JPH07311601A - ２自由度ｐｉｄ調節装置 - Google Patents
２自由度ｐｉｄ調節装置Info
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- JPH07311601A JPH07311601A JP10388494A JP10388494A JPH07311601A JP H07311601 A JPH07311601 A JP H07311601A JP 10388494 A JP10388494 A JP 10388494A JP 10388494 A JP10388494 A JP 10388494A JP H07311601 A JPH07311601 A JP H07311601A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、外乱抑制特性に影響を与えずに目
標値応答の速応化を図ることにある。 【構成】 目標値ＳＶと制御対象１のフィードバック制
御量ＰＶとを用いてＰＩＤ調節演算を実行し、この演算
によって得られる操作出力ＭＶに外乱要素Ｄを加えて制
御対象に印加する調節装置において、前記目標値の出力
ラインに応答改善係数γを有する目標値応答改善手段６
を設け、またフィードバックラインに設けたＰＩ調節演
算の積分時間に比例する進み／遅れ時間をもつ進み／遅
れ要素の制御量フィルタ２を動特性伝達関数手段１１と
静特性伝達関数手段１２とに分離する一方、前記フィー
ドバック制御量から目標値応答改善手段の出力を減算す
る減算手段１３を設け、この減算手段の出力を動特性伝
達関数手段に入力し、目標値応答特性を速応化する２自
由度ＰＩＤ調節装置である。
標値応答の速応化を図ることにある。 【構成】 目標値ＳＶと制御対象１のフィードバック制
御量ＰＶとを用いてＰＩＤ調節演算を実行し、この演算
によって得られる操作出力ＭＶに外乱要素Ｄを加えて制
御対象に印加する調節装置において、前記目標値の出力
ラインに応答改善係数γを有する目標値応答改善手段６
を設け、またフィードバックラインに設けたＰＩ調節演
算の積分時間に比例する進み／遅れ時間をもつ進み／遅
れ要素の制御量フィルタ２を動特性伝達関数手段１１と
静特性伝達関数手段１２とに分離する一方、前記フィー
ドバック制御量から目標値応答改善手段の出力を減算す
る減算手段１３を設け、この減算手段の出力を動特性伝
達関数手段に入力し、目標値応答特性を速応化する２自
由度ＰＩＤ調節装置である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、目標値追従特性と外乱
抑制特性との双方を最適化する２自由度ＰＩＤ調節装置
に係わり、特に目標値追従特性の速応化を実現する２自
由度ＰＩＤ調節装置に関する。
抑制特性との双方を最適化する２自由度ＰＩＤ調節装置
に係わり、特に目標値追従特性の速応化を実現する２自
由度ＰＩＤ調節装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のＰＩＤ（Ｐ：比例，Ｉ：積分，
Ｄ：微分）調節装置は、制御の有史以来あらゆる産業分
野で多用されており、どのような制御システムでもＰＩ
Ｄ調節装置なしでは成り立たなくなってきている。この
ように多用されている調節装置は、その基本機能である
目標値追従特性と外乱抑制特性とを同時に最適化するこ
とができず、これら両者の機能が二律背反の関係になっ
ている。
Ｄ：微分）調節装置は、制御の有史以来あらゆる産業分
野で多用されており、どのような制御システムでもＰＩ
Ｄ調節装置なしでは成り立たなくなってきている。この
ように多用されている調節装置は、その基本機能である
目標値追従特性と外乱抑制特性とを同時に最適化するこ
とができず、これら両者の機能が二律背反の関係になっ
ている。
【０００３】そこで、これら両者の機能を満足させる意
味から、目標値に補償要素を挿入した目標値フィルタ形
２自由度ＰＩＤ調節装置の他、制御量のフィードバック
ラインに進み／遅れ要素の制御量フィルタである補償要
素を組み込んだループ補償形２自由度ＰＩＤ調節装置が
開発されるに至った。
味から、目標値に補償要素を挿入した目標値フィルタ形
２自由度ＰＩＤ調節装置の他、制御量のフィードバック
ラインに進み／遅れ要素の制御量フィルタである補償要
素を組み込んだループ補償形２自由度ＰＩＤ調節装置が
開発されるに至った。
【０００４】特に、後者のループ補償形２自由度ＰＩＤ
調節装置は、制御量のフィードバックラインにＰＩ調節
演算の積分時間に比例した時間を進み／遅れ時間とする
進み／遅れ要素の制御量フィルタを挿入し、目標値追従
特性と外乱抑制特性とを同時に最適化するものであっ
て、制御性が目標値フィルタ形よりも優れているといわ
れている。
調節装置は、制御量のフィードバックラインにＰＩ調節
演算の積分時間に比例した時間を進み／遅れ時間とする
進み／遅れ要素の制御量フィルタを挿入し、目標値追従
特性と外乱抑制特性とを同時に最適化するものであっ
て、制御性が目標値フィルタ形よりも優れているといわ
れている。
【０００５】以下、従来のループ補償形２自由度ＰＩＤ
調節装置について図６を参照して説明する。同図におい
て５１は制御対象、５２は制御対象５１の制御量フィー
ドバック・ループに挿入された制御量フィルタであっ
て、その代表的な伝達関数Ｆ(s) は、 Ｆ(s) ＝（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ） …… （１） で表される。但し、α：０〜３、β：０〜１、ＴI ：積
分時間、ｓ：ラプラス演算子である。５３は目標値ＳＶ
(s) と制御量フィルタ５２の出力Ｙ0 (s) との偏差Ｅ
(s) を求める偏差演算手段、５４は偏差Ｅ(s) を零とす
るようにＰＩ演算を実行するＰＩ調節手段であって、そ
の伝達関数Ｃ(s) は、 Ｃ(s) ＝Ｋp ｛１＋１／（ＴI ・ｓ）｝ …… （２） で表される。Ｋp は比例ゲイン、ＴI は積分時間であ
る。５５はＰＩ調節手段５４の出力ＭＶ(s) に外乱Ｄ
(s) を加えて制御対象５１に印加する加算手段である。
調節装置について図６を参照して説明する。同図におい
て５１は制御対象、５２は制御対象５１の制御量フィー
ドバック・ループに挿入された制御量フィルタであっ
て、その代表的な伝達関数Ｆ(s) は、 Ｆ(s) ＝（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ） …… （１） で表される。但し、α：０〜３、β：０〜１、ＴI ：積
分時間、ｓ：ラプラス演算子である。５３は目標値ＳＶ
(s) と制御量フィルタ５２の出力Ｙ0 (s) との偏差Ｅ
(s) を求める偏差演算手段、５４は偏差Ｅ(s) を零とす
るようにＰＩ演算を実行するＰＩ調節手段であって、そ
の伝達関数Ｃ(s) は、 Ｃ(s) ＝Ｋp ｛１＋１／（ＴI ・ｓ）｝ …… （２） で表される。Ｋp は比例ゲイン、ＴI は積分時間であ
る。５５はＰＩ調節手段５４の出力ＭＶ(s) に外乱Ｄ
(s) を加えて制御対象５１に印加する加算手段である。
【０００６】以上のような制御量フィルタ５２の補償要
素を用いたのは、定常状態で入力と出力が等しいこと、
単位ステップ信号が入力されたときの出力応答の初期値
をα、減衰特性をβとすれば、これらα、βは互いに独
立に設定できることにある。ところで、図６に示すフィ
ードバック制御系の制御量Ｙ(s) の応答式を求めると、
素を用いたのは、定常状態で入力と出力が等しいこと、
単位ステップ信号が入力されたときの出力応答の初期値
をα、減衰特性をβとすれば、これらα、βは互いに独
立に設定できることにある。ところで、図６に示すフィ
ードバック制御系の制御量Ｙ(s) の応答式を求めると、
【０００７】
【数１】 で表せる。さらに、その応答式の動作を詳細に調べるた
めに、 Ｃ(s) ＝Ｋp ｛１＋１／（ＴI ・ｓ）｝、Ｆ(s) ＝（１
＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ）の関係を代入し
て整理すると、
めに、 Ｃ(s) ＝Ｋp ｛１＋１／（ＴI ・ｓ）｝、Ｆ(s) ＝（１
＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ）の関係を代入し
て整理すると、
【０００８】
【数２】 のようになる。そこで、上式から２自由度化は、パラメ
ータα，βを調整することにより実現でき、その最適値
は、α＝２．５、β＝０．５４である。
ータα，βを調整することにより実現でき、その最適値
は、α＝２．５、β＝０．５４である。
【０００９】従って、図６に示すフィードバック制御系
は、前記（４）式の応答式から２自由度化が達成されて
いるものの、制御性の限界を極めているかと考えたとき
には未だ制御性を改善する余地がある。それは、前記
（４）式の目標値ＳＶ(s) の応答に関する部分，つまり
第１項の分子の部分の調節演算がＰＩ動作のみであり、
ここに微分（Ｄ）動作が入るようにできれば、前記
（４）式の第２項に示す外乱抑制特性には全く影響を与
えずに目標値追従の応答特性を高速化できるためであ
る。
は、前記（４）式の応答式から２自由度化が達成されて
いるものの、制御性の限界を極めているかと考えたとき
には未だ制御性を改善する余地がある。それは、前記
（４）式の目標値ＳＶ(s) の応答に関する部分，つまり
第１項の分子の部分の調節演算がＰＩ動作のみであり、
ここに微分（Ｄ）動作が入るようにできれば、前記
（４）式の第２項に示す外乱抑制特性には全く影響を与
えずに目標値追従の応答特性を高速化できるためであ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、以上のような
説明から明らかなように、制御システムの基盤技術であ
るループ補償形２自由度ＰＩＤ調節装置は、２自由度化
によって相当な応答特性の改善が図ることができる。
説明から明らかなように、制御システムの基盤技術であ
るループ補償形２自由度ＰＩＤ調節装置は、２自由度化
によって相当な応答特性の改善が図ることができる。
【００１１】しかし、プラント制御システムのうち、以
上のような調節装置は９０％以上も使用されていること
を考えれば、さらに制御性を改善することが必要であ
り、フレキシブル、かつ、高品質な制御装置の生産に役
立つことにもなる。ゆえに、この種の調節装置としては
より一層の制御性能の高度化が求められている。
上のような調節装置は９０％以上も使用されていること
を考えれば、さらに制御性を改善することが必要であ
り、フレキシブル、かつ、高品質な制御装置の生産に役
立つことにもなる。ゆえに、この種の調節装置としては
より一層の制御性能の高度化が求められている。
【００１２】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、目標値の変化に伴なう制御応答特性の速応化を図る
２自由度ＰＩＤ調節装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、従来のループ補償形２自由
度制御を維持しながら、外乱抑制特性に影響を与えずに
目標値追従特性を改善する２自由度ＰＩＤ調節装置を提
供することにある。
で、目標値の変化に伴なう制御応答特性の速応化を図る
２自由度ＰＩＤ調節装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、従来のループ補償形２自由
度制御を維持しながら、外乱抑制特性に影響を与えずに
目標値追従特性を改善する２自由度ＰＩＤ調節装置を提
供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、目標値と制御対象のフ
ィードバック制御量をＰＩ調節演算の積分時間に比例し
た時間をもつ進み／遅れ要素の制御量フィルタを通して
得られる調節用制御量との偏差に基づいてＰＩまたはＰ
ＩＤ調節演算を実行し、この演算によって得られる操作
出力に外乱要素を加えて制御対象に印加する調節装置に
おいて、前記目標値に応答改善係数を乗算して出力する
目標値応答改善手段と、前記フィードバック制御量から
前記目標値応答改善手段の出力を減算して出力する減算
手段と、この減算手段から得られた信号を前記制御量フ
ィルタに入力するようにした２自由度ＰＩＤ調節装置で
ある。
に、請求項１に対応する発明は、目標値と制御対象のフ
ィードバック制御量をＰＩ調節演算の積分時間に比例し
た時間をもつ進み／遅れ要素の制御量フィルタを通して
得られる調節用制御量との偏差に基づいてＰＩまたはＰ
ＩＤ調節演算を実行し、この演算によって得られる操作
出力に外乱要素を加えて制御対象に印加する調節装置に
おいて、前記目標値に応答改善係数を乗算して出力する
目標値応答改善手段と、前記フィードバック制御量から
前記目標値応答改善手段の出力を減算して出力する減算
手段と、この減算手段から得られた信号を前記制御量フ
ィルタに入力するようにした２自由度ＰＩＤ調節装置で
ある。
【００１４】次に、請求項２に対応する発明は、目標値
と制御対象のフィードバック制御量をＰＩ調節演算の積
分時間に比例した時間をもつ進み／遅れ要素の制御量フ
ィルタを通して得られる調節用制御量との偏差に基づい
てＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実行し、この演算によっ
て得られる操作出力に外乱要素を加えて制御対象に印加
する調節装置において、静特性伝達関数手段と動特性伝
達関数手段とに分離してなる制御量フィルタと、前記目
標値に応答改善係数を乗算して出力する目標値応答改善
手段と、前記フィードバック制御量から前記目標値応答
改善手段の出力を減算して前記動特性伝達関数手段に入
力する減算手段とを備え、前記応答改善係数を可変する
ことにより、前記目標値の変化に対する応答特性の比例
ゲインおよび微分ゲインを変化させる２自由度ＰＩＤ調
節装置である。
と制御対象のフィードバック制御量をＰＩ調節演算の積
分時間に比例した時間をもつ進み／遅れ要素の制御量フ
ィルタを通して得られる調節用制御量との偏差に基づい
てＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実行し、この演算によっ
て得られる操作出力に外乱要素を加えて制御対象に印加
する調節装置において、静特性伝達関数手段と動特性伝
達関数手段とに分離してなる制御量フィルタと、前記目
標値に応答改善係数を乗算して出力する目標値応答改善
手段と、前記フィードバック制御量から前記目標値応答
改善手段の出力を減算して前記動特性伝達関数手段に入
力する減算手段とを備え、前記応答改善係数を可変する
ことにより、前記目標値の変化に対する応答特性の比例
ゲインおよび微分ゲインを変化させる２自由度ＰＩＤ調
節装置である。
【００１５】なお、制御量フィルタの動特性伝達関数手
段は、 （１） ｛（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・
ｓ）｝−１ （２） （α−１）βＴI ・ｓ／（１＋βＴI ・ｓ） （３） （α−１）｛１−１／（１＋βＴI ・ｓ）｝ の何れか１つの伝達関数をもつものである。但し、上式
においてα，βは２自由度化パラメータ、ＴI は積分時
間、ｓはラプラス演算子である。
段は、 （１） ｛（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・
ｓ）｝−１ （２） （α−１）βＴI ・ｓ／（１＋βＴI ・ｓ） （３） （α−１）｛１−１／（１＋βＴI ・ｓ）｝ の何れか１つの伝達関数をもつものである。但し、上式
においてα，βは２自由度化パラメータ、ＴI は積分時
間、ｓはラプラス演算子である。
【００１６】
【作用】従って、請求項１，２に対応する発明は、以上
のような手段を講じたことにより、目標値が変化したと
き、その変化目標値に可変可能な応答改善係数を乗算し
た信号がＰＩ調節演算の積分時間に比例した時間を進み
／遅れ時間とする進み／遅れ要素の制御量フィルタに導
入する。この制御量フィルタは、動特性伝達関数手段と
静特性伝達関数手段とに分離し、制御対象のフィードバ
ック制御量から前記乗算信号を減算した後、動特性伝達
関数手段に導入し、当該動特性伝達関数手段の出力と静
特性伝達関数手段の出力とを加算し、制御系の偏差演算
手段に導入するようにすれば、目標値の変化に対する応
答特性の比例ゲインおよび微分ゲインのみが変化し、外
乱抑制特性が不変のまま、目標値応答の速応化を図るこ
とができる。
のような手段を講じたことにより、目標値が変化したと
き、その変化目標値に可変可能な応答改善係数を乗算し
た信号がＰＩ調節演算の積分時間に比例した時間を進み
／遅れ時間とする進み／遅れ要素の制御量フィルタに導
入する。この制御量フィルタは、動特性伝達関数手段と
静特性伝達関数手段とに分離し、制御対象のフィードバ
ック制御量から前記乗算信号を減算した後、動特性伝達
関数手段に導入し、当該動特性伝達関数手段の出力と静
特性伝達関数手段の出力とを加算し、制御系の偏差演算
手段に導入するようにすれば、目標値の変化に対する応
答特性の比例ゲインおよび微分ゲインのみが変化し、外
乱抑制特性が不変のまま、目標値応答の速応化を図るこ
とができる。
【００１７】さらに、請求項３に対応する発明は、請求
項２に対応する発明に記載する動特性伝達関数手段とし
て、 （１） ｛（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・
ｓ）｝−１ （２） （α−１）βＴI ・ｓ／（１＋βＴI ・ｓ） （３） （α−１）｛１−１／（１＋βＴI ・ｓ）｝ の何れか１つを用いれば、係数乗算機能や加減算機能を
用いるだけで、目標値変化に対して、外乱抑制特性に影
響を与えずに微分動作を生かすことができ、目標値追従
の応答特性を改善することができる。
項２に対応する発明に記載する動特性伝達関数手段とし
て、 （１） ｛（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・
ｓ）｝−１ （２） （α−１）βＴI ・ｓ／（１＋βＴI ・ｓ） （３） （α−１）｛１−１／（１＋βＴI ・ｓ）｝ の何れか１つを用いれば、係数乗算機能や加減算機能を
用いるだけで、目標値変化に対して、外乱抑制特性に影
響を与えずに微分動作を生かすことができ、目標値追従
の応答特性を改善することができる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明装置の実施例について図面を参
照して説明する。図１は本発明に係わる２自由度ＰＩＤ
調節装置の第１の実施例を示す構成図であって、請求項
１，２に対応する発明の一構成例である。
照して説明する。図１は本発明に係わる２自由度ＰＩＤ
調節装置の第１の実施例を示す構成図であって、請求項
１，２に対応する発明の一構成例である。
【００１９】同図において１は各種のプラント，制御シ
ステムなどの制御対象であって、この制御対象１から得
られる制御量ＰＶ(s) のフィードバックラインには制御
量フィルタ２が設けられ、この制御量フィルタ２を通っ
た後の調節用制御量Ｙ01(s)が偏差演算手段３に送られ
る。この偏差演算手段３は目標値ＳＶ(s) と調節用制御
量Ｙ01(s) との偏差Ｅ(s) を求めてＰＩ調節手段４に導
入する。このＰＩ調節手段４では、偏差Ｅ(s) が零とな
るようにＰＩ調節演算を実行して操作出力ＭＶ(s) を求
める。５は操作出力ＭＶ(s) に外乱Ｄ(s) を加えて制御
対象１に印加する加算手段である。
ステムなどの制御対象であって、この制御対象１から得
られる制御量ＰＶ(s) のフィードバックラインには制御
量フィルタ２が設けられ、この制御量フィルタ２を通っ
た後の調節用制御量Ｙ01(s)が偏差演算手段３に送られ
る。この偏差演算手段３は目標値ＳＶ(s) と調節用制御
量Ｙ01(s) との偏差Ｅ(s) を求めてＰＩ調節手段４に導
入する。このＰＩ調節手段４では、偏差Ｅ(s) が零とな
るようにＰＩ調節演算を実行して操作出力ＭＶ(s) を求
める。５は操作出力ＭＶ(s) に外乱Ｄ(s) を加えて制御
対象１に印加する加算手段である。
【００２０】さらに、目標値ＳＶ(s) の出力ラインに可
変可能な応答改善係数γをもった目標値応答改善手段６
が接続され、この目標値応答改善手段６の出力が前記制
御量フィルタ２の入力側に導入されている。
変可能な応答改善係数γをもった目標値応答改善手段６
が接続され、この目標値応答改善手段６の出力が前記制
御量フィルタ２の入力側に導入されている。
【００２１】この制御量フィルタ２は、ＰＩ調節演算の
積分時間に比例した時間を進み／遅れ時間とする進み／
遅れ要素からなるが、微分動作機能をもたせるために動
特性伝達関数手段１１と静特性伝達関数手段１２とに分
離する一方、動特性伝達関数手段１１の入力側に、制御
対象１から得られる制御量ＰＶ(s) から前記目標値応答
改善手段６の出力を減算する減算手段１３を設け、さら
に動特性伝達関数手段１１の出力と静特性伝達関数手段
１２の出力とを加算し調節用制御量Ｙ01(s) を求めて前
記偏差演算手段３に導入する加算手段１４を設けた構成
である。
積分時間に比例した時間を進み／遅れ時間とする進み／
遅れ要素からなるが、微分動作機能をもたせるために動
特性伝達関数手段１１と静特性伝達関数手段１２とに分
離する一方、動特性伝達関数手段１１の入力側に、制御
対象１から得られる制御量ＰＶ(s) から前記目標値応答
改善手段６の出力を減算する減算手段１３を設け、さら
に動特性伝達関数手段１１の出力と静特性伝達関数手段
１２の出力とを加算し調節用制御量Ｙ01(s) を求めて前
記偏差演算手段３に導入する加算手段１４を設けた構成
である。
【００２２】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、制御対象１から得られる制御量ＰＶ(s) が制御フィ
ルタ２に導入されるが、この制御フィルタ２の入力側で
２分岐され、その一方分岐側では制御量ＰＶ(s) が伝達
関数「１」を有する静特性伝達関数手段１２を通って加
算手段１４に導かれ、他方分岐側では制御量ＰＶ(s)と
目標値ＳＶ(s) に応答改善係数γを乗じた信号γ・ＳＶ
(s) とが減算手段１３に導入され、ここで減算演算信号
｛ＰＶ(s) −γ・ＳＶ(s) ｝を取り出し、伝達関数Ｆ
(s) −１を有する動特性伝達関数手段１１を通して加算
手段１４に導入する。この加算手段１４では、動特性伝
達関数手段１１の出力と静特性伝達関数手段１２の出力
とを加算合成し、調節用制御量Ｙ01(s) を取り出し、偏
差演算手段３に導入する。
ば、制御対象１から得られる制御量ＰＶ(s) が制御フィ
ルタ２に導入されるが、この制御フィルタ２の入力側で
２分岐され、その一方分岐側では制御量ＰＶ(s) が伝達
関数「１」を有する静特性伝達関数手段１２を通って加
算手段１４に導かれ、他方分岐側では制御量ＰＶ(s)と
目標値ＳＶ(s) に応答改善係数γを乗じた信号γ・ＳＶ
(s) とが減算手段１３に導入され、ここで減算演算信号
｛ＰＶ(s) −γ・ＳＶ(s) ｝を取り出し、伝達関数Ｆ
(s) −１を有する動特性伝達関数手段１１を通して加算
手段１４に導入する。この加算手段１４では、動特性伝
達関数手段１１の出力と静特性伝達関数手段１２の出力
とを加算合成し、調節用制御量Ｙ01(s) を取り出し、偏
差演算手段３に導入する。
【００２３】この偏差演算手段３は、目標値ＳＶ(s) と
調節用制御量Ｙ01(s) との偏差Ｅ(s) ＝ＳＶ(s) −Ｙ01
(s) を演算し、得られる偏差Ｅ(s) を伝達関数Ｃ(s) ＝
Ｋp｛１＋１／（ＴI ・ｓ｝（但し、Ｋp ：比例ゲイ
ン、ＴI ：積分時間、ｓ：ラプラス演算子）をもつＰＩ
調節手段４に印加し、ここでＰＩ調節演算によって操作
出力ＭＶ(s) を取り出す。さらに、この操作出力ＭＶ
(s) は加算手段５にて外乱Ｄ(s) と加算合成して制御対
象１に印加し、偏差が零，つまり目標値ＳＶ(s) ＝調節
用制御量Ｙ01(s) となるように制御する。
調節用制御量Ｙ01(s) との偏差Ｅ(s) ＝ＳＶ(s) −Ｙ01
(s) を演算し、得られる偏差Ｅ(s) を伝達関数Ｃ(s) ＝
Ｋp｛１＋１／（ＴI ・ｓ｝（但し、Ｋp ：比例ゲイ
ン、ＴI ：積分時間、ｓ：ラプラス演算子）をもつＰＩ
調節手段４に印加し、ここでＰＩ調節演算によって操作
出力ＭＶ(s) を取り出す。さらに、この操作出力ＭＶ
(s) は加算手段５にて外乱Ｄ(s) と加算合成して制御対
象１に印加し、偏差が零，つまり目標値ＳＶ(s) ＝調節
用制御量Ｙ01(s) となるように制御する。
【００２４】従って、以上のような装置によれば、例え
ば図２（ａ）に示すように目標値ＳＶ(s) がステップ変
化したとき、目標値応答改善手段６の応答改善係数γが
０〜１の間に設定されていれば、目標値応答改善手段６
から同図（ｂ）のような信号が出力され、これが減算手
段１３および動特性伝達関数手段１１を通ると、同図
（ｃ）に示すごとく負方向に立下がりを示す微分成分が
現れ、さらに加算手段１４を通って偏差演算手段３に導
入される。この動特性伝達関数手段１１の出力は偏差演
算手段３に導入されているので同図（ｄ）のように反転
し、さらにこれに目標値ＳＶ(s) が加算されるので、同
図（ｅ）に示す如く目標値ＳＶ(s) に動特性伝達関数手
段１１の出力が重畳された信号となり、いわゆる大きな
立上りで急激に減少する偏差を取り出すことが可能とな
り、外乱抑制特性に全く影響を与えずに目標値追従の応
答特性を高速化することができる。
ば図２（ａ）に示すように目標値ＳＶ(s) がステップ変
化したとき、目標値応答改善手段６の応答改善係数γが
０〜１の間に設定されていれば、目標値応答改善手段６
から同図（ｂ）のような信号が出力され、これが減算手
段１３および動特性伝達関数手段１１を通ると、同図
（ｃ）に示すごとく負方向に立下がりを示す微分成分が
現れ、さらに加算手段１４を通って偏差演算手段３に導
入される。この動特性伝達関数手段１１の出力は偏差演
算手段３に導入されているので同図（ｄ）のように反転
し、さらにこれに目標値ＳＶ(s) が加算されるので、同
図（ｅ）に示す如く目標値ＳＶ(s) に動特性伝達関数手
段１１の出力が重畳された信号となり、いわゆる大きな
立上りで急激に減少する偏差を取り出すことが可能とな
り、外乱抑制特性に全く影響を与えずに目標値追従の応
答特性を高速化することができる。
【００２５】次に、図３は２自由度ＰＩＤ調節装置の第
２の実施例を示す構成図であって、請求項３に対応する
発明の一構成例である。なお、同図において図１と同一
部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
２の実施例を示す構成図であって、請求項３に対応する
発明の一構成例である。なお、同図において図１と同一
部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２６】この実施例は、図１の制御量フィルタ２を
具体化したものであって、ＰＩ調節手段４の積分時間Ｔ
I に比例した進み／遅れ時間をもった伝達関数Ｆ(s) ，
つまり Ｆ(s) ＝（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ） ……（５） を有する伝達関数部２１およびこの伝達関数部２１の出
力から減算手段１３の出力を減算することにより、 ｛（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ）−１｝＝Ｆ(s) −１…（６） なる信号を出力する減算手段２２を備えた動特性伝達関
数手段１１Ａを有し、さらに静特性伝達関数手段１２の
伝達関数を「１」とした構成である。
具体化したものであって、ＰＩ調節手段４の積分時間Ｔ
I に比例した進み／遅れ時間をもった伝達関数Ｆ(s) ，
つまり Ｆ(s) ＝（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ） ……（５） を有する伝達関数部２１およびこの伝達関数部２１の出
力から減算手段１３の出力を減算することにより、 ｛（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ）−１｝＝Ｆ(s) −１…（６） なる信号を出力する減算手段２２を備えた動特性伝達関
数手段１１Ａを有し、さらに静特性伝達関数手段１２の
伝達関数を「１」とした構成である。
【００２７】さらに、図４は２自由度ＰＩＤ調節装置の
第３の実施例を示す構成図であって、請求項３に対応す
る発明の一構成例である。なお、同図において図１と同
一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
第３の実施例を示す構成図であって、請求項３に対応す
る発明の一構成例である。なお、同図において図１と同
一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２８】この実施例は、図３に示す動特性伝達関数
手段１１Ａの伝達関数を変形すると 、 ｛Ｆ(s) −１｝＝｛（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ）−１｝ ＝｛（α−１）βＴI ・ｓ｝／（１＋βＴI ・ｓ） ……（７） で表せる。従って、制御量フィルタ２の動特性伝達関数
手段２２に前記（７）式の伝達関数を用いることにより
実現できる。
手段１１Ａの伝達関数を変形すると 、 ｛Ｆ(s) −１｝＝｛（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ）−１｝ ＝｛（α−１）βＴI ・ｓ｝／（１＋βＴI ・ｓ） ……（７） で表せる。従って、制御量フィルタ２の動特性伝達関数
手段２２に前記（７）式の伝達関数を用いることにより
実現できる。
【００２９】さらに、図５は２自由度ＰＩＤ調節装置の
第４の実施例を示す構成図であって、請求項３に対応す
る発明の一構成例である。なお、同図において図１と同
一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
第４の実施例を示す構成図であって、請求項３に対応す
る発明の一構成例である。なお、同図において図１と同
一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
【００３０】この実施例は、図４の動特性伝達関数手段
２２の伝達関数｛Ｆ(s) −１｝を変形すると、 ｛Ｆ(s) −１｝＝（α−１）｛１−１／（１＋βＴI ・ｓ）｝ ……（８） となる。
２２の伝達関数｛Ｆ(s) −１｝を変形すると、 ｛Ｆ(s) −１｝＝（α−１）｛１−１／（１＋βＴI ・ｓ）｝ ……（８） となる。
【００３１】従って、制御量フィルタ２の動特性伝達関
数手段３１に前記（８）式の伝達関数を用いることもで
きる。次に、本発明装置の効果を明らかにするために、
まず、図１の制御量の応答式を求めると、
数手段３１に前記（８）式の伝達関数を用いることもで
きる。次に、本発明装置の効果を明らかにするために、
まず、図１の制御量の応答式を求めると、
【００３２】
【数３】 で表される。
【００３３】そこで、この（９）式と従来装置の（３）
式とを比較すると、前記（９）式では応答式の第１項の
目標値ＳＶ(s) に対する応答の項に応答改善係数γに関
する部分が付加されており、この応答改善係数γとし
て、γ＝０のときには従来装置と同じ構成となり、γ＝
０以上（０を除く）〜１の間で可変することにより、目
標値ＳＶ(s) の応答特性を速応化できる。
式とを比較すると、前記（９）式では応答式の第１項の
目標値ＳＶ(s) に対する応答の項に応答改善係数γに関
する部分が付加されており、この応答改善係数γとし
て、γ＝０のときには従来装置と同じ構成となり、γ＝
０以上（０を除く）〜１の間で可変することにより、目
標値ＳＶ(s) の応答特性を速応化できる。
【００３４】さらに、制御量フィルタ２の伝達関数を具
体的な数式で表した場合には明確になるので、この場合
に応答式を求める。図３ないし図５の例は、制御量フィ
ルタ２の伝達関数Ｆ(s) として、Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ
I ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ）とした場合であって、動
特性伝達関数手段の式のみを変形したものである。従っ
て、図３ないし図５の応答式は全く同一であり、装置実
現時における式の分り易さと実現の難易度が異なるだけ
である。つまり、図３ないし図５の応答式は、
体的な数式で表した場合には明確になるので、この場合
に応答式を求める。図３ないし図５の例は、制御量フィ
ルタ２の伝達関数Ｆ(s) として、Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ
I ・ｓ）／（１＋βＴI ・ｓ）とした場合であって、動
特性伝達関数手段の式のみを変形したものである。従っ
て、図３ないし図５の応答式は全く同一であり、装置実
現時における式の分り易さと実現の難易度が異なるだけ
である。つまり、図３ないし図５の応答式は、
【００３５】
【数４】 で表せる。
【００３６】ゆえに、本発明装置による制御応答を表す
（１０）式と従来装置の制御応答を表す（４）式とを比
較すると、目標値ＳＶ(s) の変化に対する制御応答を表
す第１項の分子の応答改善係数γに関する項が付加され
たことになる。そこで、前記（１０）式でγ＝０とする
と、（４）式と全く同一となる。一方、前記（１０）式
でγ＝０以上（０を除く）〜１に変化させたとき、前記
（１０）式の第１項目の分子をみたとき、比例ゲインが
大きくなるに従って微分動作が付加され、微分ゲインが
大きくなり、目標値変化に伴う制御応答速度を限界まで
改善することができる。
（１０）式と従来装置の制御応答を表す（４）式とを比
較すると、目標値ＳＶ(s) の変化に対する制御応答を表
す第１項の分子の応答改善係数γに関する項が付加され
たことになる。そこで、前記（１０）式でγ＝０とする
と、（４）式と全く同一となる。一方、前記（１０）式
でγ＝０以上（０を除く）〜１に変化させたとき、前記
（１０）式の第１項目の分子をみたとき、比例ゲインが
大きくなるに従って微分動作が付加され、微分ゲインが
大きくなり、目標値変化に伴う制御応答速度を限界まで
改善することができる。
【００３７】従って、本発明装置によれば、制御量のフ
ィードバックラインに挿入された積分時間に比例した時
間を進み／遅れ時間とした進み／遅れ要素の制御量フィ
ルタ２を、静特性伝達関数手段１２と動特性伝達関数手
段１１，１１Ａ，２１，３１とに分離し、動特性伝達関
数手段１１，１１Ａ，２１，３１の入力信号である制御
量ＰＶ(s) から、目標値ＳＶ(s) に比例した信号を減算
する構成とすれば、本来の微分構成を備えていないが、
ＰＩ調節手段４と制御量フィルタ２の組合わせにより、
微分動作を発生させ、目標値の変化に対する応答を限界
まで高速化できるＰＩＤ３項の完全２自由度化を達成で
き、従来の２自由度ＰＩＤよりも一層特性を改善するこ
とができる。
ィードバックラインに挿入された積分時間に比例した時
間を進み／遅れ時間とした進み／遅れ要素の制御量フィ
ルタ２を、静特性伝達関数手段１２と動特性伝達関数手
段１１，１１Ａ，２１，３１とに分離し、動特性伝達関
数手段１１，１１Ａ，２１，３１の入力信号である制御
量ＰＶ(s) から、目標値ＳＶ(s) に比例した信号を減算
する構成とすれば、本来の微分構成を備えていないが、
ＰＩ調節手段４と制御量フィルタ２の組合わせにより、
微分動作を発生させ、目標値の変化に対する応答を限界
まで高速化できるＰＩＤ３項の完全２自由度化を達成で
き、従来の２自由度ＰＩＤよりも一層特性を改善するこ
とができる。
【００３８】また、この改善に対する付加機能は少な
く、調節演算の負荷を大きくするような時間的要素の付
加は全くなく、係数乗算動作および加減算動作を付加す
るだけで達成でき、工業的に多用されているので大きな
メリットとなる。
く、調節演算の負荷を大きくするような時間的要素の付
加は全くなく、係数乗算動作および加減算動作を付加す
るだけで達成でき、工業的に多用されているので大きな
メリットとなる。
【００３９】なお、上記実施例は、図１に示す動特性伝
達関数を図３〜図５の３つ具体例に展開したが、同様の
趣旨から他の伝達関数式に展開し具体的構成とすること
も可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施できる。
達関数を図３〜図５の３つ具体例に展開したが、同様の
趣旨から他の伝達関数式に展開し具体的構成とすること
も可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施できる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、目
標値の変化に対して応答特性の比例ゲインおよび微分ゲ
インを変化でき、外乱抑制特性に影響を与えずに目標値
応答の速応化を図ることができる。しかも、シンプルな
構成で制御性能を高度化することができる。
標値の変化に対して応答特性の比例ゲインおよび微分ゲ
インを変化でき、外乱抑制特性に影響を与えずに目標値
応答の速応化を図ることができる。しかも、シンプルな
構成で制御性能を高度化することができる。
【図１】請求項１，２に対応する発明である２自由度Ｐ
ＩＤ調節装置の一実施例を示す構成図。
ＩＤ調節装置の一実施例を示す構成図。
【図２】本発明装置の要部の動作波形を示すタイミング
チャート。
チャート。
【図３】請求項３に対応する発明である２自由度ＰＩＤ
調節装置の一実施例を示す構成図。
調節装置の一実施例を示す構成図。
【図４】請求項３に対応する発明である２自由度ＰＩＤ
調節装置の他の実施例を示す構成図。
調節装置の他の実施例を示す構成図。
【図５】同じく請求項３に対応する発明である２自由度
ＰＩＤ調節装置の他の実施例を示す構成図。
ＰＩＤ調節装置の他の実施例を示す構成図。
【図６】従来の２自由度ＰＩＤ調節装置の構成図。
１…制御対象、２…制御量フィルタ、３…偏差演算手
段、４…ＰＩ調節手段、１１，１１Ａ，２１，３１…動
特性伝達関数手段、１２…静特性伝達関数手段、１３…
減算手段、１４…加算手段。
段、４…ＰＩ調節手段、１１，１１Ａ，２１，３１…動
特性伝達関数手段、１２…静特性伝達関数手段、１３…
減算手段、１４…加算手段。
Claims (3)
- 【請求項１】 目標値と制御対象のフィードバック制御
量をＰＩ調節演算の積分時間に比例した時間をもつ進み
／遅れ要素の制御量フィルタを通して得られる調節用制
御量との偏差に基づいてＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実
行し、この演算によって得られる操作出力に外乱要素を
加えて制御対象に印加する調節装置において、 前記目標値に応答改善係数を乗算して出力する目標値応
答改善手段と、前記フィードバック制御量から前記目標
値応答改善手段の出力を減算して出力する減算手段と、
この減算手段から得られた信号を前記制御量フィルタに
入力するようにしたことを特徴とする２自由度ＰＩＤ調
節装置。 - 【請求項２】 目標値と制御対象のフィードバック制御
量をＰＩ調節演算の積分時間に比例した時間をもつ進み
／遅れ要素の制御量フィルタを通して得られる調節用制
御量との偏差に基づいてＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実
行し、この演算によって得られる操作出力に外乱要素を
加えて制御対象に印加する調節装置において、 静特性伝達関数手段と動特性伝達関数手段とに分離して
なる制御量フィルタと、前記目標値の出力に応答改善係
数を乗算して出力する目標値応答改善手段と、前記フィ
ードバック制御量から前記目標値応答改善手段の出力を
減算して前記動特性伝達関数手段に入力する減算手段と
を備え、前記応答改善係数を可変することにより、前記
目標値の変化に対する応答特性の比例ゲインおよび微分
ゲインを変化させることを特徴とする２自由度ＰＩＤ調
節装置。 - 【請求項３】 制御量フィルタの動特性伝達関数手段
は、下記の何れか１つの伝達関数を有するものである請
求項２記載の２自由度ＰＩＤ調節装置。 （１） ｛（１＋αβＴI ・ｓ）／（１＋βＴI ・
ｓ）｝−１ （２） （α−１）βＴI ・ｓ／（１＋βＴI ・ｓ） （３） （α−１）｛１−１／（１＋βＴI ・ｓ）｝ ただし、上式においてα，βは２自由度化パラメータ、
ＴI は積分時間、ｓはラプラス演算子である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10388494A JPH07311601A (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | ２自由度ｐｉｄ調節装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10388494A JPH07311601A (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | ２自由度ｐｉｄ調節装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07311601A true JPH07311601A (ja) | 1995-11-28 |
Family
ID=14365867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10388494A Pending JPH07311601A (ja) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | ２自由度ｐｉｄ調節装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07311601A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109791395A (zh) * | 2016-10-01 | 2019-05-21 | Khd洪保德韦达克有限公司 | 具有调控性能的可调节性的调控设备 |
| CN110780592A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-11 | 上海海事大学 | 一种基于差分进化粒子群算法的六自由度平台的控制方法 |
-
1994
- 1994-05-18 JP JP10388494A patent/JPH07311601A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109791395A (zh) * | 2016-10-01 | 2019-05-21 | Khd洪保德韦达克有限公司 | 具有调控性能的可调节性的调控设备 |
| CN110780592A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-11 | 上海海事大学 | 一种基于差分进化粒子群算法的六自由度平台的控制方法 |
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