JPH11327601A - Ｐｉｄ制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】制御定数のオンラインでの自動変更を安定した
状態で行なえるＰＩＤ制御回路を提供すること。 【解決手段】入力されたプロセス値（ＰＶ）５、設定値
（ＳＶ）６、及び与えられた制御定数（７，８，９）を
基にＰＩＤ制御演算を行なう制御手段（１）と、前記制
御定数が変更されたことを検出する検出手段（１４１，
１４２，１４３）と、この検出手段（１４１，１４２，
１４３）で前記制御定数の変更が検出された場合、前記
制御手段（１）への前記設定値を瞬間的に前記プロセス
値に置き換え、その後前記設定値を徐々に元の設定値に
戻すための切換手段（１５）と、を備え、前記設定値が
前記プロセス値に置き換えられる際に、前記制御手段
（１）を一時的に手動制御モードに切り換えるよう制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル制御装置
に適用されるＰＩＤ制御回路に関し、特にＰＩＤ制御器
の制御定数をオンライン変更するための回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来のこの種のＰＩＤ制御回路
の構成を示す図である。図３において、実線の信号線は
デジタル信号を示し、その矢印は信号の流れる向きを示
す。また、破線の信号線はアナログ信号を示し、その矢
印は信号の流れる向きを示す。

【０００３】ＰＩＤ制御器１１には、手動操作器２から
自動制御指令信号４、増加操作指令信号及び減少操作指
令信号１０が入力されるとともに、プロセス値（ＰＶ）
５と設定値（ＳＶ）６が入力される。また、ＰＩＤ制御
器１１には信号発生器３１，３２，３３から、それぞれ
比例ゲイン（Ｋ）７，積分時定数（ＴＩ）８，微分積分
時定数（ＴＤ）９が入力される。

【０００４】図４は、本ＰＩＤ制御回路の動作を示すタ
イムチャートである。ＰＩＤ制御器１１及び自動制御指
令信号４がＯＮのとき、ＰＩＤ制御器１１は入力された
プロセス値（ＰＶ）５と設定値（ＳＶ）６、及び与えら
れた制御定数（比例ゲイン（Ｋ）７、積分時定数（Ｔ
Ｉ）８、微分時定数（ＴＤ）９）に基づいてＰＩＤ制御
演算を行なう。自動制御指令信号４がＯＦＦになると、
ＰＩＤ制御器１１は前回の演算周期での出力値を保持す
ると同時に、手動操作器２からの増加または減少操作指
令信号１０がある場合は、それに応じて出力の増減を行
なう。

【０００５】なお、手動操作器２は運転員が手動操作を
行なうためのものであり、ＰＩＤ制御器１１に対する自
動制御指令信号４のＯＮ／ＯＦＦ切換機能を有する。ま
た、自動制御指令信号４をＯＦＦにしているとき、ＰＩ
Ｄ制御器１１に対して制御器出力の増加または減少操作
指令信号１０を送る機能を有する。信号発生器３１，３
２，３３は、予め設定された定数を出力する。各定数は
本デジタル制御装置の保守機能により、オンラインでの
変更が可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図３に示す従来のＰＩ
Ｄ制御回路では、自動制御中のＰＩＤ制御器１１に入力
されるプロセス値（ＰＶ）５と設定値（ＳＶ）６との間
に偏差があるときに制御定数（７〜９）の変更を行なう
と、下式（１）に示すＰＩＤ制御器１１の伝達関数 Ｙ＝Ｋ（１＋１／（ＴＩ・ｓ）＋ＴＤ・ｓ）・（ＳＶ−ＰＶ） …（１） Ｙ：ＰＩＤ制御器出力、ＳＹ：設定値、ＰＶ：プロセス
値、Ｋ：比例ゲイン、ＴＩ：積分時定数、ＴＤ：微分時
定数から明らかなように、制御定数が変化した瞬間にＰ
ＩＤ制御器１１の出力にも瞬間的な変化が発生する。こ
の変化が外乱となって、プロセスの制御状態が不安定に
なる危険性がある。したがって従来のＰＩＤ制御回路で
は、ＰＩＤ制御器１１の出力の突変を防ぐため、制御定
数の変更を以下の手順で行なわざるを得なかった。 （１）制御定数に先立って、手動操作器２により自動制
御指令信号４をＯＦＦとし、ＰＩＤ制御器１１を手動制
御モ−ドに切り換える。 （２）制御定数の変更を行なう。 （３）手動操作器２からの増加または減少操作指令１０
によりＰＩＤ操作器１１の出力を増減させ、プロセス値
（ＰＶ）５が設定値（ＳＶ）６に十分一致するよう調整
する。 （４）プロセス値（ＰＶ）５が設定値（ＳＶ）６に十分
一致した場合、手動操作器２により自動制御指令信号４
をＯＮとし、ＰＩＤ制御器１１を自動制御に切り換え
る。

【０００７】しかしながら、上記手順（３）の調整作業
は熟練した運転員の技量に依存しており、未熟な運転員
にとっては負担の大きな作業となる。本発明の目的は、
制御定数のオンラインでの自動変更を安定した状態で行
なえるＰＩＤ制御回路を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明のＰＩＤ制御回路は以下の如く
構成されている。本発明のＰＩＤ制御回路は、入力され
たプロセス値、設定値、及び与えられた制御定数を基に
ＰＩＤ制御演算を行なう制御手段と、前記制御定数が変
更されたことを検出する検出手段と、この検出手段で前
記制御定数の変更が検出された場合、前記制御手段への
前記設定値を瞬間的に前記プロセス値に置き換え、その
後前記設定値を徐々に元の設定値に戻すための切換手段
と、を備え、前記設定値が前記プロセス値に置き換えら
れる際に、前記制御手段を一時的に手動制御モードに切
り換えるよう制御する。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
るデジタル制御装置に適用されるＰＩＤ制御回路の構成
を示す図である。図１において、図３と同一な部分には
同一符号を付してある。図１において、実線の信号線は
デジタル信号を示し、その矢印は信号の流れる向きを示
す。また、破線の信号線はアナログ信号を示し、その矢
印は信号の流れる向きを示す。以下、図１に示す回路に
おいて図３に示した従来の回路と相違する点を主として
説明する。

【００１０】コンパレータ１４１，１４２，１４３は、
それぞれ信号発生器３１，３２，３３で制御定数（比例
ゲイン（Ｋ），積分時定数（ＴＩ），微分積分時定数
（ＴＤ））が変更されたことを検出する。コンパレータ
１４１，１４２，１４３は、入力したアナログ信号を前
回の演算周期時の入力値と比較し、異なる場合にはＯＮ
を、同じ場合にはＯＦＦを出力する。

【００１１】ＯＲ回路１２は、コンパレータ１４１，１
４２，１４３から入力されたデジタル信号が全てＯＦＦ
のときにＯＦＦを出力し、その他のときはＯＮを出力す
る。ＮＯＴ回路１３は、ＯＲ回路１２から入力したデジ
タル信号のＯＮ／ＯＦＦを反転させて出力する。ＡＮＤ
回路１１は、ＮＯＴ回路１３と手動操作器２から入力し
たデジタル信号が全てＯＮのときにＯＮを、その他のと
きはＯＦＦをＰＩＤ制御器１へ出力する。

【００１２】レートリミッタ付セレクタ１５は、ＰＩＤ
制御器（比例微分積分器）１に入力される設定値（Ｓ
Ｖ）１６を瞬間的にプロセス値（ＰＶ）５に置き換え、
その後設定値（ＳＶ）１６を徐々に元の設定値（ＳＶ）
６に戻す。また本ＰＩＤ制御回路は、設定値（ＳＶ）１
６が瞬間的にプロセス値（ＰＶ）５に置き換えられる際
に、ＰＩＤ制御器１の出力が突変することを防ぐため、
ＰＩＤ制御器１を一時的に手動制御モードに切り換える
ためのロジックを有している。

【００１３】レートリミッタ付セレクタ１５は、ＯＲ回
路１２から入力した切換信号ＳＥＬがＯＦＦのときはＲ
側の入力信号（設定値（ＳＶ）６）を出力し、切換信号
がＯＮのときはＳ側の入力信号（プロセス値（ＰＶ）
５）を出力する。ただし、出力信号の切り換えに際して
は、切換方向毎に設定可能な変化率に基づき出力信号の
変化率が制限される。

【００１４】図２は、レートリミッタ付セレクタ１５に
おける動作のタイムチャートを示す図である。、レート
リミッタ付セレクタ１５において出力信号をＲ側からＳ
側の入力信号に切り換える際の変化率を無限大（本デジ
タル制御装置内で処理可能な最大値）に設定し、実質的
に変化率制限が無いようにしておく。また、出力信号を
Ｓ側からＲ側の入力信号に切り換える際の変化率につい
ては、ＰＩＤ制御器１の設定値（ＳＶ）１６のランプ状
変動に対してプロセス値（ＰＶ）５が安定に追従できる
程度の変化率を実機の試運転調整時に予め求めて与える
ものとする。

【００１５】以下、図１においてＰＩＤ制御器１が自動
制御中であるときに制御定数である積分時定数（ＴＩ）
８を変更した場合を例に、本ＰＩＤ制御回路の動作手順
を説明する。

【００１６】［制御定数の変更が発生した場合の演算周
期］ （ステップ１） 手動操作器２から出力される自動制御
指令信号４は、自動制御指令中であるため、ＯＮであ
る。

【００１７】（ステップ２） 積分時定数（ＴＩ）８が
変更されると、その下流のコンパレータ１４２が積分時
定数（ＴＩ）８の変化を検知してＯＮ信号を出力する。 （ステップ３） コンパレータ１４２の下流のＯＲ回路
１２経由で、レートリミッタ付セレクタ１５の切換指令
ＳＥＬがＯＮとなるため、セレクタ１５からの出力信号
は、瞬間的にＳ側の入力信号であるプロセス値（ＰＶ）
５に切り換わる。

【００１８】（ステップ４） また、コンパレータ１４
２の出力がＯＮになると、その下流のＯＲ回路１２から
出力されたＯＮ信号がＮＯＴ回路１３でＯＦＦ信号にな
るため、ＡＮＤ回路１１により手動操作部２からの自動
制御指令信号４がブロックされ、実際にＰＩＤ制御器１
に入力される自動制御指令信号１７がＯＦＦとなる。

【００１９】（ステップ５） ＰＩＤ制御器１は、上記
ステップ４により自動制御モードから手動制御モードと
なるため、ＰＩＤ制御演算を中断し、前回の演算周期で
の出力値を保持する。これにより、設定値（ＳＶ）１６
がプロセス値５に瞬間的に変更されたことに伴うＰＩＤ
制御器１の出力の突変が抑制される。

【００２０】［制御定数の変更が発生した場合の次回
（２回目）の演算周期］ （ステップ１） 積分時定数（ＴＩ）８は既に前回の演
算周期で変更されており、今回の演算周期では新たな変
更がないため、その下流のコンパレータ１４２はＯＦＦ
信号を出力する。

【００２１】（ステップ２） コンパレータ１４２の下
流のＯＲ回路１２経由で、レートリミッタ付セレクタ１
５の切換指令ＳＥＬがＯＦＦとなるため、セレクタ１５
からの出力信号は、予め設定された変化率に制限されな
がらＲ側の入力信号である設定値（ＳＶ）１６に切り換
わる。

【００２２】（ステップ３） また、コンパレータ１４
２の出力がＯＦＦになると、その下流のＯＲ回路１２か
ら出力されたＯＦＦ信号がＮＯＴ回路１３でＯＮ信号に
なるため、ＡＮＤ回路１１により手動操作器２からの自
動制御指令信号４のブロックが解除され、実際にＰＩＤ
制御器１に入力される自動制御指令信号１７がＯＮとな
る。

【００２３】（ステップ４） ＰＩＤ制御器１は、上記
ステップ３により手動制御モードから自動制御モードと
なるため、ＰＩＤ制御演算を再開する。このとき、設定
値（ＳＶ）１６はプロセス値（ＰＶ）５に合わせ込まれ
ているため、ＰＩＤ制御器１の出力の突変が抑制され
る。

【００２４】［制御定数の変更が発生した場合の次々回
（３回目）以降の演算周期］ （ステップ１） レートリミッタ付セレクタ１５からの
出力信号は、予め設定された変化率に制限されながら、
徐々にＲ側の入力信号である設定値（ＳＶ）６に近づい
ていき、最終的には完全に設定値（ＳＶ）１６と一致す
る。

【００２５】（ステップ２） ＰＩＤ制御器１は、設定
値（ＳＶ）１６の変化に応じたＰＩＤ制御演算を行な
う。このとき、設定値（ＳＶ）１６の変動が緩慢である
ことより、ＰＩＤ制御器１の出力の変化も緩慢となるた
め、プロセスの制御状態に大きな外乱を与えることがな
い。

【００２６】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施でき
る。 （実施の形態のまとめ）実施の形態に示された構成及び
作用効果をまとめると次の通りである。

【００２７】実施の形態に示されたＰＩＤ制御回路は、
入力されたプロセス値（ＰＶ）５、設定値（ＳＶ）６、
及び与えられた制御定数（７，８，９）を基にＰＩＤ制
御演算を行なう制御手段（１）と、前記制御定数が変更
されたことを検出する検出手段（１４１，１４２，１４
３）と、この検出手段（１４１，１４２，１４３）で前
記制御定数の変更が検出された場合、前記制御手段
（１）への前記設定値を瞬間的に前記プロセス値に置き
換え、その後前記設定値を徐々に元の設定値に戻すため
の切換手段（１５）と、を備え、前記設定値が前記プロ
セス値に置き換えられる際に、前記制御手段（１）を一
時的に手動制御モードに切り換えるよう制御する。

【００２８】したがって上記ＰＩＤ制御回路によれば、
自動制御中のＰＩＤ制御器１からの出力を突変させるこ
となく、即ちプロセスの制御状態に大きな外乱を与える
ことなく安定した状態で、前記ＰＩＤ制御器１の制御定
数をオンラインで自動変更できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明のＰＩＤ制御回路によれば、自動
制御中のＰＩＤ制御器からの出力を突変させることな
く、即ちプロセスの制御状態に大きな外乱を与えること
なく安定した状態で、前記ＰＩＤ制御器の制御定数をオ
ンラインで自動変更できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るデジタル制御装置に
適用されるＰＩＤ制御回路の構成を示す図。

【図２】本発明の実施の形態に係るレートリミッタ付セ
レクタにおける動作のタイムチャートを示す図。

【図３】従来例に係るＰＩＤ制御回路の構成を示す図。

【図４】従来例に係るＰＩＤ制御回路の動作を示すタイ
ムチャート。

【符号の説明】

１…ＰＩＤ制御器（比例微分積分器） ２…手動操作器 ３１〜３３…信号発生器 ４…自動制御指令信号 ５…プロセス値（ＰＶ） ６…設定値（ＳＶ） ７…比例ゲイン（Ｋ） ８…積分時定数（ＴＩ） ９…積分時定数（ＴＤ） １０…増加または減少操作指令 １１…ＡＮＤ回路 １２…ＯＲ回路 １３…ＮＯＴ回路 １４１〜１４３…コンパレータ １５…レートリミッタ付セレクタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力されたプロセス値、設定値、及び与え
   られた制御定数を基にＰＩＤ制御演算を行なう制御手段
   と、 前記制御定数が変更されたことを検出する検出手段と、 この検出手段で前記制御定数の変更が検出された場合、
   前記制御手段への前記設定値を瞬間的に前記プロセス値
   に置き換え、その後前記設定値を徐々に元の設定値に戻
   すための切換手段と、を具備し、 前記設定値が前記プロセス値に置き換えられる際に、前
   記制御手段を一時的に手動制御モードに切り換えるよう
   制御することを特徴とするＰＩＤ制御回路。