JP3164667B2 - 調節装置 - Google Patents
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- 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
- G05B5/00—Anti-hunting arrangements
- G05B5/01—Anti-hunting arrangements electric
-
- 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
- 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
- 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
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラント計装制御シス
テムその他の各種の制御システムに利用されるＰＩまた
はＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積分、Ｄ：微分）調節装置に
係わり、特にフィードバックラインにＰＩまたはＰＩＤ
調節演算の積分時間に依存するフィルタ要素を挿入し外
乱抑制特性と目標追従特性の双方を同時に改善する調節
装置に関する。
テムその他の各種の制御システムに利用されるＰＩまた
はＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積分、Ｄ：微分）調節装置に
係わり、特にフィードバックラインにＰＩまたはＰＩＤ
調節演算の積分時間に依存するフィルタ要素を挿入し外
乱抑制特性と目標追従特性の双方を同時に改善する調節
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＰＩまたはＰＩＤ調節装置は、制御の有
史以来あらゆる産業分野で広く利用されており、もはや
各産業分野の制御システムではＰＩまたはＰＩＤ調節装
置なしには成り立たなくなってきている。
史以来あらゆる産業分野で広く利用されており、もはや
各産業分野の制御システムではＰＩまたはＰＩＤ調節装
置なしには成り立たなくなってきている。
【０００３】以上のように多用されている調節装置は、
目標値と制御対象からの制御量との偏差に基づいてＰＩ
またはＰＩＤ調節演算を行っているが、これらＰＩおよ
びＰＩＤ調節演算の基本式は下記式で表される。 ＭＶ(S) ＝Ｃ(S) ・Ｅ(S) ＝Ｋp ｛１＋（１／ＴI ・S ）｝・Ｅ(S) ……（１） ＭＶ(S) ＝Ｃ(S) ・Ｅ(S) ＝Ｋp ［１＋（１／ＴI ・S ）＋ ｛（ＴD ・s ）／（１＋η・ＴD ・S ）｝］ ……（２）
目標値と制御対象からの制御量との偏差に基づいてＰＩ
またはＰＩＤ調節演算を行っているが、これらＰＩおよ
びＰＩＤ調節演算の基本式は下記式で表される。 ＭＶ(S) ＝Ｃ(S) ・Ｅ(S) ＝Ｋp ｛１＋（１／ＴI ・S ）｝・Ｅ(S) ……（１） ＭＶ(S) ＝Ｃ(S) ・Ｅ(S) ＝Ｋp ［１＋（１／ＴI ・S ）＋ ｛（ＴD ・s ）／（１＋η・ＴD ・S ）｝］ ……（２）
【０００４】但し、ＭＶ(S) は操作信号、Ｅ(S) は偏
差、Ｃ(S) は調節部分の伝達関数、ＫPは比例ゲイン、
ＴI は積分時間、ＴD は微分時間、S はラプラス演算
子、（１／η）：微分ゲインである。
差、Ｃ(S) は調節部分の伝達関数、ＫPは比例ゲイン、
ＴI は積分時間、ＴD は微分時間、S はラプラス演算
子、（１／η）：微分ゲインである。
【０００５】ところで、従来の調節装置に関し、前記調
節部分の伝達関数Ｃ(S) を用い、かつ、前記基本演算式
を用いて制御ループを構成すると、図４および図５に示
すようになる。これらの図において１は制御対象、２は
目標値Ｖ(S) と制御対象１からの制御量Ｘ1 (S) との偏
差Ｅ(S) を求める偏差演算手段、３は偏差Ｅ(S) を零と
するようにＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実行する調節演
算手段、４は調節演算出力に外乱Ｄ(S) を加えて制御対
象１に印加する加算手段、５は目標値Ｖ(S) を受けて演
算によって所定の演算目標値を求めて偏差演算手段２に
印加する目標値フイルタである。そこで、図４および図
５に示す制御ループの制御量Ｘ1 (S) ，Ｘ2 (S) を求め
ると、
節部分の伝達関数Ｃ(S) を用い、かつ、前記基本演算式
を用いて制御ループを構成すると、図４および図５に示
すようになる。これらの図において１は制御対象、２は
目標値Ｖ(S) と制御対象１からの制御量Ｘ1 (S) との偏
差Ｅ(S) を求める偏差演算手段、３は偏差Ｅ(S) を零と
するようにＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実行する調節演
算手段、４は調節演算出力に外乱Ｄ(S) を加えて制御対
象１に印加する加算手段、５は目標値Ｖ(S) を受けて演
算によって所定の演算目標値を求めて偏差演算手段２に
印加する目標値フイルタである。そこで、図４および図
５に示す制御ループの制御量Ｘ1 (S) ，Ｘ2 (S) を求め
ると、
【０００６】
【数１】 で表せる。但し、Ｘ1 (S) ，Ｘ2 (S) は制御量、Ｃ(S)
は調節部分の伝達関数、Ｇ(S) は制御対象１の伝達関
数、Ｖ(S) は目標値、Ｄ(S) は外乱である。
は調節部分の伝達関数、Ｇ(S) は制御対象１の伝達関
数、Ｖ(S) は目標値、Ｄ(S) は外乱である。
【０００７】この図４に示す制御ループの制御量Ｘ
1 (S) は、前記する（３）式で表わされるが、このとき
の目標値追従特性と外乱抑制特性は図６の（イ）に示す
ようになる。この応答特性から明らかなように、外乱抑
制特性が最適になるようにＰＩＤパラメータを調整する
と、図示する如く目標値追従特性が大きくオーバシュー
トし、振動的な特性となる。そして、このＰＩＤパラメ
ータは１種類のみしか設定できない１自由度ＰＩＤであ
るので、逆に目標値追従特性を最適化しようとすると、
外乱抑制特性が劣化し、二律背反の関係となる。
1 (S) は、前記する（３）式で表わされるが、このとき
の目標値追従特性と外乱抑制特性は図６の（イ）に示す
ようになる。この応答特性から明らかなように、外乱抑
制特性が最適になるようにＰＩＤパラメータを調整する
と、図示する如く目標値追従特性が大きくオーバシュー
トし、振動的な特性となる。そして、このＰＩＤパラメ
ータは１種類のみしか設定できない１自由度ＰＩＤであ
るので、逆に目標値追従特性を最適化しようとすると、
外乱抑制特性が劣化し、二律背反の関係となる。
【０００８】かかる不具合を解消する意味から、図５に
示すごとく目標値Ｖ(S) に伝達関数Ｈ(S) をもった目標
値フィルタ５を挿入した目標値フイルタ形２自由度ＰＩ
Ｄ調節装置が開発されている。この図５に示す制御ルー
プの制御量Ｘ2 (S) は、前記する（４）式で表わされる
が、この（４）式と前記（３）式との間で相違する点は
（４）式第１項の分子に目標値フイルタ５の伝達関数Ｈ
(S) が乗算されていることである。これは、第２項の外
乱抑制特性が最適となるようにＰＩＤパラメータを設定
し、かつ、伝達関数Ｈ(S) の操作で前記（４）式から明
らかなように第２項の外乱による成分，つまり外乱抑制
特性に全く影響を与えずに、第１項の目標値による成
分，つまり目標値追従特性のみを変化させることができ
る。従って、この制御ループは、外乱抑制特性を最適と
するＰＩＤパラメータと目標値追従特性を最適とするＰ
ＩＤパラメータとをそれぞれ独立して別々に設定でき
る、いわゆる２自由度ＰＩＤ形となっている。
示すごとく目標値Ｖ(S) に伝達関数Ｈ(S) をもった目標
値フィルタ５を挿入した目標値フイルタ形２自由度ＰＩ
Ｄ調節装置が開発されている。この図５に示す制御ルー
プの制御量Ｘ2 (S) は、前記する（４）式で表わされる
が、この（４）式と前記（３）式との間で相違する点は
（４）式第１項の分子に目標値フイルタ５の伝達関数Ｈ
(S) が乗算されていることである。これは、第２項の外
乱抑制特性が最適となるようにＰＩＤパラメータを設定
し、かつ、伝達関数Ｈ(S) の操作で前記（４）式から明
らかなように第２項の外乱による成分，つまり外乱抑制
特性に全く影響を与えずに、第１項の目標値による成
分，つまり目標値追従特性のみを変化させることができ
る。従って、この制御ループは、外乱抑制特性を最適と
するＰＩＤパラメータと目標値追従特性を最適とするＰ
ＩＤパラメータとをそれぞれ独立して別々に設定でき
る、いわゆる２自由度ＰＩＤ形となっている。
【０００９】つまり、目標値フィルタ５の定常ゲイン＝
１、過度的ゲイン＜１となるような目標値フィルタ５を
挿入し、目標値追従特性を最適に調整すると、図５に示
す制御ループの応答特性は図６の（ロ）に示すような特
性となる。この特性から明らかなように、目標値追従特
性は図４と比較して非常に良好な応答特性が得られる
が、前記（３）式および（４）式の各第２項とも同じ伝
達関数であるので、外乱抑制特性は図４と全く同じ特性
となる。
１、過度的ゲイン＜１となるような目標値フィルタ５を
挿入し、目標値追従特性を最適に調整すると、図５に示
す制御ループの応答特性は図６の（ロ）に示すような特
性となる。この特性から明らかなように、目標値追従特
性は図４と比較して非常に良好な応答特性が得られる
が、前記（３）式および（４）式の各第２項とも同じ伝
達関数であるので、外乱抑制特性は図４と全く同じ特性
となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、以上の説明か
ら明らかなように、プラント制御システムの基盤技術で
あるＰＩまたはＰＩＤ調節装置は、図４に示す１自由度
から図５に示す２自由度ＰＩＤに移行し、相当な応答特
性の改善がなされた。
ら明らかなように、プラント制御システムの基盤技術で
あるＰＩまたはＰＩＤ調節装置は、図４に示す１自由度
から図５に示す２自由度ＰＩＤに移行し、相当な応答特
性の改善がなされた。
【００１１】しかし、プラント制御システムのうち、ほ
ぼ９０％以上も使用されているＰＩＤ制御技術は、以上
のような２自由度ＰＩＤの特性をさらに改善すれば、フ
レキシブル、かつ、高品質な製品の開発に役立つことに
なる。このため、この種の調節装置の制御性能の一層の
高度化が求められている。
ぼ９０％以上も使用されているＰＩＤ制御技術は、以上
のような２自由度ＰＩＤの特性をさらに改善すれば、フ
レキシブル、かつ、高品質な製品の開発に役立つことに
なる。このため、この種の調節装置の制御性能の一層の
高度化が求められている。
【００１２】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、目標値追従特性を従来の２自由度ＰＩＤとほぼ同一
にし、かつ、外乱抑制特性を従来の２自由度ＰＩＤより
もより一層高度なものとする調節装置を提供することを
目的とする。
で、目標値追従特性を従来の２自由度ＰＩＤとほぼ同一
にし、かつ、外乱抑制特性を従来の２自由度ＰＩＤより
もより一層高度なものとする調節装置を提供することを
目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、目標値と制御対象から
フィードバックラインを介して送られてくる制御量との
偏差を零にするように少くともＰＩ調節演算を実行し、
この調節演算によって得られる操作出力を前記制御対象
に印加する制御系をもつ調節装置において、前記フィー
ドバックラインに、前記ＰＩ調節演算の積分時間Ｔ１に
比例した時間を進み／遅れ時間とする（１＋α・Ｔ１・
S）／（１＋Ｔ１・S）なる伝達関数をもち、かつ、前記
αには１．１≦α≦３．０の定数を設定してなる進み要
素および遅れ要素を併せ持つ制御量フィルタを設けた構
成である。但し、前記Sはラプラス演算子である。
に、請求項１に対応する発明は、目標値と制御対象から
フィードバックラインを介して送られてくる制御量との
偏差を零にするように少くともＰＩ調節演算を実行し、
この調節演算によって得られる操作出力を前記制御対象
に印加する制御系をもつ調節装置において、前記フィー
ドバックラインに、前記ＰＩ調節演算の積分時間Ｔ１に
比例した時間を進み／遅れ時間とする（１＋α・Ｔ１・
S）／（１＋Ｔ１・S）なる伝達関数をもち、かつ、前記
αには１．１≦α≦３．０の定数を設定してなる進み要
素および遅れ要素を併せ持つ制御量フィルタを設けた構
成である。但し、前記Sはラプラス演算子である。
【００１４】次に、請求項２に対応する発明は、目標値
と制御対象からフィードバックラインを介して送られて
くる制御量との偏差に基づいて少くともＰＩ調節演算を
実行し、この調節演算によって得られる操作出力を制御
対象に印加する制御系をもつ調節装置において、前記フ
ィードバックラインに、前記ＰＩ調節演算の積分時間Ｔ
１に比例した時間を進み／遅れ時間とする（１＋α・β
・Ｔ１・S）／（１＋β・Ｔ１・S）なる伝達関数をも
ち、かつ、前記αには１．１≦α≦３．０の定数、βに
は０＜β≦１．５の定数を設定してなる進み要素および
遅れ要素を併せ持つ制御量フィルタを設けた構成であ
る。但し、前記Sはラプラス演算子である。
と制御対象からフィードバックラインを介して送られて
くる制御量との偏差に基づいて少くともＰＩ調節演算を
実行し、この調節演算によって得られる操作出力を制御
対象に印加する制御系をもつ調節装置において、前記フ
ィードバックラインに、前記ＰＩ調節演算の積分時間Ｔ
１に比例した時間を進み／遅れ時間とする（１＋α・β
・Ｔ１・S）／（１＋β・Ｔ１・S）なる伝達関数をも
ち、かつ、前記αには１．１≦α≦３．０の定数、βに
は０＜β≦１．５の定数を設定してなる進み要素および
遅れ要素を併せ持つ制御量フィルタを設けた構成であ
る。但し、前記Sはラプラス演算子である。
【００１５】
【作用】従って、請求項１，２に対応する発明は以上の
ような手段を講じたことにより、フィードバックライン
にＰＩ調節演算の積分時間に比例した時間を進み/遅れ
時間とする進み要素および遅れ要素を併せ持つ制御量フ
ィルタを設けたことにより、この制御量フィルタの伝達
関数として、制御量応答式の目標値追従特性および外乱
抑制特性の各伝達関数の分母の合成伝達関数となり、こ
のとき両特性の過度ゲインを１よりも大きく設定すれ
ば、目標値追従特性は従来の２自由度ＰＩＤと同一とな
り、一方、外乱抑制特性は従来の２自由度化よりもさら
に一層特性の改善を図ることができる。
ような手段を講じたことにより、フィードバックライン
にＰＩ調節演算の積分時間に比例した時間を進み/遅れ
時間とする進み要素および遅れ要素を併せ持つ制御量フ
ィルタを設けたことにより、この制御量フィルタの伝達
関数として、制御量応答式の目標値追従特性および外乱
抑制特性の各伝達関数の分母の合成伝達関数となり、こ
のとき両特性の過度ゲインを１よりも大きく設定すれ
ば、目標値追従特性は従来の２自由度ＰＩＤと同一とな
り、一方、外乱抑制特性は従来の２自由度化よりもさら
に一層特性の改善を図ることができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明装置の実施例について図面を参
照して説明する。
照して説明する。
【００１７】図１は本発明装置の一実施例を示す構成図
である。この調節装置は、フイードバックライン系を除
けば、従来装置である図４、図５とほぼ同様な構成を有
しており、このため図４、図５と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。
である。この調節装置は、フイードバックライン系を除
けば、従来装置である図４、図５とほぼ同様な構成を有
しており、このため図４、図５と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。
【００１８】すなわち、この調節装置は、制御対象１と
偏差演算手段２との間の制御量フイードバックライン
に、調節演算手段３の積分時間ＴI に比例した進み／遅
れ時間の伝達関数Ｂ(S) ＝（１＋α・ＴI ・S ）／（１
＋ＴI ・S ）をもつ進み／遅れ要素の制御量フィルタ１
０を挿入したことにある。
偏差演算手段２との間の制御量フイードバックライン
に、調節演算手段３の積分時間ＴI に比例した進み／遅
れ時間の伝達関数Ｂ(S) ＝（１＋α・ＴI ・S ）／（１
＋ＴI ・S ）をもつ進み／遅れ要素の制御量フィルタ１
０を挿入したことにある。
【００１９】具体的には、制御対象１の制御量Ｘ3 (S)
を制御量フィルタ１０に導き、ここで積分時間ＴI に比
例する進みまたは遅れをもたせて調節用制御量Ｘ03(S)
を取り出し、偏差演算手段２に導入する。この偏差演算
手段２では、目標値Ｖ(S) と調節用制御量Ｘ03(S) との
偏差（Ｖ(S) −Ｘ03(S) ）を演算し、得られた偏差を伝
達関数Ｃ(S) ＝Ｋp ｛１＋（１／ＴI ・S ）｝（Ｋp ：
比例ゲイン、ＴI ：積分時間、S ：ラプラス演算子）を
もつ調節演算手段３に印加し、ここで例えばＰＩ調節演
算を実行し、操作出力ＭＶ(S) を取り出す。さらに、こ
の操作出力ＭＶ(S) を加算手段４に導き、ここで外乱Ｄ
(S) と加算合成して制御対象１に印加し、偏差が零，つ
まり目標値Ｖ(S) ＝調節用制御量Ｘ03(S) となるように
調節する構成である。
を制御量フィルタ１０に導き、ここで積分時間ＴI に比
例する進みまたは遅れをもたせて調節用制御量Ｘ03(S)
を取り出し、偏差演算手段２に導入する。この偏差演算
手段２では、目標値Ｖ(S) と調節用制御量Ｘ03(S) との
偏差（Ｖ(S) −Ｘ03(S) ）を演算し、得られた偏差を伝
達関数Ｃ(S) ＝Ｋp ｛１＋（１／ＴI ・S ）｝（Ｋp ：
比例ゲイン、ＴI ：積分時間、S ：ラプラス演算子）を
もつ調節演算手段３に印加し、ここで例えばＰＩ調節演
算を実行し、操作出力ＭＶ(S) を取り出す。さらに、こ
の操作出力ＭＶ(S) を加算手段４に導き、ここで外乱Ｄ
(S) と加算合成して制御対象１に印加し、偏差が零，つ
まり目標値Ｖ(S) ＝調節用制御量Ｘ03(S) となるように
調節する構成である。
【００２０】次に、図２は図１と同様な構成であり、特
に異なるところは、制御量フイードバックラインに、調
節演算手段３の積分時間ＴI に比例した進み／遅れ時間
とした伝達関数Ｆ(S) ＝（１＋α・β・ＴI ・S ）／
（１＋β・ＴI ・S ）をもつ進み／遅れ要素の制御量フ
ィルタ１１を挿入したことにある。
に異なるところは、制御量フイードバックラインに、調
節演算手段３の積分時間ＴI に比例した進み／遅れ時間
とした伝達関数Ｆ(S) ＝（１＋α・β・ＴI ・S ）／
（１＋β・ＴI ・S ）をもつ進み／遅れ要素の制御量フ
ィルタ１１を挿入したことにある。
【００２１】次に、制御量フイードバックラインに、調
節手段３の積分時間ＴI に比例した進み／遅れ要素の制
御量フィルタ１０，１１を挿入し、かつ、これら制御量
フィルタ１０，１１にそれぞれ Ｂ(S) ＝（１＋α・ＴI ・S ）／（１＋ＴI ・S ） ……（５） Ｆ(S) ＝（１＋α・β・ＴI ・S ）／（１＋β・ＴI ・S ）……（６） なる伝達関数Ｂ(S) 、Ｆ(S) を持たせたことの理由につ
いて説明する。ここで、図１および図２に示す調節装置
の制御系の応答式を求めてみる。図１の場合には、
節手段３の積分時間ＴI に比例した進み／遅れ要素の制
御量フィルタ１０，１１を挿入し、かつ、これら制御量
フィルタ１０，１１にそれぞれ Ｂ(S) ＝（１＋α・ＴI ・S ）／（１＋ＴI ・S ） ……（５） Ｆ(S) ＝（１＋α・β・ＴI ・S ）／（１＋β・ＴI ・S ）……（６） なる伝達関数Ｂ(S) 、Ｆ(S) を持たせたことの理由につ
いて説明する。ここで、図１および図２に示す調節装置
の制御系の応答式を求めてみる。図１の場合には、
【００２２】
【数２】 で表される。これらの式から明らかなように、進み／遅
れ要素Ｂ(S) ，Ｆ(S) は第１項および第２項ともその分
母に挿入された形となる。
れ要素Ｂ(S) ，Ｆ(S) は第１項および第２項ともその分
母に挿入された形となる。
【００２３】つまり、この（７）式から明らかなよう
に、従来の目標値追従特性を抑えるために、伝達関数の
分母に制御量フィルタ１０の進み／遅れ要素Ｂ(S) を導
入し、調節演算手段３の伝達関数Ｃ(S) と合成してい
る。そこで、この合成伝達関数Ｂ(S) ・Ｃ(S) がどのよ
うになるかに検討する。すなわち、合成伝達関数Ｂ(S)
・Ｃ(S) は、
に、従来の目標値追従特性を抑えるために、伝達関数の
分母に制御量フィルタ１０の進み／遅れ要素Ｂ(S) を導
入し、調節演算手段３の伝達関数Ｃ(S) と合成してい
る。そこで、この合成伝達関数Ｂ(S) ・Ｃ(S) がどのよ
うになるかに検討する。すなわち、合成伝達関数Ｂ(S)
・Ｃ(S) は、
【００２４】
【数３】
【００２５】で表される。この式から比例動作はα倍と
なるが、ここで、α＝１としたときにはＢ(S) ・Ｃ(S)
＝Ｃ(S) となる。制御量フィルタ１０が全くなしの状態
となる。さらに、この（９）式の関係を前記（７）式に
代入すると、
なるが、ここで、α＝１としたときにはＢ(S) ・Ｃ(S)
＝Ｃ(S) となる。制御量フィルタ１０が全くなしの状態
となる。さらに、この（９）式の関係を前記（７）式に
代入すると、
【００２６】
【数４】 となる。ゆえに、この（１０）式から次のことが明らか
となる。 （１） α＝１のとき……従来の１自由度ＰＩＤと同一
となる。
となる。 （１） α＝１のとき……従来の１自由度ＰＩＤと同一
となる。
【００２７】（２） α＝２．５またはαが２．５にほ
ぼ等しいとき……目標値追従特性は２自由度ＰＩＤと同
じになり、応答性からみると図６の（ハ）のようにな
る。つまり、αが１よりも大きくすれば、目標追従特性
を図６の（ハ）のようにすることができ、しかもαが分
母に入っているので、外乱抑制特性も全体として小さく
なり、図６の（ハ）のようになり、従来技術の（イ），
（ロ）よりも一層抑制され、応答特性が改善されること
が分かる。一方、図２の応答式は、前記（８）式で表さ
れるが、この（８）式から分母の合成伝達関数Ｆ(S) ・
Ｃ(S) を求めると、
ぼ等しいとき……目標値追従特性は２自由度ＰＩＤと同
じになり、応答性からみると図６の（ハ）のようにな
る。つまり、αが１よりも大きくすれば、目標追従特性
を図６の（ハ）のようにすることができ、しかもαが分
母に入っているので、外乱抑制特性も全体として小さく
なり、図６の（ハ）のようになり、従来技術の（イ），
（ロ）よりも一層抑制され、応答特性が改善されること
が分かる。一方、図２の応答式は、前記（８）式で表さ
れるが、この（８）式から分母の合成伝達関数Ｆ(S) ・
Ｃ(S) を求めると、
【００２８】
【数５】 となる。この場合も比例動作はα倍となり、積分動作が
修飾されており、α＝１，β＝１のときには、Ｆ（S）
・Ｃ（S）＝Ｃ（S）となる。因みに、 （１） α＝１，β＝１のとき……従来技術の１自由度
ＰＩＤの場合と同一となる。 （２） α＝任意，β＝１のとき…図１，つまり（１
０）式と同一となる。 （３） α＝２．５またはαが２．５にほぼ等しく、β
＝１のとき…図６の（ハ）の応答と同一の応答となる。
修飾されており、α＝１，β＝１のときには、Ｆ（S）
・Ｃ（S）＝Ｃ（S）となる。因みに、 （１） α＝１，β＝１のとき……従来技術の１自由度
ＰＩＤの場合と同一となる。 （２） α＝任意，β＝１のとき…図１，つまり（１
０）式と同一となる。 （３） α＝２．５またはαが２．５にほぼ等しく、β
＝１のとき…図６の（ハ）の応答と同一の応答となる。
【００２９】（４） α＝２．５またはαが２．５にほ
ぼ等しく、β＝可変のとき…図６の（ハ）の応答よりも
さらに改善される。つまり、βの可変によってさらに最
適調整ができる。
ぼ等しく、β＝可変のとき…図６の（ハ）の応答よりも
さらに改善される。つまり、βの可変によってさらに最
適調整ができる。
【００３０】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、従来、１自由度ＰＩＤの場合には前記（３）式の応
答式となり、目標値の変化に対し、目標値追従特性が大
きくオーバーシュートし、振動的な特性となる。ゆえ
に、図３に示すように目標追従特性が悪い。
ば、従来、１自由度ＰＩＤの場合には前記（３）式の応
答式となり、目標値の変化に対し、目標値追従特性が大
きくオーバーシュートし、振動的な特性となる。ゆえ
に、図３に示すように目標追従特性が悪い。
【００３１】そこで、目標値追従特性を改善するための
２自由度ＰＩＤの場合には前記（４）式に示す応答式が
得られるが、この式の第１項の目標値による成分の応答
に、定常ゲイン＝１、過度ゲイン＜１となる目標値フィ
ルタ５の伝達関数を乗じることにより、目標値追従特性
を抑えた。その結果、図３に示すごとく外乱抑制特性だ
けでなく、目標値追従特性も良くなっている。
２自由度ＰＩＤの場合には前記（４）式に示す応答式が
得られるが、この式の第１項の目標値による成分の応答
に、定常ゲイン＝１、過度ゲイン＜１となる目標値フィ
ルタ５の伝達関数を乗じることにより、目標値追従特性
を抑えた。その結果、図３に示すごとく外乱抑制特性だ
けでなく、目標値追従特性も良くなっている。
【００３２】さらに、本発明の調節装置は、前記（７）
式および（８）式に示すように、各応答式の分母に制御
量フィルタ１０，１１の進み／遅れ要素Ｂ(S) またはＦ
(S)を挿入し、定常ゲイン＝１、過度ゲイン＞１となる
ようにし、第１項の目標値による成分の応答特性を抑
え、第２項の外乱による成分をさらに抑制するように応
答式の分母のゲインを大きくし、目標値追従特性を２自
由度ＰＩＤと同一にするとともに、外乱抑制特性を２自
由度ＰＩＤよりもさらに一層改善でき、図３に示すよう
な結果が得られる。なお、上記実施例では、ＰＩ調節演
算手段３を用いたが、ＰＩＤ調節演算手段でも同様に適
用できる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施できる。
式および（８）式に示すように、各応答式の分母に制御
量フィルタ１０，１１の進み／遅れ要素Ｂ(S) またはＦ
(S)を挿入し、定常ゲイン＝１、過度ゲイン＞１となる
ようにし、第１項の目標値による成分の応答特性を抑
え、第２項の外乱による成分をさらに抑制するように応
答式の分母のゲインを大きくし、目標値追従特性を２自
由度ＰＩＤと同一にするとともに、外乱抑制特性を２自
由度ＰＩＤよりもさらに一層改善でき、図３に示すよう
な結果が得られる。なお、上記実施例では、ＰＩ調節演
算手段３を用いたが、ＰＩＤ調節演算手段でも同様に適
用できる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施できる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、制
御量のフイードバックラインに積分時間に比例した時間
を進み／遅れ時間とした進み／遅れ要素を挿入したこと
により、目標値追従特性が従来の２自由度ＰＩＤとほぼ
同一になり、しかも外乱抑制特性は従来の２自由度ＰＩ
Ｄよりもより一層特性を改善できる調節装置を提供でき
る。
御量のフイードバックラインに積分時間に比例した時間
を進み／遅れ時間とした進み／遅れ要素を挿入したこと
により、目標値追従特性が従来の２自由度ＰＩＤとほぼ
同一になり、しかも外乱抑制特性は従来の２自由度ＰＩ
Ｄよりもより一層特性を改善できる調節装置を提供でき
る。
【図１】 本発明に係わる調節装置の一実施例を示す構
成図。
成図。
【図２】 本発明に係わる調節装置の他の実施例を示す
構成図。
構成図。
【図３】 従来装置と本願発明装置との特性結果の判定
図。
図。
【図４】 従来の１自由度ＰＩＤ調節装置の構成図。
【図５】 従来の２自由度ＰＩＤ調節装置の構成図。
【図６】 従来装置と本願発明装置との応答特性を示す
比較図。
比較図。
１…制御対象、２…偏差演算手段、３…調節手段、４…
加算手段、５…目標値フィルタ、１０，１１…制御量フ
ィルタ。
加算手段、５…目標値フィルタ、１０，１１…制御量フ
ィルタ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05B 11/36 503 G05B 11/36 501
Claims (2)
- 【請求項１】 目標値と制御対象からフィードバックラ
インを介して送られてくる制御量との偏差に基づいて少
くともＰＩ調節演算を実行し、この調節演算によって得
られる操作出力を制御対象に印加する制御系をもつ調節
装置において、 前記フィードバックラインに、前記ＰＩ調節演算の積分
時間Ｔ１に比例した時間を進み／遅れ時間とする（１＋
α・Ｔ１・S）／（１＋Ｔ１・S）なる伝達関数をもち、
かつ、前記αには１．１≦α≦３．０の定数を設定して
なる進み要素および遅れ要素を併せ持つ制御量フィルタ
を設けたことを特徴とする調節装置。但し、前記Sはラ
プラス演算子である。 - 【請求項２】 目標値と制御対象からフィードバックラ
インを介して送られてくる制御量との偏差に基づいて少
くともＰＩ調節演算を実行し、この調節演算によって得
られる操作出力を制御対象に印加する制御系をもつ調節
装置において、 前記フィードバックラインに、前記ＰＩ調節演算の積分
時間Ｔ１に比例した時間を進み／遅れ時間とする（１＋
α・β・Ｔ１・S）／（１＋β・Ｔ１・S）なる伝達関数
をもち、かつ、前記αには１．１≦α≦３．０の定数、
βには０＜β≦１．５の定数を設定してなる進み要素お
よび遅れ要素を併せ持つ制御量フィルタを設けたことを
特徴とする 調節装置。但し、前記Sはラプラス演算子で
ある。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27062992A JP3164667B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 調節装置 |
| DE69324097T DE69324097T2 (de) | 1992-10-08 | 1993-10-08 | Gerät zur Prozess-Steuerung |
| EP93308032A EP0592245B1 (en) | 1992-10-08 | 1993-10-08 | Process control apparatus |
| AU48872/93A AU648213B1 (en) | 1992-10-08 | 1993-10-08 | Process control apparatus |
| KR1019930020771A KR970003873B1 (ko) | 1992-10-08 | 1993-10-08 | 프로세스 제어장치 |
| CN93118037A CN1071912C (zh) | 1992-10-08 | 1993-10-08 | 过程控制装置 |
| US08/385,365 US5485367A (en) | 1992-10-08 | 1995-02-07 | Process control apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27062992A JP3164667B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 調節装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06119001A JPH06119001A (ja) | 1994-04-28 |
| JP3164667B2 true JP3164667B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=17488754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27062992A Expired - Lifetime JP3164667B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 調節装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5485367A (ja) |
| EP (1) | EP0592245B1 (ja) |
| JP (1) | JP3164667B2 (ja) |
| KR (1) | KR970003873B1 (ja) |
| CN (1) | CN1071912C (ja) |
| AU (1) | AU648213B1 (ja) |
| DE (1) | DE69324097T2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5944256A (en) * | 1995-05-23 | 1999-08-31 | Nissan Motor Co., Ltd. | Air conditioner for vehicle |
| WO1997029407A1 (de) * | 1996-02-08 | 1997-08-14 | Heinrich Nikolaus | Regelalgorithmus für einen pid-regler |
| US5848535A (en) * | 1997-03-24 | 1998-12-15 | Gas Research Institute | Control system having a binomial setpoint filter |
| KR100407259B1 (ko) * | 1997-04-03 | 2004-03-18 | 기아자동차주식회사 | 자동차용연료필터의배수장치 |
| DE102005004632B3 (de) * | 2004-10-01 | 2006-05-04 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung von Prozessgrößen sowie zur näherungsweisen Inversion dynamischer Systeme |
| US7349745B2 (en) * | 2004-10-20 | 2008-03-25 | Fisher Controls International Llc. | Lead-lag input filter arrangement with adjustable initial conditions for electro-pneumatic control loops |
| EP1852765B1 (en) * | 2004-12-08 | 2012-08-15 | Incorporated National University Iwate University | Temperature control method and temperature controller |
| US7920929B2 (en) * | 2005-09-29 | 2011-04-05 | Honeywell International Inc. | On-demand auto-tuner for a plant control system |
| TWI349422B (en) | 2007-03-21 | 2011-09-21 | Delta Electronics Inc | Control system and method for tuning the system thereof |
| US7653445B2 (en) * | 2007-04-13 | 2010-01-26 | Controlsoft, Inc. | Apparatus and method for model-based control |
| DE102007026300B4 (de) * | 2007-06-06 | 2009-07-23 | Delta Electronics, Inc. | Steuersystem und Einstellverfahren hierfür |
| CN102128969B (zh) * | 2010-10-26 | 2013-06-05 | 北京鼎汉技术股份有限公司 | 一种高抗干扰能力的pfc电路输入电压检测方法 |
| CN102073270B (zh) * | 2011-01-27 | 2015-08-05 | 浙江工业大学 | 单输入单输出时滞***的分数阶pid控制方法 |
| JP6147687B2 (ja) * | 2014-02-28 | 2017-06-14 | 株式会社東芝 | 制御パラメータ調整装置、および制御パラメータ調整プログラム |
| WO2019239494A1 (ja) * | 2018-06-12 | 2019-12-19 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 鉄鋼プラント制御装置 |
| CN112422005A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-02-26 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种抑制超调的pi调节器以及控制方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4006346A (en) * | 1975-11-13 | 1977-02-01 | Phillips Petroleum Company | Control method including feedforward signal |
| US4419729A (en) * | 1980-10-27 | 1983-12-06 | The Bendix Corporation | Automatic speed control for heavy vehicles |
| US4489375A (en) * | 1982-04-12 | 1984-12-18 | Westinghouse Electric Corp. | Industrial process control apparatus and method |
| US4755924A (en) * | 1985-02-19 | 1988-07-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Process controller having an adjustment system with two degrees of freedom |
| US5043863A (en) * | 1987-03-30 | 1991-08-27 | The Foxboro Company | Multivariable adaptive feedforward controller |
| US4908747A (en) * | 1988-03-21 | 1990-03-13 | The Babcock & Wilcox Company | Advanced proportional plus integral plus derivative controller |
| US4959767A (en) * | 1988-11-23 | 1990-09-25 | Elsag International B.V. | Parameter estimation technique for closed loop system |
| AU611839B1 (en) * | 1989-09-11 | 1991-06-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Two degree of freedom controller |
| JP2772106B2 (ja) * | 1990-04-18 | 1998-07-02 | 株式会社東芝 | ２自由度調節装置 |
-
1992
- 1992-10-08 JP JP27062992A patent/JP3164667B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-10-08 KR KR1019930020771A patent/KR970003873B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1993-10-08 CN CN93118037A patent/CN1071912C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1993-10-08 EP EP93308032A patent/EP0592245B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-10-08 DE DE69324097T patent/DE69324097T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-10-08 AU AU48872/93A patent/AU648213B1/en not_active Ceased
-
1995
- 1995-02-07 US US08/385,365 patent/US5485367A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 須田信英 著者代表、システム制御情報学会編、「システム制御情報ライブラリー６ ＰＩＤ制御」、株式会社朝倉書店、１９９２年７月２０日、ｐ．７５−ｐ．７６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR940009790A (ko) | 1994-05-24 |
| CN1071912C (zh) | 2001-09-26 |
| CN1087184A (zh) | 1994-05-25 |
| KR970003873B1 (ko) | 1997-03-22 |
| AU648213B1 (en) | 1994-04-14 |
| EP0592245B1 (en) | 1999-03-24 |
| EP0592245A2 (en) | 1994-04-13 |
| EP0592245A3 (en) | 1997-02-05 |
| DE69324097D1 (de) | 1999-04-29 |
| DE69324097T2 (de) | 1999-10-28 |
| US5485367A (en) | 1996-01-16 |
| JPH06119001A (ja) | 1994-04-28 |
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