JPH07261805A - 比例積分微分制御パラメータ自動調整装置 - Google Patents
比例積分微分制御パラメータ自動調整装置Info
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- JPH07261805A JPH07261805A JP4865994A JP4865994A JPH07261805A JP H07261805 A JPH07261805 A JP H07261805A JP 4865994 A JP4865994 A JP 4865994A JP 4865994 A JP4865994 A JP 4865994A JP H07261805 A JPH07261805 A JP H07261805A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 プラントがオープンループの場合にもクロー
ズドループの場合にも適用でき、調整時間のかゝらない
装置を実現する。 【構成】 プラント４の入出力３，５を入力して同プラ
ント４を一次遅れ＋むだ時間モデルで同定するプラント
同定手段６と、同手段６から上記モデルを入力してプラ
ント４の比例ゲイン、積分時間、微分時間を算出してＰ
ＩＤ制御装置２へ出力するＰＩＤパラメータ決定手段７
を備え、上記プラント同定手段６が運転中のプラント４
の入出力３，５を入力してモデルのゲイン、時定数及び
むだ時間を算出することができるものとしたことによっ
て、オープンループでもクローズドループでも適用で
き、プラント４の運転中でも使用可能であり、ＰＩＤパ
ラメータの決定に試行錯誤を繰り返す必要がないため、
調整時間もかゝらない装置を実現する。
ズドループの場合にも適用でき、調整時間のかゝらない
装置を実現する。 【構成】 プラント４の入出力３，５を入力して同プラ
ント４を一次遅れ＋むだ時間モデルで同定するプラント
同定手段６と、同手段６から上記モデルを入力してプラ
ント４の比例ゲイン、積分時間、微分時間を算出してＰ
ＩＤ制御装置２へ出力するＰＩＤパラメータ決定手段７
を備え、上記プラント同定手段６が運転中のプラント４
の入出力３，５を入力してモデルのゲイン、時定数及び
むだ時間を算出することができるものとしたことによっ
て、オープンループでもクローズドループでも適用で
き、プラント４の運転中でも使用可能であり、ＰＩＤパ
ラメータの決定に試行錯誤を繰り返す必要がないため、
調整時間もかゝらない装置を実現する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発電プラント、化学プ
ラントなどの各種プラントに使用される単一ループの比
例積分微分（以下ＰＩＤとする）制御装置のＰＩＤ制御
パラメータ自動調整装置に関する。
ラントなどの各種プラントに使用される単一ループの比
例積分微分（以下ＰＩＤとする）制御装置のＰＩＤ制御
パラメータ自動調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＰＩＤ制御パラメータ自動調整装
置においては、大きく分けて２通りあった。一つは図２
（ａ）に示すようにオープンループでプラント４を同定
してＰＩＤパラメータを決定する方式であり、他は図２
（ｂ）に示すようにクローズドループでプラント４の出
力の応答波形からパラメータを修正する方式である。
置においては、大きく分けて２通りあった。一つは図２
（ａ）に示すようにオープンループでプラント４を同定
してＰＩＤパラメータを決定する方式であり、他は図２
（ｂ）に示すようにクローズドループでプラント４の出
力の応答波形からパラメータを修正する方式である。
【０００３】図２（ａ）に示すオープンループ方式の装
置の場合は、プラント４にＭ系列信号などの不規則信号
を入力し、その入力信号とプラント４の出力から求めた
ＡＲＭＡモデルなどでプラントを同定する方法や、プラ
ントへステップ信号を入力してその応答波形からプラン
トを一次遅れ＋むだ時間などのモデルに同定する方法が
あり、その同定したモデルからジグラー・ニコルスの調
整則などでＰＩＤパラメータを決定する。
置の場合は、プラント４にＭ系列信号などの不規則信号
を入力し、その入力信号とプラント４の出力から求めた
ＡＲＭＡモデルなどでプラントを同定する方法や、プラ
ントへステップ信号を入力してその応答波形からプラン
トを一次遅れ＋むだ時間などのモデルに同定する方法が
あり、その同定したモデルからジグラー・ニコルスの調
整則などでＰＩＤパラメータを決定する。
【０００４】また、図２（ｂ）に示すクローズドループ
方式の装置の場合は、目標値変化や外乱によるプラント
の出力応答波形から、応答時間、減衰率、整定時間など
を指標として応答が改善されるようにＰＩＤパラメータ
を修正する。
方式の装置の場合は、目標値変化や外乱によるプラント
の出力応答波形から、応答時間、減衰率、整定時間など
を指標として応答が改善されるようにＰＩＤパラメータ
を修正する。
【０００５】なお、上記Ｍ系列信号（maximum-length l
inear shift register sequence ）とは２値化した信号
からつくられる図３（ａ）に示されるような擬似白色性
信号であり、ＡＲＭＡ（autoregressive moving averag
e ）モデルとは次式の形で対象の応答を表すモデルであ
る。
inear shift register sequence ）とは２値化した信号
からつくられる図３（ａ）に示されるような擬似白色性
信号であり、ＡＲＭＡ（autoregressive moving averag
e ）モデルとは次式の形で対象の応答を表すモデルであ
る。
【０００６】 y(k)=a1y(k-1)+a2y(k-2)+ …+any(k-n)+b1u(k-1)+b2u(k-2)+ …+bmu(k-m) こゝで、ｙは出力、ｕは入力、ｋはサンプリング時点を
表す。
表す。
【０００７】また、一次遅れ＋むだ時間モデルとは制御
対象の動特性が次式で表わされるモデルである。
対象の動特性が次式で表わされるモデルである。
【０００８】Ｇ（ｓ）＝Ｋｅ-LS ／（１＋Ｔｓ） こゝで、Ｋはゲイン、Ｔは時定数、Ｌはむだ時間であ
り、１というステップ入力の場合、出力の応答が図３
（ｂ）により示される。
り、１というステップ入力の場合、出力の応答が図３
（ｂ）により示される。
【０００９】シグラー・ニコルスの調整則とは、次式で
示されるＰＩＤ制御器の制御パラメータＫP ，ＴI ，Ｔ
D を決めるための調整則の一つであり、一次遅れ＋むだ
時間の動特性の制御対象に対して、Ｋ，Ｔ，Ｌから
ＫP ，ＴI ，ＴD が一意的に求まるものである。
示されるＰＩＤ制御器の制御パラメータＫP ，ＴI ，Ｔ
D を決めるための調整則の一つであり、一次遅れ＋むだ
時間の動特性の制御対象に対して、Ｋ，Ｔ，Ｌから
ＫP ，ＴI ，ＴD が一意的に求まるものである。
【００１０】 Ｋ（ｓ）＝ＫP （１＋１／ＴI ｓ＋ＴD ｓ）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の図２（ａ）に示
す方式の装置においては、プラントをオープンループで
同定するために、プラントの運転中は自動運転はできず
手動運転にする必要があり、またプラントに不必要な信
号を入力しなければならないという課題があった。
す方式の装置においては、プラントをオープンループで
同定するために、プラントの運転中は自動運転はできず
手動運転にする必要があり、またプラントに不必要な信
号を入力しなければならないという課題があった。
【００１２】また、従来の図２（ｂ）に示す方式の装置
においては、ＰＩＤパラメータの修正の試行回数が多く
なり、調整時間が長くなるという課題があった。本発明
は上記の課題を解決しようとするものである。
においては、ＰＩＤパラメータの修正の試行回数が多く
なり、調整時間が長くなるという課題があった。本発明
は上記の課題を解決しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のＰＩＤ制御パラ
メータ自動調整装置は、目標値とプラントの出力との偏
差が入力されるＰＩＤ制御装置の出力をその入力とする
上記プラントの入力と出力を入力して同プラントを一次
遅れ＋むだ時間モデルで同定するプラント同定手段、お
よび同手段から上記モデルを入力してＰＩＤ制御のパラ
メータであるプラントの比例ゲイン、積分時間、微分時
間を算出して上記ＰＩＤ制御装置へ出力するＰＩＤパラ
メータ決定手段を備えたことを特徴としている。
メータ自動調整装置は、目標値とプラントの出力との偏
差が入力されるＰＩＤ制御装置の出力をその入力とする
上記プラントの入力と出力を入力して同プラントを一次
遅れ＋むだ時間モデルで同定するプラント同定手段、お
よび同手段から上記モデルを入力してＰＩＤ制御のパラ
メータであるプラントの比例ゲイン、積分時間、微分時
間を算出して上記ＰＩＤ制御装置へ出力するＰＩＤパラ
メータ決定手段を備えたことを特徴としている。
【００１４】
【作用】上記において、プラントのプロセス系の応答は
一般に一次遅れ＋むだ時間モデルで同定することができ
る。
一般に一次遅れ＋むだ時間モデルで同定することができ
る。
【００１５】そのため、プラント同定手段がプラントを
上記モデルにより同定し、プラントより入力したプラン
トの入出力を用いて上記モデルについてのゲイン、時定
数及びむだ時間を算出し、ＰＩＤパラメータ決定手段に
入力する。
上記モデルにより同定し、プラントより入力したプラン
トの入出力を用いて上記モデルについてのゲイン、時定
数及びむだ時間を算出し、ＰＩＤパラメータ決定手段に
入力する。
【００１６】上記モデルのゲイン、時定数及びむだ時間
を入力したＰＩＤパラメータ決定手段は、ジグラー・ニ
コルスの調整則等によってプラントの比例ゲイン、積分
時間、微分時間を求め、これをＰＩＤ制御装置に入力し
て同ＰＩＤ制御装置のＰＩＤパラメータを修正する。
を入力したＰＩＤパラメータ決定手段は、ジグラー・ニ
コルスの調整則等によってプラントの比例ゲイン、積分
時間、微分時間を求め、これをＰＩＤ制御装置に入力し
て同ＰＩＤ制御装置のＰＩＤパラメータを修正する。
【００１７】本発明においては、上記のように、運転中
のプラントの入出力を用いてプラント同定手段がプラン
トをモデルで同定し、モデルのゲイン、時定数及びむだ
時間を算出できるものとしたため、オープンループでも
クローズドループでも適用でき、プラントの運転中でも
使用可能であり、ＰＩＤパラメータの決定に試行錯誤を
繰り返す必要がないため、調整時間もかゝらない装置を
実現する。
のプラントの入出力を用いてプラント同定手段がプラン
トをモデルで同定し、モデルのゲイン、時定数及びむだ
時間を算出できるものとしたため、オープンループでも
クローズドループでも適用でき、プラントの運転中でも
使用可能であり、ＰＩＤパラメータの決定に試行錯誤を
繰り返す必要がないため、調整時間もかゝらない装置を
実現する。
【００１８】
【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。図
１に示す本実施例は、目標値１とプラント４の出力５と
の偏差が入力されるＰＩＤ制御装置２の出力をその入力
３とし、単一ループのフィードバック制御系が形成され
るプラント４の入力３と出力５を入力して同プラント５
を一次遅れ＋むだ時間モデルで自動的に同定するプラン
ト同定手段６、および同手段６から上記モデルのゲイン
Ｋ、時定数Ｔ、むだ時間Ｌを入力してＰＩＤ制御のパラ
メータである比例ゲインＫP 、積分時間ＴI、微分時間
ＴD を算出して上記ＰＩＤ制御装置２へ出力するＰＩＤ
パラメータ決定手段７を備えている。
１に示す本実施例は、目標値１とプラント４の出力５と
の偏差が入力されるＰＩＤ制御装置２の出力をその入力
３とし、単一ループのフィードバック制御系が形成され
るプラント４の入力３と出力５を入力して同プラント５
を一次遅れ＋むだ時間モデルで自動的に同定するプラン
ト同定手段６、および同手段６から上記モデルのゲイン
Ｋ、時定数Ｔ、むだ時間Ｌを入力してＰＩＤ制御のパラ
メータである比例ゲインＫP 、積分時間ＴI、微分時間
ＴD を算出して上記ＰＩＤ制御装置２へ出力するＰＩＤ
パラメータ決定手段７を備えている。
【００１９】上記において、プラント同定手段６がプラ
ント５を一次遅れ＋むだ時間モデルで同定しているの
は、一般のプロセス系の応答がこのモデルで近似できる
からであり、このモデルは次式（１）で近似することが
できるため、この式（１）を構成するゲインＫ、時定数
Ｔ、むだ時間Ｌにより上記モデルを表現することができ
る。
ント５を一次遅れ＋むだ時間モデルで同定しているの
は、一般のプロセス系の応答がこのモデルで近似できる
からであり、このモデルは次式（１）で近似することが
できるため、この式（１）を構成するゲインＫ、時定数
Ｔ、むだ時間Ｌにより上記モデルを表現することができ
る。
【００２０】 Ｇ（ｓ）＝Ｋｅ-LS ／（１＋Ｔｓ）……………………………………（１） 上記プラント同定手段６においてはこのＫ，Ｔ，Ｌを求
めており、同プラント同定手段６により行われるＫ，
Ｔ，Ｌの算出要領について、以下に説明する。簡単のた
めに、これからの応答計算においては初期値はゼロとす
る。ただし、プラントへの外乱はなく、出力は設定値変
化などの入力の変動により変動するものとする。したが
って、目標値１の変化はステップでなくてもよい。
めており、同プラント同定手段６により行われるＫ，
Ｔ，Ｌの算出要領について、以下に説明する。簡単のた
めに、これからの応答計算においては初期値はゼロとす
る。ただし、プラントへの外乱はなく、出力は設定値変
化などの入力の変動により変動するものとする。したが
って、目標値１の変化はステップでなくてもよい。
【００２１】上記プラント同定手段６が入力するプラン
ト４の入出力３，５はサンプリングデータであるため、
サンプリング時間をΔｔとして、ゼロ次ホールド付Ｚ変
換により離散化する。
ト４の入出力３，５はサンプリングデータであるため、
サンプリング時間をΔｔとして、ゼロ次ホールド付Ｚ変
換により離散化する。
【００２２】
【数１】
【００２３】式（２）より、出力ｙは次の差分方程式
（４）で表される。
（４）で表される。
【００２４】 ｙ（ｋ）＝ｐｙ（ｋ−１）＋Ｋ（１−ｐ）ｕ（ｋ−L −１）………（４） これを推定値Ｙ（ｋ）として、実出力ｙ（ｋ）との偏差
ｅ（ｋ）をとる。
ｅ（ｋ）をとる。
【００２５】 ｅ（ｋ）＝ｙ（ｋ）−Ｙ（ｋ）…………………………………………（５） この偏差ｅ（ｋ）については、これが最小となるような
Ｋ，Ｔ，Ｌを求める必要があるが、これを最小２乗法で
計算するために式（５）の２乗和をとりＥとする。
Ｋ，Ｔ，Ｌを求める必要があるが、これを最小２乗法で
計算するために式（５）の２乗和をとりＥとする。
【００２６】
【数２】
【００２７】これを、ｐ，Ｋで微分して０とおく。
【００２８】
【数３】
【００２９】こゝで、上記式（７），（８）の各要素を
次式（９）に示すようにａ1 ，ａ2，ａ3 ，ａ4 ，ａ5
とする。
次式（９）に示すようにａ1 ，ａ2，ａ3 ，ａ4 ，ａ5
とする。
【００３０】
【数４】
【００３１】上記式（７），（８）の要素を上記式
（９）で置換することにより、次式（１２），（１３）
が得られる。
（９）で置換することにより、次式（１２），（１３）
が得られる。
【００３２】 ａ1 ＋ａ2 Ｋ＋ａ3 ｐ＋ａ4 Ｋ（１−ｐ）−ａ5 Ｋ2 （１−ｐ）＝０ …………………（１０） −ａ2 ＋ａ4 ｐ＋ａ5 Ｋ（１−ｐ）＝０……………………………（１１） 上記連立方程式（１０），（１１）を解くことにより、
次式（１２），（１３）で示されるＫ，ｐが求まる。
次式（１２），（１３）で示されるＫ，ｐが求まる。
【００３３】 Ｋ＝（ａ1 ａ4 −ａ2 ａ3 ）／（ａ1 ａ5 −ａ3ａ5 ＋ａ4 2−ａ2 ａ4 ） …………………（１２） Ｐ＝（ａ2 −ａ5 Ｋ）／（ａ4 −ａ5 Ｋ）…………………………（１３） この式（１３）を用いることにより、上記式（３）を変
換した次式（１４）から時定数Ｔを計算することができ
る。
換した次式（１４）から時定数Ｔを計算することができ
る。
【００３４】 Ｔ＝−Δｔ／loge P……………………………………………………（１４） むだ時間については、Ｌ＝L Δｔ（L ：正数）として、
あるL について上記方法でＫ，Ｔをもとめ、そのＫ，Ｔ
を用いて次式（１５）で示される評価関数Ｊ（L ）を計
算し、このＪ（L ）を最小とするＫ，Ｔ，Ｌを採用す
る。
あるL について上記方法でＫ，Ｔをもとめ、そのＫ，Ｔ
を用いて次式（１５）で示される評価関数Ｊ（L ）を計
算し、このＪ（L ）を最小とするＫ，Ｔ，Ｌを採用す
る。
【００３５】
【数５】
【００３６】上記プラント同定手段６により求められた
Ｋ，Ｔ，ＬはＰＩＤパラメータ決定手段７に入力され、
ＰＩＤパラメータ決定手段７はジグラー・ニコルスの調
整則などによってＰＩＤパラメータである比例ゲインＫ
P ，積分時間ＴI 、微分時間ＴD を決定してＰＩＤ制御
装置２に入力し、ＰＩＤパラメータの修正が行われる。
Ｋ，Ｔ，ＬはＰＩＤパラメータ決定手段７に入力され、
ＰＩＤパラメータ決定手段７はジグラー・ニコルスの調
整則などによってＰＩＤパラメータである比例ゲインＫ
P ，積分時間ＴI 、微分時間ＴD を決定してＰＩＤ制御
装置２に入力し、ＰＩＤパラメータの修正が行われる。
【００３７】なお、プラント同定手段６が上記の要領で
同定を行う場合には、クローズドループであっても、プ
ラントの入出力がわかれば同定ができる。ただし、プラ
ントへの外乱はなく、サンプリング時間は一定でなけれ
ばならない。
同定を行う場合には、クローズドループであっても、プ
ラントの入出力がわかれば同定ができる。ただし、プラ
ントへの外乱はなく、サンプリング時間は一定でなけれ
ばならない。
【００３８】
【発明の効果】本発明の比例積分微分制御パラメータ自
動調整装置は、プラントの入出力を入力して同プラント
を一次遅れ＋むだ時間モデルで同定するプラント同定手
段と、同手段から上記モデルを入力してプラントの比例
ゲイン、積分時間、微分時間を算出してＰＩＤ制御装置
へ出力するＰＩＤパラメータ決定手段を備え、上記プラ
ント同定手段が運転中のプラントの入出力を入力してモ
デルのゲイン、時定数及びむだ時間を算出することがで
きるものとしたことによって、オープンループでもクロ
ーズドループでも適用でき、プラントの運転中でも使用
可能であり、ＰＩＤパラメータの決定に試行錯誤を繰り
返す必要がないため、調整時間もかゝらない装置を実現
する。
動調整装置は、プラントの入出力を入力して同プラント
を一次遅れ＋むだ時間モデルで同定するプラント同定手
段と、同手段から上記モデルを入力してプラントの比例
ゲイン、積分時間、微分時間を算出してＰＩＤ制御装置
へ出力するＰＩＤパラメータ決定手段を備え、上記プラ
ント同定手段が運転中のプラントの入出力を入力してモ
デルのゲイン、時定数及びむだ時間を算出することがで
きるものとしたことによって、オープンループでもクロ
ーズドループでも適用でき、プラントの運転中でも使用
可能であり、ＰＩＤパラメータの決定に試行錯誤を繰り
返す必要がないため、調整時間もかゝらない装置を実現
する。
【図１】本発明の一実施例に係るＰＩＤ制御パラメータ
自動調整装置のブロック図である。
自動調整装置のブロック図である。
【図２】従来の装置のブロック図である。
【図３】上記従来の装置に係る説明図で、（ａ）はＭ系
列信号、（ｂ）は一次遅れ＋むだ時間モデルの入出力信
号の説明図である。
列信号、（ｂ）は一次遅れ＋むだ時間モデルの入出力信
号の説明図である。
１ 目標値 ２ ＰＩＤ制御装置 ３ 入力 ４ プラント ５ 出力 ６ プラント同定手段 ７ ＰＩＤパラメータ決定手段
Claims (1)
- 【請求項１】 目標値とプラントの出力との偏差が入力
される比例積分微分制御装置の出力をその入力とする上
記プラントの入力と出力を入力して同プラントを一次遅
れ＋むだ時間モデルで同定するプラント同定手段、およ
び同手段から上記モデルを入力して比例積分微分制御の
パラメータであるプラントの比例ゲイン、積分時間、微
分時間を算出して上記比例積分微分制御装置へ出力する
比例積分微分パラメータ決定手段を備えたことを特徴と
する比例積分微分制御パラメータ自動調整装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4865994A JPH07261805A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 比例積分微分制御パラメータ自動調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4865994A JPH07261805A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 比例積分微分制御パラメータ自動調整装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07261805A true JPH07261805A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=12809481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4865994A Withdrawn JPH07261805A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 比例積分微分制御パラメータ自動調整装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07261805A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101980095A (zh) * | 2010-09-19 | 2011-02-23 | 天津大学 | 陀螺经纬仪粗寻北的自动跟踪pid控制***及控制方法 |
| CN102073270A (zh) * | 2011-01-27 | 2011-05-25 | 浙江工业大学 | 单输入单输出时滞***的分数阶pid控制方法 |
| US8057648B2 (en) | 2005-01-06 | 2011-11-15 | Samsung Mobile Display Co., Ltd. | Deposition system using noise canceller and its method of control |
| CN102890446A (zh) * | 2012-10-08 | 2013-01-23 | 北京化工大学 | 一种非方时滞***的imc-pid控制器的设计方法 |
| CN104898587A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-09-09 | 北京化工大学 | 基于并行弥漫式智能搜索算法的工业过程建模***与方法 |
| CN105527837A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-04-27 | 蓝星（北京）技术中心有限公司 | 化工生产装置控制回路参数整定测试方法和装置 |
| CN106574797A (zh) * | 2014-09-01 | 2017-04-19 | 三菱电机株式会社 | 空调***的控制装置以及空调***的控制方法 |
-
1994
- 1994-03-18 JP JP4865994A patent/JPH07261805A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN104898587B (zh) * | 2015-03-19 | 2018-02-09 | 北京化工大学 | 基于并行弥漫式智能搜索算法的工业过程建模***与方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |