JP4337101B2 - Time proportional controller - Google Patents
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Description
本発明は、例えば冷却器をオン・オフ制御して温度を制御するに適した時間比例制御装置に関する。 The present invention relates to a time-proportional control apparatus suitable for controlling temperature by turning on / off a cooler, for example.
恒温槽内の温度制御や射出成形機におけるプラスチック原料の温度制御等においては、加熱器(ヒータ)による加熱能力と冷却器(クーラ)による冷却能力とが適宜使い分けられる。この種の制御はヒートクール制御と称され、専ら、オペレータにより設定される制御目標温度(設定値SP)とセンサにより検出される制御対象の温度(制御値PV)との偏差に応じて上記加熱器または冷却器に対する操作量MVを求め、この操作量MVに従って前記加熱器および冷却器の作動をそれぞれ制御するように構成される(例えば特許文献1を参照)。具体的には上記操作量MVに応じて、例えばヒータの通電をオン・オフ制御し、また冷却器におけるコンプレッサの作動をオン・オフ制御するように構成される。 In the temperature control in the thermostatic chamber, the temperature control of the plastic raw material in the injection molding machine, etc., the heating capability by the heater (heater) and the cooling capability by the cooler (cooler) are properly used. This type of control is referred to as heat-cool control, and the heating is performed exclusively according to the deviation between the control target temperature (set value SP) set by the operator and the temperature of the control target (control value PV) detected by the sensor. An operation amount MV for the heater or the cooler is obtained, and the operations of the heater and the cooler are respectively controlled according to the operation amount MV (see, for example, Patent Document 1). Specifically, for example, the heater is turned on / off controlled according to the operation amount MV, and the compressor operation in the cooler is turned on / off.
ちなみに上記操作量MVは、例えばフィードバック制御ループに組み込まれたPID制御演算により求められる(例えば特許文献2を参照)。そして上述した制御系において冷却器(コンプレッサ)の作動を制御する場合には、専ら、前記操作量MVに応じた時間比例出力が用いられる。この時間比例出力は、予め設定された周期(サイクルタイム)内における出力信号のオン時間とオフ時間との割合を上記操作量MVに応じて変化させたもので、例えば操作量MVが50%である場合、1サイクルタイムの前半時間をオン(ハイ)、後半時間をオフ(ロー)とした信号として出力される。 Incidentally, the manipulated variable MV is obtained, for example, by a PID control calculation incorporated in a feedback control loop (see, for example, Patent Document 2). When the operation of the cooler (compressor) is controlled in the control system described above, a time proportional output according to the operation amount MV is exclusively used. This time proportional output is obtained by changing the ratio of the ON time and the OFF time of the output signal within a preset period (cycle time) according to the manipulated variable MV. For example, when the manipulated variable MV is 50%. In some cases, the signal is output as a signal in which the first half time of one cycle time is on (high) and the second half time is off (low).
具体的には冷却器(コンプレッサ)の作動を制御する場合には、冷却制御系の機械的可動部品であるアクチュエータの耐久性(寿命)を配慮して、上述した時間比例出力のサイクルタイムは、例えば10〜30秒として長く設定される。これに対して加熱器(ヒータ)の通電制御については、専ら、機械的可動部品を用いることなく行われるので、例えばそのサイクルタイムは1秒程度と短く設定される。
ところで上述したように時間比例出力のサイクルタイムを長く設定した制御系において、例えば制御目標温度(設定値SP)の変更に伴ってその操作量MVが大きく変化した場合、その変化のタイミングが上記サイクルタイムの途中であると、次のサイクルタイムまで時間比例出力が変化することがないので、大幅な制御遅れが生じることが否めない。具体的には時間比例出力のサイクルタイムが30秒であり、サイクルタイムが10秒経過した時点で操作量MVが大きく変化しても、その20秒後の次のサイクルタイムが始まるまで時間比例出力が変化することはない。これ故、所望とする制御結果が得られないと言う不具合がある。
By the way, in the control system in which the cycle time of the time proportional output is set to be long as described above, for example, when the manipulated variable MV largely changes with the change of the control target temperature (set value SP), the timing of the change is the cycle. If it is in the middle of the time, the time proportional output does not change until the next cycle time, so it cannot be denied that a significant control delay occurs. Specifically, the cycle time of the time proportional output is 30 seconds, and even if the manipulated variable MV changes greatly when the cycle time has elapsed 10 seconds, the time proportional output is continued until the
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであって、その目的は、時間比例出力のサイクルタイムが長い制御系において、例えば制御目標温度(設定値SP)の変更に伴ってその操作量MVが大きく変化した場合であっても、追従性良く時間比例出力を変化させて応答性の良い制御結果を得ることのできる時間比例制御装置を提供することにある。
特に本発明は、例えば冷却器の作動をオン・オフ制御して恒温槽等の温度制御を行う場合に好適な時間比例制御装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to operate the control system in accordance with a change in the control target temperature (set value SP), for example, in a control system having a long cycle time of time proportional output. An object of the present invention is to provide a time proportional control device capable of obtaining a control result with good responsiveness by changing the time proportional output with good followability even when the amount MV changes greatly.
In particular, an object of the present invention is to provide a time-proportional control device suitable for controlling the temperature of a constant temperature bath or the like by controlling on / off of the operation of a cooler, for example.
上述した目的を達成するべく本発明に係る時間比例制御装置は、オン・オフ制御されて制御対象の状態を変化させる制御器に対して、予め定められた周期毎にオンとなる時間比例出力を与えて該時間比例出力のオン時間に亘って前記制御器をオン動作させると共に、前記時間比例出力のオン時間を前記制御対象に対する制御目標値と該制御対象の状態を示す値との偏差が零となるように制御する時間比例制御装置であって、
前記予め定められた周期により規定されるサイクルタイム内において前記制御目標値が変更されたとき、この制御目標値の変更時点において該制御目標値の変更に伴って変化した前記偏差を零とする前記時間比例出力のオン時間を新たに求めると共に、
新たに求めた前記時間比例出力のオン時間と現サイクルタイムにおいて既に出力した前記時間比例出力のオン経過時間とを比較し、
前記新たに求めたオン時間が前記オン経過時間よりも長いときには、現サイクルタイムの残された期間において前記オン時間と前記オン経過時間との差を補うオン時間の時間比例出力を、前記制御目標値の変更時点を基点として新たに生成する手段を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above-described object, the time proportional control device according to the present invention provides a time proportional output that is turned on at predetermined intervals to a controller that is controlled to be turned on / off and changes the state of the controlled object. together is turned on the controller over the on-time in the time-proportional output given deviation between the value indicating the state of the control target value and the controlled object the on-time of the time-proportional output for the control object is zero A time-proportional control device that controls so that
When the control target value is changed within the cycle time defined by the predetermined period, the deviation changed with the change of the control target value at the time of change of the control target value is set to zero. While newly obtaining the on-time of the time proportional output,
Compare the newly determined ON time of the time proportional output with the ON elapsed time of the time proportional output already output in the current cycle time,
When the newly determined on-time is longer than the on-elapsed time, a time proportional output of the on-time that compensates for the difference between the on-time and the on-elapsed time in the remaining period of the current cycle time, A means for newly generating a value change point as a base point is provided .
ちなみに前記制御対象は、例えば冷却器により制御される温度であって、前記時間比例出力は、予め定められた周期(サイクルタイム)内における上記冷却器のオン時間を規定する信号として求められる[請求項2]。或いは前記制御対象は、例えば冷却器および加熱器により制御される温度であって、前記時間比例出力は、予め定められた第1の周期内における上記冷却器のオン時間を規定する信号、または予め定められた第2の周期内における前記加熱器のオン時間を規定する信号として択一的に生成されるものからなる[請求項3]。 Incidentally, the controlled object is, for example, a temperature controlled by a cooler, and the time-proportional output is obtained as a signal that defines an on-time of the cooler within a predetermined period (cycle time). Item 2]. Alternatively, the object to be controlled is, for example, a temperature controlled by a cooler and a heater, and the time proportional output is a signal that prescribes an ON time of the cooler within a predetermined first period, or The signal may alternatively be generated as a signal that defines the on-time of the heater within a predetermined second period.
尚、前記時間比例出力については、例えば1サイクルタイムに亘って0〜100%に相当する値を順に出力するカウンタの出力値と、0〜100%の値として与えられる前記偏差に相当する操作量とを比較し、該操作量が前記カウンタの出力値を上回る期間に亘って出力されて上記サイクルタイムにおけるオン時間を規定する信号として求められるものであって、
前記偏差が変更されたときには、新たに0〜100%の値として与えられる新たな偏差に相当する操作量から、前記偏差変更時点までに既に出力した時間比例出力のオン時間に相当する操作量を減算すると共に、前記偏差変更時点における前記カウンタの出力値を加算して上記サイクルタイム内における補正操作量を求め、この補正操作量を前記カウンタの出力値と比較し、該補正操作量が前記カウンタの出力値を上回る期間に亘って追加の時間比例出力を求めるように制御すれば良い。
For the time proportional output, for example, an output value of a counter that sequentially outputs a value corresponding to 0 to 100% over one cycle time, and an operation amount corresponding to the deviation given as a value of 0 to 100%. And is obtained as a signal that is output over a period in which the manipulated value exceeds the output value of the counter and defines the ON time in the cycle time,
When the deviation is changed, the operation amount corresponding to the ON time of the time proportional output that has already been output up to the time of the deviation change from the operation amount corresponding to the new deviation given as a new value of 0 to 100%. In addition to subtracting, the output value of the counter at the time of the deviation change is added to obtain a correction operation amount within the cycle time , and the correction operation amount is compared with the output value of the counter. Control may be performed so as to obtain an additional time proportional output over a period exceeding the output value .
上述した構成の時間比例制御装置によれば、例えば制御対象に対する制御目標値SPが変更され、これに伴って制御対象の状態を示す値との偏差が変化したとき、この偏差の変化時点までに出力された現サイクルタイム内での前記時間比例出力のオン経過時間と新たな偏差に応じた時間比例出力のオン時間とを比較し、新たな偏差に応じたオン時間が長い場合には、前記偏差の変化時点をトリガとして上記オン時間と前記オン経過時間との差に相当する時間に亘る前記時間比例出力が新たに生成される。つまりサイクルタイム内において時間比例出力のオン時間が不足する場合、その不足時間に見合う分の時間比例出力が新たに生成されて出力される。 According to the time proportional control apparatus having the above-described configuration, for example, when the control target value SP for the controlled object is changed and the deviation from the value indicating the state of the controlled object is changed accordingly, the time until the deviation changes is reached. Compare the on-elapsed time of the time proportional output within the output current cycle time with the on-time of the time proportional output according to the new deviation, and if the on-time according to the new deviation is long, The time proportional output is newly generated over a time corresponding to the difference between the on-time and the on-elapsed time with a deviation change time as a trigger. That is, when the on-time of the time proportional output is insufficient within the cycle time, a time proportional output corresponding to the shortage time is newly generated and output.
この結果、サイクルタイム内における時間比例出力のオン時間の総和を、変化した偏差に応じたものとすることができるので、時間比例出力のサイクルタイムに依存する制御遅れをなくして応答性の良い制御結果を得ることができる。しかも時間比例出力のサイクルタイムがずれることがないので、複数の制御対象機器を互いに同期させて運転しているような場合であっても、これらの制御対象機器に対する制御系の同期が乱れることがない。間でのを自体をリセットし、このリセットタイミングを基準として新たに時間比例出力を生成するだけで良いので、簡単な制御だけで制御応答性を効果的に高めることができる。 As a result, the sum of the on-time of the time proportional output within the cycle time can be made to correspond to the changed deviation, so control with good responsiveness is eliminated by eliminating the control delay depending on the cycle time of the time proportional output. The result can be obtained. In addition, since the cycle time of the time proportional output does not shift, even when a plurality of controlled devices are operated in synchronization with each other, the synchronization of the control system for these controlled devices may be disturbed. Absent. Since it is only necessary to reset itself and generate a new time-proportional output based on this reset timing, the control response can be effectively improved with only simple control.
特に冷却器の作動をオン・オフ制御して温度制御するような場合、時間比例出力のサイクルタイムを短くすることなく、しかもサイクルタイムをずらすことなく時間比例出力のオン時間を増加させることができるので、多の機器との同期を確立したまま、更には冷却制御系におけるアクチュエータの耐久性(寿命)を殆ど犠牲にすることなく、その制御応答性を改善することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。 Especially when the temperature of the cooler is controlled by on / off control, the on-time of the time proportional output can be increased without shortening the cycle time of the time proportional output and without shifting the cycle time. Therefore, while maintaining synchronization with a large number of devices, the control responsiveness can be improved practically without sacrificing the durability (life) of the actuator in the cooling control system. An effect is produced.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る時間比例制御装置について、制御対象の温度制御を行うへく時間比例出力により冷却器をオン・オフ制御する場合を例に説明する。
図1はこの時間比例制御装置における制御系の概略構成を示す図で、10はマイクロプロセッサ等を主体として構成される制御部(時間比例制御装置)、また20は恒温槽等の制御対象である。この制御対象20の温度は冷却器21を用いて制御されるようになっており、またその温度(制御値PV)は温度センサ22を介して検出されるようになっている。
Hereinafter, with reference to the drawings, a time proportional control device according to an embodiment of the present invention will be described by taking as an example a case in which a cooler is on / off controlled by a time proportional output for performing temperature control of an object to be controlled.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a control system in this time proportional control device. 10 is a control unit (time proportional control device) mainly composed of a microprocessor or the like, and 20 is a control object such as a thermostatic bath. . The temperature of the controlled
制御部(時間比例制御装置)10は、基本的にはキーボードやタッチパネル等の操作部11を介してオペレータにより設定される制御目標温度(目標設定値SP)12と、前述した温度センサ22を介して検出される制御対象20の温度(制御値PV)13との偏差に従い、例えばPID制御部14にて上記偏差に応じた操作量MVをPID出力として求めると共に、時間比例出力部15において予め設定された周期(サイクルタイム)毎に上記操作量(PID出力)MVに応じた時間比例出力Tonを求めるように構成される。
The control unit (time proportional control device) 10 basically includes a control target temperature (target set value SP) 12 set by an operator via an
ちなみに上記PID出力は、例えば0〜100%の操作量MVに対応する0〜10Vの連続電圧出力、或いは4〜20mAの連続電流出力からなる。また時間比例出力Tonは、例えば30秒のサイクルタイムにおける連続したオン信号の出力時間の割合を、上記0〜100%の操作量MVに対応させて0〜100%に亘ってリニアに変化させた後にオフとなる信号からなる。前述した冷却器21は、このような時間比例出力Tonの出力期間(オン期間)にだけ作動して制御対象20を冷却する。
Incidentally, the PID output is composed of, for example, a continuous voltage output of 0 to 10 V corresponding to an operation amount MV of 0 to 100%, or a continuous current output of 4 to 20 mA. Further, the time proportional output Ton, for example, the ratio of the output time of the continuous ON signal in the cycle time of 30 seconds is linearly changed over 0 to 100% corresponding to the operation amount MV of 0 to 100%. It consists of a signal that turns off later. The
基本的にはこのような機能を備えて構成される制御部10においてこの発明が特徴とするところは、前記操作部11によって設定される制御目標温度(目標設定値SP)12が変更されたとき、或いはPID制御部14にて求められた操作量(PID出力)MVが大きく変化したとき、上記操作量(PID出力)MVの変化分に相当するオン時間の時間比例出力を、そのサイクルタイム内において追加するべく前記時間比例出力部15の作動を制御する出力制御部16を備える点にある。
Basically, the present invention is characterized in the
具体的には上記出力制御部16は、例えば操作量(PID出力)MVが30%の状態でサイクルタイムの30%に相当する時間幅の時間比例出力Tonを出力した後、上記操作量(PID出力)MVが50%に変更されたとき、この変更時点をトリガとして前記操作量(PID出力)MVの変化分20%に相当する時間幅の時間比例出力Tonを追加して出力するように、時間比例出力部15の作動を制御する。そしてこの時間比例出力Tonの追加出力により、そのサイクルタイムでの総合的な時間比例出力Tonの出力時間(オン時間)が50%となるようにし、これによって上記操作量(PID出力)MVの変化に速やかに追従させるものとなっている。
Specifically, the
ここで上記出力制御部16の制御に基づく前記時間比例部15における時間比例出力Tonの生成について図2に示すタイミング図を参照しながら、図3および図4にそれぞれ示す制御手順に従って説明する。
前記時間比例部15は、例えば1サイクルタイムに亘って0〜100%に相当する値を計数するカウンタを備え、図2に示すように0〜100%の値を示す上記操作量(PID出力)MVと上記カウンタの計数値(カウンタ値)TCとを比較することで、操作量MVが上記カウンタ値TCよりも上回る期間に亘ってオンとなる信号を前述した時間比例出力Tonとして生成し、出力するように構成される。そしてサイクルタイムの途中で設定値SPが変更されたとき、或いは操作量(PID出力)MVが大きく変化したときには、以下に説明するようにして上記操作量MVの変化分に相当する時間幅の時間比例出力Tonを、上記操作量MVの変化時点をトリガとして新たに生成するものとなっている。
Here, the generation of the time proportional output Ton in the time
The time
具体的には時間比例演算は、先ず図3に示すように上記カウンタの計数値(カウンタ値)TCを現在のサイクルタイム経過時間(%)として取得し〈ステップS1〉、次いでその計数値TCが1サイクルタイム(100%)に達したか否か、つまり1サイクルタイムが終了したか否かを判定することから開始する〈ステップS2〉。そして上記カウンタ値TCが100%に達している場合には、前記カウンタをリセットしてそのカウンタ値TCを[0]に初期化する〈ステップS3〉。更に時間比例出力Tonの追加生成の制御に用いるパラメータSTC,TAT,TSC,TRをそれぞれ[0]に初期設定すると共に、時間比例出力のオン履歴(フラグ)をオフに初期設定する〈ステップS4〉。 Specifically, in the time proportional calculation, first, as shown in FIG. 3, the count value (counter value) TC of the counter is acquired as the current cycle time elapsed time (%) <Step S1>, and then the count value TC is obtained. The process starts by determining whether or not one cycle time (100%) has been reached, that is, whether or not one cycle time has ended (step S2). If the counter value TC reaches 100%, the counter is reset and the counter value TC is initialized to [0] (step S3). Further, the parameters STC, TAT, TSC, TR used for controlling the additional generation of the time proportional output To are initialized to [0], respectively, and the ON history (flag) of the time proportional output is initially set to OFF <Step S4>. .
尚、上記時間比例出力のオン履歴(フラグ)は、1サイクルタイム内において既に時間比例出力Tonを出力したか否かを示す情報である。通常、この時間比例出力のオン履歴がオン[1]となっている場合、そのサイクルタイム内における新たな時間比例出力Tonの生成が禁止される。またパラメータSTCは時間比例出力Tonをオンにしてからの時間経過(オン時間)を示す情報であり、パラメータTATは現在出力している時間比例出力Tonが、1サイクルタイム内において追加したものであるか否かを示す情報(フラグ)である。またパラメータTSCは1回の時間比例出力Tonをオンとした時間の総和を示す情報、そしてパラメータTRは1サイクルタイム内における時間比例出力Tonの出力累積時間を示す情報である。 The time proportional output ON history (flag) is information indicating whether or not the time proportional output Ton has already been output within one cycle time. Normally, when the ON history of the time proportional output is ON [1], generation of a new time proportional output Ton within the cycle time is prohibited. The parameter STC is information indicating the time elapsed (ON time) after the time proportional output Ton is turned on, and the parameter TAT is the time proportional output Ton currently output added within one cycle time. This is information (flag) indicating whether or not. The parameter TSC is information indicating the sum of times when one time proportional output Ton is turned on, and the parameter TR is information indicating the output cumulative time of the time proportional output Ton within one cycle time.
以上のようにして1サイクルタイムの終了に伴う初期化処理を終えた後、或いは現在のサイクルタイム経過時間、つまり上記計数値(カウンタ値)TCが1サイクルタイムに満たない場合には、先ずその時点におけるPID出力を時間比例出力Tonの生成(出力制御)に用いる操作量MVとして取得する〈ステップS5〉。ちなみにPID出力は、例えば冷凍器をオン・オフするアクチュエータの寿命を考慮して30秒等として十分に長く設定される1サイクルタイムよりも短い周期で、例えば0.1秒毎に逐次求められる。換言すればこの図3に示す処理ルーチンは、PID出力が求められる周期に同期して繰り返し高速に実行される。 After completing the initialization process at the end of one cycle time as described above, or when the current cycle time elapsed time, that is, when the count value (counter value) TC is less than one cycle time, first, The PID output at the time is acquired as an operation amount MV used for generation (output control) of the time proportional output Ton (step S5). Incidentally, the PID output is sequentially obtained, for example, every 0.1 second in a cycle shorter than one cycle time set sufficiently long as 30 seconds or the like in consideration of the life of the actuator for turning on and off the refrigerator, for example. In other words, the processing routine shown in FIG. 3 is repeatedly executed at high speed in synchronism with the period in which the PID output is obtained.
さて上述した如くして操作量MVを取得したならば〈ステップS5〉、次に1サイクルタイム内で時間比例出力を調整する為の条件(トリガ)が発生しているか否かを判定する〈ステップS6〉。この判定は、例えば前述したパラメータTATを調べることによって行われる。このパラメータTATは、例えば図4に示すように設定値SPの変更に伴って操作量MVが更新されたときにオン[1]として設定されるもので、この操作量MVの更新時には前述した時間比例出力のオン履歴(フラグ)が強制的にオフに設定される。このオン履歴(フラグ)の強制的なオフ設定により、例えば1サイクルタイム内に既に時間比例出力Tonが出力された場合であっても、再度、そのサイクルタイム内における時間比例出力Tonの生成が許可される。 If the manipulated variable MV is acquired as described above <Step S5>, it is then determined whether or not a condition (trigger) for adjusting the time proportional output is generated within one cycle time <Step S6>. This determination is performed, for example, by examining the parameter TAT described above. This parameter TAT is set to ON [1] when the manipulated variable MV is updated as the set value SP is changed as shown in FIG. 4, for example. The proportional output ON history (flag) is forcibly set to OFF. By forcibly turning off the ON history (flag), for example, even when the time proportional output Ton has already been output within one cycle time, the generation of the time proportional output Ton within the cycle time is permitted again. Is done.
しかしてパラメータTATが[0]であり、時間比例出力Tonの時間幅を調整する為の条件(トリガ)が格別生じていないことが確認された場合には、操作量MVに変更がなく、従って時間比例出力Tonを新たに生成する必要がないので、前述した計数値TCをそのまま前述したパラメータSTCとして取り込み、現サイクルタイムがスタートしてから現時点までの経過時間を管理する〈ステップS7〉。そして後述するステップS9からの処理を実行する。 If it is confirmed that the parameter TAT is [0] and the condition (trigger) for adjusting the time width of the time proportional output Ton is not particularly generated, the manipulated variable MV is not changed, and accordingly. Since it is not necessary to newly generate the time proportional output Ton, the count value TC is directly taken as the parameter STC, and the elapsed time from the start of the current cycle time to the present time is managed (step S7). And the process from step S9 mentioned later is performed.
これに対してパラメータTATが[1]であり、時間比例出力Tonの時間幅を調整する為の条件(トリガ)が成立している場合には、つまり1サイクルタイムの途中において操作量MVが変化したときには、新たに取得した操作量MVに基づいて該操作量MVの変化分に相当する時間比例出力Tonを生成するための操作量MV*を求める〈ステップS8〉。即ち、例えば設定値SPの変更に伴って操作量MVが増加した場合には、既に出力した時間比例出力Tonに加えて、その増加量に相当する時間幅の時間比例出力Tonを生成するべく、新たに取得した操作量MVに前記パラメータSTCの値を加えると共に、過去に出力した時間比例出力Tonの時間幅を示す前記パラメータTRの値を差し引き
MV*=MV+STC−TR
として、新たに生成すべき時間比例出力の操作量MV*を求める〈ステップS8〉。
On the other hand, when the parameter TAT is [1] and the condition (trigger) for adjusting the time width of the time proportional output Ton is satisfied, that is, the manipulated variable MV changes during one cycle time. When this is done, an operation amount MV * for generating a time proportional output Ton corresponding to the change in the operation amount MV is obtained based on the newly acquired operation amount MV <step S8>. That is, for example, when the manipulated variable MV increases with the change of the set value SP, in addition to the time proportional output Ton that has already been output, a time proportional output Ton having a time width corresponding to the increased amount is generated. The value of the parameter STC is added to the newly acquired operation amount MV, and the value of the parameter TR indicating the time width of the time proportional output Ton output in the past is subtracted. MV * = MV + STC−TR
Then, the operation amount MV * of the time proportional output to be newly generated is obtained <Step S8>.
この処理は、操作量MVが変更された時点をトリガとして前述した計数値(カウンタ値)TCとの比較により新たな時間比例出力Tonを追加して生成するべく、このサイクルタイムの開始時点から上記操作量MVの変更時点までの経過時間であるパラメータSTCの値を加えることで前記カウンタ値TCに対してその時間経過分を補正する。しかしこのようにして補正した値と前述したカウンタ値TCとを比較して新に時間比例出力Tonを生成した場合、その時間幅は変更された操作量MVに相当したものとなる。そこで上記パラメータSTCを加えて補正した値[MV+STC]から、当該サイクルタイムにおいて既に出力した時間比例出力Tonの時間幅(パラメータTR)を差し引くことで、前記操作量MVの変化量に相当する補正量だけを上乗せした操作量MV*を[MV+STC−TR]として求める。そしてこのような処理により求めた操作量MV*を、前述したカウンタ値TCとの比較に供する。 This process is performed from the start of this cycle time so that a new time proportional output Ton is generated by comparison with the count value (counter value) TC described above using the time when the manipulated variable MV is changed as a trigger. By adding the value of the parameter STC, which is the elapsed time until the operation amount MV is changed, the elapsed time is corrected with respect to the counter value TC. However, when the value corrected in this way is compared with the counter value TC described above to generate a new time proportional output Ton, the time width corresponds to the changed operation amount MV. Therefore, a correction amount corresponding to the amount of change in the manipulated variable MV is obtained by subtracting the time width (parameter TR) of the time proportional output Ton already output in the cycle time from the value [MV + STC] corrected by adding the parameter STC. Is calculated as [MV + STC-TR]. Then, the operation amount MV * obtained by such processing is used for comparison with the counter value TC described above.
しかる後、時間比例出力のオン履歴がオン[1]であるか否か、或いは前述した計数値TCが操作量MV(またはMV*)を上回るか否かを判定する〈ステップS9〉。そして時間比例出力のオン履歴がオフ[0]であり、且つ操作量MV(またはMV*)が計数値TCを上回る場合には、時間比例出力Tonを出力する条件が満たされるので、先ず時間比例出力Tonをオンにして出力し〈ステップS10〉、時間比例出力のオン履歴をオン[1]にする〈ステップS11〉。そして前述したパラメータSTCの値を更新して上記時間比例出力Tonのオン時間(継続時間)を管理する〈ステップS12〉。 Thereafter, it is determined whether or not the ON history of the time proportional output is ON [1], or whether or not the above-described count value TC exceeds the manipulated variable MV (or MV *) <step S9>. When the ON history of the time proportional output is OFF [0] and the manipulated variable MV (or MV *) exceeds the count value TC, the condition for outputting the time proportional output Ton is satisfied. The output Ton is turned on and output (step S10), and the ON history of the time proportional output is turned on [1] (step S11). Then, the value of the parameter STC described above is updated to manage the on-time (duration time) of the time proportional output Ton (step S12).
これに対して時間比例出力のオン履歴がオン[1]である場合、或いは前述した計数値TCが操作量MV/MV*を上回る、つまり操作量MV/MV*が計数値TCに満たない場合には、時間比例出力Tonを出力する条件が満たされないことを意味する。そこでこの場合には、先ず時間比例出力Tonをオフとし、その出力を中止する〈ステップS13〉。そして前回の処理ルーチンにおいて時間比例出力Tonがオン[1]であり、今回の処理ルーチンにおいて上記時間比例出力Tonがオフ[0]となったか否かを判定する〈ステップS14〉。 On the other hand, when the ON history of the time proportional output is ON [1], or when the above-described count value TC exceeds the manipulated variable MV / MV *, that is, the manipulated variable MV / MV * is less than the count value TC. Means that the condition for outputting the time proportional output Ton is not satisfied. Therefore, in this case, first, the time proportional output Ton is turned off, and the output is stopped <step S13>. Then, it is determined whether or not the time proportional output Ton is on [1] in the previous processing routine and the time proportional output Ton is off [0] in the current processing routine <step S14>.
そして今回の処理ルーチンにおいて上記時間比例出力Tonが始めてオフとなった場合には、前述した時間比例出力Tonの累積オン時間を示すパラメータTRに、今回の時間比例出力Tonの総出力時間を示すパラメータTSCを加えることで上記パラメータTRを更新しする〈ステップS15〉。そして上記パラメータTSCを[0]に初期化する〈ステップS16〉。そして上記パラメータTSCの初期化の後、或いは前述したステップS14において前回の処理ルーチンにおいても時間比例出力Tonがオンであったことが判定された場合には、前述した計数値TCを新たにパラメータSTCとして設定し、サイクルタイムの開始時点から時間比例出力Tonがオンとなっている経過時間を更新する〈ステップS17〉。 When the time proportional output Ton is turned off for the first time in the current processing routine, the parameter TR indicating the cumulative ON time of the time proportional output Ton described above is added to the parameter indicating the total output time of the current time proportional output Ton. The parameter TR is updated by adding TSC <step S15>. Then, the parameter TSC is initialized to [0] <Step S16>. Then, after the initialization of the parameter TSC, or when it is determined in step S14 described above that the time proportional output Ton is also on in the previous processing routine, the above-described count value TC is newly set to the parameter STC. And the elapsed time for which the time proportional output Ton is on is updated from the start time of the cycle time (step S17).
このような処理ルーチンを順次繰り返し実行することで、1サイクルタイム中に操作量MVが変更された場合、この操作量MVの変更時点をトリガとして上記操作量MVの変更に追従させてその変化量に相当する時間幅の時間比例出力Tonが追加生成されることになる。具体的には操作量MVとカウンタ値TCとを比較して上記操作量MVに相当する時間幅の時間比例出力Tonを出力した後、そのサイクルタイム内において操作量MVが変更されたとき、その変更時点をトリガとしてその変更量に相当する時間幅の時間比例出力Tonが新たに生成されて出力されることになる。この結果、そのサイクルタイムにおける時間比例出力Tonの総出力時間が、変更された操作量MVに相当したものとなり、ここにサイクルタイムの周期に拘わることなく、操作量MVの変更に伴って速やかに時間比例出力Tonの修正が行われることになる。 By sequentially executing such a processing routine, when the operation amount MV is changed during one cycle time, the change amount is caused to follow the change of the operation amount MV with the change point of the operation amount MV as a trigger. A time proportional output Ton having a time width corresponding to is additionally generated. Specifically, after comparing the operation amount MV with the counter value TC and outputting a time proportional output Ton having a time width corresponding to the operation amount MV, when the operation amount MV is changed within the cycle time, A time-proportional output Ton having a time width corresponding to the change amount is newly generated and output using the change time point as a trigger. As a result, the total output time of the time proportional output Ton in the cycle time becomes equivalent to the changed manipulated variable MV, and it is promptly accompanied by the change of the manipulated variable MV regardless of the cycle time period. The time proportional output Ton is corrected.
かくして上述した時間比例制御装置によれば制御目標温度(目標設定値SP)12が変更されても、その変更された制御目標温度(目標設定値SP)12と制御対象20の温度(制御値PV)13との偏差に応じて速やかに冷却器21の作動を制御することが可能となるので、その制御応答遅れを解消して所望とする制御結果を追従性良く得ることが可能となる。しかも操作量MVの変化分に相当した時間幅の時間比例出力Tonを追加生成すると言う簡単な制御アルゴリズムを加えるだけで、冷却器21に対する制御仕様(サイクルタイム)を維持したまま、その制御応答性を向上させることが可能となる。 Thus, according to the time proportional control device described above, even if the control target temperature (target set value SP) 12 is changed, the changed control target temperature (target set value SP) 12 and the temperature of the control target 20 (control value PV). ) Since the operation of the cooler 21 can be quickly controlled according to the deviation from 13, the control response delay can be eliminated and a desired control result can be obtained with good followability. In addition, by adding a simple control algorithm that additionally generates a time proportional output Ton having a time width corresponding to the amount of change in the manipulated variable MV, the control responsiveness of the cooler 21 is maintained while maintaining the control specifications (cycle time). Can be improved.
即ち、図5に本発明に係る時間比例制御による応答特性Xと従来の時間比例制御による応答特性Yとを対比して示すように、本発明によれば目標設定値SPが変更された時点で速やかに新たな時間比例出力Tcが発せられるので、時間遅れなく制御対象を制御して、新たな目標設定値SPに逸早く追従させることができる。故に、目標設定値SPの変更に対する応答性を高めることができる。 That is, according to the present invention, when the target set value SP is changed, as shown in FIG. 5 in which the response characteristic X by the time proportional control according to the present invention is compared with the response characteristic Y by the conventional time proportional control. Since a new time proportional output Tc is promptly generated, it is possible to control the control target without time delay and to quickly follow the new target set value SP. Therefore, the responsiveness with respect to the change of the target set value SP can be improved.
ところで制御対象20の温度制御を行うに際して、冷却器21の冷却能力と加熱器(ヒータ)の加熱能力とを併用する場合がある。この場合には、例えば図6に示すように0〜100%の操作量MVとして与えられるPID出力を50%を境として、0〜100%の加熱制御用の操作量MVheatと、0〜100%の冷却制御用の操作量MVcoolとにそれぞれ変換し、これらの操作量MVheat,MVcoolに応じて加熱器および冷却器を択一的に作動させることが行われる。そしてこの場合においても、例えば図7にその要部構成を示すように上記各操作量MVheat,MVcoolのそれぞれに応じて、その時間比例出力Th,Tcをそれぞれ求めて所定の周期(サイクルタイム)毎に加熱器および冷却器のオン・オフ制御を行うようにすれば良い。
By the way, when temperature control of the controlled
但し、前述したように加熱器に対する時間比例制御は短い周期で行われ、冷却器21に対する時間比例制御だけが長い周期で実行される。従って制御応答の遅れが問題となるのは、主として冷却器21に対する時間比例制御だけなので、前述したようにその操作量MVの大きな変化に伴って時間比例出力を変更する場合には、冷却器21側の時間比例出力だけを制御するだけで十分である。 However, as described above, the time proportional control for the heater is performed in a short cycle, and only the time proportional control for the cooler 21 is performed in a long cycle. Therefore, the delay in the control response becomes a problem mainly due to the time proportional control with respect to the cooler 21. Therefore, when the time proportional output is changed with the large change in the operation amount MV as described above, the cooler 21 is changed. It is sufficient to control only the time proportional output on the side.
またこのような加熱器と冷却器とを併用して温度制御を行うに際して、前述したPID出力が50%の近傍で変化しているような場合、具体的には操作量MVが55%で加熱器を作動させている状態から上記操作量MVが45%に変化し、これに伴って上記加熱器に変えて冷却器21を作動させることが必要となった場合には、冷却器21が0%の時間比例出力Tonにより休止している状態から速やかに作動させることが必要である。このような状況下においても、本発明に係る時間比例制御装置によれば操作量MVの大きな変化に伴って冷却器21に対する時間比例出力のサイクルタイムが前述したようにリセットされるので、その制御が加熱から冷却に変わった時点で速やかに冷却器21を時間比例制御により作動させることができる。従ってその制御モードの切り換え遅れを効果的に防いで所望とする制御結果を遅滞なく得ることが可能となる。 Further, when performing temperature control using such a heater and a cooler together, if the PID output changes in the vicinity of 50%, the operation amount MV is specifically heated at 55%. When the operation amount MV changes to 45% from the state where the cooler is in operation, and it is necessary to operate the cooler 21 instead of the heater, the cooler 21 becomes 0 It is necessary to operate quickly from a resting state with a% time proportional output Ton. Even in such a situation, according to the time proportional control device of the present invention, the cycle time of the time proportional output to the cooler 21 is reset as described above in accordance with a large change in the manipulated variable MV. When the temperature changes from heating to cooling, the cooler 21 can be quickly operated by time proportional control. Therefore, it is possible to effectively prevent a delay in switching the control mode and obtain a desired control result without delay.
更には上述したサイクルタイムのリセット機能を備えることにより、例えば前述した特許文献2に開示されるようなオートチューニングを実施する際、その実施タイミングが時間比例周期の途中であってもその時間比例出力を遅滞なく100%に変更設定することができるので、オートチューニングを効率的に実行することが可能となる等の効果が奏せられる。
Furthermore, by providing the cycle time reset function described above, for example, when performing auto-tuning as disclosed in
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば上述した温度以外の制御対象を時間比例制御する場合にも本発明を同様に適用可能なことは言うまでもない。また操作量MVの変更時に時間比例出力Tonを新たに生成するアルゴリズムについても種々変形可能なことは勿論のことである。要は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することができる。 The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, it goes without saying that the present invention can be similarly applied to the case where the control object other than the above-described temperature is subjected to time proportional control. Needless to say, the algorithm for newly generating the time proportional output Ton when the manipulated variable MV is changed can be variously modified. In short, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.
10 制御部(時間比例制御装置)
11 操作部
14 PID制御部
15 時間比例出力部
16 出力制御部
20 制御対象
21 冷却器
22 温度センサ
10 Control unit (Time proportional control device)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記予め定められた周期により規定されるサイクルタイム内において前記制御目標値が変更されたとき、この制御目標値の変更時点において該制御目標値の変更に伴って変化した前記偏差を零とする前記時間比例出力のオン時間を新たに求めると共に、
新たに求めた前記時間比例出力のオン時間と現サイクルタイムにおいて既に出力した前記時間比例出力のオン経過時間とを比較し、
前記新たに求めたオン時間が前記オン経過時間よりも長いときには、前記オン時間と前記オン経過時間との差を求め、現サイクルタイムの残された期間において前記差を補うオン時間の時間比例出力を、前記制御目標値の変更時点を基点として新たに生成する手段を備えることを特徴とする時間比例制御装置。 A time-proportional output that is turned on every predetermined cycle is given to a controller that is turned on / off to change the state of the controlled object, and the controller is turned on for the on-time of the time-proportional output. with operating, a time proportional controller for controlling so that the difference between the value indicating the state of the control target value and the controlled object the on-time of the time-proportional output for said control object becomes zero,
When the control target value is changed within the cycle time defined by the predetermined period, the deviation changed with the change of the control target value at the time of change of the control target value is set to zero. While newly obtaining the on-time of the time proportional output,
Compare the newly determined ON time of the time proportional output with the ON elapsed time of the time proportional output already output in the current cycle time,
When the newly determined on-time is longer than the on-elapsed time, the difference between the on-time and the on-elapsed time is obtained, and the time proportional output of the on-time that compensates for the difference in the remaining period of the current cycle time The time proportional control device further comprises means for newly generating the control target value as a base point .
前記時間比例出力は、前記1サイクルタイム内における上記冷却器のオン時間を規定する信号からなる請求項1に記載の時間比例制御装置。 The controlled object is a temperature controlled by a cooler as the controller,
The time proportional control device according to claim 1, wherein the time proportional output includes a signal defining an ON time of the cooler within the one cycle time .
前記時間比例出力は、前記冷却器の制御周期を規定する第1の周期内における該冷却器のオン時間を規定する信号、または前記加熱器の制御周期を規定する第2の周期内における該加熱器のオン時間を規定する信号として択一的に生成されるものである請求項1に記載の時間比例制御装置。 The controlled object is a temperature controlled by a cooler and a heater as the controller,
The time proportional output, said heating in the second period defining said signal defines an ON time of the cooler in the first period for defining the control cycle of the cooler or the control period of the heater, 2. The time proportional control device according to claim 1, wherein the time proportional control device is alternatively generated as a signal defining the on-time of the device.
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