JPH0484201A

JPH0484201A - オートチューニング調節計

Info

Publication number: JPH0484201A
Application number: JP19838990A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kitagawa; 伸一北川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1990-07-26
Publication date: 1992-03-17
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JP2865109B2

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）産業上の利用分野この発明は、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（Ｐ　Ｉ　Ｄ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て、 ■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・ニコルスの公式で決定する方法。

■比例制御で振動が減衰しない限界振動を発生させ、そ
の振動周期等をジーグラ・ニコルスの公式に当てはめて
決定するいわゆる限界感度法。

■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、それに適するパラメー
タを決定する方法。

■制御系に非線型要素を挿入して振動を発生させて決定
する、いわゆるリミットサイクル法。

等がある。

（ハ）発明が解決しようとする課題上記した従来の■の方法はパラメータの調整時に、制御
系を一旦開ループにする必要があるので非制御状態とな
る上、ステップやパルス入力を加えるので外乱となって
系を乱す。■の方法はパラメータ調整時に限界振動を発
生するので制御系を乱す上、限界振動はプラント応答の
発散寸前であり、安全上も好ましくない。■の方法はパ
ラメータ決定のためのプラントの同定を正確にするのに
、大振幅の同定信号を長時間印加する方が有利であるが
、そのために大きな外乱を与えるとう矛盾がある。■の
方法は■の方法と同様の問題点がある。

この発明は、上記各問題点に着目してなされたものであ
って、プラントを非制御状態とすることなく、またプラ
ントに余分な外乱を与えることなく、通常の制御状態で
安定して調整できる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、被制御出力を計測する手段
と、被制御出力の振幅減衰率を算出する手段と、行き過
ぎ量を算出する手段と、算出された振幅減衰率と行き過
ぎ量とから制御パラメータを更新するための更新係数を
算出する手段と、算出された更新係数でパラメータを更
新する手段を持ち、ＰＩまたはＰＩＤ制御を実行しなが
ら、更新係数が所定値となるまで振幅減衰率算出、行き
過ぎ量算出、更新係数算出、パラメータ更新を繰り返す
調整手段から構成されている。

この発明のオートチューニング調節計は、プラントを非
制御状態とすることなく、ＰＩまたはＰＩＤ制御を実行
しながらプラントの応答を計測し、制御中に起こる種々
の外乱で生じる振動の振幅減衰率の算出、行き過ぎ量の
算出、振幅減衰率と行き過ぎ量からのパラメータ更新係
数の算出、更新係数による制御パラメータ（比例帯およ
び積分時間）の更新を行う。更新係数が１となるまで以
上の手順を繰り返すことにより、希望するプラント応答
を得る制御パラメータが決定される。応答の計測は、振
動のピークが一定時間以上こなければ打ち切る。また応
答の計測中に振幅減衰率が１以上となることを予測する
と、ただちにオートチューニングを中止し、予め定めた
安全値へ制御パラメータを更新する。

被制御量の計測の対象は、通常の制御状態で種々の外乱
により往じる振動であり、プラントの同定や制御パラメ
ータの算出のために信号を印加してプラントに余計な外
乱を与えることがない。

チューニングは常に制御状態で行われるためプラントが
安定に保たれる。応答の計測は一定時間以内にピークが
こなければ打ち切られるので必要以上の長時間を要しな
い。チューニング中にプラントの応答が万一発散の方向
に向かうと、振幅減衰率が１以上であることを予測した
時点で直ちにオートチューニングを中止し、制御パラメ
ータを安全値に変更するので、プラントの安全性が保た
れる。

（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プロ・７り図である。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（１）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制御を実行しな
がらプラント６の応答を計測し、プロセス量（Ｐ　Ｖ）
、設定量（ＳＶ）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、ｙゴ　−ｙｔ ’ｌｒ　　　　Ｖｚ行き過ぎ量すは、ｂ””　　Ｙ　ｚ　／　’Ｉ　ｌ　、
最大待ち時間をＴとして、Ｔ＋’　、Ｔｔ　、ＴｓはＴ
以内である。

ｙｌ、ｙ２、ｙ３はそれぞれ第１〜第３ピークのｙの値
を示し、正負の符号を持つ。ｙｏ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Ｔｚ　、
Ｔ３、・・・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）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〕■〕。

ｙｌ＞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。ＰＩＤ制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）。ＳＴ
２で、Ｔ時間内にピーク値があると、このピーク値ｙ１
を第１ピーク値として記憶する（ＳＴ４）。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）
、ピーク値がなければ、ａ、ｂを規定値としく５Ｔ６）
、ピーク値があれば、このピーク値ｙ２を第２ピーク値
として記憶する。

）’＋　　　　’ｌｚ制御開始時は、この判定がＮＯであり、次にＴ時間内に
ピークありか否か判定しく５Ｔ９）、Ｎ。

であれば、ｙの現在値をｙ、とし、ピークがあれば、ピ
ーク値ｙ　ｓを第３のピーク値として記憶する（ＳＴＩ
Ｉ）。また、ピーク値がなければ、現在値ｙを第３のピ
ーク値ｙ、とする（ＳＴＩＯ）。

そして、これらピークイ直（’／Ｉ％　Ｙｚ　、）’ｓ
　）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、　、ｋｚを求める（ＳＴＩ３〜
５Ｔ１９）そして、ｋｌ＝ｋｚ＝１か否か判定しく５Ｔ
２０）、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、　、ｋ、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（Ｓ
Ｔ２１）。以下、応答計測からパラメータ更新までの処
理を繰り返し実行する。そして更新係数に、　、ｋ２を
算出の際、ｋ、＝に２　＝１となった時点で繰り返しを
やめ、パラメータの更新を停止して、オートチューニン
グを完了する。完了後でもｌｙｌ＞ｙＯとなれば再びチ
ューニングを開始する。なお応答計測中に現在の値ｙに
対して（ｙ−ｙ２）／　（ｙｌ−ｙ２）の値が１となっ
た時点で、ＳＴ８の判定がＹＥＳとなり、ａが１以上に
なると判断し、ただ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
Ｔ２２）。

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。

なお、上記実施例ではＰＩＤ制御としているが、これを
ＰＩ制御で置き替えてもよい。

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、ａ、ｂの場合分けの範囲を示す不等式およびに＋
、ｋｚを算出する式は適用されるシステムにより上記実
施例とは異なるものであうでもよい。

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によれば、従来の方式に比べ、プラントに余分
な外乱を与えることなく通常の制御状態で安定してチュ
ーニングができる。

実施例では一定時間以上ピークを検出しないと応答計測
を打ち切り、更新係数の算出に移るので、必要以上の長
時間を要しない。また応答計測中にプラントが発散傾向
になると、直ちに制御パラメータを安全値に変更するの
で、安全生が確保される。

【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
グ調節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）
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：微分演算部
、５：オートチューニングアルゴリズム部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＰＩまたはＰＩＤ制御を行う調節計において、被制御出力を計測する手段と、被制御出力の振幅減衰率
を算出する手段と、行き過ぎ量を算出する手段と、算出
された振幅減衰率と行き過ぎ量とから制御パラメータを
更新するための更新係数を算出する手段と、算出された
更新係数でパラメータを更新する手段を持ち、ＰＩまた
はＰＩＤ制御を実行しながら、更新係数が所定値となる
まで振幅減衰率算出、行き過ぎ量算出、更新係数算出、
パラメータ更新を繰り返す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。