JP3881593B2 - 制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセス制御技術に関するものであり、特に制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて制御パラメータを調整するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えた制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
汎用の温調計などには、PIDパラメータの調整を容易に完了させるために、オートチューニング(セルフチューニング)機能が備えられている。このオートチューニング機能の代表的な手法としては、制御対象に出力する操作量MVに上限値と下限値を設定して、操作量振幅が一定のリミットサイクルを発生させて、PIDパラメータを調整するリミットサイクルオートチューニング手法がある(参考文献:広井和男、「ディジタル計装制御システムの基礎と応用」、工業技術社、ISBN4−905957−00−1)。
【0003】
以下、リミットサイクルオートチューニングの1例について説明する。図6は従来のリミットサイクルオートチューニングを説明するための波形図、図7は従来のリミットサイクルオートチューニングの処理の流れを示すフローチャート図である。最初に、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される操作量MVの下限値を指定する操作量下限設定値OL_ATとこの操作量MVの上限値を指定する操作量上限設定値OH_ATをあらかじめ設定しておく。
【0004】
リミットサイクルオートチューニングの実行時、制御量PVと設定値SPを比較し(図7ステップ401)、制御量PVが設定値SPより大きい場合、操作量MVの下限値OL_ATを制御対象に出力し(ステップ402)、制御量PVが設定値SP以下の場合、操作量MVの上限値OH_ATを制御対象に出力する(ステップ403)。
【0005】
次に、制御量PVの極値を検出する上下動極値検出処理を行う(ステップ404)。ステップ401〜404の処理を1制御周期ごとに行い、制御量PVの極値を4つ検出すると、検出完了となる。ここで、設定値SPと制御量PVとの偏差Erは次式により得られる。
Er=SP−PV ・・・(1)
【0006】
そして、図6に示すように、検出した4つの極値のうち、最新の極値における偏差を第1の極値偏差Er1、2番目に新しい極値における偏差を第2の極値偏差Er2、3番目に新しい極値における偏差を第3の極値偏差Er3とする。また、第1の極値偏差Er1の直前に偏差Erの正負が逆転した時刻t5から第1の極値偏差Er1が得られた時刻t6までの時間を第1の操作量切換経過時間Th1とし、また、第2の極値偏差Er2の直前に偏差Erの正負が逆転した時刻t3から第2の極値偏差Er2が得られた時刻t4までの時間を第2の操作量切換経過時間Th2とする。
【0007】
最後に、比例帯Pb、積分時間Ti及び微分時間TdからなるPIDパラメータを次式のように算出し、算出したPIDパラメータを制御装置の制御演算部に設定する(ステップ405)。
Pb=250|Er2−Er1|/(OH_AT−OL_AT) ・・(2)
Ti=6(Th1+Th2) ・・・(3)
Td=1.2(Th1+Th2) ・・・(4)
以上で、リミットサイクルオートチューニングが終了する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
汎用の温調計では、実際の制御中に制御対象に出力する操作量MVの上限設定値OH、下限設定値OLをリミットサイクルオートチューニング実行時の操作量上限設定値OH_AT、操作量下限設定値OL_ATとしてそのまま利用するものがある。通常は、OH=100%、OL=0%に設定されていることが多く、ゆえにオートチューニング時の操作量上限設定値OH_AT=100%、操作量下限設定値OL_AT=0%となることが多い。
【0009】
保温性の高い制御対象では、設定値SP付近に制御量PVを維持するために必要な操作量MVは、概ねMV=20%以下というようにかなり低い。この状況でOH_AT=100%の設定のままMV=0%〜100%のオートチューニングを実行すると、温度上昇が高くて温度降下が遅い(保温性が高く冷え難い)ので、リミットサイクルオートチューニングが良好に実行される図8(a)の場合に比べて、図8(b)に示すようにリミットサイクルに多大な時間を要するという問題が生じる。
【0010】
一方、従来のリミットサイクルオートチューニングでは、操作量上限設定値OHと操作量下限設定値OLを適切な値に変更してオートチューニングを実行することも可能である。しかしながら、オートチューニングの実行時に、操作量上限設定値OHと操作量下限設定値OLを変更すると、オートチューニングの終了後に、操作量上限設定値OHと操作量下限設定値OLを元の設定に戻さなければならないという問題点があった。特に、現場のオペレータが頻繁にオートチューニングを実行しなければならないような制御対象では、煩雑な設定作業を頻繁に行うことになり、作業性を著しく損なうことになる。
【0011】
また、操作量上限設定値OHと操作量下限設定値OLは、OH=100%、OL=0%に設定されるとは限らず、これ以外の設定になっていることもある。したがって、現場のオペレータが、リミットサイクルオートチューニング実行時の操作量上限設定値OH_ATを実際の制御中の操作量上限設定値OHより大きく設定したり、リミットサイクルオートチューニング実行時の操作量下限設定値OL_ATを実際の制御中の操作量下限設定値OLより小さく設定したりするといった最悪の問題も発生し得る。逆に、操作量上限設定値OHと操作量下限設定値OLを元の設定に戻す際に、これらを誤って設定することもあり得る。
【0012】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、通常の制御動作時に制御対象に出力する操作量の上下限値とリミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力する操作量の上下限値を独立に設定することができ、現場のオペレータに煩雑な設定作業を要求しない制御装置を提供することを目的とする。
【0013】
また、本発明は、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力する操作量の上下限値が通常の制御動作時に制御対象に出力する操作量の上下限値から外れることのない制御装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて制御パラメータを算出するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えた制御装置において、通常動作時に制御対象に出力される第1の操作量の下限値を指定する第1の操作量下限設定値(OL)を予め設定するための第1の操作量出力下限設定部(図1、図4の5)と、前記第1の操作量の上限値を指定する第1の操作量上限設定値(OH)を予め設定するための第1の操作量出力上限設定部(6)と、前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第2の操作量の下限値を指定する第2の操作量下限設定値(OL_AT)を、予め前記第1の操作量下限設定値と別に設定するための第2の操作量出力下限設定部(7)と、前記第2の操作量の上限値を指定する第2の操作量上限設定値(OH_AT)を、予め前記第1の操作量上限設定値と別に設定するための第2の操作量出力上限設定部(8)と、通常動作時に、設定値(SP)と制御量(PV)との偏差に対して制御パラメータに基づくフィードバック制御演算を行って第1の操作量を算出し、算出した第1の操作量を制御対象に出力する制御演算部(4)と、前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、前記第2の操作量下限設定値を下限値とし、かつ前記第2の操作量上限設定値を上限値とする第2の操作量を制御対象に出力して、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて前記制御演算部の制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記制御演算部に設定するリミットサイクルオートチューニング演算部(11,11a)と、前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、前記第2の操作量下限設定値が前記第1の操作量下限設定値より小さいときは、前記第2の操作量下限設定値の代わりに前記第1の操作量下限設定値を前記第2の操作量の下限値として前記リミットサイクルオートチューニング演算部に採用させ、前記第2の操作量上限設定値が前記第1の操作量上限設定値より大きいときは、前記第2の操作量上限設定値の代わりに前記第1の操作量上限設定値を前記第2の操作量の上限値として前記リミットサイクルオートチューニング演算部に採用させる第2の操作量制御部(図1の10)とを備えるものである。これにより、通常の制御動作時に使用される第1の操作量下限設定値と第1の操作量上限設定値とは別に、リミットサイクルオートチューニングを実行する際の第2の操作量下限設定値と第2の操作量上限設定値をオペレータが独立に設定することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、制御装置のオペレータによって設定された設定値SPを入力する設定値入力部1と、図示しないセンサによって検出された制御量PVを入力する制御量入力部2と、図示しない制御対象に操作量MVを出力する操作量出力部3と、通常動作時に、設定値SPと制御量PVとの偏差に対して制御パラメータに基づくフィードバック制御演算を行って第1の操作量を算出する制御演算部4と、通常動作時に制御対象に出力される第1の操作量の下限値を指定する第1の操作量下限設定値OLを予め設定するための第1の操作量出力下限設定部5と、第1の操作量の上限値を指定する第1の操作量上限設定値OHを予め設定するための第1の操作量出力上限設定部6と、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第2の操作量の下限値を指定する第2の操作量下限設定値OL_ATを予め設定するための第2の操作量出力下限設定部7と、第2の操作量の上限値を指定する第2の操作量上限設定値OH_ATを予め設定するための第2の操作量出力上限設定部8とを備える。
【0017】
また、制御装置は、第1の操作量下限設定値OL、第1の操作量上限設定値OH、第2の操作量下限設定値OL_AT及び第2の操作量上限設定値OH_ATを記憶する操作量関連設定値記憶部9と、リミットサイクルオートチューニングの実行時に、操作量関連設定値記憶部9に記憶された各設定値を参照して、第2の操作量下限設定値OL_ATが第1の操作量下限設定値OLより小さいときは、第2の操作量下限設定値OL_ATの代わりに第1の操作量下限設定値OLを第2の操作量の下限値とし、第2の操作量上限設定値OH_ATが第1の操作量上限設定値OHより大きいときは、第2の操作量上限設定値OH_ATの代わりに第1の操作量上限設定値OHを第2の操作量の上限値とする第2の操作量制御部10と、リミットサイクルオートチューニングの処理手順を実行して、第2の操作量を制御対象に出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて制御演算部4の制御パラメータを算出するリミットサイクルオートチューニング演算部11とを備える。
【0018】
次に、以上のような制御装置のリミットサイクルオートチューニング機能について説明する。図2は図1の制御装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャート図である。設定値SPは、制御装置のオペレータによって設定され、設定値入力部1を介して制御演算部4とリミットサイクルオートチューニング演算部11に入力される。制御量PVは、図示しないセンサによって検出され、制御量入力部2を介して制御演算部4とリミットサイクルオートチューニング演算部11に入力される。
【0019】
制御中に制御対象に出力される操作量MVの下限値を指定する第1の操作量下限設定値OLは、予めオペレータによって設定され、第1の操作量出力下限設定部5を介して操作量関連設定値記憶部9に格納される。同様に、制御中に制御対象に出力される操作量MVの上限値を指定する第1の操作量上限設定値OHは、予めオペレータによって設定され、第1の操作量出力上限設定部6を介して操作量関連設定値記憶部9に格納される。
【0020】
リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される操作量MVの下限値を指定する第2の操作量下限設定値OL_ATは、予めオペレータによって設定され、第2の操作量出力下限設定部7を介して操作量関連設定値記憶部9に格納される。リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される操作量MVの上限値を指定する第2の操作量上限設定値OH_ATは、予めオペレータによって設定され、第2の操作量出力上限設定部8を介して操作量関連設定値記憶部9に格納される。
【0021】
リミットサイクルオートチューニング演算部11は、リミットサイクルオートチューニングの実行時、制御量PVと設定値SPを比較し(図2ステップ101)、制御量PVが設定値SPより大きい場合、第2の操作量制御部10によって決定された操作量MVの下限値を操作量出力部3に出力し、制御量PVが設定値SP以下の場合、第2の操作量制御部10によって決定された操作量MVの上限値を操作量出力部3に出力する。
【0022】
第2の操作量制御部10は、操作量関連設定値記憶部9に記憶された第1の操作量下限設定値OLが同記憶部9に記憶された第2の操作量下限設定値OL_AT以下の場合(ステップ102においてYes)、操作量MVの下限値として第2の操作量下限設定値OL_ATを採用する。
【0023】
これにより、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、制御量PVが設定値SPより大きく、かつ第1の操作量下限設定値OLが第2の操作量下限設定値OL_AT以下の場合、第2の操作量制御部10によって決定された操作量MV=OL_ATを操作量出力部3に出力し、操作量出力部3は、この操作量MVを制御対象に出力する(ステップ103)。
【0024】
また、第2の操作量制御部10は、第1の操作量下限設定値OLが第2の操作量下限設定値OL_ATより大きい場合(ステップ102においてNo)、操作量MVの下限値として第1の操作量下限設定値OLを採用する。
【0025】
これにより、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、制御量PVが設定値SPより大きく、かつ第1の操作量下限設定値OLが第2の操作量下限設定値OL_ATより大きい場合、第2の操作量制御部10によって決定された操作量MV=OLを操作量出力部3に出力し、操作量出力部3は、この操作量MVを制御対象に出力する(ステップ104)。
【0026】
また、第2の操作量制御部10は、操作量関連設定値記憶部9に記憶された第1の操作量上限設定値OHが同記憶部9に記憶された第2の操作量上限設定値OH_AT以上の場合(ステップ105においてYes)、操作量MVの上限値として第2の操作量上限設定値OH_ATを採用する。
【0027】
これにより、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、制御量PVが設定値SP以下で、かつ第1の操作量上限設定値OHが第2の操作量上限設定値OH_AT以上の場合、第2の操作量制御部10によって決定された操作量MV=OH_ATを操作量出力部3に出力し、操作量出力部3は、この操作量MVを制御対象に出力する(ステップ106)。
【0028】
そして、第2の操作量制御部10は、第1の操作量上限設定値OHが第2の操作量上限設定値OH_ATより小さい場合(ステップ105においてNo)、操作量MVの上限値として第1の操作量上限設定値OHを採用する。
【0029】
これにより、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、制御量PVが設定値SP以下で、かつ第1の操作量上限設定値OHが第2の操作量上限設定値OH_ATより小さい場合、第2の操作量制御部10によって決定された操作量MV=OHを操作量出力部3に出力し、操作量出力部3は、この操作量MVを制御対象に出力する(ステップ107)。
【0030】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、上下動極値検出処理を行う(ステップ108)。図3はリミットサイクルオートチューニング演算部11の上下動極値検出処理を示すフローチャート図である。リミットサイクルオートチューニングにおける制御応答は従来と同様であるので、図3と共に図6を用いて上下動極値検出処理を説明する。
【0031】
まず、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、設定値SPと制御量PVに基づいて現制御周期の偏差Erを式(1)により算出する(図3ステップ201)。続いて、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、次式が成立するかどうかを判定する(ステップ202)。
|Er|>|Ermax| ・・・(5)
【0032】
式(5)において、Ermaxは偏差の最大値で、初期値は0である。リミットサイクルオートチューニング演算部11は、式(5)が成立する場合、Ermax=Er、すなわち現制御周期の偏差Erを最大偏差Ermaxとする(ステップ203)。
【0033】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、偏差Erの正負が切り換わったかどうかを次式により判定する(ステップ204)。
ErEr0<0 ・・・(6)
【0034】
ここで、Er0は1制御周期前の偏差である。式(6)は、現在の偏差Erと1制御周期前の偏差Er0の乗算結果が負のとき、偏差Erの正負が逆転したと判断するものである。式(6)が不成立の場合は、上下動極値検出が完了していないと判断して、ステップ101に戻る。
【0035】
ステップ101〜107と108(ステップ201〜204)の処理が1制御周期ごとに繰り返されると、偏差Erの増大に伴って最大偏差Ermaxが更新される。そして、図6の時刻t1になると、式(6)が成立する。
【0036】
式(6)が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、Er1=Ermax、すなわち最大偏差Ermaxを第1の極値偏差Er1とする。また、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、前回式(6)が成立した時刻から最大偏差Ermaxが更新された最新時刻までの時間を第1の操作量切換経過時間Th1とする(ステップ205)。なお、式(6)が初めて成立した場合には、第1の操作量切換経過時間Th1を0とする。
【0037】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する(ステップ206)。本実施の形態では、制御量PVの極値を4つ検出することを上下動極値検出完了条件とする。ここでは、制御量PVの極値を1つ検出しただけなので、上下動極値検出が完了していないと判断し、最大偏差Ermaxを0に初期化して(ステップ207)、ステップ101に戻る。
【0038】
ステップ101〜107と108(ステップ201〜204)の処理を1制御周期ごとに繰り返し、図6の時刻t3になると、式(6)が再び成立する。式(6)が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、Er2=Er1、Er1=Ermax、Th2=Th1、すなわち第1の極値偏差Er1の値を第2の極値偏差Er2に代入し、最大偏差Ermaxを新たな第1の極値偏差Er1とし、第1の操作量切換経過時間Th1の値を第2の操作量切換経過時間Th2に代入する。さらに、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、前回式(6)が成立した時刻t1から最大偏差Ermaxが更新された最新時刻t2までの時間を新たな第1の操作量切換経過時間Th1とする(ステップ205)。
【0039】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する(ステップ206)。ここでは、制御量PVの極値を2つ検出しただけなので、上下動極値検出が完了していないと判断し、最大偏差Ermaxを0に初期化して(ステップ207)、ステップ101に戻る。
【0040】
ステップ101〜107と108(ステップ201〜204)の処理を1制御周期ごとに繰り返し、図6の時刻t5になると、式(6)が再び成立する。式(6)が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、Er3=Er2、Er2=Er1、Er1=Ermax、Th2=Th1、すなわち第2の極値偏差Er2の値を第3の極値偏差Er3に代入し、第1の極値偏差Er1の値を第2の極値偏差Er2に代入し、最大偏差Ermaxを新たな第1の極値偏差Er1とし、第1の操作量切換経過時間Th1の値を第2の操作量切換経過時間Th2に代入する。さらに、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、前回式(6)が成立した時刻t3から最大偏差Ermaxが更新された最新時刻t4までの時間を新たな第1の操作量切換経過時間Th1とする(ステップ205)。
【0041】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する(ステップ206)。ここでは、制御量PVの極値を3つ検出しただけなので、上下動極値検出が完了していないと判断し、最大偏差Ermaxを0に初期化して(ステップ207)、ステップ101に戻る。
【0042】
ステップ101〜107と108(ステップ201〜204)の処理を1制御周期ごとに繰り返し、図6の時刻t7になると、式(6)が再び成立する。式(6)が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、Er3=Er2、Er2=Er1、Er1=Ermax、Th2=Th1とし、前回式(6)が成立した時刻t5から最大偏差Ermaxが更新された最新時刻t6までの時間を新たな第1の操作量切換経過時間Th1とする(ステップ205)。
【0043】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する(ステップ206)。ここでは、制御量PVの極値を4つ検出し終えたので、上下動極値検出が完了したと判断し、最大偏差Ermaxを0に初期化して(ステップ207)、ステップ109に進む。
【0044】
なお、図6からも分かるように、PIDパラメータの算出に必要な制御量PVの極値は本来3つであるが、最初の極値はパラメータ算出にとって不適切な値の可能性があるので、制御量PVの極値を4つ検出している。
【0045】
上下動極値検出の完了後、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、制御演算部4の制御パラメータ(本実施の形態ではPIDパラメータ)を算出する(ステップ109)。リミットサイクルオートチューニング演算部11は、第1の操作量下限設定値OLが第2の操作量下限設定値OL_AT以下で、かつ第1の操作量上限設定値OHが第2の操作量上限設定値OH_AT以上の場合、比例帯Pbを前述の式(2)のように算出する。
【0046】
リミットサイクルオートチューニング演算部11は、第1の操作量下限設定値OLが第2の操作量下限設定値OL_ATより大きく、かつ第1の操作量上限設定値OHが第2の操作量上限設定値OH_AT以上の場合、比例帯Pbを次式のように算出する。
Pb=250|Er2−Er1|/(OH_AT−OL) ・・・(7)
【0047】
リミットサイクルオートチューニング演算部11は、第1の操作量下限設定値OLが第2の操作量下限設定値OL_AT以下で、かつ第1の操作量上限設定値OHが第2の操作量上限設定値OH_ATより小さい場合、比例帯Pbを次式のように算出する。
Pb=250|Er2−Er1|/(OH−OL_AT) ・・・(8)
【0048】
リミットサイクルオートチューニング演算部11は、第1の操作量下限設定値OLが第2の操作量下限設定値OL_ATより大きく、かつ第1の操作量上限設定値OHが第2の操作量上限設定値OH_ATより小さい場合、比例帯Pbを次式のように算出する。
Pb=250|Er2−Er1|/(OH−OL) ・・・(9)
【0049】
また、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、積分時間Ti、微分時間Tdをそれぞれ前述の式(3)、式(4)により算出する。最後に、リミットサイクルオートチューニング演算部11は、算出した比例帯Pb、積分時間Ti及び微分時間Tdを制御演算部4に設定する。以上でPIDパラメータの算出処理が終了し、リミットサイクルオートチューニングが終了する。
【0050】
リミットサイクルオートチューニング終了後の通常の制御動作では、制御演算部4は、設定値入力部1から入力された設定値SP、制御量入力部2から入力された制御量PVに基づいて、次式のようなラプラス演算子sを用いた伝達関数式によりフィードバック制御演算を行い操作量MVを算出することを1制御周期ごとに行う。すなわち、制御演算部4は、制御量PVが設定値SPに一致するように操作量MVを算出する。
MV=(α/Pb){1+(1/Tis)+Tds}(SP−PV)・・・(10)
【0051】
式(10)において、αは定数で、例えば100である。制御演算部4で算出された操作量MVは、操作量出力部3を介して制御対象に出力される。なお、制御演算部4は、算出した操作量MVが第1の操作量下限設定値OLより小さい場合、操作量MV=OLを操作量出力部3に出力し、算出した操作量MVが第1の操作量上限設定値OHより大きい場合、操作量MV=OHを操作量出力部3に出力する。
【0052】
以上のように、本実施の形態では、実際の制御中に利用する第1の操作量下限設定値OLと第1の操作量上限設定値OHとは別に、オートチューニングを実行する際の第2の操作量下限設定値OL_ATと第2の操作量上限設定値OH_ATをオペレータが設定できるように構成する。
【0053】
また、本実施の形態では、オートチューニング時の第2の操作量が、第1の操作量下限設定値OL又は第1の操作量上限設定値OHから外れることがないように、OL>OL_ATのときは第2の操作量下限設定値OL_ATの代わりに第1の操作量下限設定値OLを第2の操作量の下限値として採用し、OH<OH_ATのときは第2の操作量上限設定値OH_ATの代わりに第1の操作量上限設定値OHを第2の操作量の上限値として採用する。
【0054】
これにより、本実施の形態では、適切な第2の操作量によるオートチューニングが可能になり、現場のオペレータが頻繁に設定変更をする必要がなくなり、オートチューニング時の第2の操作量が基本的な操作量上下限である第1の操作量下限設定値OLと第1の操作量上限設定値OHから外れることがなくなる。
【0055】
[第2の実施の形態]
図4は本発明の第2の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、設定値入力部1と、制御量入力部2と、操作量出力部3と、制御演算部4と、第1の操作量出力下限設定部5と、第1の操作量出力上限設定部6と、第2の操作量出力下限設定部7と、第2の操作量出力上限設定部8と、操作量関連設定値記憶部9と、リミットサイクルオートチューニングの実行時に、操作量関連設定値記憶部9に記憶された各設定値を参照して、第2の操作量下限設定値OL_ATが第1の操作量下限設定値OLより小さいとき又は第2の操作量上限設定値OH_ATが第1の操作量上限設定値OHより大きいときは、自動的にオートチューニングを停止し、設定に矛盾があることをオペレータに通知する自動停止操作部12と、リミットサイクルオートチューニングの処理手順を実行して、第2の操作量を制御対象に出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて制御演算部4の制御パラメータを算出するリミットサイクルオートチューニング演算部11aとを備える。
【0056】
次に、以上のような制御装置のリミットサイクルオートチューニング機能について説明する。図5は図4の制御装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャート図である。自動停止操作部12は、操作量関連設定値記憶部9に記憶された各設定値を参照し、第1の操作量上限設定値OHが第2の操作量上限設定値OH_ATより小さい場合(ステップ301においてYes)、又は第1の操作量下限設定値OLが第2の操作量下限設定値OL_ATより大きい場合(ステップ302においてYes)、リミットサイクルオートチューニングを停止し、第2の操作量上限設定値OH_AT又は第2の操作量下限設定値OL_ATの少なくとも一方の設定に矛盾があることをオペレータに通知する(ステップ303)。
【0057】
自動停止操作部12が停止操作をしない場合、リミットサイクルオートチューニングを続行する。リミットサイクルオートチューニング演算部11aは、制御量PVと設定値SPを比較し(ステップ304)、制御量PVが設定値SPより大きい場合、操作量MVの下限値として第2の操作量下限設定値OL_ATを採用し、操作量MV=OL_ATを操作量出力部3に出力する。操作量出力部3は操作量MVを制御対象に出力する(ステップ305)。
【0058】
ステップ304において制御量PVが設定値SP以下の場合、リミットサイクルオートチューニング演算部11aは、操作量MVの上限値として第2の操作量上限設定値OH_ATを採用し、操作量MV=OH_ATを操作量出力部3に出力する。操作量出力部3は操作量MVを制御対象に出力する(ステップ306)。
【0059】
続いて、リミットサイクルオートチューニング演算部11aは、上下動極値検出処理を行う(ステップ307)。この上下動極値検出処理は図3とほぼ同様であるが、図3のステップ204,207からステップ101に戻るところではステップ301に戻り、図3のステップ208からステップ109に戻るところではステップ308に戻るようにすればよい。
【0060】
上下動極値検出の完了後、リミットサイクルオートチューニング演算部11aは、PIDパラメータを算出する(ステップ308)。すなわち、リミットサイクルオートチューニング演算部11aは、比例帯Pb、積分時間Ti、微分時間Tdをそれぞれ前述の式(4)、式(8)、式(9)により算出し、算出した比例帯Pb、積分時間Ti及び微分時間Tdを制御演算部4に設定する。リミットサイクルオートチューニング終了後の通常の制御における制御演算部4の動作は、第1の実施の形態と同じである。
【0061】
以上のように、本実施の形態では、実際の制御中に利用する第1の操作量下限設定値OLと第1の操作量上限設定値OHとは別に、オートチューニングを実行する際の第2の操作量下限設定値OL_ATと第2の操作量上限設定値OH_ATをオペレータが設定できるように構成する。
【0062】
また、オートチューニング時の第2の操作量が、第1の操作量下限設定値OL又は第1の操作量上限設定値OHから外れることがないように、OL>OL_AT又はOH<OH_ATのときは、自動的にオートチューニングの起動を中止し、設定に矛盾があることをオペレータに通知する。
【0063】
これにより、本実施の形態では、適切な第2の操作量によるオートチューニングが可能になり、現場のオペレータが頻繁に設定変更をする必要がなくなり、オートチューニング時の第2の操作量が基本的な操作量上下限である第1の操作量下限設定値OLと第1の操作量上限設定値OHから外れることがなくなる。
【0064】
なお、第1、第2の実施の形態で説明した制御装置は、演算装置、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。
【0065】
【発明の効果】
本発明によれば、通常動作時に出力される第1の操作量の下限値を指定する第1の操作量下限設定値を予め設定するための第1の操作量出力下限設定部と、第1の操作量の上限値を指定する第1の操作量上限設定値を予め設定するための第1の操作量出力上限設定部と、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第2の操作量の下限値を指定する第2の操作量下限設定値を予め設定するための第2の操作量出力下限設定部と、第2の操作量の上限値を指定する第2の操作量上限設定値を予め設定するための第2の操作量出力上限設定部とを設けることにより、通常の制御動作時に使用される第1の操作量下限設定値と第1の操作量上限設定値とは別に、リミットサイクルオートチューニングを実行する際の第2の操作量下限設定値と第2の操作量上限設定値をオペレータが独立に設定できるようにしたので、オートチューニングを実行する際に第1の操作量下限設定値と第1の操作量上限設定値を変更する必要がなくなる。その結果、オートチューニングを実行する際に第1の操作量下限設定値と第1の操作量上限設定値を設定変更して、通常の制御動作を行う際に第1の操作量下限設定値と第1の操作量上限設定値を元の設定に戻すといった煩雑な設定作業が不要となる。また、第1の操作量下限設定値と第1の操作量上限設定値を元の設定に戻す際に、これらを誤って設定するといった問題の発生を回避することができる。また、第2の操作量下限設定値と第2の操作量上限設定値を第1の操作量下限設定値と第1の操作量上限設定値に無関係に設定することができるので、リミットサイクルオートチューニングが良好に実行されるように第2の操作量下限設定値と第2の操作量上限設定値を適切な値に設定することができ、リミットサイクルオートチューニングの実行に要する時間を短縮することができる。
【0066】
また、第2の操作量下限設定値が第1の操作量下限設定値より小さいときは、第2の操作量下限設定値の代わりに第1の操作量下限設定値を第2の操作量の下限値としてリミットサイクルオートチューニング演算部に採用させ、第2の操作量上限設定値が第1の操作量上限設定値より大きいときは、第2の操作量上限設定値の代わりに第1の操作量上限設定値を第2の操作量の上限値としてリミットサイクルオートチューニング演算部に採用させる第2の操作量制御部を設けることにより、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第2の操作量の上下限値が通常の制御動作時に制御対象に出力される第1の操作量の上下限値から外れるという問題を回避することができ、不適切な制御パラメータ算出が行われることを回避することができる。
【0067】
また、第2の操作量下限設定値が第1の操作量下限設定値より小さいとき又は第2の操作量上限設定値が第1の操作量上限設定値より大きいとき、リミットサイクルオートチューニングの実行を停止させる自動停止操作部を設けることにより、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第2の操作量の上下限値が通常の制御動作時に制御対象に出力される第1の操作量の上下限値から外れるという問題を回避することができ、制御装置のオペレータに第2の操作量下限設定値と第2の操作量上限設定値を再設定させることができる。その結果、不適切な制御パラメータ算出が行われることを回避することができる。
【0068】
また、第2の操作量下限設定値が第1の操作量下限設定値より小さいとき又は第2の操作量上限設定値が第1の操作量上限設定値より大きいとき、第2の操作量下限設定値と第2の操作量上限設定値の少なくとも一方の設定に矛盾があることをオペレータに通知する自動停止操作部を設けることにより、第2の操作量下限設定値と第2の操作量上限設定値の少なくとも一方の設定に矛盾があることを制御装置のオペレータに認識させることができ、オペレータに第2の操作量下限設定値と第2の操作量上限設定値を再設定させることができる。その結果、不適切な制御パラメータ算出が行われることを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1の制御装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャート図である。
【図3】 図1のリミットサイクルオートチューニング演算部の上下動極値検出処理を示すフローチャート図である。
【図4】 本発明の第2の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図5】 図4の制御装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャート図である。
【図6】 従来のリミットサイクルオートチューニングを説明するための波形図である。
【図7】 従来のリミットサイクルオートチューニングの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図8】 従来のリミットサイクルオートチューニングの問題点を説明するための波形図である。
【符号の説明】
1…設定値入力部、2…制御量入力部、3…操作量出力部、4…制御演算部、5…第1の操作量出力下限設定部、6…第1の操作量出力上限設定部、7…第2の操作量出力下限設定部、8…第2の操作量出力上限設定部、9…操作量関連設定値記憶部、10…第2の操作量制御部、11、11a…リミットサイクルオートチューニング演算部、12…自動停止操作部。
Claims (1)
- 制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて制御パラメータを算出するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えた制御装置において、
通常動作時に制御対象に出力される第1の操作量の下限値を指定する第1の操作量下限設定値を予め設定するための第1の操作量出力下限設定部と、
前記第1の操作量の上限値を指定する第1の操作量上限設定値を予め設定するための第1の操作量出力上限設定部と、
前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第2の操作量の下限値を指定する第2の操作量下限設定値を、予め前記第1の操作量下限設定値と別に設定するための第2の操作量出力下限設定部と、
前記第2の操作量の上限値を指定する第2の操作量上限設定値を、予め前記第1の操作量上限設定値と別に設定するための第2の操作量出力上限設定部と、
通常動作時に、設定値と制御量との偏差に対して制御パラメータに基づくフィードバック制御演算を行って第1の操作量を算出し、算出した第1の操作量を制御対象に出力する制御演算部と、
前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、前記第2の操作量下限設定値を下限値とし、かつ前記第2の操作量上限設定値を上限値とする第2の操作量を制御対象に出力して、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて前記制御演算部の制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記制御演算部に設定するリミットサイクルオートチューニング演算部と、
前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、前記第2の操作量下限設定値が前記第1の操作量下限設定値より小さいときは、前記第2の操作量下限設定値の代わりに前記第1の操作量下限設定値を前記第2の操作量の下限値として前記リミットサイクルオートチューニング演算部に採用させ、前記第2の操作量上限設定値が前記第1の操作量上限設定値より大きいときは、前記第2の操作量上限設定値の代わりに前記第1の操作量上限設定値を前記第2の操作量の上限値として前記リミットサイクルオートチューニング演算部に採用させる第2の操作量制御部とを備えることを特徴とする制御装置。
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