JPH0344321B2 - - Google Patents

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JPH0344321B2
JPH0344321B2 JP10210082A JP10210082A JPH0344321B2 JP H0344321 B2 JPH0344321 B2 JP H0344321B2 JP 10210082 A JP10210082 A JP 10210082A JP 10210082 A JP10210082 A JP 10210082A JP H0344321 B2 JPH0344321 B2 JP H0344321B2
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JP
Japan
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signal
identification
section
sample value
pid control
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Application number
JP10210082A
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English (en)
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JPS58219603A (ja
Inventor
Yoshinori Ichikawa
Takashi Shigemasa
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Priority to US06/503,310 priority patent/US4539633A/en
Priority to EP83303418A priority patent/EP0097053B1/en
Priority to DE8383303418T priority patent/DE3374458D1/de
Priority to AU15792/83A priority patent/AU542451B2/en
Priority to CA000430477A priority patent/CA1211541A/en
Publication of JPS58219603A publication Critical patent/JPS58219603A/ja
Publication of JPH0344321B2 publication Critical patent/JPH0344321B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • 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)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は閉ループ制御中にプロセスの動特性
を同定して、同定結果に基づいて最適な制御定数
を自動調整する機能を有するサンプル値PID制御
装置に関し、特に操業中のプロセスの特性変化を
検出して自動的に制御定数の再調整を行なうこと
のできるサンプル値PID制御装置に関する。
〔従来技術とその問題点〕
従来のサンプル値PID制御装置はオートチユー
ニング機能の再スタート装置がないため、人手を
介してオートチユーニング機能の再スタートを行
なはなければならない。そのため次のような問題
点があつた。
(1) プロセスの特性変化を作業員が常に監視する
必要があるので、人手が省けない。さらに、監
視のためのレコーダ、モニタテレビなど高価な
設備が要る。
(2) プロセスの特性変化に気付かないで操業した
場合、製品の品質低下、ブラント効率の低下、
安全性の低下があり問題である。
(3) プロセスの特性変化に気付いても、オートチ
ユーニング機能の再スタートを人手で行なうた
め、速やかに調整することができない。
〔発明の目的〕
本発明は前記の問題点を解決するため、サンプ
ル値PID制御装置にプロセスの特性変化を検出す
る特性変化検出部を具備して、プロセスの特性変
化のオンライン監視を行なうことにより、従来必
要としていた監視員もしくは高価な監視設備を省
くことである。さらに、プロセスの特性変化のあ
つた場合にオートチユーニング機能の再スタート
を行なつて、常に最適な制御定数でプロセスを操
業することである。このようにして、操業中のプ
ロセスの特性変化のオンライン監視から、制御定
数の調整を全自動化して、製品の品質低下、プラ
ント効率低下、安全性の低下のないプラントの操
業ができ、さらに、人手を省力化することのでき
るサンプル値PID制御装置を提供することを目的
とする。
〔発明の概要〕
本発明は、プロセスの特性が変化した時に目標
値をパルス状に変化させると、モデル誤差が大き
く変動し、プロセスの平衡点のみ変化した時に目
標値をパルス状に変化しても、モデル誤差が変わ
らないことを利用して分離する。さらに、この時
の状態によりオートチユーニング機能の再スター
トを行なわせるサンプル値PID制御装置である。
〔発明の効果〕
本発明のサンプル値PID制御装置の効果を次に
示す。
(1) プロセスの特性変化の検出を自動的にオンラ
イン監視できるので、人手を省くことができ、
しかも高価な監視装置がいらない。
(2) プロセスの特性変化を見落しすることがない
ので、製品の高品質、プラントの安全性を常に
保つことができる。
(3) プロセスの特性が変化した場合の制御定数の
再調整作業を自動化できるので速やかな対応が
行なえる。しかも、このときの人手も省くこと
ができる。
〔本発明の実施例〕
本発明の一実施例を第1図を用いて説明する。
第1図は本発明のサンプル値PID制御装置の構
成を示すブロツク図である。
制御対象のプロセス1は図のようにサンプル値
制御演算部と閉ループ系を構成する。図のr(t)
は目標値、e(t)は偏差、u(t)は操作信号、
y(t)はプロセス出力、d(t)はプロセスの平
衡点の変わるような外乱を示している。なお
( )の中の文字tは実時間の信号を示し、kは
サンプラ4でサンプリングされた信号を示してい
る。
操業中のプロセス1はサンプル周期kごとに偏
差信号* ee(k)の小さくなるようにサンプル値制御
演算部5でPID演算した操作信号U(k)){U0(k)=
U(k)}をサンプルホールド2を介して加えられて
制御される。偏差信号e(t)は加算点3で目標
値r(t)とプロセス出力y(t)を加えて得られ
る。
次にサンプル値制御演算部の制御定数を決める
オートチユーニング機能については、「サンプル
値PID制御装置」特願昭56−113030に詳しく述べ
てある。ここでは、概略を説明し、特に本発明に
関する特性変化検出部について詳しく述べること
にする。
まず、オートチユーニングを行なう場合サンプ
ル値演算部5に比例ゲイン、積分時定数、微分時
定数の初期値(Kco、Tio、tdo)を与え、さら
にパルス伝達関数発生部9のForgetting
Factorλ、および同定信号発生部7の同定信号の
振幅を決めて、サンプル値PID制御装置の各ブロ
ツクに図の点線のように起動をかける。
このようにすると、操作信号* UU0(k)に閉ルー
プ系のプロセスの可同定条件を満たすパーシステ
ントリ・エキサイテイングな同定信号* υ0(k)が加
えられて図のようにプロセスに注入される。
このとき、プロセスの入力信号U(k)とサンプラ
8でサンプリングしたプロセス出力信号y(k)を後
述するパルス伝達関数同定部9で時系列処理する
ことにより、N領域のパルス伝達関数を演算し、
その結果を伝達関数演算部10でS領域のパルス
伝達関数のSの低次パラメータから、サンプル値
制御定数演算部11でPID制御定数を演算して、
サンプル値制御演算部5に設定する。
以上の処理をサンプル周期kごとに逐次行なう
ことにより、制御対象のプロセスの特性に合わせ
た最適な制御定数を決定することができる。
ここで、プロセスの同定が進んでいくに従つ
て、S領域の伝達関数のパラメータが一定値にな
るので、これを同定終了判定部13で判定してオ
ートチユーニング機能を止める。
つまり、同定信号発生部7からの同定信号* ν0
(k)の注入を止めることにより、純粋に制御演算さ
れた信号* U0(k)のみをプロセス1に加えるように
する。さらに、パルス伝達関数同定部9の
Forgetting Factorλを1にする。(Forgctting
Factorは0<λ≦1.0の範囲で設定する。λが大
きいほど、ゆつくりと特性の変わるプロセスを同
定することができ、λ=1.0は特性変化のないプ
ロセスを同定する) したがつて、操業中のプロセス1にはパーシス
テントリ・エキサイテングな信号がないのでプロ
セスの特性を同定することができない。
次に、本発明の操業中のプロセス1の特性変化
を検出する方法について詳細に説明する。
まず、本発明ではプロセス1の平衡点D(t)
を含めて同定する、パルス伝達関数部9を用いて
いる。
パルス伝達関数同定部9のプロセスモデルを第
2図に示す。
図のように、プロセスモデル、ノイズモデル、
および平衡点を変えるような外乱モデルを定めて
いる。ここで、U(k)は操作信号、Z(k)は白色雑
音、Dは直流信号、Y(k)はプロセス出力とする。
第2図のプロセスモデルの同定は次式のように
して行なうことができる。
Y(k)=−n 〓i=1 aiY(k−i)+n 〓i=1 biU(k−i) +n 〓i=1 Ciε(k−i)+ε(k)+D^D …(1) D=(1+n 〓i=1 ai)Y0−n 〓i=1 biU0 …(2) ここで、Y0はプロセス出力の平衡点、U0はプ
ロセス入力の平衡点を示す。
(1)式を変形して Y(k)=θ^T(k−i)+ε(k) …(3) θ^T=〔a^1、…a^n、…b^1、b^n、c^1、…、c^n、D^
〕
…(4) T(k)=〔−Y(k-1)、…、−Y(k-m) 、U(k-l-1)、…、U(k-l-m) 、ε(k-1)、…、ε(k-m)、1〕 …(5) のようにして、同定を行なう。
プロセスのパルス伝達関数G^Pp(Z-1)は次の
ようになる。
サンプル値PID制御定数はパラメータa^i(i=
1…m)、b^i(i=1…n)によつて決定される。
本発明で用いたパラメータモデルの同定ではこの
他にプロセスの平衡点Dも同定できる。
次に、本発明のプロセスの特性変化検出の方法
を詳細に説明する。
前記のように、プロセスの同定終了後はパラメ
ータA^(Z-1)、B^(Z-1)、D^は既知になり、しかも
プロセスの特性が変化しないかぎり、あるいはプ
ロセスの平衡点の変わらないかぎり、変化しな
い。さらに、{* Y(k)}、{* U(k)}のプロセス出力及
び入力は測定できる。
そこで、同定終了後のA^(Z-1)、B^(Z-1)、D^と
{* Y(k)}、{* U(k)}を使つて、次のようにモデル誤
差を計算できる。
η(k)=−Y(k)−n 〓i=1 a^iY(k−i) +n 〓i=1 b^iU(k−i)+D^ …(7) 第1図の特性変化検出部13が(7)式を演算する
ブロツクである。
操業中のプロセスに特性変化のある場合はモデ
ル誤差に直流分が発生する。またプロセスの平衝
点が変わつた場合にもモデル誤差に直流分が発生
する。プロセスの平衡点のみ変わつた場合には
PIDコントローラによりレギユレーシヨンされる
ので問題がない。
そこで、モデル誤差の発生したとき、プロセス
の特性変化か、プロセスの平衡点のみ変化したの
か、分離する必要がある。
この分離方法を第3図に示した。図は本発明の
特性変化検出部13で得られたモデル誤差の発生
を示したものである。図から、モデル誤差の発生
しているときに目標値をパルス状に変化すること
により、平衡点変化のみある場合と、プロセスの
特性変化のある場合では異なつている。
つまり、 プロセスの特性変化のあるとき、目標値をパ
ルス状に変化するとモデル誤差に大きな変動が
ある。
プロセスの平衡点のみ変化したとき、目標値
をパルス状に変化してもモデル誤差に変化がな
い。
本発明では、第3図の特徴を利用して、まず特
性変化検出部でモデル誤差を演算して、モデル誤
差に直流分のある場合にパルス状に目標値を変化
させ、その時モデル誤差が大きく変動するかどう
か調べる。そして、大きな変動のあるとき、プロ
セスの特性変化があるのでオートチユーニングを
行なう。変動のないときは、オートチユーニング
しないようにしたものである。
本発明のこの処理の流れを、第4図のタイムチ
ヤートで示す。本発明のサンプル値PID制御装置
は図のように始めた手動でオートチユーニングを
行なわせれば、操業中にプロセスの特性が変化し
た場合には、すみやかにオートチユーニング機能
を働かせることができる。
なお、モデル誤差の変化からプロセスの特性変
化の場合とプロセスの平衡点のみ変化した場合を
区別する具体的な判定部を第5図に示した。
図の低レベル判定部はモデル誤差の発生を検出
し、高レベル判定部は目標値をパルス状に変化し
たときのモデル誤差の発生を検出するものであ
る。
この判定部は第1図のコントローラ14で行な
う。
以上、詳細な説明で明らかなように、本発明の
サンプル値PID制御装置では、プロセスの特性の
変化に応じて自動的にオートチユーニングを行な
うことができるので、前記した従来のサンプル値
PID制御装置の機能を大幅に向上させることがで
きる。
〔発明の他の実施例〕
本発明では、モデル誤差のあるときに目標値を
パルス状に変化させる構成にしたが、第6図のよ
うに、操作信号* U0(k)にパルス信号を加えても、
本発明と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のサンプル値PID制御装置の構
成を示すブロツ図、第2図は本発明のサンプル値
PID制御装置で用いたパラメータ同定のプロセス
モデルの説明図、第3図は本発明のプロセスの特
性変化検出の説明図、第4図は本発明のサンプル
値PID制御装置のタイムチヤート、第5図は本発
明の特性変化の判定の回路図、第6図は本発明の
他の実施図である。 1……プロセス、2……サンプルホールド、5
……サンプル値制御演算部、7……同定信号発生
部、9……パルス伝達関数同定部、10……伝達
関数演算部、11……サンプル値制御定数演算
部、12……同定終了判定部、13……特性変化
検出部、14……コントロール部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 制御対象となるプロセスを目標値信号と制御
    量にもとづいてサンプル値制御するサンプル値
    PID制御演算部を有するサンプル値PID制御装置
    において、前記サンプル値PID制御演算部で制御
    される制御ループ内にパーシステントリ・エキサ
    イテイング信号からなる同定信号を印加する同定
    信号発生部と、この同定信号発生部で発生した同
    定信号を前記サンプル値PID制御演算部の出力信
    号に加算して得られる操作信号および、前記プロ
    セスの制御量をサンプリングして得られるプロセ
    ス信号を入力して、これらの操作信号とプロセス
    信号から前記プロセスのパラメータを同定するパ
    ルス伝達関数同定部と、このパルス伝達関数同定
    部で得られるプロセスのパルス伝達関数のステツ
    プ応答を直線で結んで得た応答をラプラス変換し
    た結果からラプラス演算子Sの領域の伝達関数を
    演算する伝達関数演算部と、この伝達関数演算部
    の演算結果から前記サンプル値PID制御演算部の
    制御定数を算出するサンプル値制御定数演算部
    と、前記伝達関数演算部の結果から同定終了を判
    定する同定終了判定部と、同定終了後の前記パル
    ス伝達関数同定部のパラメータと同定終了後のプ
    ロセスの操作信号とプロセス信号から、プロセス
    のモデル誤差を演算する特性変化検出部と、 この特性変化検出部の演算結果においてモデル
    誤差が発生したかどうかを判定し、モデル誤差の
    発生を判定したときに前記サンプル値PID制御演
    算部の入力信号である偏差信号を発生し、かつ前
    記目標値信号又は前記サンプル値PID制御演算部
    の出力信号にパルス状の信号を加えた後、このパ
    ルス状の信号によつて前記モデル誤差の変動の有
    無を判断し、このモデル誤差の変動があつたこと
    を判断したときに前記プロセスの動特性の同定の
    開始を行わせるコントロール部とを具備してなる
    ことを特徴とするサンプル値PID制御装置。
JP10210082A 1982-06-16 1982-06-16 サンプル値pid制御装置 Granted JPS58219603A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10210082A JPS58219603A (ja) 1982-06-16 1982-06-16 サンプル値pid制御装置
US06/503,310 US4539633A (en) 1982-06-16 1983-06-10 Digital PID process control apparatus
EP83303418A EP0097053B1 (en) 1982-06-16 1983-06-14 Digital pid process control apparatus
DE8383303418T DE3374458D1 (en) 1982-06-16 1983-06-14 Digital pid process control apparatus
AU15792/83A AU542451B2 (en) 1982-06-16 1983-06-15 Digital pid process control
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