constant that realizes a faster control response than a control response based on the reference PID constant and a slow control PID constant that realizes a slow control response are determined by a predetermined method for each control target,
For each control object, find the coefficient when the fast and slow control PID constants are expressed in a state where the reference PID constant is multiplied by a coefficient,
In the fast and slow control PID constants for each control object, obtain an average coefficient among coefficients relating to P, I, and D terms corresponding to a fast control response and a fast control response than the reference control,
The average coefficient related to the fast control PID constant is used as a conversion coefficient to the control PID constant corresponding to the maximum decrease value of the adjustment intensity, and the average coefficient related to the slow control PID constant corresponds to the maximum increase value of the adjustment intensity. Conversion coefficient to control PID constant
A parameter expressing a conversion coefficient for obtaining the fast control PID constant corresponding to the maximum decrease value of the adjustment intensity as a linear or higher-order function, assuming that the conversion coefficient for obtaining the reference PID constant is “1”. Create a conversion function, and create a parameter conversion function that expresses the conversion coefficient for obtaining the slow control PID constant corresponding to the maximum increase value of the adjustment intensity as a first-order or higher-order function,
The control intensity is input to the parameter conversion function to obtain the control PID constant.
A method for calculating a PID constant for control.