JPS59223803A - 制御装置 - Google Patents
制御装置Info
- Publication number
- JPS59223803A JPS59223803A JP9786783A JP9786783A JPS59223803A JP S59223803 A JPS59223803 A JP S59223803A JP 9786783 A JP9786783 A JP 9786783A JP 9786783 A JP9786783 A JP 9786783A JP S59223803 A JPS59223803 A JP S59223803A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control
- target value
- control constant
- disturbance
- constant
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はプロセス制御装置に係り、特に、制御装置の制
御定数を最適値に自動調整する鴎能を有する制御装置に
関する。
御定数を最適値に自動調整する鴎能を有する制御装置に
関する。
従来技術の概略と欠点を第1図と第2図を用いて説明す
る。
る。
第1図に、従来の一般的なPID制御系の制御ブロック
線図を示す。1は制御装置、2は制御対象となるプロセ
スである。yはプロセス2の制御量、yrは該制御量y
の目標値、3は目標値y。
線図を示す。1は制御装置、2は制御対象となるプロセ
スである。yはプロセス2の制御量、yrは該制御量y
の目標値、3は目標値y。
と制#tyの偏差ε(=yr−y)を演算する減算器、
Uは制御装置1の出力でありプロセス2の操作量である
。dはプロセス2に印加する外乱である。
Uは制御装置1の出力でありプロセス2の操作量である
。dはプロセス2に印加する外乱である。
制御装置1を比例・積分動作(PI動作)とした場合、
制御装置1の伝達関数G、(81は次のようになる。
制御装置1の伝達関数G、(81は次のようになる。
K+
G 、t8)=K P (1+ −) ・
・・・・・・・・・・・・・・(1)ここで、K、は比
例ゲイン、K1は積分ゲインである。制御装置1は、制
御量yが目標値yrに一致するよう、すなわち偏差εが
零となるに(1)式に基ついて制御演算をする。目標値
yrを変更した場合、あるいは外乱dが印加した場合に
、制御量yが目標値yrに致達するまでの時間や偏差ε
(=y、 y)の変化幅のような制御特性は、(1)
式の制御定数である比例ゲインKp1積分ゲインに1に
依存する。目標値y、変更時の理想的な制御特性は、制
御量yが目標値y、にすみやかに追従しテy カy 、
IIC一致し、かつ、オーバーシュート量(y yr
)が小さいことである。また、外乱dが印加した場合の
理想的な制御特性は、制御量yがすみやかに目標値y、
に戻って一致することである。
・・・・・・・・・・・・・・(1)ここで、K、は比
例ゲイン、K1は積分ゲインである。制御装置1は、制
御量yが目標値yrに一致するよう、すなわち偏差εが
零となるに(1)式に基ついて制御演算をする。目標値
yrを変更した場合、あるいは外乱dが印加した場合に
、制御量yが目標値yrに致達するまでの時間や偏差ε
(=y、 y)の変化幅のような制御特性は、(1)
式の制御定数である比例ゲインKp1積分ゲインに1に
依存する。目標値y、変更時の理想的な制御特性は、制
御量yが目標値y、にすみやかに追従しテy カy 、
IIC一致し、かつ、オーバーシュート量(y yr
)が小さいことである。また、外乱dが印加した場合の
理想的な制御特性は、制御量yがすみやかに目標値y、
に戻って一致することである。
次に従来技術の具体的制御特性の例を述べる。
制御装置1の伝達関数が(1)式、プロセス2の伝達関
数G、(S)が次式の場合について考える。
数G、(S)が次式の場合について考える。
第2図に、このときの制御特性の例を示す。同図の破線
は目標値y r (Set paint )を示す。5
pYrはyrをOから1にステップ状増加したときy、
の信号レベルを示し、DYrは外乱dが印加した場合の
yrを示す(yrは0で変化がない)。5P−yは目標
値y、をステッ゛プ状に変化したときの制御tyの特性
であり、実線で示す5P−yc13P)は目標値yr変
更に対して制御装置1の制御定数K p 、 K Iを
最適にした場合の制御量yの特性である。また、D−y
は外乱dが印加した場合の制御量yの特性を示し、一点
鎖線で示すD−y(Oilは外乱印加に対して制御定数
に、IK+を最適にした場合の制御量yの特性である。
は目標値y r (Set paint )を示す。5
pYrはyrをOから1にステップ状増加したときy、
の信号レベルを示し、DYrは外乱dが印加した場合の
yrを示す(yrは0で変化がない)。5P−yは目標
値y、をステッ゛プ状に変化したときの制御tyの特性
であり、実線で示す5P−yc13P)は目標値yr変
更に対して制御装置1の制御定数K p 、 K Iを
最適にした場合の制御量yの特性である。また、D−y
は外乱dが印加した場合の制御量yの特性を示し、一点
鎖線で示すD−y(Oilは外乱印加に対して制御定数
に、IK+を最適にした場合の制御量yの特性である。
一方、5P−yO]は外乱印加に対して最適な制御定数
K p 、 K +を設定しているときに目標値y。
K p 、 K +を設定しているときに目標値y。
をステップ状に変化したときの制御量yの特性であり、
D−y(SP)は目標値変更に対して最適な制御定数K
p 、 K rを設定しているときに外乱dを印加し
たときの制御量yの特性である。目標値変更時の制御特
性としては、オーバーシュート量(y yr)が小さ
いという点から5P−IC8P)の方が5P−y(1)
lよりも良い。また、外乱印加時の制御特性としては、
制御量yが目標値yrにすみやかに戻るという点からD
−yQ)lの方がD−)’(SP)よりも良い。
D−y(SP)は目標値変更に対して最適な制御定数K
p 、 K rを設定しているときに外乱dを印加し
たときの制御量yの特性である。目標値変更時の制御特
性としては、オーバーシュート量(y yr)が小さ
いという点から5P−IC8P)の方が5P−y(1)
lよりも良い。また、外乱印加時の制御特性としては、
制御量yが目標値yrにすみやかに戻るという点からD
−yQ)lの方がD−)’(SP)よりも良い。
すなわち、従来の方法では目標値変更に対して最適な制
御定数を設定すると外乱が印加した場合の制御特性が悪
くなり、外乱印加に対して最適な制御定数を設定すると
目標値y更時の制御特性が悪くなるという欠点がある。
御定数を設定すると外乱が印加した場合の制御特性が悪
くなり、外乱印加に対して最適な制御定数を設定すると
目標値y更時の制御特性が悪くなるという欠点がある。
なお、制御装置1がPID動作である場合も上記のよう
な欠点がある。
な欠点がある。
本発明の目的は、目標値を変更したり外乱が印加された
時に、常に最良な制御特性が得られる制御装置を提供す
ることである。
時に、常に最良な制御特性が得られる制御装置を提供す
ることである。
本発明は、PID制御装置の最適な制御定数が目標値変
更時と外乱印加時で異なることに着目して生まれたもの
である。本発明の特徴は、PIまたはPID制御装置に
おいて、通常は外乱印加に対する最適な制御定数を設定
しておき、目標値変更時のみ目標値変更に対する最適な
制御定数に切□替えるようにしたことである。この理由
は、外乱□の印加はいつ起こるかわからないが、目標値
を変更するときは目標値信号の変化より容易にこれを検
出できるからである。
更時と外乱印加時で異なることに着目して生まれたもの
である。本発明の特徴は、PIまたはPID制御装置に
おいて、通常は外乱印加に対する最適な制御定数を設定
しておき、目標値変更時のみ目標値変更に対する最適な
制御定数に切□替えるようにしたことである。この理由
は、外乱□の印加はいつ起こるかわからないが、目標値
を変更するときは目標値信号の変化より容易にこれを検
出できるからである。
〔発明の実施例]
本発明の一実施例を、第3図〜第5図を用いて説明する
。第3図において、2のプロセス、3の減算器、及びy
l、y、ε、!は第1図の従来の場合と同じである。1
0は、制御定数を変更することができるPI動作の制御
装置である。11は、目標値y、に基づいて制御装置1
0の制御定数K 、 、 K Iを変更する制御定数変
更装置である。
。第3図において、2のプロセス、3の減算器、及びy
l、y、ε、!は第1図の従来の場合と同じである。1
0は、制御定数を変更することができるPI動作の制御
装置である。11は、目標値y、に基づいて制御装置1
0の制御定数K 、 、 K Iを変更する制御定数変
更装置である。
制御装置10の伝達関数が(1)式、プロセス2の伝達
関数が(2)式の場合の制御定数変更装置11の演算フ
ローを第4図に示す。目標値y、変更中または目標値変
更後一定時間(例えば10秒)経過しないうちは、制御
装置100制御定数に、、I(。
関数が(2)式の場合の制御定数変更装置11の演算フ
ローを第4図に示す。目標値y、変更中または目標値変
更後一定時間(例えば10秒)経過しないうちは、制御
装置100制御定数に、、I(。
を、目標値変更に対する最適制御定数に設定する。
また、それ以外の目標値y、を一定値に維持している場
合は、Kp、に+を外乱印加に対する最適制御定数に設
定しておく。なお、制御装置10、制御定数変更装置1
1、減算器3はマイクロコンピュータで実現する。制御
定数変更装置11の演算は第4図に示すように、スター
トからエンドまで一定周期毎に演算が繰り返されている
。゛また、制御装置10の演算は、制御定数変更装置1
1の演算が終ってから実施されるようにする。
合は、Kp、に+を外乱印加に対する最適制御定数に設
定しておく。なお、制御装置10、制御定数変更装置1
1、減算器3はマイクロコンピュータで実現する。制御
定数変更装置11の演算は第4図に示すように、スター
トからエンドまで一定周期毎に演算が繰り返されている
。゛また、制御装置10の演算は、制御定数変更装置1
1の演算が終ってから実施されるようにする。
次に本笑施例の動作を説明する。′!、ず目標値変更時
の動作を説明する。目標値y1を変更すると、制御定数
変更装置11ではy、が変化したことを検出して、制御
装置10の制御定数K 、 、 K rを目標値変更に
対する最適制御定数に設定する。制御装置10では、目
標値y、と制御+iyの偏差ε(=yt−y)を入力し
て、設定された制御定数に、。
の動作を説明する。目標値y1を変更すると、制御定数
変更装置11ではy、が変化したことを検出して、制御
装置10の制御定数K 、 、 K rを目標値変更に
対する最適制御定数に設定する。制御装置10では、目
標値y、と制御+iyの偏差ε(=yt−y)を入力し
て、設定された制御定数に、。
KIにしたがって比例・積分動作の演算をし、操作量U
を出力する。プロセス2は操作iiuを入力して制ti
lltyを出力する。目標値’/rを変更すると制御装
置10の動作により、制御量yFiy rに追従して変
化しy、と一致するようになる。目標値yア変更後一定
時間(10秒間)経過すると、制御定数Kp、Ktは外
乱印加に対する最適制御定数に再び設定される。第5図
に制御特性を示す。
を出力する。プロセス2は操作iiuを入力して制ti
lltyを出力する。目標値’/rを変更すると制御装
置10の動作により、制御量yFiy rに追従して変
化しy、と一致するようになる。目標値yア変更後一定
時間(10秒間)経過すると、制御定数Kp、Ktは外
乱印加に対する最適制御定数に再び設定される。第5図
に制御特性を示す。
目標値y、を0からIKスステップ状変更したときのy
、を、5P−y、として示す。とのときの制御量yの変
化を5P−yで示すように、第2図で示した5P−y(
SP)と同じ特性になる。なお、10秒後に制御定数K
p 、 K +を変更しても制御jil:yの変化は
非常に小さく問題はない。次に外乱印加時の制御特性を
述べる。目標値y、を一定に維持している通常時は、制
御装置10の制御定数Kp、に+は外乱印加に対する最
適な制御定数に設定されている。第5図のD−yrは一
定に維持している目標値y、を示している。外乱dを0
秒で0から1にステップ状に加えたときの制御量yの変
化をD−yで示すが、第2図に示すD−yQ)1と同じ
特性となる。なお、第5図のシミュレーション実験では
、操作量Uと外乱dを加算する値がプロセス2の入力と
なるように計算している。
、を、5P−y、として示す。とのときの制御量yの変
化を5P−yで示すように、第2図で示した5P−y(
SP)と同じ特性になる。なお、10秒後に制御定数K
p 、 K +を変更しても制御jil:yの変化は
非常に小さく問題はない。次に外乱印加時の制御特性を
述べる。目標値y、を一定に維持している通常時は、制
御装置10の制御定数Kp、に+は外乱印加に対する最
適な制御定数に設定されている。第5図のD−yrは一
定に維持している目標値y、を示している。外乱dを0
秒で0から1にステップ状に加えたときの制御量yの変
化をD−yで示すが、第2図に示すD−yQ)1と同じ
特性となる。なお、第5図のシミュレーション実験では
、操作量Uと外乱dを加算する値がプロセス2の入力と
なるように計算している。
なお、制御定数の最適化についてここで簡単に述べる。
制御装置10の伝達関数G、(S)をQS)/ sと置
く。(11式より次の関数が成り立つ。
く。(11式より次の関数が成り立つ。
また、プロセス2゛の伝達関数G、(S)を次のような
一般的な形で表現する(ここでは(2)式と同じに2次
式とする)。
一般的な形で表現する(ここでは(2)式と同じに2次
式とする)。
目標値yrから制御量yまでの伝達関数y/ y rは
次のようになる。
次のようになる。
一方、外乱dから制御量yまでの伝達関数y/dは次の
ようになる。
ようになる。
なお(6)式の導出に当っては、目標値yrを零に、プ
ロセス2への入力を操作量Uと外乱dの加算した値とし
ている。また(3)式で示したCo)を次式と置く。
ロセス2への入力を操作量Uと外乱dの加算した値とし
ている。また(3)式で示したCo)を次式と置く。
C(S)=Co+CtS+CzS”+Cs53・”−・
・、”・”・・(7)PI動作であるから当然、Co=
K 、K I’s et=Kp。
・、”・”・・(7)PI動作であるから当然、Co=
K 、K I’s et=Kp。
Cz =0 、 C3=0 である。プロセス2の伝達
関数に応じた最適な制御定数K 、 、 K Iを求め
るための参照モデルG、(S)は次のようになる。
関数に応じた最適な制御定数K 、 、 K Iを求め
るための参照モデルG、(S)は次のようになる。
ここで、σは目標値y、をステップ状に増加したときの
制御tyの立ち上がり時間である。制御量yのオーバー
シュート量をほぼ零にするための係数(α2.α3)は
(0,375,0,0625)である。
制御tyの立ち上がり時間である。制御量yのオーバー
シュート量をほぼ零にするための係数(α2.α3)は
(0,375,0,0625)である。
最初に、目標値変更に対する制御定数Kp。
KIを求める。(5)式で示したyrからytでの伝達
関数y/y、が(8)式で示した理想的な参照モデルの
伝達関数G、(S)とできるだけ一致するようにCoの
係数を決める。(5)式と(8)式が一致したとすると
次式が成り立つ。
関数y/y、が(8)式で示した理想的な参照モデルの
伝達関数G、(S)とできるだけ一致するようにCoの
係数を決める。(5)式と(8)式が一致したとすると
次式が成り立つ。
したがって次式が成り立つ。
(7)式より02=0であるから(121式を満たす最
小の正のσを求め(立ち上がり時間は小さい方が当然良
い)、これを凹成、(111式に代入してK 、 、
K tを求める。(21式で示したように、go =l
l gl =4+g2=2.4としたときαり式を満
たす正の最小のσはσ=1.76となり、これを凹成、
α0式に代入すると第4図に示すようにに、=1.89
8.Kt=0.299が求まる。
小の正のσを求め(立ち上がり時間は小さい方が当然良
い)、これを凹成、(111式に代入してK 、 、
K tを求める。(21式で示したように、go =l
l gl =4+g2=2.4としたときαり式を満
たす正の最小のσはσ=1.76となり、これを凹成、
α0式に代入すると第4図に示すようにに、=1.89
8.Kt=0.299が求まる。
次に外乱印加に対する最適な制御定数を決定する。この
場合、(6)式と(8)式が次の関係を満たすようにC
(S)の係数を決める。
場合、(6)式と(8)式が次の関係を満たすようにC
(S)の係数を決める。
α淘式より次式が成り立つ。
C■)=CO(1+σS+α2σ2S2+α3σ3S3
)−8(go+gx’s+gz 82) ”Co + (Coσ−go ) S + (Co a
2σ2−gl)82+(Co=α3σ3−gz)S”十
・・・ ・・・・・・・・・I(7)式と0
.41式より次式が成り立つ。
)−8(go+gx’s+gz 82) ”Co + (Coσ−go ) S + (Co a
2σ2−gl)82+(Co=α3σ3−gz)S”十
・・・ ・・・・・・・・・I(7)式と0
.41式より次式が成り立つ。
Ct ”= K p Kt = Coσ−go
・・・・・・・・・・・・・・・(lωC2= C
oα2σ” g1=0 ・・・・・・・
・・・・・・・・(16)C3=COα3σ3g2=0
+++++++・Hl・++(17)α0
式と<17)式よりCo 、σを求めると次のようにな
る。
・・・・・・・・・・・・・・・(lωC2= C
oα2σ” g1=0 ・・・・・・・
・・・・・・・・(16)C3=COα3σ3g2=0
+++++++・Hl・++(17)α0
式と<17)式よりCo 、σを求めると次のようにな
る。
上式を(へ)式に代入し自を求め、K 、 、 K l
を求める。go ””L gx −4+ gz =2.
4 としたとき、K p 、 K +は第4図に示す
ように次のようになる。
を求める。go ””L gx −4+ gz =2.
4 としたとき、K p 、 K +は第4図に示す
ように次のようになる。
K、−1,963,K +=0.419なお、(4)式
で示したようなプロセス2の伝達関数が不明の場合は、
カルマンフィルタ、ア、ルプリズムなどを用いて伝達関
数を同定する。
で示したようなプロセス2の伝達関数が不明の場合は、
カルマンフィルタ、ア、ルプリズムなどを用いて伝達関
数を同定する。
本実施例によれば、目標値変更時でも外乱印加時でも、
制御装置の制御定数を常にそれに対応した最適値にする
ことができるので、常に最良の制wJfi8性を得るこ
とができるという効果がある。
制御装置の制御定数を常にそれに対応した最適値にする
ことができるので、常に最良の制wJfi8性を得るこ
とができるという効果がある。
上記した実施例では、PI動作の制御装置について述べ
たが、PID動作の制御装置でも本発明を適用すること
ができる。
たが、PID動作の制御装置でも本発明を適用すること
ができる。
また、PID動作をする制#装置以外に、ノイズフィル
タ、進み遅れ補償回路のような補償回路がある場合にも
、本発明を適用するととができる。
タ、進み遅れ補償回路のような補償回路がある場合にも
、本発明を適用するととができる。
本発明によれば、制御装置の制御定数を常に最適な値に
設定することができるので、目標」直変更時で−も外乱
が印加された場合でも常に最良の制御特性を得ることが
できるという効果がある。
設定することができるので、目標」直変更時で−も外乱
が印加された場合でも常に最良の制御特性を得ることが
できるという効果がある。
第1図は従来技術における制御フ頴ツク線図、第2図は
従来技術による制御特性を説明する図。 第3図は本発明一実施例の制御ブロック線図、第4図は
第3図を補足説明する図、第5図は本発明一実施例の制
御特性を説明する図である。 10・・・PI動作の制御装置、2・・・制御対象のプ
ロセス、3・・・減算器、11・・・制御定数変更装置
、y、・・・目標値、y・・・制御量、ε・・・偏差(
=y、−y)、第1m 第20 任1 間 (耳Fン 茅3(2) よ 華4関 業50 I?trQi(社)
従来技術による制御特性を説明する図。 第3図は本発明一実施例の制御ブロック線図、第4図は
第3図を補足説明する図、第5図は本発明一実施例の制
御特性を説明する図である。 10・・・PI動作の制御装置、2・・・制御対象のプ
ロセス、3・・・減算器、11・・・制御定数変更装置
、y、・・・目標値、y・・・制御量、ε・・・偏差(
=y、−y)、第1m 第20 任1 間 (耳Fン 茅3(2) よ 華4関 業50 I?trQi(社)
Claims (1)
- 1、制御対象となるプロセスの制御量をフィードバック
するフィードバック信号yと曲射プロセスの制御量の目
標値である目標値信号y1との偏差を演算して得られる
偏差値信号(y、y) から、制御定数にしたがって
制御演算して前記プロセスに入力する操作信号を発生す
る制御装置を具備してなるものにおいて、比例、積分、
微分の各演算のうち少なくても1つ以上の演算をする前
記制御装置と、目標値信号y1に基づいて比例、積分、
微分の各演算に係る制御定数を変更する制御定数変更装
置を具備してなることを特徴とする制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9786783A JPS59223803A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9786783A JPS59223803A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59223803A true JPS59223803A (ja) | 1984-12-15 |
Family
ID=14203693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9786783A Pending JPS59223803A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59223803A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61164506U (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-13 | ||
JPS6270904A (ja) * | 1985-09-24 | 1987-04-01 | Nissei Plastics Ind Co | 温度制御方法 |
JPS6277607A (ja) * | 1985-09-11 | 1987-04-09 | Chino Corp | Pid定数の自動調整装置 |
JPS62123329A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-04 | Mitsubishi Electric Corp | エンジン試験の制御装置 |
EP0333477A2 (en) * | 1988-03-18 | 1989-09-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Process control system |
US8056579B2 (en) | 2007-06-04 | 2011-11-15 | Horiba Stec, Co., Ltd. | Mass flow controller |
-
1983
- 1983-06-03 JP JP9786783A patent/JPS59223803A/ja active Pending
Cited By (7)
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