JP3022050B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は少なくとも積分演算を行
なう制御装置に係り、例えば温度、圧力、流量等のプロ
セス量を制御するプロセス制御ループ系や、産業用ロボ
ット等の機械装置を制御するメカニカル制御ループ系、
その他汎用の制御ループ系に用いて好適する制御装置の
改良であり、更に詳しくはその制御装置における積分演
算部分の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の制御装置としては、目標値ＳＶ
と制御対象からの入力信号ＰＶとの制御偏差ｅを比例演
算（Ｐ）、積分演算（Ｉ）および微分演算（Ｄ）して得
た出力信号ＭＶでその制御対象を制御する、いわゆるＰ
ＩＤ制御が主流である。このＰＩＤ制御では、積分演算
が入力信号ＰＶと目標値ＳＶとの定常的な制御偏差ｅを
「零」にする機能を有する反面、目標値ＳＶの変更によ
る大きな制御偏差ｅの発生に対して常に積分演算を実行
すると、図８および図９に示すように、過積分となって
入力信号ＰＶが目標値ＳＶを行過ぎてしまう、いわゆる
リセットワインドアップ現象が発生する。なお、図８は
制御装置をシミュレーション動作させたときの演算値
（Ｐ、Ｉ）の動きを示しており、図９は図８に対応する
入力信号ＰＶおよび出力信号ＭＶの動きを示している。

【０００３】従来、積分演算を含む制御装置では、その
リセットワインドアップ現象を防ぐために、積分演算を
抑制する機能すなわちアンチ・リセットワインドアップ
機能を付加するのが一般的である。図１０はその機能を
備えた従来の制御装置の一例を示すブロック図である。
この制御装置では、目標値ＳＶ（ｎ）から入力信号ＰＶ
（ｎ）を減算部１で減算して得た制御偏差ｅ（ｎ）を比
例演算部３、微分演算部５および積分演算部７に加え、
これら比例演算部３、微分演算部５および積分演算部７
からの演算出力Ｐ（ｎ）、Ｄ（ｎ）、Ｉ（ｎ）を加算部
９で加算して得たＰＩＤ出力ＰＩＤ（ｎ）を出力リミッ
タ１１へ加え、この出力リミッタ１１から図示しない制
御対象への出力信号ＭＶ（ｎ）を出力する一方、積分制
御部１３を設けて制御偏差ｅ（ｎ）が一定範囲を越えた
とき、その積分演算部７の積分演算を停止するとともに
積分出力Ｉ（ｎ）をある固定値、例えば「０」又は
「１」に固定して上述したリセットワインドアップ現象
を防ぐ構成となっている。

【０００４】ところで、この図１０に示す制御装置は離
散型構成となっており、各出力に添字（ｎ）を付すこと
により、各出力が離散型演算を行なった場合の第ｎ時点
目（符号τを演算間隔又はサンプリング周期、符号ｔを
時間とした場合にｔ＝ｎ・τ）の信号値であることを示
しているが（以下同じ）、本願に係る制御装置の動作原
理は本質的に離散型（デジタル）および連続型（アナロ
グ）の演算方法には無関係であるから、いずれの構成で
も同様の効果を得ることができる。

【０００５】次に、図１０に示す積分制御部１３の動作
を図１１および図１２を参照して詳細に説明する。な
お、図１０中の符号ｅは制御偏差（ｅ＝ＳＶ−ＰＶ）、
符号１／Ｋｐは比例帯（ＰＢ：比例定数Ｋｐの逆数）、
符号Ｐは比例出力、符号ＭＶは出力信号、符号Ｉは積分
出力を示している。また、比例帯１／Ｋｐの分子“１”
は、制御装置の入出力範囲を０〜１で正規化した場合の
ものであり、もし、入出力範囲を０〜１００％とした場
合には比例帯が１００／Ｋｐ（％）となる。

【０００６】積分制御部１３は、制御偏差ｅがある範
囲、例えば比例帯１／Ｋｐを超えている場合に、積分演
算部７の積分演算を停止させるとともに、超えている方
向によって積分出力Ｉを“０”（０％）又は“１”（１
００％）のどちらかに固定する機能を有している。すな
わち、制御偏差ｅがｅ＞１／Ｋｐ、換言すればＰＶ＜
［ＳＶ−（１／Ｋｐ）］の場合には積分出力Ｉが“０”
に固定され、入力信号ＰＶ、目標値ＳＶ、比例出力Ｐ、
積分出力Ｉおよび出力信号ＭＶの関係は図１１のように
なる。図１１では説明の都合上、微分出力Ｄが省略され
ている（図１２も同様）。

【０００７】図１１において、例えば入力信号ＰＶが
の点では積分出力Ｉ＝０、比例出力Ｐ＞１であり、出力
信号ＭＶ＝１が出力されているので、入力信号ＰＶは増
加しても積分演算は入力信号ＰＶがの点に到達するま
で行なわれず、過積分を防いでいる。他方、比例出力Ｐ
は、入力信号ＰＶがの点より増加すると“１”よりも
小さくなり、入力信号ＰＶの増加に対して目標値ＳＶよ
りも比例帯１／Ｋｐだけ手前から出力信号ＭＶが“１”
から減少し始め、入力信号ＰＶの増加を抑えるように動
くため、入力信号ＰＶの目標値ＳＶに対する行過ぎを抑
えることができる。そして、制御偏差ｅがｅ＜−１／Ｋ
ｐ、換言すればＰＶ＞［ＳＶ＋（１／Ｋｐ）］の場合に
は、積分出力Ｉは“１”に固定されるため、入力信号Ｐ
Ｖ、目標値ＳＶ、比例出力Ｐ、積分出力Ｉおよび出力信
号ＭＶの関係は図１２のようになる。

【０００８】図１２において、例えば入力信号ＰＶが
の点では、積分出力Ｉ＝１、比例出力Ｐ＜−１で、出力
信号ＭＶ＝０が出力されているので、入力信号ＰＶは減
少しても積分演算は入力信号ＰＶがの点に到達するま
で行なわれず、過積分を防いでいる。他方、比例出力Ｐ
は、入力信号ＰＶがの点より減少すると“−１”より
も大きくなり、入力信号ＰＶの減少に対して目標値ＳＶ
よりも比例帯１／Ｋｐだけ手前から出力信号ＭＶが
“０”から増加し始めて、入力信号ＰＶの減少にブレー
キをかけるように働いてリセットワインドアップ現象を
抑え、入力信号ＰＶの目標値ＳＶに対する行過ぎを防ぐ
ことができる。このように、図１０に示す制御装置では
比例帯１／Ｋｐより大きい目標値ＳＶの変更が行なわれ
ると、積分演算を停止するとともに積分演算値を「０」
または「１」に固定することにより、入力信号ＰＶの目
標値ＳＶに対する行過ぎを抑えている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示した制御装置では、入力信号ＰＶの変化速度に比べ
て短時間で目標値ＳＶの上げ下げが繰返されると、図１
４および図１５に示すような問題点が発生する。これら
図１４および図１５は、図１０の制御装置において、比
例帯１／Ｋｐ＝１／３とし、目標値ＳＶを図１３に示す
ように“０”と“０．５”の間で短時間で変更したとき
のＰＩ制御動作のシミュレーション結果を示したもので
あり、図１４はそれに対する入力信号ＰＶおよび出力信
号ＭＶの応答であり、図１５は比例出力Ｐおよび積分出
力Ｉの応答を描いたものである。

【００１０】まず、図１３における時点“０．５”で目
標値ＳＶを”０”から”０．５”に変更した場合、制御
偏差ｅが比例帯１／Ｋｐより大きい間（ｅ＞１／Ｋｐ）
は積分演算が行なわれず、積分出力Ｉが「０」に固定さ
れているため、図１４および図１５から目標値ＳＶに対
する入力信号ＰＶの行過ぎが抑えられていることが分か
る。次に、入力信号ＰＶが目標値ＳＶ（＝０．５）に一
致して十分に時間が経過した図１３の時点“５０”で目
標値ＳＶを”０．５”から”０”に変更すると、制御偏
差ｅはｅ＜−（１／Ｋｐ）となるから積分演算が行なわ
れず、積分出力Ｉは“１”に固定される。

【００１１】そして、入力信号ＰＶが殆ど動かないよう
な短時間の時点“５０．５”（図１３参照）で再び目標
値ＳＶを”０”から”０．５”に変更すると、今度は制
御偏差ｅはほぼ「０」であって｜ｅ｜≦１／Ｋｐなの
で、積分演算が再開されるが初期値“１”から始るた
め、殆ど制御偏差がないにも拘らずしばらく“１”を保
持し、入力信号ＰＶが大きく目標値ＳＶから外れるとい
う不具合が発生する。このような問題点は、目標値ＳＶ
を誤操作したり、複数桁の目標値ＳＶをアップダウンキ
ーで各桁毎にしか変更できないような構成の簡単な調節
計等において発生し易く、特に解決が望まれていた。

【００１２】本発明はこのような従来の欠点を解決する
ためになされたもので、通常の目標値変更に対して制御
量の行過ぎを抑えることができるうえ、誤操作等に起因
して目標値を短時間で繰返し変更させても、積分値を適
切に処理して制御の乱れを最小限に抑え、速やかに目標
値に収束させることができる制御装置の提供を目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、制御対象からの入力信号を目標値に
一致させるように少なくとも比例演算および積分演算を
行なってその制御対象への出力信号を出力するととも
に、その入力信号と目標値との偏差が特定範囲外にある
ときその積分演算の積分値を固定値にしてその出力信号
を出力する制御装置であり、その入力信号の変化速度に
比べて短時間でその目標値の変化が繰返されて、その偏
差が特定範囲外から当該範囲内に変化したとき、その変
化する直前のその目標値と変化時点のその入力信号との
偏差がその特定範囲外であれば、その積分演算の積分値
を特定積分値に変更する積分値変更部を具備する構成を
有している。

【００１４】そして、本発明ではその特定範囲を上記比
例演算における比例帯にすると良い。また、本発明では
上記偏差が上記特定範囲内から特定範囲外に変化したと
きの、その変化直前の積分値を上記特定積分値とするこ
とが可能である。

【００１５】

【作用】このような手段を備えた本発明では、入力信号
と目標値との偏差が特定範囲外にあるとき積分値を固定
値に固定して出力信号を出力してリセットワインドアッ
プ現象を抑えることができる。しかも、その偏差が特定
範囲外から当該範囲内に変化したとき、その変化する直
前のその目標値と変化時点のその入力信号との偏差がそ
の特定範囲外であれば、積分変更部がその積分演算の積
分値を特定積分値に変更するから、目標値が短時間内に
大きく変化して偏差がその特定範囲内に戻っても適切な
積分値で出力信号を演算できる。

【００１６】そして、上記特定範囲を比例帯に設定する
構成では、リセットワインドアップ現象を抑えるために
設定された上記特定範囲をそのまま流用できる。また、
上記偏差がその特定範囲内から特定範囲外に変化したと
きの、その変化直前の積分値を上記特定積分値とする構
成では、特定積分値を簡単に算出できる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。なお、従来例と共通する部分には同一の符号を付
す。図１は本発明に係る制御装置の一実施例を示すブロ
ック図である。図１において、減算部１は目標値ＳＶ
（ｎ）から入力信号ＰＶ（ｎ）を減算して制御偏差ｅ
（ｎ）を得るもので、比例演算部３、微分演算部５、積
分演算部７および積分値変更部１５に接続されている。
この積分値変更部１５には目標値ＳＶ（ｎ）も加えられ
ており、この積分値変更部１５が本発明の主要な機能を
有するものである。詳細は後述する。

【００１８】比例演算部３、微分演算部５および積分演
算部７は制御偏差ｅ（ｎ）から各々比例出力Ｐ（ｎ）、
微分出力Ｄ（ｎ）および積分出力Ｉ（ｎ）を演算するも
ので、加算部９に接続されている。加算部９はそれら各
演算出力Ｐ（ｎ）、Ｄ（ｎ）、Ｉ（ｎ）を加算してＰＩ
Ｄ出力ＰＩＤ（ｎ）を得るもので、出力リミッタ１１に
接続されている。この出力リミッタ１１はＰＩＤ出力Ｐ
ＩＤ（ｎ）から図示しない制御対象への出力信号ＭＶ
（ｎ）を出力するものである。積分制御部１３は、制御
偏差ｅ（ｎ）がある特定範囲（ｘ又は−ｘ）例えば比例
帯（１／Ｋｐ又は−１／Ｋｐ）を越えたとき、その積分
演算部７の積分演算を停止するとともに積分出力Ｉ
（ｎ）をある固定値、例えば「０」又は「１」に固定す
るとともに、後述する機能を有している。

【００１９】次に、このような本発明の制御装置の基本
的な考え方を説明する。まず、制御偏差ｅ（ｎ）と例え
ば比例帯１／Ｋｐとを比較し、その大小関係によって次
のように積分演算の実行もしくは停止、又は積分値の初
期化を行なうところは従来例と同様である。 （１）制御偏差≧比例帯の場合、積分停止で積分値０％
（出力換算）固定。 （２）制御偏差≦（−）比例帯の場合、積分停止で積分
値１００％（出力換算）固定。 （３）（−）比例帯＜制御偏差＜比例帯の場合、通常の
積分演算を実行。 しかし、本発明の構成では、更に制御偏差ｅ（ｎ）の変
化と目標値ＳＶの関係を、現在の制御偏差ｅ（ｎ）、直
前の目標値ＳＶと現在の入力信号ＰＶとの偏差から求
め、その結果、制御偏差ｅがそれら（１）又は（２）か
ら目標値ＳＶの変化によって（３）になったと判定され
たときには、従来例のようにすぐに積分演算を実行せず
に、積分値をいったん適当な値に変更してから積分演算
を開始する点に特徴がある。

【００２０】このようにすれば、目標値ＳＶの誤操作変
更などに起因して瞬間的に制御偏差ｅ（ｎ）が、上記
（１）や（２）になって積分値が０％や１００％に初期
化された後にすぐ（３）の状態になっても、積分値が適
当な値に変更されてから積分演算が開始されるため、制
御の乱れを最小限に抑えて入力信号ＰＶを速やかに目標
値ＳＶに収束させることが可能となる。そして、本発明
では上述した積分値変更部１５が、目標値ＳＶの変化に
よって制御偏差ｅ（ｎ）が比例帯１／Ｋｐよりも大きい
値又は小さい値からその比例帯１／Ｋｐに入ったと判定
したとき、積分演算部７における積分値をいったん特定
の積分値に変更制御する機能を有している。

【００２１】この特定積分値として、例えば第１には制
御偏差ｅ（ｎ）が比例帯１／Ｋｐ内の状態から比例帯１
／Ｋｐよりも大きい値又は小さい値に変化したとき、そ
の変化直前の積分値があるし、第２には制御対象の定常
的な入出力関係と目標値から算出した積分値がある。こ
の点については後述する。このような本発明の制御装置
は、ＣＰＵやこのＣＰＵの動作プログラムを格納したＲ
ＯＭ、入出力インターフェイスであるＩ／Ｏを主体とし
たマイクロコンピュータによって構成されるのが一般的
である。

【００２２】図２は本発明の制御装置をそのマイクロコ
ンピュータを用いて実現した場合の全体のフローチャー
トであり、演算周期毎に実行される。すなわち、処理が
開始されるとステップ２０１で制御偏差ｅ（ｎ）の演算
が行われ、ステップ２０２で比例出力Ｐ（ｎ）値の演算
が行われ、ステップ２０３で微分出力Ｄ（ｎ）値の演算
が行われる。続くステップ２０４で積分処理（後述する
図３参照）が行われ、ステップ２０５でＰＩＤ出力ＰＩ
Ｄ（ｎ）の演算が行われ、ステップ２０６で出力リミッ
タ処理が行われて終了する。

【００２３】そして、ステップ２０４が本発明の特徴と
なる処理ステップであり、図３に詳細なフローチャート
が示されている。まず、積分制御部１３の処理に相当す
る部分としてステップ３０１〜３０３の処理を行なう。
ステップ３０１では制御偏差ｅ（ｎ）をある特定範囲ｘ
例えば比例帯１／Ｋｐと比較し、ｅ（ｎ）＞ｘ（比例帯
外）のときはステップ３０２で積分出力Ｉ（ｎ）を０％
に固定処理し、ｅ（ｎ）＜−ｘ（比例帯外）のときはス
テップ３０３で積分出力Ｉ（ｎ）を１００％に固定処理
し、｜ｅ（ｎ）｜≦ｘの場合には通常積分を行なわずに
ステップ３０５へ移る。

【００２４】ステップ３０２、３０３において積分出力
Ｉ（ｎ）を固定したときには、過積分によるリセットワ
インドアップ現象を抑制し、ステップ３０４で一時点前
の制御偏差ｅ（ｎ−１）および目標値ＳＶ（ｎ−１）を
それぞれ現在の制御偏差ｅ（ｎ）および目標値ＳＶ
（ｎ）で更新して終了する。これら一時点前の制御偏差
ｅ（ｎ−１）および目標値ＳＶ（ｎ−１）は次に説明す
るように積分変更部１５で使用される。ステップ３０１
で制御偏差ｅ（ｎ）と特定範囲ｘを比較した結果、−ｘ
≦ｅ（ｎ）≦ｘ（比例帯内）のときは、積分変更部１５
に相当するステップ３０４〜ステップ３０８およびステ
ップ３１０又は積分演算部７に相当するステップ３０９
の処理が行なわれる。

【００２５】まず、ステップ３０５で一時点前の制御偏
差ｅ（ｎ−１）と特定範囲ｘとを比較し、｜ｅ（ｎ−
１）｜＞ｘ（比例帯外）であってステップ３０５がＹＥ
Ｓのときにはステップ３０６を実行し、比例帯内であっ
てステップ３０５がＮＯの場合はステップ３０９で通常
積分の処理を行なう。ステップ３０６では一時点前の目
標値ＳＶ（ｎ−１）と現在の入力信号ＰＶ（ｎ）から偏
差ｅ’（ｎ）を計算し、ステップ３０７でこの偏差ｅ’
（ｎ）と特定範囲ｘを比較し、｜ｅ’（ｎ）｜＞ｘであ
ってステップ３０７がＹＥＳのときはステップ３０８で
積分出力Ｉ（ｎ）を特定積分値ＩMEM に変更し、｜ｅ’
（ｎ）｜≦ｘであってステップ３０７がＮＯのときはス
テップ３０９で通常積分の処理を行なう。ここで、特定
積分値ＩMEM は、目標値ＳＶの変更よりも前の最後の制
御偏差の絶対値が比例帯より小さい時の積分値である。

【００２６】ステップ３０９の通常積分処理を行なった
場合に、特定積分値ＩMEMはステップ３１０で積分出力
Ｉ（ｎ）によって更新される。ステップ３０８又はステ
ップ３１０の後は、ステップ３０５で偏差ｅ（ｎ−１）
およびＳＶ（ｎ−１）をそれぞれｅ（ｎ）、ＳＶ（ｎ）
で更新して、積分処理を終了する。このステップ３０５
〜ステップ３０８、ステップ３１０までの処理は次のよ
うな意味を持っている。すなわち、ステップ３０５は一
時点前の制御偏差ｅ（ｎ−１）の絶対値が、特定範囲ｘ
よりも大きいかどうかを判断し、ステップ３０７はもし
目標値ＳＶが現在値でなく一時点前の値であった場合の
制御偏差ｅ’（ｎ）の絶対値が、特定範囲ｘよりも大き
いかどうかを判断するものである。

【００２７】従って、ステップ３０８の積分値変更処理
が行なわれるのは、（イ）一時点前の制御偏差ｅ（ｎ−
１）の絶対値が特定範囲ｘより大きい状態、換言すれば
積分出力Ｉ（ｎ−１）が０％又は１００％に初期化され
ている状態と、（ロ）入力信号ＰＶではなく目標値ＳＶ
の変更によって制御偏差ｅの絶対値が特定範囲ｘより小
さくなった場合である。従来の制御装置ではこの部分の
判断および処理がなく、すぐに積分演算を開始するた
め、上述した図１４および図１５に示したように、積分
開始時の積分初期値の不適切に起因する制御の乱れが発
生していた。しかし、本発明の制御装置によれば、その
ような変更状態を判断して積分値を変更するため、制御
の乱れを最小限度に抑えることが可能となる。

【００２８】ところで、上述したフローチャートの中
で、制御偏差ｅ（ｎ）と比較する特定範囲ｘは、任意に
決めることが可能である。一般的に、制御装置において
リセットワインドアップ現象抑制のための積分制御（図
３中のステップ３０１〜３０３）では、比例演算部７の
定数である比例ゲインをＫｐとした場合、その逆数とし
て定義される比例帯ＰＢを用いる。 ＰＢ＝１／Ｋｐ（又はＰＢ〔％〕＝１００／Ｋｐ） そして、本発明の主要部であるステップ３０５〜ステッ
プ３０８およびステップ３１０においても、同様に特定
範囲ｘとして比例帯ＰＢを用いることができる。なお、
比例出力Ｐ（ｎ）は、 Ｐ（ｎ）＝Ｋｐ・ｅ（ｎ）＝ｅ（ｎ）／ＰＢ ＝ｅ（ｎ）〔％〕／ＰＢ〔％〕 として演算され、比例帯ＰＢは比例出力Ｐ（ｎ）がちょ
うど１００〔％〕出力されるときの制御偏差ｅ（ｎ）に
等しい。

【００２９】次に、図３のフローチャートに示した特定
積分値ＩMEM について、制御偏差が特定範囲外に変化す
る直前の積分値を用いる理由を図４を参照して説明す
る。図４において、入力信号ＰＶは時間ｔ１までは目標
値ＳＶ１に一致していて通常積分が行なわれ、積分値は
Ｉ１で安定している。そして、時間ｔ１にて、制御偏差
ｅ（＝ＳＶ−ＰＶ）が特定範囲ｘを超える大きな目標値
変更（ＳＶ１→ＳＶ２）を行なったため、積分値は１０
０％固定となって入力信号ＰＶが徐々に下がり始める。

【００３０】しかし、入力信号ＰＶが新しい目標値ＳＶ
２に達するより手前の時間ｔ２で目標値を再び変更（Ｓ
Ｖ２→ＳＶ３）した結果、制御偏差ｅが再び特定範囲ｘ
より小さくなっている。この目標値変更のパターンにお
いて、２番目の目標値ＳＶ２は、上述したように入力信
号ＰＶが到達するはるか以前の短い時間で、次の目標値
ＳＶ３に切換えられており、このような状況は操作者の
誤設定や、目標値の設定を桁毎にしか行なえないような
場合に起こり易い。

【００３１】ところが、この２番目の目標値変更によっ
て積分値は１００％に固定されるため、従来の調節計で
は次の目標値ＳＶ３への変更に対して積分が１００％を
初期値として開始されるため、図４ａのような望ましく
ない応答になってしまう。また、図４ｃは積分値を一旦
クリアして０％から始めた場合であるが、この場合の応
答も望ましくない。従って、目標値ＳＶ３に変更された
ときの積分初期値は、０％から１００％の間のある値と
いうことになるが、目標値ＳＶ２への変更が誤設定等に
起因するもので、目標値がＳＶ２である時間が短く、従
って入力信号ＰＶが元の目標値ＳＶ１からあまり変化し
ておらず、かつ、そのような入力信号ＰＶに対して目標
値ＳＶ３に変更したとき、制御偏差ｅが特定範囲ｘより
小さくなっていることから、目標値ＳＶ１とＳＶ３が近
い値であると考えて良いため、積分初期値は入力信号Ｐ
Ｖが目標値ＳＶ１で安定していたときの積分値Ｉ１を採
用するのが妥当である。

【００３２】図４ｂは目標値をＳＶ３に変更したときの
積分初期値としてＩ１を用いた場合の応答で、明らかに
上述した応答ａやｃより良好になっている。図３のフロ
ーチャートでは、制御偏差ｅが特定範囲ｘより小さく、
かつ通常積分しているときに、特定積分値ＩMEM はその
積分結果Ｉ（ｎ）で更新されるため、図４における時間
ｔ１の直前の積分値（≒Ｉ１）がＩMEM として保持さ
れ、時間ｔ２の積分初期値として用いられる。さらに、
図５に示すように、制御が安定しているときの目標値Ｓ
Ｖと出力信号ＭＶを２組以上記憶し（図５中のＳＶ１と
ＭＶ１、ＳＶ２とＭＶ２）、その関係から現在の目標値
ＳＶｘに対する出力信号ＭＶｘを計算し、その値を特定
積分値ＩMEM として用いてもよい。なお、計算式は次の
ようになる。 ＩMEM ＝ＭＶｘ ＝［（ＳＶｘ−ＳＶ１）（ＭＶ２−ＭＶ１）／（ＳＶ２−ＳＶ１）］＋ＭＶ１

【００３３】図６および図７は、図３のフローチャート
に従った本発明の制御装置による制御シミュレーション
結果であり、上述した図１０に示した従来の制御装置と
同じ条件、すなわち比例ゲインＫｐ＝３、比例帯ＰＢ＝
１／３＝０．３３、特定範囲ｘ＝ＰＢ＝０．３３とし、
更に、図１３に示すように目標値ＳＶを“０”と“０．
５”の間で短時間で変更し、入力信号ＰＶが目標値ＳＶ
（＝０．５）に一致して十分に時間が経過した時点“５
０”で目標値ＳＶを”０．５”から”０”に変更する、
と言った目標値ＳＶの変更シーケンスでの特性図であ
る。

【００３４】なお、図６は入力信号ＰＶおよび出力信号
ＭＶの応答を示しており、図７は比例出力Ｐおよび積分
出力Ｉの応答を示している。図６および図７によれば、
最初の目標値ＳＶの変更である時点０．５時は通常の目
標値変更であり、その変更量０．５は比例帯０．３３よ
り大きいため積分値Ｉは（０．０）に初期化され、入力
信号ＰＶが［０．５−０．３３＝０．１７］より大きく
なるまで積分演算が停止状態となるため、リセットワイ
ンドアップ現象が抑制され、入力信号ＰＶの目標値ＳＶ
に対する行過ぎが抑えられている。図１４の従来例と同
様である。

【００３５】次に、２回目および３回目の目標値ＳＶの
変更である時点５０および５０．５時は短時間で目標値
ＳＶが上げ下げされており、誤設定など異常な目標値変
更である。この場合、図１０の従来構成では、２回目の
目標値変更によって、制御偏差ｅの符号が負で絶対値
（｜ＳＶ−ＰＶ｜＝０．５）が比例帯（０．３３）より
大きくなるため、積分停止になるとともに積分値Ｉは
（１．０）に初期化される。そして、３回目の目標値Ｓ
Ｖの変更によって、制御偏差ｅの絶対値 （｜ＳＶ−Ｐ
Ｖ｜）が（０．５）より小さくなって積分演算が再開さ
れるが、先の初期化によって積分値が（１．０）から始
るために、入力信号ＰＶがその後上昇して目標値ＳＶに
収束するのに時間がかかってしまう。

【００３６】これに対して、本発明の制御装置では、２
回目の目標値ＳＶの変更で積分値Ｉが（１．０）に初期
化されるのは従来例と同様であるが、３回目の目標値Ｓ
Ｖの変更が、現在の制御偏差の絶対値は比例帯（０．
３３）より小さい、直前の制御偏差の絶対値は比例帯
（０．３３）より大きい、直前の目標値（０．０）と
現在の入力ＰＶの差は比例帯より大きい、と言う条件を
全て満たすため、積分値はこの目標値ＳＶの変更よりも
前の最後の制御偏差の絶対値が比例帯より小さい時（２
回目の目標値変更の直前）の特定積分値ＩMEM に変更さ
れる。従って、積分値がほぼ適当な値から開始されるた
め、入力信号ＰＶの乱れが小さく、目標値ＳＶへの収束
時間も従来例と比較にならない程、速い制御結果が得ら
れる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の構成では、
入力信号と目標値との偏差が特定範囲外にあるとき積分
値を固定値にして出力信号を出力してリセットワインド
アップ現象を抑える制御装置において、その入力信号の
変化速度に比べて短時間でその目標値の変化が繰返され
てその偏差が特定範囲外から当該範囲内に変化したと
き、その変化する直前のその目標値と変化時点のその入
力信号との偏差がその特定範囲外であるときに、その積
分演算による積分値を特定積分値に変更する積分値変更
部を具備したから、通常の目標値変更に対しては、入力
信号の目標値に対する行過ぎ量を抑えることができる
し、誤操作などに起因して短時間に目標値を繰返し上下
に変更しても、積分値を適切な特定積分値に変更するこ
とができるため、制御の乱れを最小限に抑えて、速やか
に入力信号を目標値に収束させることが可能である。そ
して、上記特定範囲を比例帯に設定する構成では、リセ
ットワインドアップ現象を抑えるために設定された上記
特定範囲をそのまま流用できるから、構成の簡素化を維
持できる。また、偏差が上記特定範囲内から特定範囲外
に変化したときの、その変化直前の積分値を上記特定積
分値とする構成では、積分演算再開時の特定積分値を簡
単に算出できるし、一層最適化することが可能であるう
え、構成も複雑化しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１の制御装置の動作を説明する概略フローチ
ャートである。

【図３】図１の制御装置の主要動作を説明するフローチ
ャートである。

【図４】本発明の制御装置の特定積分値を設定する手順
を説明する図である。

【図５】本発明の制御装置の特定積分値を設定する手順
を説明する図である。

【図６】本発明の制御装置をシミュレーション動作させ
たときの特性図である。

【図７】本発明の制御装置をシミュレーション動作させ
たときの特性図である。

【図８】一般的な制御装置の動作特性図である。

【図９】一般的な制御装置の動作特性図である。

【図１０】リセットワインドアップ現象を抑えた従来の
制御装置を示すブロック図である。

【図１１】図１０の制御装置の動作を説明する図であ
る。

【図１２】図１０の制御装置の動作を説明する図であ
る。

【図１３】図１０の制御装置の動作を説明する図であ
る。

【図１４】図１０の制御装置をシミュレーション動作さ
せたときの特性図である。

【図１５】図１０の制御装置をシミュレーション動作さ
せたときの特性図である。

【符号の説明】

１ 減算部 ３ 比例演算部 ５ 微分演算部 ７ 積分演算部 ９ 加算部 １１ 出力リミッタ １３ 積分制御部 １５ 積分値変更部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−86203（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−254501（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−168003（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 11/00 - 13/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象からの入力信号を目標値に一致
   させるように少なくとも比例演算および積分演算を行な
   って前記制御対象への出力信号を出力するとともに、前
   記入力信号と目標値との偏差が特定範囲外にあるとき前
   記積分演算の積分値を固定値にして前記出力信号を出力
   する制御装置において、前記入力信号の変化速度に比べて短時間で前記目標値の
   変化が繰返されて、 前記偏差が前記特定範囲外から当該
   特定範囲内に変化したとき、その変化する直前の前記目
   標値と変化時点の前記入力信号との偏差が前記特定範囲
   外であるときに、前記積分演算の積分値を特定積分値に
   変更する積分値変更部を具備することを特徴とする制御
   装置。
2. 【請求項２】 前記特定範囲は前記比例演算における比
   例帯である請求項１記載の制御装置。
3. 【請求項３】 前記特定積分値は、前記偏差が前記特定
   範囲内から特定範囲外に変化したときの、その変化直前
   の積分値である請求項１又は２記載の制御装置。