JPH0816204A

JPH0816204A - Ｐｉｄ調節計の積分動作のカット方法

Info

Publication number: JPH0816204A
Application number: JP15139394A
Authority: JP
Inventors: Masato Kawaura; 正人川浦
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1994-07-04
Filing date: 1994-07-04
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】制御対象の擾乱に対しては制御応答性の良い制
御を、目標値の大幅設定変更に対してはオーバーシュー
ト量の小さい制御を行うＰＩＤ調節計の積分動作のカッ
ト方法を提供する。【構成】ＰＩＤ調節計は、目標値SVと制御量PVとの差よ
りなる制御偏差XWに基づく比例動作と積分動作とを有
し、積分動作を行う積分器７の入力側に制御偏差XWを係
数倍する窓関数を有する倍率器６を有し、倍率器６の窓
は比例帯相当の正負の制御偏差幅(-XPB 〜+XPB) を有
し、出力係数は、制御偏差０で係数１を、制御偏差の絶
対値が比例帯に相当する制御偏差値XPB 以上で係数０を
有し、制御偏差が比例帯に相当する制御偏差幅(-XPB 〜
+XPB) の範囲内で係数が０〜１の間を制御偏差に応じて
滑らかに変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＩＤ調節計を用いた
制御分野で、目標値の大幅設定変更を行ったとき等の制
御量の行き過ぎ量（以下、オーバーシュートと略称す
る）を抑制する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＩＤ調節計を用いた連続式の制御方法
で、例えば、目標値の大幅設定変更を行ったときとか、
また、制御対象に激しい擾乱が加わったときなどでは、
制御結果にオーバーシュートが発生する。この原因は、
この様な目標値の大幅設定変更を行ったときなどでは、
ＰＩＤ調節計によって操作される操作端が全開あるいは
全閉状態の過渡現象を経由し、実質的な操作量が有限の
値に制約されることにあり、この期間中は、ＰＩＤ調節
計の積分動作が過積分され、この結果、制御結果にオー
バーシュートが発生する。

【０００３】この様なオーバーシュートを抑制する手段
として、従来技術では、例えば、上述の如く、操作端が
全開あるいは全閉状態で、飽和状態に対応する過渡現象
期間中は、制御動作をＰＤ動作調節計とし、積分動作を
カットし、制御量が所定の範囲に入ったところから、制
御動作をＰＩＤ動作調節計とし、積分動作でオフセット
修正動作を行い、オフセット量がない制御が行われてい
る。

【０００４】この調節計の制御動作モードをＰＤ動作と
ＰＩＤ動作とに切り替える条件は、従来技術では、制御
偏差量とか、あるいは、操作出力値を指標とし、この値
によって、制御動作のモード切り替えが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のＰＤ動作と
ＰＩＤ動作との制御モード切り替えは、特に、バッチ制
御プロセスなどのスタートアップ制御で、オーバーシュ
ート量の小さい、あるいは無オーバーシュートに近い制
御を行い、かつ、制御対象の擾乱に対しては、最も応答
制御性の良い制御パラメータで制御を行なわせ、有効な
制御結果が得られている。

【０００６】この様な制御でオーバーシュート量をでき
る限り小さくするために、例えば、制御偏差で制御動作
のモード切り替えを行うときは、できるだけ小さい制御
偏差量で制御モード切り替えを行いたい。しかし、制御
モード切り替えの制御偏差量を小さくすればするほど、
制御対象の経時的特性変化による影響を受け易くなる。
即ち、制御対象の特性変化により、ＰＤ動作による制御
で、制御モード切り替えの制御偏差量の範囲内に入らな
いときは、積分動作によるオフセット修正動作がなく、
永久にオフセットが発生したままとなる。

【０００７】同様に、制御モードの切り替えを操作出力
値で行うときも、ＰＤ動作による制御で、通常のＰＩＤ
動作の操作出力範囲内に入らないときは、積分動作によ
るオフセット修正動作がなく、永久にオフセットが発生
する。即ち、従来技術による方法では、制御対象の経時
的特性変化による影響を配慮して、一定の余裕をもっ
て、これらの制御モード切り替え範囲を設定する必要が
ある。

【０００８】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、制御対
象の擾乱に対しては制御応答性の良い制御を行い、目標
値の大幅設定変更に対してはオーバーシュート量の小さ
い制御を行い、かつ、制御対象に経時的特性変化があっ
ても、定常的なオフセットが発生しない制御を行う、Ｐ
ＩＤ調節計の積分動作のカット方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願請求項１による発明においては、目標値を設定
する設定器と、制御対象から入力される制御量を受信す
る入力回路と、を備え、ＰＩＤ調節計は、少なくとも、
目標値と制御量との差よりなる制御偏差に基づく比例動
作と積分動作とを有し、積分動作を行う積分器の入力側
に窓関数を有する倍率器を有し、制御偏差は倍率器によ
って係数倍された信号が積分器に入力され、倍率器は、
入力側の窓が比例帯に相当する正負の制御偏差値幅を有
し、出力係数は制御偏差０で係数１を有し、制御偏差の
絶対値が比例帯に相当する制御偏差値以上で係数０を有
し、制御偏差が比例帯に相当する制御偏差値の範囲内で
係数が０〜１の間を制御偏差に応じて滑らかに変わるも
のとする。

【００１０】また、本願請求項２による発明において
は、倍率器の入力側の窓は、窓設定パラメータ係数でカ
ット幅を設定できるものとする。

【００１１】

【作用】上記構成により、積分動作を行う積分器の入力
側に係数１〜０の窓関数を有する倍率器を設けることに
より、ＰＩＤ調節計の積分時間はこの入力側の係数に反
比例して変えることができる。即ち、制御偏差０近傍に
おける係数１の領域では、積分時間は、調節計に設定さ
れた積分時間そのものとなり、また、制御偏差の絶対値
が比例帯に相当する制御偏差値以上では係数０となるた
め、ここでは、積分器への入力はない。即ち、制御偏差
の絶対値が比例帯相当の制御偏差値以上の範囲では、Ｐ
ＩＤ調節計の積分動作はカットされる。また、比例帯相
当の制御偏差値以下の範囲内においては係数が０〜１の
間を制御偏差に応じて滑らかに変わるため、ＰＩＤ調節
計の積分時間は連続的に大きく変化させることができ
る。

【００１２】さらに、本発明では、ＰＩＤ調節計の積分
動作をカットする制御偏差は比例帯相当の制御偏差値に
選ばれているので、この比例帯相当の制御偏差値内で、
０〜100％の任意のＰＤ調節計出力を得ることができ
る。即ち、本発明の方法によれば、例えば、スタートア
ップ制御時はＰＤ動作で制御しても、ＰＤ動作で制御さ
れた制御偏差値は、必ず、比例帯相当の制御偏差値内に
入るので、自動的にＰＩＤ動作に切り替えることができ
る。この結果、" 制御対象の経時的特性変化によっては
永久にオフセットが残存する可能性がある" という従来
の課題を解決することができる。即ち、制御対象の擾乱
に対しては制御応答性の良い制御を行い、目標値の大幅
設定変更に対してはオーバーシュート量の小さい制御を
行い、かつ、制御対象の経時的特性変化の影響を受けな
い制御を行うことができる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例としてのＰＩＤ調節
計の積分動作のカット方法を説明するブロック線図、図
２は本発明の他の実施例の積分動作のカット方法を説明
するブロック線図である。図１において、ＰＩＤ調節計
は、目標値SVを設定する設定器１と、図示されていない
制御対象から入力される制御量PVを受信する入力回路２
と、を備え、目標値SVと制御量PVとの差よりなる制御偏
差XWに基づき、比例動作を行うＰ演算器３と、積分動作
を行うＩ演算器４と倍率器６と積分器７と、制御量PVの
微分動作を行うＤ演算器５と、これらのＰ演算器３と積
分器７とＤ演算器５との出力を加算し、操作出力信号に
変換する出力回路８と、から構成される。

【００１４】上記構成において、積分動作を行う積分器
７の入力側には、窓関数を有する倍率器６を有し、制御
偏差XWはこの倍率器６によって０〜１の範囲で係数倍さ
れて積分器７に入力される。従って、倍率器６の係数が
１のときは、ＰＩＤ調節計のＰＩＤパラメータ設定で設
定された積分時間と同じ積分時間を有し、倍率器６の係
数が１以下のときは、その係数倍だけ、小さな制御偏差
が積分器７に入力され、その結果、積分時間はＰＩＤパ
ラメータ設定で設定された積分時間に対して、この係数
倍に反比例して長くなる。倍率器６の係数が０のとき
は、積分器７に制御偏差XWが入力されない。即ち、積分
時間は無限大に相当し、積分動作がカットされる。

【００１５】この積分動作がカットされたときのＰＩＤ
調節計の動作は、積分動作がカットされる直前までの積
分器７の積分出力値が、積分動作カット後のＰＤ動作調
節計のバイアス値となり、ＰＤ動作調節計の出力は、制
御偏差XW＝０でこのバイアス値出力となり、この値を中
心として、制御偏差XWに基づくＰＤ演算動作の出力とな
る。

【００１６】図１に図示された倍率器６は、横軸に制御
偏差XWを、縦軸に倍率器６の係数が０〜１で図示されて
いる。この倍率器６は、比例帯に相当する正負の制御偏
差幅（-XPB〜+XPB）内の制御偏差XWを通過させる窓特性
を有し、このときの出力係数は、制御偏差０で係数１
を、制御偏差が比例帯相当の制御偏差幅（-XPB〜+XPB）
範囲内では係数０〜１の間を制御偏差に応じて滑らかに
変化し、制御偏差が比例帯相当の制御偏差幅（-XPB〜+X
PB）以外の範囲では係数０を有する。

【００１７】調節計の比例帯は、調節計の操作出力０〜
100%変化させるに必要な入力（制御偏差）幅で定義され
ているので、上記倍率器６の窓特性である比例帯相当の
制御偏差幅（-XPB〜+XPB）範囲は、積分動作がカット時
のＰＤ調節計の積分器７のバイアス出力が任意の操作出
力（０〜100%）に対して、ＰＤ調節計の操作出力を制御
偏差XWで０〜100%の範囲を操作できる制御偏差の範囲を
意味している。

【００１８】従って、目標値の大幅設定変更などのとき
は、まず、ＰＤ動作で制御対象を制御し、オーバーシュ
ートの少ない状態に制御し、制御量を目標値に近いとこ
ろで安定化を図る。この状態では、ＰＤ調節計の制御偏
差XWは上記の比例帯相当の制御偏差幅（-XPB〜+XPB）の
範囲に必ず入ってくるので、ＰＤ動作による制御からＰ
ＩＤ動作による制御に切り替えることができ、Ｉ動作欠
如に基づくオフセット量の発生を防止することができ
る。

【００１９】図２は本発明の他の実施例である。図１と
異なる点は、倍率器6Aに対して、積分カット強さ(Ar)の
設定器９を有していることである。即ち、倍率器6Aの入
力側の窓は、窓設定パラメータ係数である積分カット強
さ(Ar)の設定器９により、カット幅である比例帯相当の
制御偏差値（-XPB、+XPB）に対して、設定器９により倍
率を変化させ、ＰＤ動作とＰＩＤ動作の切り替え範囲が
上述の範囲に対してAr倍拡大・縮小することができる。
この積分カット強さ(Ar)は、プロセス特性に合わせて積
分カット量の大きさを調整でき、制御目的により適合し
た微調整が可能となる。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、積分
動作のカットにより、オーバーシュートの防止が得ら
れ、また、積分動作のカットの副作用として、制御対象
の経時的特性変化により、永久にオフセットが残存する
という懸念を解決することができる。実施例１では、倍
率器の窓範囲内で積分時間が滑らかに変化しているの
で、従来技術におけるように、積分動作のカット点を細
かく調整・設定しなくても、良い制御結果が得られる。
また、実施例２は、プロセス特性に合わせて倍率器の窓
範囲を設定することが可能であるので、オーバーシュー
ト量をかなり自由に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるＰＩＤ調節計の積分
動作のカット方法を説明するブロック線図

【図２】本発明の他の実施例の積分動作のカット方法を
説明するブロック線図

【符号の説明】

１設定器２入力回路３Ｐ演算器４Ｉ演算器５Ｄ演算器６、6A 倍率器７積分器８出力回路９積分カット強さ設定器 SV 目標値 PV 制御量 MV 操作出力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標値を設定する設定器と、制御対象から入力される制御量を受信する入力回路と、
を備え、ＰＩＤ調節計は、少なくとも、前記目標値と前記制御量
との差よりなる制御偏差に基づく比例動作と、積分動作
と、を有し、積分動作を行う積分器の入力側に、窓関数を有する倍率
器を有し、前記制御偏差は前記倍率器によって係数倍さ
れた信号が前記積分器に入力され、前記倍率器は、入力側の窓が前記比例帯に相当する正負
の制御偏差値幅を有し、出力係数は、制御偏差０で係数
１を有し、制御偏差の絶対値が比例帯に相当する制御偏
差値以上で係数０を有し、制御偏差が比例帯に相当する
制御偏差値の範囲内で前記係数が０〜１の間を制御偏差
に応じて滑らかに変わる、ことを特徴とするＰＩＤ調節計の積分動作のカット方
法。
【請求項２】請求項１に記載のＰＩＤ調節計の積分動作
のカット方法において、倍率器の入力側の窓は、窓設定
パラメータ係数で、カット幅を設定できる、ことを特徴とするＰＩＤ調節計の積分動作のカット方
法。