JPH01258003A - オートチユーニングｐｉｄ調節計 - Google Patents

オートチユーニングｐｉｄ調節計

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JPH01258003A
JPH01258003A JP63084037A JP8403788A JPH01258003A JP H01258003 A JPH01258003 A JP H01258003A JP 63084037 A JP63084037 A JP 63084037A JP 8403788 A JP8403788 A JP 8403788A JP H01258003 A JPH01258003 A JP H01258003A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はオートチューニングＰＩＤ調節計に係り、特に
プロセス制御に用いられるプ゛ロセスの制御応答より目
標値変更と外乱に対し制御応答を速やかに整定させるＰ
ＩＤ定数を自動設定するのに好適なオートチューニング
（常数の自動調整）ＰＩＤ調節計に関するものである。
〔従来の技術〕
ＰＩＤ制御系において、ＰＩＤ定数の設定は、熟練調整
者の経験や勘に基づいて設定していた。
しかし、手動設定では、プロセス立ち上げ時やプロセス
特性変化時にその都度調整者がＰＩＤ定数をチューニン
グ作業を行っていた。このような手間を省くため、調節
計自身にＰＩＤ定数のオートチューニング機能を設けた
製品が「計装Ｊ　（１９８７゜Ｖｏｆｌ、３ＯＮａ１２
．第５８頁〜第６５頁）に記載されている。
従来、目標値変更によるものと外乱印加による制御応答
特性は異なり、それに対するＰＩＤ定数のチューニング
法は、［ディジタル計装制御システムＪ　（計装自動制
御学会偏）の第１０３頁〜第１１８頁に記載のように、
例えば、チェンーホロネスーレスウイツク（Ｃｈｉｅｎ
　−１１ｏｒｏｎｅｓ　−Ｒｅ５ｗ１ｃｋ）法では、設
定値変更とステップ状外乱とではチューニング法が異な
る。シイグラ−・ニイコレス（Ｚｉｅｇ　Ｑ　ｅｒ　−
Ｎ１ｃｈｏ　Ｑ　ｓ）法ではそれが同一であるが、減衰
比２５％と規定値であり、所望の減衰比、例えば、１０
％、オーバシュート量５％という調整法が得られない。
また、ファジィ推論を用い、共通の知識ベースと特徴量
を用いてチューニングを行うと、目標値変更または外乱
どちらか一方のみのＰより定数となり、目標値変更、外
乱とも好適なＰＩＤ定数を得られないという欠点があっ
た。
〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、目標値変更に対しても外乱印加に対し
ても区別な（ｒ’ＩＤ定数のチューニングをはかつてい
る。しかし、ＰＩＤ演算では、目標値変更による制御性
を最適にすれば、外乱の制御性が悪くなったり、外乱に
より制御性を最適にすれば、目標値変更による過渡応答
が悪くなったりすることがある。このため、設定値変更
が外乱応答かどちらか一方に対してしかＰＩＤ定数が設
定されないという問題があった。
本発明の目的は、目標値変更による偏差の発生には過渡
応答波形がよくなるようにＰＩＤ定数を調節し、目標値
変更によらない外乱印加やプロセスの特性変化による偏
差の発生には、減衰特性がよくなるようにするＰＩＤ定
数を調節することにより両方の応答に対して良好なＰＩ
Ｄ定数を設定することができるオートチューニングＰＩ
Ｄ調節計を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、プロセスの制御応答より制御性の特徴量を
求め、求めた特徴量よりＰＩＤ定数を導出して自動設定
するＰＩＤ調節計において、目標値と制御量との偏差が
目標値変更によるものか外乱によるものかの判断部と、
上記制御量によりＰＩＤ定数を導出するＰＩＤ定数決定
部を目標値変更と外乱とに分離して設け、上記判定部の
結果によりスイッチを切り替えてＰより定数を設定する
構成として達成するようにした。
〔作用〕
変化した目標値変化幅を目標値変更検出部で促え、判断
部で偏差発生時の目標値変化幅がしきい値以上かどうか
で目標値変更か外乱印加かを判断し１判断した結果に基
づいて知識処理選択部は、目標値変更用かまたは外乱用
の知識ベースを選択し、特徴量選択部も目標値変更用特
徴量または外乱用特徴量を選択する。そして、選択され
た知識ベース及び特徴量に基づき、ファジー推論部は、
新たなｒ’ＩＤ定数を導出し、ＰＩＤ演算部に設定され
る。これにより、目標値変更及び外乱に対しそれぞれ良
好にＰＩＤ定数が設定され、しかも、目標値変更による
偏差の発生に対し、外乱抑制用のＩＩ　Ｉ　Ｄ定数が設
定されることがない。
〔実施例〕
以下本発明を第１図に示した実施例及び第２図〜＠５図
を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明のオートチューニングＩ’ＩＤ調節計の
一実施例を示す構成図である。マイクロプロセッサを搭
載したＰＩＤ調節計１１は、プロセス１０に対し目標値
と制御量が一致するようにＰＩＤ演算を行うｒ’ＩＤ演
算部１と、目標値と制御量との偏差より特徴量を求める
偏差特徴量導出部２と、目標値変更を検出する目標値変
更検出部３と、目標値変更か外乱かを判断する判断部４
と、判断部４の結果に基づき特徴量を選択する特徴量選
択部５と、知識ベースを選択する知識処理選択部６と、
ファジー推論に用いるＩ’ＩＤ調節規則及びメンバーシ
ップ関数を含む目標値変更用知識ベース７と、外乱用知
識ベース８及び選択された知識ベースよりＩ’ＩＤ定数
を設定するファジー推論部９より構成されている。
Ｉ’ＩＤ演算部１は、目標値ｒ　（ｔ）とプロセス１０
からの制御量ｙ　（ｔ）との何着ｅ　（ｔ）に対し、比
例−？′Ｐ　Ｒ、積分時間Ｔｒ、、微分時間Ｔｏを変数
とする次式の演算を行い、操作ｆｆｉＭＶを出方する。
ここに、Ｓ；ラプラス演算子 偏差特徴量導出部２は、偏差ｅ（ｔ）の信号波形から特
徴量を求める。
第２図に偏差波形信号と特徴量を示す。特徴量導出部２
は、測定したピーク値、ピーク発生時間などからオーバ
シュート量ｏｖ、振幅減衰比ＤＰ。
振動周期Ｄｔ、整定時間Ｓｔを算出する０次に、振動周
期Ｄｔ及び整定時間Ｓｔについては、前回の偏差発生時
の値を今回求まった値で割算した振動周期比ＤＲ，整定
時間比ＳＲを求めて特徴量とする。特徴量の計算式とし
て、下記の（２）式にオーバシュート量ＯＶ、（３）式
に振幅減衰比ＤＰ。
（４）式に振動周期比ＳＲ，（５）式に整定時間ＤＲを
求める式を示す。
○Ｖ＝ＰＥＡＫ２／ＰＥＡＫＩ　　　　　　・（２）Ｄ
Ｐ＝ＰＥＡＫ３／ＰＥＡＫ２　　　　　　・・・（３）
ＳＲ＝Ｓ　ｔ（Ｎ）／Ｓ　ｔ（Ｎ−１）　　　　　　・
・・（４）ＤＲ＝Ｄｔ（Ｎ）／Ｄｔ（Ｎ−１）　　　　
　　　・・・（５）ここに、５ｔ（Ｎ）；今回求まった
整定時間Ｄ　ｔ　（Ｎ）　；今回求まった振動時間５ｔ
（Ｎ−１）；前回求まった整定時間Ｄｔ（Ｎ−１）；前
回求まった整定時間Ｉ’ＥＡＫ１／ＰＥＡＫ３　；第２
図参照これらの譜量は、制御応答のよしあしを決定する
ものならよく、他に立ち上がり時間、ピーク検出数など
がある。偏差波形信号よりピークの検出を開始するのは
、人が設定した所定値が偏差の絶対値を越えたときより
行う。越えない場合は、ピーク検出を行わず、特徴量を
算出せず、ｒ’ＩＤ定数の変更はしない。
目標値変更検出部３は、目標値ｒ　（ｔ）に対し、次式
により目標値変化幅ΔＳｖを計算する。
ΔＳ　Ｖ　＝　ｒ　（ｔ　）　−ｒ　（を−Δｔ　）　
　　　　　・（６）ここに、ｒ　（ｔ）　　；今回の目
標値ｒ（を−Δｔ）；サンプリング周期Δを秒前の目標
値 判断部４は、偏差信号ｅ　（ｔ）の変化を検出し、変化
が所定値を越えた場合、目標値変化幅ΔＳＶに変化があ
ったかどうかを判定し、変化有りの場合は目標値変化モ
ードの、変化なしの場合は外乱印加モードの切替信号を
出力する。
特徴量選択部５は、モード切替信号を受け、目標値変更
モードのときは、オーバシュート量、振幅減衰比、整定
時間比を偏差特徴量導出部２より選択して出力する。外
乱印加モードのときは、オーバシュート量、振幅減衰比
、振動周期比を選択し、特徴量として出力する。なお、
特徴量選択部５と偏差特徴量導出部２とを一体とし、あ
らかじめ偏差特徴量導出部２において求める特徴量を選
択することも実現できる。
知識処理選択部６は、モード切替信号を受け、目標値変
更用か外乱印加時の知識ベースを選択する。第３図に目
標値変更用及び外乱印加用のＰＩＤ調整規則を示し、第
４図に目標値変更用及び外乱印加用のファジィ推論用の
メンバーシップ関数の一例を示す、第３図のＰＩＤ調整
規則は、ｒＩＦ　　　０Ｖ＝ＰＢ、ＤＧ＝Ｉ’Ｉ３，５
Ｐ＝ＰＩ３ＴＩＩＥＮ　　　ＣＰＲ＝ＵＩ’、ＣＴ＋　
　＝ＵＰ、ＣＴ。
＝ＰＷＪ という条件文で記録しており、これは、「もし、オーバ
シュート量が大きく、振幅減衰比も太き（、整定時間比
も大きいとき、比例ｇＰＲを大きくし、積分時間ＴＩを
大きくシ、微分時間Ｔｏを小さくしなさい、」という意
味である。ここで、Ｉ’Ｂ（ボデイブビック）は「大き
いＪ　、　ＮＢ　（ネガティブビック）は「小さい」、
ＺＯは「適度」。
ＵＰは「大きくするＪ　、ＤＷは「小さくする」。
ＮＧは「変えない」という言語変数を表わす。
ＣＰ　Ｒ、ＣＴ　ｌ、　ＣＴ　ｏはそれぞれ比例帯、積
分時間、微分時間に対する修正係数を示す、　Ｕｒ’。
ＤＷ、ＮＣの命令は、熟練調整者またはシミュレーショ
ンなどにより決定する。ＰＩＤ調整規則及びメンバーシ
ョップ関数は、熟練調整者が異なると相違することもあ
る。
ファジィ推論部９は、求まった特徴量と知識ベースを基
にＩ’ＩＤ定数を決定する。ファジィ推論には、イ、エ
ッチ、マンダニイ（Ｅ　、　Ｈ、Ｍａｎｄａｎｉ）の方
法によるアルゴリズムを使用する。ファジィ推論過程を
第５図に示す。求めた特徴量からファジィ集合○Ｖ、Ｄ
Ｐ、ＳＰまたはＱＲの所属塵ＧＲＡＤＥを求め、それぞ
れの所属塵で最も小さいものを求めｇ拳とする。ｇｌと
ファジィ集合ＣＰＲ。
ＣＴＩ、ＣＴＤのそれぞれのメンバーシップ関数とを比
較し、所属塵の小さな方を選択すれば５図示斜線のファ
ジィ集合ＣＰＲ傘、ＣＴ！＊、ＣＴｏ拳となる。ファジ
ィ集合は、各ＰＩＤ調整規則によって選択される。各Ｐ
ＩＤ調整規則毎に求まったＣ　Ｐ　Ｒ＊　ｒ　ＣＴ　ｔ
　＊　、　ＣＴ　ｏ拳を個々に集合和を取り、ＣＰ　Ｒ
、ＣＴ　ｒ　＋て１τとする。ＣＰＲ，ＣＴＩ及びＣＴ
ｏのそれぞれの重心を求め、それをＰＩＤ定数の修正係
数Ｋ　Ｐ　Ｒ、Ｋ　Ｔ　Ｔ　、　Ｋ　Ｔ　ｏとする。求
まった修正係数より次の（７）　、　（８）　、　（９
）式に従がい、現在のＰＩＤ定数に修正係数を乗算し、
新しいＰＩＤ定数が求まる。
ＰＲ（Ｎ）＝ＫＰＲＸＰＲ（Ｎ−１）　　　　−（７）
ＴＩ　（Ｎ）＝ＫＴＩＸＴＩ（Ｎ−１）　　　　　　・
・・（８）Ｔｏ　（Ｎ）”ＫＴｏＸＴｏ（Ｎ−１）　　
　　　　　”’（９）ただし、ＰＲ（Ｎ）、ＴＩ　（Ｎ
）、Ｔｏ　（Ｎ）は新しく設定するＰＩＤ定数を、ＰＲ
（Ｎ−１）、ＴＩ（Ｎ−１）、Ｔｏ　（Ｎ−１）は現在
のＰＩＤ定数とする。
これらの推論はハイブリッドＩＣを用いても実現可能で
ある。さらに、モード切替信号の種別を増やし、それに
対応して知識ベースを増やせば１例えば、ステップ状、
ランプ状の目標値変更と種別を増やせばさらに詳細なＰ
ＩＤ定数の設定が可能となる。
以上説明したように、本発明の実施例によれば、目標値
変更か外乱印加かの判断部４を設け、判断した結果によ
りファジィ推論の知識ベースと特徴量を選択すれば、目
標値変更に対しても外乱抑制に対してもＰＩＤ定数を適
切な値にすることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ＰＩＤ演算式のＰＩＤ定数を導出、設
定することにより、プロセスに対して目標値変更時にも
外乱印加時もしくはプロセス特性変化時にもともに良好
な制御応答をするように制御するオートチューニング調
節計を実現可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のオートチューニングＰＩＤ調節計の一
実施例を示す構成図、第２図は偏差波形信号と特徴量を
算出する手段の説明図、第３図は目標値変更用及び外乱
印加用のＰＩＤ調整規則を示す図、第４図は目標値変更
用及び外乱印加用のファジィ推論用のメンバーシップ関
数の一例を示す図、第５図はファジィ推論によってＰＩ
Ｄパラメータの修正係数が求まる過程を示す図である。 １・・・ＰＩＤ演算部、２・・・偏差特徴量導出部、３
・・・目標値変更検出部、４・・・判断部、５・・・特
徴量選択部、６・・・知識処理選択部、７・・・目標値
変更用知識ベース、８・・・外乱用知識ベース、９・・
・ファジィ推塔２−日 帛３目 手５図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、プロセスの制御応答より制御性の特徴量を求め、求
    めた特徴量よりＰＩＤ定数を導出して自動設定するＰＩ
    Ｄ調節計において、目標値と制御量との偏差が目標値変
    更によるものか外乱によるものかの判断部と、前記制御
    量によりＰＩＤ定数を導出するＰＩＤ定数決定部を目標
    値変更と外乱とに分離して設け、前記判断部の結果によ
    りスイッチを切り替えてＰＩＤ定数を設定する構成とし
    たことを特徴とするオートチューニングＰＩＤ調節計。 ２、前記偏差の波形からオーバシュート量、振幅減衰比
    、振動同期化整定時間比の特徴量を求め、これらの特徴
    量よりファジィ推論を用いてＰＩＤ定数を導出する構成
    とした特許請求の範囲第１項記載のオートチューニング
    ＰＩＤ調節計。 ３、前記特徴量をオーバシュート量、振幅減衰比立ち上
    がり時間とした特許請求の範囲第１項記載のオートチュ
    ーニングＰＩＤ調節計。
JP63084037A 1988-04-07 1988-04-07 オートチユーニングｐｉｄ調節計 Expired - Lifetime JPH0774961B2 (ja)

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