JPH04190401A - 自動制御におけるバイアス量決定方法 - Google Patents

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 この発明は、比例（Ｐ）動作、積分（１）動作および微
分（Ｄ）動作にバイアス量を加えたＰＩＤ動作、または
Ｐ動作およびＩ動作にバイアス量を加えたＰＩ動作を行
なうＰＩＤ制御またはＰＩ制御の自動制御における。バ
イアス量決定方法に関する。

従来の技術および発明の課題 いわゆるＰＩＤ制御方式は、各種のプロセス制御に用い
られている。

ＰＩＤ制御方式においては、設定値と測定値の偏差ｅに
基づいてＰＩＤ制御装置で制御出力量（操作量）ｍが演
算され、これによって制御対象が制御される。

ＰＩＤ制御装置は、一般に、次のようなＰＩＤ制御式を
用い、偏差ｅより制御出力量ｍを演算する。

１　　　　　　　　　ｄｅ ｍ−ＫＰ（ｅ　＋　−ｆ　ｅｄｔ＋　”ｒＤ−）Ｔｒ　
　　　　　　　ｄｔ ・・・・・・・・・　（１） ここで、ＫＰは比例ゲイン、Ｔ、は積分時間、ＴＤは微
分時間である。

このような従来のＰＩＤ制御方式においては、次のよう
に、大きなオーバシュートが生じるという問題がある。

すなわち、この場合、設定値と測定値が太き（離れてい
るときには積分項は増大し続け、ついには飽和に至る。

この飽和が解消されるためには、設定値と測定値の大小
関係が反転した状態が長く続かなければならず、これが
大きなオーバシュートとなる。

このため、測定値か設定値の近傍に達するまでは、積分
項を加えず、＃ｊ定値が設定値の近傍に達すると積分項
を加えるようにした制御方法が提案されている。

この方法によれば、整定値か測定値より大きい場合、あ
るいは設定値をあまり変化させないような場合には、上
述の積分動作による弊害はないが、設定値が測定値より
小さい場合の制御開始時や、設定値が”測定値より小さ
い場合で測定値が一度設定値の近傍から抜は出たような
場合については、積分値はＯに飽和してしまい、積分動
作の弊害は逆方向には解消されていない。

このような問題は、とくに設定値が様々に変化するよう
な場合によく起こる。このため、さらに、設定値がある
領域から別の領域に移る度にＰＩＤの各定数を変更する
ようにした制御方法が提案されている。

ところが、このような方法では、制御を行なうすべての
領域について、定数決定とその吟味か必要であり、これ
に多くの時間と労力を要する。

そこで、本出願人は、比例項とバイアス量の和が制御出
力量の０％と１００％の間にある場合は前記積分項を加
え、上記以外の場合は前記積分項を加えないようにする
自動制御方法を提案した（同時提出の特許願参照）。

ところが、このような方法においては、一般に、バイア
ス量の決定が困難である。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、バイアス量を
簡単に決定できる方法を提供することにある。

課題を解決するための手段 この発明による方法は、 設定値と測定値との偏差に対・する比例項、積分項およ
び微分項のうちの少なくとも比例項および積分項、なら
びにバイアス量に基づいて制御出力量を決定する自動制
御において、バイアス量を決定する方法であって、 まず、バイアス量を０％として所定の初期状態から所定
の設定値にする制御を行なって、そのときの整定時の積
分演算項を求めたのち、この積分演算項より小さい所定
の値を初回のバイアス量調整値として、このバイアス量
調整値を徐々に小さくしながら上記と同じ初期状態から
設定値にする制御を所定回数繰返し、初回の制御におい
ては、初回のバイアス量調整値をバイアス量とし、２回
目以降の制御においては、前回の制御の結果オーバシュ
ートがなければ、前回のバイアス量調整値より小さい今
回のバイアス量調整値を前回のバイアス量に加算して今
回のバイアス量とし１、前回の制御の結果オーバシュー
トがあれば、前回のバイアス量調整値より小さい今回の
バイアス量調整値を前回のバイアス量から減算して今回
のバイアス量とし、所定回数の制御を行なったのちのバ
イアス量をバイアス量とすることを特徴とするものであ
る。

作　　　用 最初にバイアス量が０％の制御を行なって積分演算項を
求め、あとはこれより小さいパイアスｊｉ調整値を徐々
に小さくしながら制御を行ない、オーバシュートがない
かあるかでバイアス量調整値を加算したり減算したりす
るだけて、簡単にバイアス量を決定することができる。

また、１回の制御ごとにバイアス量調整値を徐々に小さ
くして、これを加算するか減算するかを決めているので
、外乱の影響を受けにくい。すなわち、外乱の影響で、
たとえば本来バイアス量調整値を加算しなければならな
いときにこれを減算したとしても、次回以降に加算か行
なわれるので、外乱の影響を消す方向に修正が行なわれ
る。

実　　施　　例 以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明
する。

第１図は、たとえば恒温槽の温度調節装置などの制御対
象（ｌＯ）を制御するための制御装置（１１）の１例を
示している。

この制御装置（１１）は、検出手段（１２）、設定手段
（Ｉ３）およびＰＩＤ制御手段（Ｉ４）を備えている。

検出手段（Ｉ２）は、たとえば恒温槽内の温度など制御
対象（１０）の出力（制御量）を検出して、測定値を制
御手段（１４）に出力する。

設定手段（１３）は、たとえば恒温槽内の温度など制御
量の設定値を設定して、これを制御手段（１４）に出力
する。

ＰＩＤ制御手段（１４）は、設定手段（１３）からの設
定値と検出手段（１２）からの測定値との偏差ｅに基づ
いて制御出力量（操作量）ｍを演算し、これを制御対象
（１０）に出力する。

なお、設定手段（１３）および制御手段（１４）は、た
とえばマイクロコンピュータによって構成されている。

制御手段（１４）は、次の２つの式を用いて、偏差ｅよ
り制御出力量ｍを演算する。

１　　　　　　　　　ｄｅ ｍ−Ｋｐ　　（ｅ　＋　−ｆ　ｅｄｔ＋Ｔｏ　　　　）
Ｔ＋ｄｔ ＋ＰＢ　　　　　　　　　・・・・・・・・　（２）ｍ
−Ｋｐ　　（ｅ　＋”ｒｏ　　　　　　　）　　＋ｐ　
Ｂｔ ・・・・・・・・・　　（３） ここで、ＰＢはバイアス量である。

比例項に、・ｅとバイアス量ＰＢの和（Ｋ　ｐ・６＋Ｐ
、）が制御出力量ｍの０％と１００％の間（０％以上で
１００％以下または０％より大きくて１００％未満）に
ある場合、すなわち比例帯に入った場合は、式（２）を
用い、積分項（１／Ｔ＋　）　ｆ　ｅｄｔを加えて制御
出力量ｍを演算する。そして、それ以外の場合、すなわ
ち比例帯に入っていない場合は、式（３）を用い、積分
項を加えずに制御出力量ｍを演算する。

バイアス量がない場合、第２図に示すように、偏差ｅが
０の点は、制御出力量が０％の点すなわち比例帯の端の
点と一致している。

式（２）または（３）のようにバイアス量ＰＢを加えて
制御出力量ｍを決定すると、第３図および第４図に示す
ように、偏差ｅが０の点は、制御出力量がバイアス量Ｐ
８と等しくなる点すなわち比例帯の中の点になる。そし
て、バイアスｆｆｉ　Ｐ　ａを変えると、偏差ｅに対し
て比例帯か移動する。

比例項とバイアス量の和が制御出力量の０％と１００％
の間にある場合は積分項を加え、これ以外の場合は積分
項を加えないようにしているので、比例帯に入るまでは
積分項を加えずに、比例帯に入ると積分項を加えること
になる。このため、バイアス量がない場合に比べて速い
立上りか実現でき、比例帯に入るまでは積分項を加えな
いので、オーバシュートが小さく、比例帯に入ると積分
項を加えるので、偏差も０になる。

バイアス量Ｐ、は、設定値によって変化させるのが望ま
しい。

このようにすれば、上述のようＪこ偏差ｅに対して比例
帯が移動することになり、従来の複数個のパラメータの
調整、吟味を１つのパラメータですますことかでき、し
かもバイアス量Ｐ８は連続性を持たせうるので、調整の
大幅な削減が可能となる。

次に、第５図のフローチャートを参照して、上記の制御
手段（１４）の動作をさらに詳細に説明する。

まず、設定手段（１３）から設定値を読込み、これを決
定する（ステップ１０１）。次に、この設定値に基づい
てバイアス量ＰＢを決定する（ステップ１０２）。次に
、検出手段（１２）から測定値を読込み（ステップ１０
３　）　、偏差ｅを演算しくステップ１０４　）　、比
例項ＫＰ−ｅとバイアス量ＦＢの和ａを演算する（ステ
ップ１０５）。そして、和ａが制御出力量の０％と１０
０％の間にあるかどうかを調べ（ステップ１０Ｂ　）　
、これらの間にあれば、式（２）により制御出力Ｊｉｍ
を演算する（ステップ１０７）。ステップ１０６におい
て、和ａが制御出力量の０％と１００％の間になければ
、式（３）により制御出力１ｍを演算する（ステップ１
０８）。

第６図は、設定値を段階的に変えた場合の測定値の時間
変化の１例を示している。

最初の設定値はＲ１で、このときのバイアス量ＰＢは５
０％であり、比例帯に入るまでは式（３）による制御が
行なわれ、比例帯に入ると式（２）による制御が行なわ
れる。次の設定値はＲ１より大きいＲ２で、このときの
バイアスＲＰ　Ｂは１０％である。最後の設定値はに２
より小さいＲ３て、このときのバイアス量ＰＢは７０％
である。

第７図は、設定値を段階的に変えたのちに勾配状に変え
た場合の測定値の時間変化の１例を示している。

最初の設定値はＲ１で、このときのバイアス量ＰＲは５
０％である。次の設定値はＲ１より小さＯＲ２で、この
ときのバイアス量ｐＢは７０％である。次に、設定値を
Ｒ２からこれより大きいＲ３まで勾配状に変えた。この
とき、設定値の変化に基づいてバイアスｔｉｋ　ｐ　ａ
を変化させ、設定値かＲ３になったときのバイアスｉｔ
　Ｐ　Ｂは５０％である。最後に、設定値をＲ３からこ
れより小さいＲ４まで勾配状に変えた。このときも、設
定値の変化に基づいてバイアス量ＰＢを変化させ、設定
値がＲ４になったときのバイアス量ＰＢは７０％である
。

上記実施例には、ＰＩＤ制御の場合を示したが、ＰＩ副
制御場合は、次の２つの式を用いて、偏差ｅより制御出
力量ｍを演算する。

ｍ＝Ｋｐ　　（ｅ　＋　　　　ｆ　ｅｄｔ）　＋ＰＢＴ
。

・・・・・・・・・　（４） ｍ−Ｋｐ　ｅ＋ＰＢ　　　　　　　−−−（５）比例項
に、・ｅとバイアス量ＰＢの和（Ｋ　ｐ・ｅ＋Ｐ、）が
制御出力量ｍの０％と１００％の間にある場合、すなわ
ち比例帯に入った場合は、式（４）を用い、積分項（１
／Ｔ＋　）　ｆ　ｅｄｔを加えて制御出力量ｍを演算す
る。そして、それ以外の場合、すなわち比例帯に入って
いない場合は、式（５）を用い、積分項を加えずに制御
出力量ｍを演算する。

また、比例項に、・ｅとバイアス量Ｐ、の和（Ｋｐ　−
ｅ＋Ｐａ）か制御出力Ｊｉｔｍの０９６と１００％の間
にある場合、すなわち比例帯に入った場合は、式（２）
を用いて、積分項（１／Ｔ＋）ｆｅｄｔを加えて制御出
力量ｍを演算し、それ以外の場合、すなわち比例帯に入
っていない場合は、式（５）を用いて、積分項を加えず
に制御出力ｆｆ１ｍを演算するようにすることもできる
。

バイアス量ＰＲの決定は、次のようにして行なわれる。

まず、最初に、バイアス量を０％とし、所定の初期状態
から所定の設定値にする制御を行ない、そのときの整定
時の積分演算項を求める。

そして、この積分演算項の半分を初回のバイアス量調整
値とし、このバイアス量調整値を徐々に小さくしながら
、上記と同じ初期状態から設定値にする制御を繰返す。

初回の制御においては、初回のバイアス量調整値をバイ
アス量とする。２回目以降の制御においては、前回のバ
イアス！調整値の半分を今回のバイアスｆｉｉ調整値と
し、前回の制御の結果オーバシュートがなければ、今回
のバイアス量調整値を前回のバイアス量に加算して今回
のバイアス量とし、前回の制御の結果オーバシュートが
あれば、今回のバイアス量調整値を前回のバイアス量か
ら減算して今回のバイアス量とする。そして、所定回数
の制御を行なったのちのバイアス量をこの条件における
バイアス量とする。

次に、第８図のフローチャートを参照して、上記のバイ
アス量決定の動作をさらに詳細に説明する。

まず、学習用設定値を決定し、バイアス量Ｐ、を０％に
し、繰返し回数ｎに０をセットする（ステップ２０１）
。次に、所定の学習用初期状態まで設定値を低下させて
、この設定値にし、初期状態で安定していることを確認
したのち、学習用設定値をセットして、制御を開始する
（ステップ２０２）。このときに、整定時の積分演算項
Ｘを測定し、その半分をバイアスＭ　Ｐ　Ｂとする（ス
テップ２０３）。次に、上記と同じ学習用初期状態まで
設定値を低下させて、この設定値にし、初期状態で安定
していることを確認したのち、学習用設定値をセットし
て、制御を開始する（ステップ２０４）。そして、繰返
し回数ｎを１増加させ（ステップ２０５）、その制御に
おいてオーバシュートがあったかどうかを調べる（ステ
ップ２０６）。その結果、オーバシュートがなければ、
Ｘ　／　２　”’をバイアスｆｆｉ　ｐ　ｎに加算して
、これを新たなバイアス量ＰＢとする（ステップ２０７
）。ステップ２０６においてオーバシュートがあれば、
Ｘ　／　２　”をバイアス量Ｐ、から減算して、これを
新たなバイアス量Ｐ、とする（ステップ２０８）。ステ
ップ２０７または２０８が終了すれば、繰返し回数ｎが
設定回数に達したかどうかを調べ（ステップ２０９）、
設定回数に達していなければ、ステップ２０４に戻って
、上記の動作を繰返し、設定回数に達すれば、処理を終
了する。

この処理は、ＰＩＤ制御の場合もＰＩ副制御場合も同様
である。

第８図には、学習用設定値が学習用初期状態より大きい
場合を示したが、学習用設定値が学習用初期状態より小
さい場合も同様である。

発明の効果 この発明の方法によれば、上述のように、外乱の影響を
受けずに、バイアス量を簡単に決定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す制御装置のブロック図
、第２図、第３図および第４図は偏差と制御出力量の関
係を示すグラフ、第５図はＰＩＤ制御手段の処理の１例
を示すフローチャート、第６図および第７図は測定値の
時間変化の１例を示すグラフ、第８図はバイアス量決定
の処理の１例を示すフローチャートである。 （１０）・・・制御対象、（１１）・・・制御装置、（
１２）・・・検出手段、（１３）・・・設定手段、（１
４）・・・ＰＩＤ制御手段。 以　　上 特許出願人　　光洋精工株式会社 代　理　人　　　厚木　暎之助（外３名）第６図 第７ダ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 設定値と測定値との偏差に対する比例項、積分項および
   微分項のうちの少なくとも比例項および積分項、ならび
   にバイアス量に基づいて制御出力量を決定する自動制御
   において、バイアス量を決定する方法であって、 まず、バイアス量を０％として所定の初期状態から所定
   の設定値にする制御を行なって、そのときの整定時の積
   分演算項を求めたのち、この積分演算項より小さい所定
   の値を初回のバイアス量調整値として、このバイアス量
   調整値を徐々に小さくしながら上記と同じ初期状態から
   設定値にする制御を所定回数繰返し、初回の制御におい
   ては、初回のバイアス量調整値をバイアス量とし、２回
   目以降の制御においては、前回の制御の結果オーバシュ
   ートがなければ、前回のバイアス量調整値より小さい今
   回のバイアス量調整値を前回のバイアス量に加算して今
   回のバイアス量とし、前回の制御の結果オーバシュート
   があれば、前回のバイアス量調整値より小さい今回のバ
   イアス量調整値を前回のバイアス量から減算して今回の
   バイアス量とし、所定回数の制御を行なったのちのバイ
   アス量をバイアス量とすることを特徴とする自動制御に
   おけるバイアス量決定方法。