JPH04138501A

JPH04138501A - オートチューニング調節計

Info

Publication number: JPH04138501A
Application number: JP26200090A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kitagawa; 伸一北川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-13
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: JP2653234B2

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】（イ）産業上の利用分野二の発明は、プロセス制御で用いられる調節計、特に、
その制御パラメータ（ＰｒＤ定数）を自動調節するオー
トチューニング調節計に関する。

（ロ）従来の技術従来、制御パラメータを自動調節する方法としプ ■プラントのパルス応答やインデシャル応答の定数から
ジーグラ・ニコルスの公式で一意的に決定する方法。

■プラントに同定信号を印加し、得られる応答を統計的
に処理してパラメータを推定し、それに通するパラメー
タを決定する方法。

■通常の制御状１！（閉ループ）で制御系に入ってくる
外乱により発生する応答を計測し、その結果から経験則
に基づいてパラメータを更新する、いわゆるエキスパー
ト法。

などがある。

（ハ）発明が解決しようとする課題上記した従来の■の方法は、他の方法に比べて、安定し
た閉ループ系でかつ余分な外乱を系に与えないという点
で優れているが、つぎのような問題がある。すなわち経
験則ではまずＰとＩのパラメータを応答波形などから求
め、つぎにＩの値からＤの値を一意的に決定する場合が
多い。ところがＤ動作はプロセス量の測定ノイズなどの
影響を受けやすく、プラントの特性や測定の状態によっ
ては一意的に決めたＤのパラメータによるＤ動作では応
答が振動的になりすぎることがある。

この発明は上記問題点に着目してなされたものであって
、Ｄ動作において、ノイズの影響を受けにくい、また応
答が振動的になりすぎないオートチューニング調節計を
提供することを目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この発明のオ
ートチューニング調節計は、Ｐ■Ｄの制御パラメータを
ダイヤルで設定する手段を持ち、被制御出力の応答を計
測する手段と、計測した被制御出力の応答を基にダイヤ
ルで設定したＰとＩを初期値としてＰと■の制御パラメ
ータを更新する手段と、更新された■のパラメータから
Ｄのパラメータを算出する手段と、算出されたＤの値と
■の値との比がダイヤルで設定したＤの値と１の値との
比以下となるように算出されたＤのパラメータを制限す
る手段を有し、更新されたＰＩＤパラメータによってＰ
ＩＤ制御を実行しながら被制御出力の応答が所望の応答
となるまで制御パラメータの更新を繰り返す自動調整手
段を備えている。

このオートチューニング調節計では、通常のＰＩＤ制御
中に外乱などにより被制御出力の波形を観測すると、経
験則によりＰとｒのパラメータを更新する。更新した■
のパラメータからＤのパラメータを算出する。算出した
Ｄのパラメータは予めダイヤルで設定した■とＤとの値
の比で制限された値が採用される。被制御出力の波形が
所望の波形となるまで以上の手順を繰り返す。

（ホ）実施例以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は、この発明の一実施例を示すオートチューニン
グ調節計の構成を示すブロンク図である。このオートチ
ューニング調節計１は、比例演算（Ｐ）部２、積分演算
（Ｊ）部３、微分演算（Ｄ）部４及びオートチューニン
グアルゴリズム（制御）部５から成り、比例演算部２、
積分演算部３、微分演算部４でＰＩＤ！Ｉ＋御を実行し
ながらプラント６の応答を計測し、プロセス量（ＰＶ）
、設定量（Ｓ　Ｖ）から求まる偏差（ｙ）を基に制御パ
ラメータ（比例帯Ｐ、積分時間ＴＩ）を自動的に調節す
る。

第２図で、プラントの閉ループ応答（被制御量の偏差の
波形）と振幅減衰率ａと行き過ぎ量すを定義する。すな
わち振幅減衰率ａは、！＋　　　　！ｚ行き過ぎ量すは、ｂ＝　　ｙｚ／ｙ＋、最大待ち時間を
Ｔとして、Ｔ１、Ｔｚ　、Ｔ３はＴ以内である。

）’ｌ　％　Ｖｔ　−、）’３は−それぞれ第１〜第３
ピークのｙの値を示し、正負の符号を持っ１１−）’０
はオートチューニングの処理が開始するための条件を与
えるｙの正の値で、ｙの絶対値がｙｏを越えるとオート
チューニングの処理を開始する。ただし、オートチュー
ニングが開始から第１ピークまでの時間ＴＩ、あるいは
各ピーク間の時間Ｔ　ｚ　、Ｔ　３が予め設定した最大
待ち時間Ｔよりも大きい場合（すなわちピークが検出さ
れない場合）、後述するフローチャートに示すように別
途ａとｂの値を規定する。

次に、第３図（Ａ）、第３図（Ｂ）、第３図（Ｃ）に示
すフロー図により、実施例オートチューニング調節計の
動作を説明する。

先ず、予め設定したｙｏに対し、ｌｙｌ＞ｙ。

か否か判定する〔ステップＳＴ　（ＳＴという）１）ｙ
ｌ＞ｙｏとなると制御状態が良くないとみなし、処理を
開始する。ＰＭＤＩ１１御は継続しながら応答を計測し
、ピークの値を求める。つまり、Ｔ時間内にピークあり
か否か判定する（ＳＴ２）、一定時間内にピークが検出
できない場合はａ、　ｂを規定値とする（ＳＴ３）。Ｓ
Ｔ２で、Ｔ時間内にピーク値があると、このピーク値ｙ
１を第１ピーク値として記憶する（Ｓｒ４）。そして、
さらに以後Ｔ時間内にピークありか否か判定しく５Ｔ５
）、ピーク値があれば、このピーク値ｙ２を第２ピーク
値として記憶し、ピーク値がなければ、ｙの現在値をｙ
２およびｙ３とする（Ｓｒ６）。

の次に、第鈍°−りを待っている期間中）”ｊｚ＝１か　判定する（Ｓｒ１）。第３ ”ｊ　Ｉ　　　Ｆｇピークまでの応答計測中に現在のｉｔ！　ｙに対して（
ｙ　　７ｚ　）／　（ｙ＋　　）’ｚ　）の値が１とな
った時点で、Ｓｒ１の判定がＹＥＳとなり、ａが１以上
になると判断し、直ちにオートチューニングを中止して
、制御パラメータを予め設定した安全値に変更する（Ｓ
ｒ２２）。これにより万一チューニングが良好に行われ
ず、プラントの応答が発散傾向になった場合でも、危険
が未然に回避される。

制御開始時は、Ｓｒ１の判定がＮｏであり、次にＴ時間
内にピークありか否か判定しく５Ｔ９）、ピークがあれ
ば、ピーク値ｙ、を第３のピーク値として記憶しく５Ｔ
１１）、また、ピーク値がなければ、現在値ｙを第３ピ
ーク値ｙ３とする（ＳＴＩＯ）。そして、これらピーク
値（Ｖｒ、Ｖｚ、ｙ３）からａ、ｂを算出しく５Ｔ１２
）、ａ、ｂの値の範囲に応じて更新係数に＋　、ｋｇを
求める（ＳＴ１３〜５Ｔ１９）そして、ｋｔ”ｋｇ−１
か否か判定しく５Ｔ２０）　、Ｎｏであれば、制御パラ
メータＰ（比例ゲイン）、ＴＩ（積分定数）にそれぞれ
に＋、ｋｇを乗じた値を新たなパラメータ値としてＰ、
ＴＩを更新する（Ｓｒ２１）。

次に更新した後のＴＩよりＴＤ−ＴＩ／４の式でＴＤを
算出する（Ｓｒ２２）。さらにこのＴＤが次式の上限値
を超えていた場合、その上限値で置き換える（Ｓｒ２２
）、つまり制御する（Ｓｒ２３）。

ＴＤの上限値−（Ｄのダイヤル値／■のダイヤル値）×
（更新後のＴＩ）以下、調節計側からパラメータ更新及び算出を繰り返し
実行する。そして更新係数ｋｒ、ｋｇを算出の際、ｋｔ
−ｋｇ−１となった時点で繰り返しをやめ、パラメータ
の更新、算出を停止して、オートチューニングを完了す
る。完了後でも’Ｉ　ｉ　＞　３’　ｏとなれば、再び
チューニングを開始する。　ここでＰＩＤのダイヤルは
オートチューニンクヲ使用しないときの連用値またはプ
ラントの応答が振動的にならない安全値を設定する。

なお、上記実施例において、経験則によりＰとＩのパラ
メータを更新するが、この経験則は実施例のものに限定
されない。

実施例では、ＴＤはＴＩの１／４で算出するが、１／４
以外の適当な値でもよい。

また、上記実施例にある最大待ち時間Ｔは単に応答計測
の時間的打ち切り限界を定めるものであり、ピーク間の
時間すなわち振動周期自体をチューニングの必要条件と
するわけではない。

また、Ｔ時間内にピークがない場合に設定するａ、ｂの
規定値、ａ、ｂの場合分けの範囲を示す不等式及びに＋
、ｋｇを算出する式は適用されるシステムにより上記実
施例とは興なるものであってもよい。

また、振幅減衰率１以上を予測した時点でオートチュー
ニングを中止してパラメータを安全値にするのは、万一
のための安全機能であり、チューニングの必要条件では
ない。

（へ）発明の効果この発明よれば、オートチューニング後のＤのパラメー
タが予め設定したダイヤルの■とＤとの比で制限される
ため、測定ノイズなどがあっても従来の方法に比べＤ動
作によってプラントの応答が振動的になることが防止さ
れる。また、Ｄのパラメータの制限にはあらためて制限
値を設定するのではなく、従来の運用値あるいは安全値
としてダイヤルで決めた値から比を算出して制限をがけ
るので、余分な手間がいらない、さらにＤを固定値で制
限するのではなく、■とＤの比で制限するので、オート
チューニングの結果Ｐと■の値が変化していったときＤ
の制限値そのものも常に適切な値に変化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示すオートチューニン
グｍｔ！ｆ計の構成を示すブロック図、第２図は、プラ
ントの閉ループ応答を示す図、第３図（Ａ）、第３図（
Ｂ）及び第３図（Ｃ）は、実施例オートチューニング調
節計の動作を説明するためのフロー図である。２：比例演算部、　　　３：積分演算部、４：微分演軍
部、５：オートチューニングアルゴリズム部。特許出願人　　　　　　株式会社島津製作所代理人　　
弁理士　　　中　　村　茂　信第図第図第図（Ａ）第図（Ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＰＩＤ制御を行う調節計において、ＰＩＤの制御パラメータをダイヤルで設定する手段を持
ち、被制御出力の応答を計測する手段と、計測した被制
御出力の応答を基にダイヤルで設定したＰとＩを初期値
としてＰとＩの制御パラメータを更新する手段と、更新
されたＩのパラメータからＤのパラメータを算出する手
段と、算出されたＤの値とＩの値との比がダイヤルで設
定したＤの値とＩの値との比以下となるように算出され
たＤのパラメータを制限する手段を有し、更新されたＰ
ＩＤパラメータによってＰＩＤ制御を実行しながら被制
御出力の応答が所望の応答となるまで制御パラメータの
更新を繰り返す自動調整手段を持つことを特徴とするオ
ートチューニング調節計。