JP4417915B2 - 状態判定装置および状態判定方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の状態判定装置の1構成例において、前記算出部は、前記PID制御系のステップ応答における前記制御量を時系列データとして記憶する時系列データ記憶部と、前記PID制御系のステップ応答における前記設定値と前記時系列データ記憶部に記憶された制御量の時系列データとから、前記ステップ応答において前記制御量が前記設定値に到達した時点を検出する到達点検出部と、この到達点検出部によって検出された時点を起点として、この起点から予め規定された前記特定時間だけ過去の時間内における前記制御量の変化量を検出する特定時間内変化量検出部と、前記設定値と前記時系列データ記憶部に記憶された制御量の時系列データとから、前記ステップ応答における前記制御量のオーバーシュート量を検出するオーバーシュート検出部と、前記制御量の変化量と前記オーバーシュート量との比率を算出する比率算出部とからなり、前記判定部は、前記PID制御系が特定の状態にある場合の前記比率の数値範囲を示す判定基準を予め記憶する判定基準記憶部と、前記比率算出部によって算出された比率と前記判定基準とを比較して、前記PID制御系の状態が前記特定の状態にあるか否かを判定する状態判定部とからなるものである。
また、本発明の状態判定装置の1構成例において、前記判定部は、前記PID制御系が特定の状態にある場合の、前記比率の数値範囲を示す比率判定基準と前記ハンチング上下動幅の数値範囲を示すハンチング上下動幅判定基準と前記ハンチング周期の数値範囲を示すハンチング周期判定基準とを予め記憶する判定基準記憶部と、前記比率算出部によって算出された比率と前記比率判定基準とを比較し、前記ハンチング検出部によって検出されたハンチング上下動幅と前記ハンチング上下動幅判定基準とを比較し、前記ハンチング検出部によって検出されたハンチング周期と前記ハンチング周期判定基準とを比較して、前記PID制御系の状態が前記特定の状態にあるか否かを判定する状態判定部とからなるものである。
また、本発明の状態判定方法の1構成例において、前記算出手順は、前記PID制御系のステップ応答における前記制御量を時系列データとして記憶する時系列データ記憶手順と、前記PID制御系のステップ応答における前記設定値と前記時系列データ記憶手順で記憶された制御量の時系列データとから、前記ステップ応答において前記制御量が前記設定値に到達した時点を検出する到達点検出手順と、この到達点検出手順によって検出された時点を起点として、この起点から予め規定された前記特定時間だけ過去の時間内における前記制御量の変化量を検出する特定時間内変化量検出手順と、前記設定値と前記時系列データ記憶手順で記憶された制御量の時系列データとから、前記ステップ応答における前記制御量のオーバーシュート量を検出するオーバーシュート検出手順と、前記制御量の変化量と前記オーバーシュート量との比率を算出する比率算出手順とからなり、前記判定手順は、前記比率算出手順によって算出された比率と前記PID制御系が特定の状態にある場合の前記比率の数値範囲を示す予め設定された判定基準とを比較して、前記PID制御系の状態が前記特定の状態にあるか否かを判定するようにしたものである。
また、本発明の状態判定方法の1構成例において、前記判定手順は、前記比率算出手順によって算出された比率と前記PID制御系が特定の状態にある場合の前記比率の数値範囲を示す予め設定された比率判定基準とを比較し、前記ハンチング検出手順によって検出されたハンチング上下動幅と前記PID制御系が特定の状態にある場合の前記ハンチング上下動幅の数値範囲を示す予め設定されたハンチング上下動幅判定基準とを比較し、前記ハンチング検出手順によって検出されたハンチング周期と前記PID制御系が特定の状態にある場合の前記ハンチング周期の数値範囲を示す予め設定されたハンチング周期判定基準とを比較して、前記PID制御系の状態が前記特定の状態にあるか否かを判定するようにしたものである。
図1は本発明の原理を説明するための図である。図1において、ovはオーバーシュート量、htはハンチング上下動幅、hcはハンチング周期、Txは制御量PVが設定値SPに到達する直前の特定時間、ΔPVは特定時間Tx内における制御量PVの変化量である。本発明は、オーバーシュート量ovを制御系の状態判定指標とすることに際し、コントローラがPIDコントローラであり、PIDパラメータが同じであることを前提条件とし、原理の説明上、まずは制御対象が同じ状態にあるものと仮定する。
まず、操作量MVに出力飽和が発生していない場合、PIDコントローラはいわゆる線形コントローラであるので、図20に示すように少なくともオーバーシュートの発生までは制御量PV1とPV2とは相似な応答波形を示す。したがって必然的に、上記の比率RあるいはR’は、設定値SP1,SP2のステップ変更幅とは無関係にほぼ同じ値になる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図2は本発明の第1の実施の形態に係る状態判定装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態によれば、オーバーシュート量に基づき、制御系の状態が予め規定された特定の状態にあるか否かを判定することができる。
設定値SPは例えば図示しないコントローラのオペレータによって設定され、制御量PVは図示しないセンサによって検出される。
オーバーシュート検出部5は、設定値SP記憶部1に記憶された設定値SPと時系列PVデータ記憶部2に記憶された制御量PVの時系列データとから、ステップ応答における制御量PVのオーバーシュート量ovを検出する(ステップS102)。
状態判定部8は、比率R算出部6が算出した比率Rと判定基準記憶部7に予め記憶されている判定基準とを比較して、制御系の状態が予め規定された特定の状態にあるか否かを判定する(ステップS104)。本実施の形態では、状態判定部8は、比率Rが判定基準内の値であれば、制御系の状態が特定の状態にあると判定する。
Gp=exp(−Lps)/(1+Tps)=exp(−10s)/(1+100s)
・・・(1)
MV=(100/Pb){1+(1/Tis)+Tds}(SP−PV)
=(100/11){1+(1/20s)+6s}(SP−PV) ・・・(2)
R=ov/ΔPV=0.21/1.85=0.114 ・・・(3)
R=ov/ΔPV=0.14/1.25=0.112 ・・・(4)
R=ov/ΔPV=0.09/0.77=0.117 ・・・(5)
R=ov/ΔPV=0.035/0.3=0.117 ・・・(6)
Gp=exp(−Lps)/(1+Tps)=exp(−11s)/(1+100s)
・・・(7)
R=ov/ΔPV=0.132/2.6=0.051 ・・・(8)
R=ov/ΔPV=0.045/1.14=0.040 ・・・(9)
R=ov/ΔPV=0.03/0.7=0.043 ・・・(10)
R=ov/ΔPV=0.011/0.27=0.041 ・・・(11)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図17は本発明の第2の実施の形態に係る状態判定装置の構成を示すブロック図であり、図2と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態によれば、実質的にオンラインでの制御系の状態判定が可能になる。
時系列PVデータ記憶部2は、制御量PV入力部10から入力された制御量PVを時系列データとして記憶する(ステップS202)。
MV=(100/Pb){1+(1/Tis)+Tds}(SP−PV)
・・・(12)
なお、PID演算部11は、算出した操作量MVが所定の下限値OLより小さい場合、操作量MV=OLとし、算出した操作量MVが所定の上限値OHより大きい場合、操作量MV=OHとする操作量上下限処理を行う。
オペレータから制御の終了が指示されていない場合(ステップS205においてNO)、SP到達点検出部3aは、判定指示信号入力部13から判定指示信号が入力されたか否かを判定する(ステップS206)。判定指示信号は、ステップ応答の実行を確認してオペレータが手動で判定指示信号入力部13に入力する。ただし、設定値SPの変更を検出して自動的に判定指示信号を生成する手段を設けて、判定指示信号の入力を自動化することも可能である。
オーバーシュート検出部5は、設定値SP入力部9から入力された設定値SPと時系列PVデータ記憶部2に記憶された制御量PVの時系列データとから、ステップ応答における制御量PVのオーバーシュート量ovを検出する(ステップS209)。
ハンチング検出部14は、設定値SP入力部9から入力された設定値SPと時系列PVデータ記憶部2に記憶された制御量PVの時系列データとから、ステップ応答における制御量PVのオーバーシュート発生後のハンチング上下動幅htとハンチング周期hcとを検出する(ステップS211)。
Claims (8)
- PID制御系の状態判定装置であって、
制御量が設定値に到達する直前の特定時間内における前記制御量の変化量と前記制御量のオーバーシュート量との比率を算出する算出部と、
前記比率を判定指標として前記PID制御系の状態を判定する判定部とを備えることを特徴とする状態判定装置。 - 請求項1記載の状態判定装置において、
前記算出部は、
前記PID制御系のステップ応答における前記制御量を時系列データとして記憶する時系列データ記憶部と、
前記PID制御系のステップ応答における前記設定値と前記時系列データ記憶部に記憶された制御量の時系列データとから、前記ステップ応答において前記制御量が前記設定値に到達した時点を検出する到達点検出部と、
この到達点検出部によって検出された時点を起点として、この起点から予め規定された前記特定時間だけ過去の時間内における前記制御量の変化量を検出する特定時間内変化量検出部と、
前記設定値と前記時系列データ記憶部に記憶された制御量の時系列データとから、前記ステップ応答における前記制御量のオーバーシュート量を検出するオーバーシュート検出部と、
前記制御量の変化量と前記オーバーシュート量との比率を算出する比率算出部とからなり、
前記判定部は、
前記PID制御系が特定の状態にある場合の前記比率の数値範囲を示す判定基準を予め記憶する判定基準記憶部と、
前記比率算出部によって算出された比率と前記判定基準とを比較して、前記PID制御系の状態が前記特定の状態にあるか否かを判定する状態判定部とからなることを特徴とする状態判定装置。 - 請求項1記載の状態判定装置において、
さらに、前記設定値と前記時系列データ記憶部に記憶された制御量の時系列データとから、前記ステップ応答における制御量のオーバーシュート発生後のハンチング上下動幅とハンチング周期とを検出するハンチング検出部を備え、
前記判定部は、前記比率に加えて前記ハンチング上下動幅と前記ハンチング周期とを判定指標として前記PID制御系の状態を判定することを特徴とする状態判定装置。 - 請求項3記載の状態判定装置において、
前記判定部は、
前記PID制御系が特定の状態にある場合の、前記比率の数値範囲を示す比率判定基準と前記ハンチング上下動幅の数値範囲を示すハンチング上下動幅判定基準と前記ハンチング周期の数値範囲を示すハンチング周期判定基準とを予め記憶する判定基準記憶部と、
前記比率算出部によって算出された比率と前記比率判定基準とを比較し、前記ハンチング検出部によって検出されたハンチング上下動幅と前記ハンチング上下動幅判定基準とを比較し、前記ハンチング検出部によって検出されたハンチング周期と前記ハンチング周期判定基準とを比較して、前記PID制御系の状態が前記特定の状態にあるか否かを判定する状態判定部とからなることを特徴とする状態判定装置。 - PID制御系の状態判定方法であって、
制御量が設定値に到達する直前の特定時間内における前記制御量の変化量と前記制御量のオーバーシュート量との比率を算出する算出手順と、
前記比率を判定指標として前記PID制御系の状態を判定する判定手順とを備えることを特徴とする状態判定方法。 - 請求項5記載の状態判定方法において、
前記算出手順は、
前記PID制御系のステップ応答における前記制御量を時系列データとして記憶する時系列データ記憶手順と、
前記PID制御系のステップ応答における前記設定値と前記時系列データ記憶手順で記憶された制御量の時系列データとから、前記ステップ応答において前記制御量が前記設定値に到達した時点を検出する到達点検出手順と、
この到達点検出手順によって検出された時点を起点として、この起点から予め規定された前記特定時間だけ過去の時間内における前記制御量の変化量を検出する特定時間内変化量検出手順と、
前記設定値と前記時系列データ記憶手順で記憶された制御量の時系列データとから、前記ステップ応答における前記制御量のオーバーシュート量を検出するオーバーシュート検出手順と、
前記制御量の変化量と前記オーバーシュート量との比率を算出する比率算出手順とからなり、
前記判定手順は、前記比率算出手順によって算出された比率と前記PID制御系が特定の状態にある場合の前記比率の数値範囲を示す予め設定された判定基準とを比較して、前記PID制御系の状態が前記特定の状態にあるか否かを判定することを特徴とする状態判定方法。 - 請求項5記載の状態判定方法において、
さらに、前記設定値と前記時系列データ記憶手順で記憶された制御量の時系列データとから、前記ステップ応答における制御量のオーバーシュート発生後のハンチング上下動幅とハンチング周期とを検出するハンチング検出手順を備え、
前記判定手順は、前記比率に加えて前記ハンチング上下動幅と前記ハンチング周期とを判定指標として前記PID制御系の状態を判定することを特徴とする状態判定方法。 - 請求項7記載の状態判定方法において、
前記判定手順は、前記比率算出手順によって算出された比率と前記PID制御系が特定の状態にある場合の前記比率の数値範囲を示す予め設定された比率判定基準とを比較し、前記ハンチング検出手順によって検出されたハンチング上下動幅と前記PID制御系が特定の状態にある場合の前記ハンチング上下動幅の数値範囲を示す予め設定されたハンチング上下動幅判定基準とを比較し、前記ハンチング検出手順によって検出されたハンチング周期と前記PID制御系が特定の状態にある場合の前記ハンチング周期の数値範囲を示す予め設定されたハンチング周期判定基準とを比較して、前記PID制御系の状態が前記特定の状態にあるか否かを判定することを特徴とする状態判定方法。
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