JPH05181502A - Limit value control system for pi controller - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To improve a delay in the time integrating item of a PI controller concerning a controller to output a value adding proportional-fold deviation between a command and a real value and time integrated deviation in a PI control system used for an automatic control system. CONSTITUTION:When the output of an adder 103 reaches the limit value (the slant line part of 104) of the controller, this system automatically changes the limit value of a limit circuit provided at the time integrating item of the deviation and further, the time integrating item stops the integrating operation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はある特定の目標に適合す
るよう自動制御装置を構成したとき、その制御装置の出
力を、目標と実際との偏差を比例倍したもの及びその偏
差を時間積分したものとで構成する制御方式に関するも
ので、特に制御の状態に合わせて時間積分項の可変制御
を行なうようにしたものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic control device which is configured to meet a specific target. The output of the automatic control device is obtained by proportionally multiplying the deviation between the target and the actual value and the deviation over time. The present invention relates to a control system composed of the above-mentioned ones, and in particular, the variable control of the time integral term is performed according to the control state.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図３は従来方式のＰＩコントローラのブ
ロック図であり、１００は演算器、１０１ａは偏差の比
例倍を作成するゲイン設定器、１０２ａは偏差の時間積
分を作成する積分器、１０１ｂと１０２ｂはそれぞれの
リミット値を与える操作量計算器、１０３はこの２つの
操作量計算器からの出力を加算している加算器、１０４
は加算値に対するリミット値を与えている操作量計算器
であり、ＰＩコントローラの動作については一般的よく
知られているので、その説明は省略する。しかるに、従
来方式では単に加算値を作成するだけであり、ここで図
３を数式化すれば、数式１のようになる。ただし加算値
がリミット値に到達しない場合を示している。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a block diagram of a conventional PI controller, in which 100 is a computing unit, 101a is a gain setting unit that creates a proportional multiple of the deviation, 102a is an integrator that creates the time integral of the deviation, and 101b. And 102b are manipulated variable calculators that give respective limit values, 103 is an adder that adds the outputs from these two manipulated variable calculators, 104
Is a manipulated variable calculator that gives a limit value to the added value. Since the operation of the PI controller is generally well known, its explanation is omitted. However, in the conventional method, the added value is simply created, and if the equation of FIG. However, it shows the case where the added value does not reach the limit value.

【０００３】[0003]

【数１】 [Equation 1]

【０００４】ここでＰＩout はＰＩコントローラの出力
であり、Ｋは比例項の定数、ｅｒｒｏｒは目標値と実際
値との偏差を示すものである。ＰＩout は１０５（制御
対象システム）に送られる操作量である。Here, PIout is the output of the PI controller, K is the constant of the proportional term, and error is the deviation between the target value and the actual value. PIout is the amount of operation sent to 105 (controlled system).

【発明が解決しようとする課題】図３のブロック図の出
力ＡはＰＩコントローラの出力である。この出力が自動
制御系の操作量となるが、系が安定な状態つまり目標値
と実際値とが一致している場合には、ＰＩコントローラ
の入力である偏差ｅｒｒｏｒは通常零となる。図３にお
いて偏差が発生すると、ＰＩコントローラの出力Ａは数
式１で示す数値となる。ここで、偏差の時間積分項を示
すｅｒｒｏｒの積分値は偏差の発生している時間が長い
程大きくなる。さらに、ｅｒｒｏｒの積分値出力＝０と
なるためには，偏差の極性が現在のｅｒｒｏｒの積分値
の極性と反対でなくてはならない。これを図４の動作波
形図を用いて説明すれば、３ａ点で目標値と実際値が一
致して〔偏差＝０〕となっても、ＰＩコントローラの出
力はｅｒｒｏｒの積分が存在するために〔Ａ＝０〕とな
らず、図４（ｃ）にみられるような斜線部を形成する。
この時点でＰＩコントローラはまだ出力を持つことにな
るので、制御系として応答が悪くなる。また、比例倍項
と時間積分項とを加算した出力値を、図５（ｃ）の動作
波形図に示すように得た場合には、４ａ点でＰＩコント
ローラの出力Ａが図３の操作量計算器１０４で与えるリ
ミット値に到達する。この状態で図５の４ｂ点になると
偏差が零になったにもかかわらず、時間積分項のために
出力Ａは依然リミット値になったままであり，制御対象
にはこれまでと同じ方向の指令を与えることになる。こ
れもまた制御系として応答が悪くなる。比例倍項につい
ては図４（ｂ）から、偏差の極性が反転すると比例倍項
の極性も反転する。従って時間積分項のように偏差の極
性が反転した後も残留することがないので、制御系の応
答に影響することが少ない。以上のようにＰＩコントロ
ーラでは、時間積分項が偏差の極性変化に対する遅れを
有するため、制御系全体の遅れを生じさるという問題点
がある。The output A in the block diagram of FIG. 3 is the output of the PI controller. This output is the manipulated variable of the automatic control system, but when the system is in a stable state, that is, when the target value and the actual value match, the error error which is the input of the PI controller is normally zero. When a deviation occurs in FIG. 3, the output A of the PI controller becomes the numerical value shown by the mathematical expression 1. Here, the integrated value of error indicating the time integral term of the deviation becomes larger as the time when the deviation occurs becomes longer. Further, the polarity of the deviation must be opposite to the polarity of the current integrated value of the error in order for the output of the integrated value of the error = 0. If this is explained using the operation waveform diagram of FIG. 4, even if the target value and the actual value match at point 3a and [deviation = 0], the output of the PI controller has an integral of error. It does not become [A = 0], and a shaded portion as shown in FIG. 4C is formed.
Since the PI controller still has an output at this point, the response of the control system becomes poor. Further, when the output value obtained by adding the proportional multiplication term and the time integration term is obtained as shown in the operation waveform diagram of FIG. 5C, the output A of the PI controller at the point 4a is the operation amount of FIG. The limit value given by the calculator 104 is reached. In this state, when the point becomes point 4b in FIG. 5, the output A is still at the limit value due to the time integral term even though the deviation becomes zero, and the command in the same direction as before is given to the control target. Will be given. This also causes poor response in the control system. As for the proportional multiplication term, from FIG. 4B, when the polarity of the deviation is reversed, the polarity of the proportional multiplication term is also reversed. Therefore, since it does not remain even after the polarity of the deviation is inverted like the time integral term, it does not affect the response of the control system. As described above, in the PI controller, since the time integration term has a delay with respect to the polarity change of the deviation, there is a problem in that the entire control system is delayed.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】ＰＩコントローラの時間
積分項の遅れを改善するために、時間積分動作をする回
路に対して新たなリミット回路を設置し、このリミット
回路を動作させるための回路を設置する。さらに、この
リミット回路のリミット値を変化させるための回路を設
置する。In order to improve the delay of the time integration term of the PI controller, a new limit circuit is installed for the circuit that performs the time integration operation, and a circuit for operating this limit circuit is provided. Install. Furthermore, a circuit for changing the limit value of this limit circuit is installed.

【０００６】[0006]

【作用】その作用は、次に述べる実施例と併せて説明す
る。The operation will be described in combination with the embodiment described below.

【実施例】図１は本発明にかかるＰＩコントローラ制御
系に時間積分項制御回路を追加したブロック図、図２は
本発明にかかるＰＩコントローラ各部の一例を示す動作
波形図であり、従来のＰＩコントローラと同一部分は１
００，１０１ａ，１０１ｂ，１０２ｂ，１０３，１０５
であり、これらの作用は従来技術で述べたものと同一で
ある。図１において、演算器１００は目標値とシステム
１０５の実際値とから偏差ｅｒｒｏｒを計算し、ゲイン
設定器１０１ａ，操作量計算器１０１b ，積分器１０２
ａ，操作量計算器１０２b は各々比例倍項，時間積分項
を計算し、リミットを与えている。加算器１０３はこれ
らを合成し、操作量計算器１０４は加算器１０３の出力
にリミットを与える。減算器１０８は操作量計算器１０
４の出力Ａ１から操作量計算器１０１ｂの出力を減算
し、その出力を操作量計算器１０７及びＳ３に与えてい
る。操作量計算器１０７は時間積分項の新しいリミット
値を与えている部分である。ゲイン設定器１０６，設定
器１０９は時間積分項の初期値を与えている。また、Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３はスイッチであり、各々のスイッチは操
作量計算器１０４の斜線部分，つまり加算器１０３から
の出力がリミット値に到達した場合に同時に、黒抜き方
向に切り換わるようにする。ここで、ゲイン設定器１０
１ａ，１０６のＫ１，Ｋ２は任意の定数である。次に、
その作用について説明する。操作量計算器（ＰＩ加算値
出力リミッタ）１０４への入力値がリミット値に到達し
た部分（斜線部分）で、切り換えスイッチＳ１，Ｓ２，
Ｓ３を動作させ、黒抜き方向へ切り換える。これにより
時間積分項の出力（図１・ＡＩ）は数式２で表され、数
式３に変化する。1 is a block diagram in which a time integral term control circuit is added to a PI controller control system according to the present invention, and FIG. 2 is an operation waveform diagram showing an example of each part of the PI controller according to the present invention. The same part as the controller is 1
00, 101a, 101b, 102b, 103, 105
And their operation is the same as described in the prior art. In FIG. 1, a calculator 100 calculates a deviation error from a target value and an actual value of the system 105, and a gain setter 101a, a manipulated variable calculator 101b, and an integrator 102.
a, the manipulated variable calculator 102b calculates a proportional multiple term and a time integral term, respectively, and gives a limit. The adder 103 combines these, and the manipulated variable calculator 104 gives a limit to the output of the adder 103. The subtractor 108 is the manipulated variable calculator 10
The output of the manipulated variable calculator 101b is subtracted from the output A1 of No. 4 and the output is given to the manipulated variable calculator 107 and S3. The manipulated variable calculator 107 is a part which gives a new limit value of the time integral term. The gain setter 106 and the setter 109 give the initial value of the time integration term. Also, S
Reference numerals 1, S2 and S3 denote switches, and each switch is switched to the black-out direction at the same time when the shaded portion of the manipulated variable calculator 104, that is, the output from the adder 103 reaches a limit value. Here, the gain setter 10
K1 and K2 of 1a and 106 are arbitrary constants. next,
The operation will be described. At the portion where the input value to the manipulated variable calculator (PI additional value output limiter) 104 reaches the limit value (hatched portion), the changeover switches S1, S2,
S3 is operated to switch to the blackout direction. As a result, the output of the time integral term (FIG. 1 · AI) is expressed by Equation 2 and changed to Equation 3.

【０００７】[0007]

【数２】 [Equation 2]

【数３】 [Equation 3]

【０００８】ここで、Ａ１は本発明によるＰＩコントロ
ーラの出力、ＡＰは偏差の比例倍項の出力である。Ｋ２
は比例倍ゲイン設定器（通常１）である。図１で、Ａ１
が操作量計算器１０４で与えられるリミット値（１０４
斜線部分）になると、時間積分項はこれ以上偏差が増加
しないよう積分動作を止め、数式３に相当する比例倍項
になるようゲイン設定器１０６で与えられる。また、Ｐ
Ｉコントーラの出力が、リミット値に到達するような系
では偏差が大きくなっていることがあり、ＰＩコントロ
ーラの出力に比例倍項の比率を大きくする必要がある。
そこで、減算器１０８でＡ１−ＡＰを計算し、時間積分
項の出力を（Ａ１−ＡＰ）でリミットするべく操作量計
算器（リミッタ）１０７へ送る。ここで加算器１０３に
は操作量計算器１０７から（Ａ１−ＡＰ）分しか送られ
ないので、ＡＰの増減を優先できるようになっている。
すなわち、ＡＰが変化することで時間積分項は（Ａ１−
ＡＰ）で制御されている。図２は、図５の従来型ＰＩコ
ントローラの出力波形に対して、本発明要素を追加した
場合のＰＩコントローラの出力波形の図であり、加算項
が５ａ点でリミット値に到達した時点で、時間積分項は
新しいリミット値を与えられ、このリミット値は図２
（ｃ）の加算項がリミットから下がり始める５ｂ点ま
で、比例倍項の出力によって変化させられている。その
様子を図２（ｂ）の太めの点線で示す。図２（ｂ）は太
めの点線及び実線にて時間積分項の出力を示している。
結果的に、図２（ｃ）が本発明のＰＩコントローラの出
力であり、図５（ｃ）に比較すると明らかに加算項の出
力が零に漸近するのが早くなっている。Here, A1 is the output of the PI controller according to the present invention, and AP is the output of the proportional multiple term of the deviation. K2
Is a proportional multiple gain setter (normally 1). In FIG. 1, A1
Is a limit value (104
In the shaded area), the time integral term is given by the gain setter 106 so that the integral operation is stopped so that the deviation does not increase any more, and the term becomes a proportional multiple term corresponding to Expression 3. Also, P
In a system in which the output of the I controller reaches the limit value, the deviation may be large, and it is necessary to increase the ratio of the proportional multiple term to the output of the PI controller.
Therefore, the subtractor 108 calculates A1-AP and sends it to the manipulated variable calculator (limiter) 107 so as to limit the output of the time integral term by (A1-AP). Here, since only the amount (A1-AP) is sent from the manipulated variable calculator 107 to the adder 103, the increase / decrease of AP can be prioritized.
That is, when AP changes, the time integral term becomes (A1-
AP). FIG. 2 is a diagram of the output waveform of the PI controller when the elements of the present invention are added to the output waveform of the conventional PI controller of FIG. 5, and when the addition term reaches the limit value at point 5a, The time integral term is given a new limit value, which is shown in Fig. 2.
The addition term of (c) is changed by the output of the proportional multiplication term up to the point 5b where the addition term starts to fall from the limit. This is shown by the thick dotted line in FIG. FIG. 2B shows the output of the time integration term with thick dotted lines and solid lines.
As a result, FIG. 2C shows the output of the PI controller of the present invention, and it is clear that the output of the addition term asymptotically approaches zero as compared with FIG. 5C.

【０００９】[0009]

【発明の効果】以上説明した如く本発明によれば、本発
明方式を含むＰＩコントローラを用いれば、時間積分項
による応答遅れの発生が少なくなり、極めて有用性の高
い方式である。As described above, according to the present invention, when the PI controller including the method of the present invention is used, the occurrence of response delay due to the time integral term is reduced, and the method is extremely useful.

【００１０】[0010]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】図１は本発明にかかるＰＩコントローラのリミ
ット値制御を構成する一実施例のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment constituting limit value control of a PI controller according to the present invention.

【図２】図２は本発明にかかるＰＩコントローラ各部の
動作波形図である。FIG. 2 is an operation waveform diagram of each unit of the PI controller according to the present invention.

【図３】図３は従来方式のＰＩコントローラのブロック
図である。FIG. 3 is a block diagram of a conventional PI controller.

【図４】図４は従来方式のＰＩコントローラ各部の動作
波形ずである。FIG. 4 is a diagram showing operation waveforms of respective parts of a conventional PI controller.

【図５】図５は従来方式のＰＩコントローラ各部の動作
波形ずである。る。FIG. 5 is a diagram showing operation waveforms of respective parts of a conventional PI controller. It

【００１１】[0011]

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１００ 演算器 １０１a ゲイン設定器 １０１b 操作量計算器 １０２a 積分器 １０２b 操作量計算器 １０３ 加算器 １０４ 操作量計算器 １０５ システム １０６ ゲイン設定器 １０７ 操作量計算器 １０８ 減算器 １０９ 設定器 100 calculator 101a gain setter 101b manipulated variable calculator 102a integrator 102b manipulated variable calculator 103 adder 104 manipulated variable calculator 105 system 106 gain setter 107 manipulated variable calculator 108 subtractor 109 setter

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 自動制御系に利用されるＰＩ制御系のう
ち、目標値と実際値との偏差を比例倍したものと、その
偏差を時間積分したものとを加算したものを出力とする
制御装置に於て、その加算出力が制御装置のリミット値
に到達したとき偏差の時間積分項に設けたリミット回路
のリミット値を自動的に変更し、更に時間積分項が積分
動作を止めるようにすることを特徴としたＰＩコントロ
ーラのリミット値制御方式。1. A control for outputting a PI control system used for an automatic control system, wherein a product obtained by proportionally multiplying a deviation between a target value and an actual value and a product obtained by integrating the deviation over time are output. In the device, when the added output reaches the limit value of the control device, the limit value of the limit circuit provided in the time integration term of the deviation is automatically changed, and the time integration term stops the integration operation. A limit value control method for a PI controller characterized in that