JPH0565882B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、例えば加熱炉の温度制御等を実行
するPID制御装置に関する。

［発明の背景技術］ 例えば加熱炉において、特定される加熱温度を
設定するために加熱動作を開始した場合、炉の温
度は大気温度から徐々に所定の加熱温度に向けて
上昇する。この場合、炉の温度は温度測定素子に
よつて常時監視されているもので、炉の温度が上
記設定される所定温度に達した状態で加熱動作を
停止し、以後この温度状態が保たれるように加熱
動作制御するものである。

具体的にこの加熱温度上昇過程について考えて
みると、炉の温度が上記設定温度に達するまでは
加熱動作を継続させるものであり、炉の温度が設
定温度に到達した状態で加熱動作を停止するもの
であるが、炉の温度を急速に上昇制御しようとし
ている場合には、炉の温度が設定温度に達した状
態で加熱動作を停止させても、実際の炉の温度は
上記設定温度を越えて上昇し、設定中心温度に対
して大きく変動する状態の温度制御が実行される
状態となる。

PID制御によつて上記のような炉の温度制御を
実行する場合、その制御開始時には低温状態から
設定中心温度に向けて温度上昇するものである
が、この温度上昇カーブを上記中心温度との誤差
分に対応して積分動作を実行する。そして、上記
温度上昇カーブが設定中心温度を越える状態で、
その積分値を上記中心温度までの温度上昇カーブ
に対応する積分量から減算し、その減算結果が零
となる方向に加熱温度制御することによつて、温
度が設定中心温度に制御設定されるようにするも
のである。

しかし、このような制御を実行した場合、低温
状態から設定中心温度まで上昇する過程にあつて
は、その積分量が非常に多い状態となるものであ
るため、温度が中心温度を越えて上昇した場合の
積分が減算しても、その消費状態が進まず、温度
が中心温度を大きく越えて上昇するオーバシユー
ト状態が生じ、そのオーバシユート量が多い状態
となつて、温度を中心温度に対する収束制御特性
が低下するような状態となり、温度制御特性が良
好なものとはならない。

このような点に改善する手段として、上昇時の
PID定数と、中心値に達する状態となつてからの
PID定数を複合して設定し、これを温度状態に対
応して切換え使用することが考えられている。し
かし、このような手段にあつては、PID定数を２
重に設定する必要があるものであるばかりか、１
要素を大きく取る必要があり、温度上昇制御を速
やかに実行させることが困難となる。

また、中心値までに複数の点を設定し、その設
定点毎に上昇率を低減して中心値に近付くように
折線的に制御することも考えられる。このように
すれば、オーバシユート状態の発生は効果的に防
止することができるものであるが、低温状態から
設定中心温度までの上昇に多くの時間を必要とす
るようになり、また外乱に対して無力の状態とな
る。

このような低温状態から中心温度まで温度上昇
制御する制御開始時の問題点は、中心温度付近で
大きな温度変化が生じた場合でも同様に発生する
問題点であり、オーバシユート制御状態となつて
しまうものである。

［発明の目的］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、例えば加熱制御するような場合、設定中心温
度まで温度上昇した時にオーバシユートすること
なく、速やかに且つ円滑に上設定中心温度に対し
て収束制御されるようにするPID制御装置を提供
しようとするものである。

［発明の概要］ すなわち、この発明に係るPID制御装置は、測
定値と中心値との誤差分を順次加算して保持する
積分値保持手段を備え、前記中心値に対して動作
異常としての過積分感名ラインとしてキーロツク
解除ラインとなる第１の設定値Ｋを設定し、再積
分の開始ラインとなりるセツトラインとして第２
の設定値Ｒを設定するもので、測定値が第１の設
定値を越えて中心値に近付くように変化する状態
で、前記積分値保持手段に対するリセツト許可状
態を設定し、さらにこの状態から測定値が第２の
設定値を越えて中心値に近付くときに、積分値保
持手段をリセツトし、測定値がこの第２の設定値
を越えた状態から、再積分動作を開始してPID制
御が実行されるようにしている。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。第１図はその構成を示すもので、例えば
加熱炉の温度制御を実行する場合、この加熱炉
（図示せず）に設定した熱電対等でなる温度セン
サ１１からの温度信号は、適宜アンプ１２を介し
て制御部１３に対して供給する。この制御部１３
に対しては、中心温度Ｃを設定する中心値設定回
路１４からの上記中心温度Ｃに対応した信号、さ
らに比例帯設定回路１５からのPID制御を行う上
記中心値Ｃに対する帯域を指定する＋Ｐおよび−
Ｐの信号を供給する。この制御部１３にあつて
は、センサ１１からの温度信号を特定される周期
でサンプリング検出し、その検出値と上記中心値
Ｃと誤差分を取り出すようになるもので、この誤
差分は積分値保持部１６に対して供給し、その誤
差方向に対応して順次加算して、温度変化のカー
ブが積分され、その積分値が記憶保持されるよう
にする。この場合、センサ１１からの温度信号が
設定された比例帯の範囲外にある状態では、上記
温度信号の中心値に対する判別動作は行わず、上
記設定比例帯内の温度信号の中心値に対する誤差
分のみが積分値保持部１６に対して供給され、積
分動作の対象とされるようにする。

またこの装置には、第１および第２の設定回路
１７および１８が設けられる。この第１の設定回
路１７にあつては、本来の積分動作が期待される
上記比例帯の範囲内で上記中心値Ｃから充分離れ
たキーロツク解除ライン±Ｋを設定するものであ
り、また第２の設定回路１８は積分動作の限界値
を設定するリセツトライン±Ｒを設定するもので
ある。

この第１および第２の設定回路１７および１８
からのそれぞれ出力信号ＫおよびＲは、それぞれ
比較回路１９および２０に対して供給される。こ
の比較回路１９および２０に対しては、それぞれ
上記制御部１４からの中心値に対する誤差量に対
応する信号が比較信号として供給されているもの
で、それぞれこの誤差量信号に対して設定値Ｋお
よびＲが小さい状態、すなわち検出温度の中心温
度に対する誤差がＫあるいはＲより小さい状態と
なつた時に、比較回路１９あるいは２０から出力
信号が発生される状態とされるものである。そし
て、比較回路１９からの出力信号はフリツプフロ
ツプ回路２１をセツトし、また比較回路２０から
の出力信号は、上記フリツプフロツプ回路２１を
リセツト制御するものである。この場合、上記比
較回路１９は特に図では詳細に示してないが上記
誤差量が±Ｋを横切る状態となつた時に出力信号
をパルス状に発生するようにすると効果的であ
り、測定温度が第１の設定値Ｋを越えて変化する
時にフリツプフロツプ回路２１をセツト制御する
ように構成するものである。

このフリツプフロツプ回路２１は、上記積分値
保持部１６における積分値情報の保持動作のリセ
ツトを許可する信号を発生するようになるもの
で、このフリツプフロツプ回路２１のセツト状態
におけるリセツト許可信号はアンド回路２２に対
して供給する。このアンド回路２２に対しては、
上記比較回路２０からの出力信号が供給されてい
るもので、このアンド回路２２からの出力信号
は、上記積分値保持部１６に対して積分値保持リ
セツト指令として供給し、それまでの積分データ
をリセツトして、以後改めて積分値の保持動作が
開始されるようにする。

そして、このように積分値保持動作の制御され
る積分値保持部１６における保持積分値データは
制御部１３に対して送られ、この制御部１３から
その積分値データが出力部２３に対して供給さ
れ、特に図では示してないが例えば加熱炉のヒー
タ等の加熱機構、放熱用のダクト制御用の信号と
して取り出され、加熱炉の温度が上記設定中心値
に近付くように制御動作されるものである。

このように構成される装置についてその動作状
態を第２図を用いて説明する。まず、前記したよ
うに中心値Ｃの上下両側に比例帯±Ｐが設定され
るものであり、この比例帯±Ｐの内側に位置して
キーロツク解除ラインとなる第１の設定値±Ｋが
設定され、さらにその内側にリセツトラインとな
る第２の設定値±Ｒが設定されている。

ここで、実施例で示したような第１および第２
の設定値ＫおよびＲが設定されていないような場
合について検討してみると、加熱炉停止状態から
加熱動作を開始する場合、炉の温度は第２図に破
線で示すように−Ｐよりも低い温度範囲から設定
中心温度Ｃに向けで上昇して行く。そして、この
温度が−Ｐを越える点から積分動作が開始され、
その積分値が積分値保持部１６に対して積算保持
されるようになる。この場合、上記測定温度の検
出動作は、特定される周期のサンプリング信号に
対応して実行されるもので、図ではこのサンプリ
ング状態を破線矢印によつて示しているもので、
その矢印の長さが各サンプリング時の積分量に対
応する状態となる。

そして、上記温度上昇状態に対応して積分動作
が繰り返し実行され、その温度が設定中心値Ｃを
越える状態となると、各サンプリング時に積分値
の方向が反転し、積分値保持部１６に保持された
積分データが減算され消費される状態となる。す
なわち、比例帯に入つてから積分動作を行う場
合、時間Ａの範囲の誤差量の精算が時間ａにおい
て行われるようになり、この時間ａの積分の消費
によつて温度はオーバシユート状態で制御される
ようになる。

これに対して、上記実施例に示したように第１
および第２の設定値ＫおよびＲを設定すると、測
定温度が上昇して−Ｐを越えると積分動作が開始
されるものであるが、温度が第１の設定値を越え
る状態となると、比較回路１９からの出力信号に
よつてフリツプフロツプ回路２１がセツトされ、
リセツト解除許可状態が設定される。そして、温
度がさらに上昇し、第２の設定値Ｒに達すると、
比較回路２０から出力信号が発生され、アンド回
路２２から積分保持部１６に対して積分値保持リ
セツト指令が与えられ、それまで保持していた積
分データをキヤンセルする状態となり、改めて積
分値積算保持動作が開始されるようになる。この
場合、上記比較回路２０からの出力信号によつて
フリツプフロツプ回路２１がリセツトされ、上記
保持部１６に対するリセツト信号が発生された後
は、再び比較回路１９から出力信号が発生される
状態、すなわち測定温度が第１の設定値Ｋを横切
る状態が発生するまで、フリツプフロツプ回路２
１はセツトされないようになる。

すなわち、測定温度が中心値Ｃから著しく離れ
たキーロツク解除ラインを通過したｋ点をもつて
リセツト許可フラグを立て、現在の積分が異常動
作として過積分を行つているものであることを感
名させる。そして、±Ｒのリセツトラインを通過
したｒ点をもつて、それまでの積分値をクリアリ
セツトし、このｒ点からの時間Ｂの範囲で積分動
作を行わせるようにする。したがつて、上記時間
ａに比較して非常に小さい状態の時間ｂをもつて
積分の消費が行われるようになる。すなわち、非
常にオーバシユート状態の小さなPID制御動作が
実行されるようになるものである。

上記第１および第２の設定値による２つのライ
ンの位置は、制御対象となる例えば加熱炉等の制
御対象物固有の最近値を持つもので、測定実験等
によつて決定すればよいものである。しかし、比
例帯Ｐの±50％をキーロツク解除ライン、±25％
をリセツトラインとして実験してみた結果、良好
なPID制御が実行された。

また、このような装置は上記のような動作開始
時の上昇制御のみで作用するものではなく、急激
に測定値変化したような場合でも、その測定値が
第１の設定値を越えて変化するようになると、上
記積分値保持リセツト動作が実行され、速やかに
中心値に対する収束動作が実行されるようになる
ものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、PID制御動作
に際して設定中心値に対して大きく相違する測定
状態にある場合であつても、充分簡単な構成によ
つて上記設定中心値に対して収束させる制御動作
が円滑に且つ速やかに実行され、オーバシユート
制御状態の発生を効果的に抑制することのできる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るPID制御装
置を説明する構成図、第２図は上記実施例の動作
状態を説明する曲線図である。 １１……温度センサ、１３……制御部、１４…
…中心設定回路、１５……比例帯設定回路、１６
……積分保持部、１７，１８……第１および第２
の設定回路、１９，２０……比較回路、２１……
フリツプフロツプ回路、２２……アンド回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御中心値Ｃを設定する中心値設定手段と、 前記中心値を中心にしてその両側に制御帯域±
   Ｐを設定する比例帯設定手段と、 センサ機構における測定値が前記制御帯域内に
   ある状態で、前記測定値と前記中心値Ｃとの誤差
   分を、その差の方向に対応して順次加算し保持す
   る積分値保持手段と、 前記制御帯域内で前記中
   心値を中心にしてその両側に第１の設定値±Ｋを
   設定する第１の設定手段と、 前記第１の設定値±Ｋよりも前記中心値Ｃに接
   近して、前記中心値の両側に第２の設定値±Ｒを
   設定する第２の設定手段と、 前記センサ機構からの測定値が前記第１の設定
   値を越えて前記中心値に近付く状態でリセツト信
   号許可状態を設定するリセツト許可設定手段と、 前記センサ機構からの測定値が前記第２の設定
   値を越えて前記中心値に近付く状態で、前記積分
   値保持手段に設定されたそれまでの測定値の積分
   値をリセツトする積分値リセツト手段と、 この積分値リセツト手段で前記積分値がリセツ
   トされた状態から、前記積分値保持手段における
   測定値の積分動作を開始させる積分再開手段とを
   具備し、 この積分再開手段で積分動作が開始された後
   に、前記積分値保持手段で保持された積分値に基
   づき、制御出力を発生させるようにしたことを特
   徴とするPID制御装置。