JPH0431401B2

JPH0431401B2 -

Info

Publication number: JPH0431401B2
Application number: JP17062986A
Authority: JP
Priority date: 1986-07-18
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1992-05-26
Also published as: JPS6326701A

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野この発明は温水ボイラの燃焼制御や流量制御な
どに利用される比例・積分・微分制御回路に関す
る。

(ロ) 従来の技術この種の所謂PID制御回路は特開昭59−24317
号公報に開示されているように、比例、微分、積
分回路をそれぞれ別々に設け、これらの回路出力
を加算回路で加算してPID制御信号とするもの
や、比例及び微分回路の出力に比例及び積分回路
の出力を加算してPID制御信号を得るものなどが
知られている。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点上述したPID制御回路では微分回路と積分回路
の時定数を別々に決めており、しかも、PID制御
信号の安定化を図るため、両回路の時定数の比が
一般に１：４に選択されることから、回路設計が
面倒になる欠点があつた。また、燃焼制御を行な
う場合、制御信号の変化速度を制限することが多
く、制御信号の変化速度信号が必要となることが
ある。しかしながら、PID制御回路にはその演算
回路部分に変化速度信号を発する機能がないた
め、制御信号を微分して変化速度信号を発生させ
る回路を別途に設けなければならず、コスト高と
なる欠点があつた。

この発明は上述した事実に鑑みてなされたもの
であり、微分と積分の時定数の比を自動的に１：
４に選択することができ、さらには別回路による
ことなく制御信号の速度変化信号が得られるよう
にした比例・積分・微分（PID）制御回路を提供
することを目的とする。

(ニ) 問題点を解決するための手段この発明の比例・積分・微分制御回路は信号入
力端子に非反転入力端子が接続された演算増幅回
路と、この演算増幅回路の出力端子と反転入力端
子との間に接続された抵抗と、上記演算増幅回路
の反転入力端子と基準端子との間に接続されたコ
ンデンサとからなる第１の比例及び微分回路と、
上記演算増幅回路の出力端子を入力端として上記
第１の比例及び微分回路に縦続接続され、かつ上
記第１の比例及び微分回路と同一構成の第２の比
例及び微分回路と、この第２の比例及び微分回路
の出力端子に縦続接続された積分回路とを備え、
この積分回路の出力を制御信号とした構成であ
る。

(ホ) 作用同一構成の比例及び微分回路を２個縦続接続す
ると、制御信号の変化速度信号が得られ、この信
号を積分することによりPID制御信号が得られ
る。このため、変化速度信号を発生させる回路を
別途に設ける必要がない。また、微分と積分の時
定数の比が自ずと１：４になり、回路設計も容易
となる。

(ヘ) 実施例以下、この発明を図面に示す実施例について詳
細に説明する。

第１図はこの発明のPID制御回路の原理構成を
示すものである。第１図において、信号入力端子
１に非反転入力端子Ａが接続された演算増幅回路
２と、この演算増幅回路２の出力端子Ｃと反転入
力端子Ｂとの間に接続された抵抗３と、演算増幅
回路２の反転入力端子Ｂと基準端子４との間に接
続されたコンデンサ５とから第１の比例及び微分
回路６が構成されている。また、演算増幅回路２
の出力端子Ｃに非反転入力端子Ｄが接続された演
算増幅回路７と、この演算増幅回路７の出力端子
Ｆと反転入力端子Ｅとの間に接続された抵抗８
と、演算増幅回路７の反転入力端子Ｅと基準端子
４との間に接続されたコンデンサ９とを備えた第
２の比例及び微分回路１０が第１の比例及び微分
回路６に縦続接続されている。この第２の比例及
び微分回路１０は第１の比例及び微分回路６と同
一の回路構成であり、両回路の抵抗３，８及びコ
ンデンサ５，９はそれぞれ回路定数を同一にして
ある。また、第２の比例及び微分回路１０には積
分回路１１が縦続接続されている。この積分回路
１１は演算増幅回路７の出力端子Ｆに抵抗１２を
介して反転入力端子Ｈが接続された演算増幅回路
１３を有し、この演算増幅回路１３の出力端子Ｏ
と反転入力端子Ｈとの間にコンデンサ１４が接続
され、演算増幅回路１３の非反転入力端子Ｇが基
準端子４に接続されている。また、演算増幅回路
１３の出力端子Ｏが信号出力端子１５に接続され
ている。

信号入力端子１と基準端子４との間に、例えば
温度等の測定値と設定値との偏差に比例した電圧
（vi）を加えると、出力端子Ｃに現れる第１の比
例及び微分回路６の出力は式で示される。ただ
し、τd＝Rd・Cd、ｔは時間である。

v_C＝vi＋τd・dvi／dt…… また、この出力を受けた第２の比例及び微分回
路１０の出力端子Ｆに現われる出力は式で示さ
れる。

v_F＝V_C＋τd・dv_C／dt＝vi＋τd・dvi／dt＋τd・ｄ
（vi＋τd・dvi／dt）／dt ＝2τd・dvi／dt＋vi＋τd²・d²vi／dt²…… また、v_Fを入力とした積分回路１１は反転積分
を行ない、その出力は式で示されている。ただ
し、τi＝RI・Ciである。

v_O＝−１／τi∫v_Fdt＝−１／τi（2τd・vi＋∫vidt
＋τd²・dvi／dt）＝−2τd／vi（vi＋１／2τd∫vidt＋τd／２・dvi
／dt）…… 一方、PID制御回路では偏差入力をｘ、制御出
力をｙとすると、式で示す一般式が得られるこ
とが知られている。ただし、Ｐは比例定数、T_I
は積分時定数、T_Dは微分定数である。

ｙ＝Ｐ（ｘ＋１／T_I∫xdt＋T_D・dx／dt）…… 式及び式から明らかなように、第１図のも
のでは積分時定数T_Iが2τd、微分定数T_Dがτd／２となり、微分と積分の時定数の比が１：４になる。
このため、抵抗３，８の抵抗値Rdとコンデンサ
５，９の静電容量Cdとを決めることにより、時
定数の比が自動的に１：４に選定され、回路設計
が容易である。また、式で示される第２の比例
及び微分回路１０の出力は制御信号を微分した制
御変化速度信号に相当するため、別回路を組むこ
となく制御信号の速度変化信号が得られる。しか
も、時定数が従来のものの半分で良いので、コン
デンサの静電容量を小さくできるとともに、演算
増幅回路にバイアス電流の小さな安価なものを使
用できるなど、回路の低廉化が図れる。

第２図はこの発明のPID制御回路の応用例を示
すものであり、第１図のものと共通する部分には
同一符号が付されている。

第２図のものでは第２の比例及び微分回路１０
と積分回路１１の間に２つのツエナーダイオード
１６，１７からなる速度リミツタ回路１８を設
け、第２の比例及び微分回路１０の変化速度信号
の絶対値をツエナーダイオード１６，１７のツエ
ナー電圧Z_Dに制限するようにしてある。また、積
分回路１１の出力を抵抗１９，２０及び演算増幅
回路２１からなる比例増幅回路２２で反転増幅さ
せるようにしてある。なお、抵抗２３，２４及び
コンデンサ２５，２６は比例及び微分回路６，１
０の入力に含まれる高周波成分を制限するための
ものである。また、抵抗２７はツエナーダイオー
ド１６，１７に流れる電流を制限するためのもの
で、抵抗１２に比べ十分に小さなものが使用され
ている。また、抵抗２８，２９はバイアス電流補
償用のものである。

(ト) 発明の効果この発明は以上のように構成されているので、
微分と積分の時定数の比を、面倒な回路設計によ
ることなく１：４に定め、制御信号の安定化を図
ることができ、さらには別回路を組むことなく、
制御信号の速度変化信号を発生させることができ
るなど、回路設計が容易になり、回路の簡略化が
図れるものである。また、部品の共通化が図れ、
安価な回路素子を使用できるなど、回路の低廉化
にも貢献できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による比例・積分・微分制御
回路の原理構成を示す電気回路図、第２図は同じ
く応用回路例を示す電気回路図である。１……信号入力端子、２，７……演算増幅回
路、３，８……抵抗、４……基準端子、５，９…
…コンデンサ、６，１０……比例及び微分回路、
１１……積分回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１信号入力端子に非反転入力端子が接続された
演算増幅回路と、この演算増幅回路の出力端子と
反転入力端子との間に接続された抵抗と、上記演
算増幅回路の反転入力端子と基準端子との間に接
続されたコンデンサとからなる第１の比例及び微
分回路と上記演算増幅回路の出力端子を入力端と
して上記第１の比例及び微分回路に縦続接続さ
れ、かつ上記第１の比例及び微分回路と同一構成
の第２の比例及び微分回路と、この第２の比例及
び微分回路の出力端子に縦続接続された積分回路
とを備え、この積分回路の出力を制御信号とした
ことを特徴とする比例・積分・微分制御回路。