JPH0822306A - Automatic adjusting device for arithmetic control parameter - Google Patents

Automatic adjusting device for arithmetic control parameter

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JPH0822306A
JPH0822306A JP15723094A JP15723094A JPH0822306A JP H0822306 A JPH0822306 A JP H0822306A JP 15723094 A JP15723094 A JP 15723094A JP 15723094 A JP15723094 A JP 15723094A JP H0822306 A JPH0822306 A JP H0822306A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plant
integral
output
proportional
time
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP15723094A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Arinaga
真司 有永
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication of JPH0822306A publication Critical patent/JPH0822306A/en
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Abstract

PURPOSE:To make an automatic adjusting device applicable to an open loop system and a closed loop system, and further a cascade control system and to adjust an arithmetic control parameter in a short time during the automatic operation of a plant. CONSTITUTION:This device is equipped with a plant identification part 16 which identifies a plant 14, inputting the output of a PID controller 12 inputting the deviation 11' between a target value 11 and the output 15 of the plant 14, with integral characteristics and an idle time model by using the input 13 and output 15 of the plant 14, and a PID parameter determination part 17 which calculates a proportional gain, an integral time, and a differential time as parameters of the PID controller 12 with the idle time model obtained by the plant identification part 16 and supplies them to the PID controller 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、発電プラント、科学プ
ラントなどの各種プラントに使用される単一ループの比
例積分微分制御装置(以下「PID制御装置」と称す
る)及びカスケード方式のPID制御装置の制御パラメ
ータを決定して上記PID制御装置に供する演算制御パ
ラメータ自動調整装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single loop proportional-plus-integral-derivative controller (hereinafter referred to as "PID controller") and cascade PID controller used in various plants such as power plants and scientific plants. The present invention relates to a calculation control parameter automatic adjustment device for determining the control parameter of the above and providing it to the PID control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のPID制御パラメータ自動調整装
置においては、大きく分けて2通りあった。一つは図3
(a)に示すようにオープンループでプラント4を同定
してPIDパラメータを決定する方式であり、他は図2
(b)に示すようにクローズドループでプラント4の出
力の応答波形からパラメータを修正する方式である。
2. Description of the Related Art In a conventional PID control parameter automatic adjusting device, there are roughly two types. One is Figure 3
As shown in (a), it is a method of identifying the plant 4 by an open loop and determining the PID parameter.
As shown in (b), this is a method of correcting parameters from the response waveform of the output of the plant 4 in a closed loop.

【0003】図3(a)は上述した通りオープンループ
方式のPID制御パラメータ自動調整装置装置を示すも
ので、図中、2はPID制御装置(図では「PID」と
示す)、3は制御対象への入力、4はこの入力3が入力
される制御対象としてのプラント、5はプラント4の出
力、6は上記プラント4に対する入力3及び出力5から
プラント4を同定するプラント同定部、7はこのプラン
ト同定部6の同定に従って上記PID制御装置2に必要
な制御パラメータを決定するPIDパラメータ決定部、
8はプラント4に与えられる不規則信号あるいはステッ
プ信号である。
FIG. 3 (a) shows the PID control parameter automatic adjustment device of the open loop system as described above. In the figure, 2 is a PID control device (indicated as "PID" in the drawing), and 3 is a control target. Input 4 is a plant as a control target to which this input 3 is input, 5 is an output of the plant 4, 6 is a plant identification unit for identifying the plant 4 from the input 3 and the output 5 to the plant 4, and 7 is this A PID parameter determination unit that determines the control parameters required for the PID control device 2 according to the identification of the plant identification unit 6;
Reference numeral 8 is an irregular signal or step signal given to the plant 4.

【0004】この場合、プラント4にM系列信号(maxi
mum-lenght linear shift registersequence )などの
不規則信号8を入力3として供し、その入力信号とプラ
ント4の出力から求めたARMAモデルなどでプラント
同定部6によりプラント4を同定する方式や、プラント
4へステップ信号8を入力してその応答波形からプラン
ト4を一次遅れ+むだ時間などのモデルに同定する方法
があり、PIDパラメータ決定部7でその同定したモデ
ルからジグラー・ニコルスの調整則などでPIDパラメ
ータを決定し、決定したPIDパラメータをPID制御
装置2へ供するものである。ただし、プラント4が無定
位系の場合には、積分特性+むだ時間のモデルで同定す
る。
In this case, the M-sequence signal (maxi
A random signal 8 such as a mum-lenght linear shift register sequence) is provided as an input 3, and the plant identification unit 6 identifies the plant 4 using an ARMA model obtained from the input signal and the output of the plant 4, or to the plant 4. There is a method of inputting the step signal 8 and identifying the plant 4 from the response waveform into a model such as a first-order lag + dead time, and the PID parameter determining unit 7 uses the identified model to adjust the PID parameter according to the Zigler-Nichols adjustment rule or the like. Is determined, and the determined PID parameter is provided to the PID control device 2. However, when the plant 4 is an atypical system, it is identified by the model of integral characteristic + dead time.

【0005】また、図3(b)はクローズトループ方式
のPID制御パラメータ自動調整装置装置を示すもの
で、図中、1は目標値、9はプラント4の出力5からプ
ラント応答波形を評価してその評価結果を上記プラント
同定部6の同定結果に代えてPIDパラメータ決定部7
へ送出するプラント応答波形評価部である。
Further, FIG. 3 (b) shows a closed-loop type PID control parameter automatic adjusting device, in which 1 is a target value and 9 is a plant response waveform evaluated from an output 5 of a plant 4. The evaluation result is replaced with the identification result of the plant identification unit 6 instead of the PID parameter determination unit 7
It is a plant response waveform evaluation unit for sending to.

【0006】この装置の場合は、プラント応答波形評価
部9を用いることにより目標値変化や外乱によるプラン
ト4の出力応答波形から応答時間、減衰率、整定時間な
どを指標として応答が改善されるようにPIDパラメー
タを修正するようになる。
In the case of this apparatus, the plant response waveform evaluation unit 9 is used so that the response is improved from the output response waveform of the plant 4 due to the change in the target value or the disturbance using the response time, the damping rate, the settling time, etc. as an index. To modify the PID parameter.

【0007】なお、上記M系信号とは、2値化した信号
からつくられる図4(a)に示されるような擬似白色性
信号であり、ARMA(autoregressive moving averag
e )モデルとは次式の形で対象の応答を表すモデルであ
る。すなわち
The M-system signal is a pseudo-white signal as shown in FIG. 4 (a), which is formed from a binarized signal, and has ARMA (autoregressive moving averag).
e) The model is a model that represents the response of the object in the form of the following equation. Ie

【0008】[0008]

【数1】 [Equation 1]

【0009】(但し、y:出力、 u:入力、 k:サンプリング時点。) また、上記「一次遅れ+むだ時間」モデルとは、制御対
象の動特性が次式で表されるモデルである。すなわち、 G(s)=Ke-Ls /(1+Ts) …(2) (但し、K:ゲイン、 T:時定数、 L:むだ時間、 s:ラプラス演算子。)となるもので、ここで、1とい
うステップ入力の場合、出力の応答は図4(b)に示す
ようになる。
(However, y: output, u: input, k: sampling time.) The "first-order delay + dead time" model is a model in which the dynamic characteristics of the controlled object are expressed by the following equation. That is, G (s) = Ke- Ls / (1 + Ts) (2) (where K: gain, T: time constant, L: dead time, s: Laplace operator), where: When the step input is 1, the output response is as shown in FIG.

【0010】さらに上記「積分特性+むだ時間」モデル
とは、制御対象の動特性が次式で表されるモデルであ
る。すなわち G(s)=Ke-Ls /s …(3) (但し、K:ゲイン、 T:時定数、 L:むだ時間、 s:ラプラス演算子。) ここで1というステップ入力の場合、出力の応答が図4
(c)に示すようになる。
Further, the "integral characteristic + dead time" model is a model in which the dynamic characteristic of the controlled object is expressed by the following equation. That is, G (s) = Ke- Ls / s (3) (where, K: gain, T: time constant, L: dead time, s: Laplace operator.) Where 1 is a step input, The response is Figure 4.
As shown in (c).

【0011】ジグラー・ニコルスの調整則とは、次式で
示されるPID制御装置の制御パラメータKP ,TI ,
TD を決めるための調整則の一つであり、一次遅れ+む
だ時間の動特性の制御対象に対してはK,T,Lから、
積分特性+むだ時間の動特性の制御対象に対してはK,
LからKP ,TI ,TD が一意的に求まるものである。
すなわち、 K(s)=KP (1+1/TIS+TDS) …(4)
The Ziegler-Nichols adjustment rule is the control parameters KP, TI, and
This is one of the adjustment rules for determining TD, and K, T, and L are used for the controlled object of the dynamic characteristics of the first-order delay and the dead time.
K for the controlled object of the integral characteristic + dead time dynamic characteristic,
KP, TI, and TD are uniquely obtained from L.
That is, K (s) = KP (1 + 1 / TIS + TDS) (4)

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】従来の図3(a)に示
す方式の装置においては、プラント4をオープンループ
で同定するために、プラント4の運転中は自動運転がで
きず、手動運転にする必要があり、またプラント4に適
宜必要な信号を入力しなければならないという不具合が
あった。
In the conventional apparatus of the system shown in FIG. 3 (a), since the plant 4 is identified by the open loop, automatic operation cannot be performed during operation of the plant 4 and manual operation is not possible. However, there is a problem in that a necessary signal must be input to the plant 4 as needed.

【0013】また、従来の図3(b)に示す方式の装置
においては、PIDパラメータの修正の試行回数が多く
なり、調整時間が長くなるという不具合があった。さら
に、上記両方式とも、2つのPID制御装置をもつカス
ケード制御系に対しては、これら2つのPID制御装置
の調整を同時にできないという不具合があった。
Further, in the conventional apparatus of the system shown in FIG. 3 (b), the number of trials for correcting the PID parameter increases, and the adjustment time becomes long. Further, both of the above-mentioned systems have a problem that, for a cascade control system having two PID control devices, adjustment of these two PID control devices cannot be performed at the same time.

【0014】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、オープンループ、
クローズドループに拘らず、さらにはカスケード制御系
にも適用でき、プラントの自動運転中に短時間で調整が
可能な演算制御パラメータ自動調整装置を提供すること
にある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is an open loop,
An object of the present invention is to provide an arithmetic control parameter automatic adjustment device which can be applied to a cascade control system regardless of the closed loop and can be adjusted in a short time during automatic operation of a plant.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段及び作用】すなわち本発明
は、 (1) 目標値とプラントの出力の偏差を入力するPI
D制御装置からの出力を入力する上記プラントの入力及
び出力により該プラントを積分特性及びむだ時間モデル
で同定するプラント同定手段と、このプラント同定手段
で得た上記むだ時間モデルにより上記PID制御装置の
パラメータである比例ゲイン、積分時間、微分時間を算
出して上記PID制御装置に供するパラメータ決定手段
とを備えるようにしたものである。
[Means and Actions for Solving the Problems] That is, the present invention is as follows: (1) PI for inputting a deviation between a target value and an output of a plant
A plant identification means for identifying the plant by an integral characteristic and a dead time model by the input and output of the plant to which the output from the D control device is input, and the PID control device of the PID control device by the dead time model obtained by the plant identification means. It is provided with a parameter determining means for calculating the proportional gain, the integral time, and the differential time which are parameters and providing them to the PID control device.

【0016】このような構成とすることにより、オープ
ンループ、クローズドループに拘らず、プラントの自動
運転中に短時間で調整することが可能となる。 (2) 目標値とプラントの出力の偏差を入力するPI
D制御装置からの出力を目標値とし、その目標値と上記
プラントの出力との偏差を入力するPID制御装置から
の出力をプラントへ供する2つのPID制御装置をもつ
カスケード方式の制御系において、内部のループのプラ
ントの入力と出力を入力して同プラントを一次遅れ+む
だ時間モデルあるいは積分特性+むだ時間モデルで同定
する第1のプラント同定手段と、この第1のプラント同
定手段から上記モデルを入力して比例積分微分制御のパ
ラメータである比例ゲイン、積分時間、微分時間を算出
し、上記PID制御装置に供する第1のパラメータ決定
手段と、外側のループのPID制御装置からの出力とプ
ラントの出力を入力として内部ループも含めた系を一次
遅れ+むだ時間モデルで同定する第2のプラント同定手
段と、この第2のプラント同定手段から上記モデルを入
力して比例積分微分制御のパラメータである比例ゲイ
ン、積分時間、微分時間を算出して上記PID制御装置
へ出力する第2のパラメータ決定手段と備えるようにし
たものである。
With such a configuration, it becomes possible to make adjustments in a short time during automatic operation of the plant regardless of whether it is an open loop or a closed loop. (2) PI that inputs the deviation between the target value and the plant output
In the cascade-type control system having two PID control devices that use the output from the D control device as a target value and the output from the PID control device that inputs the deviation between the target value and the output of the plant to the plant, The plant input and output of the plant of the loop are input to identify the plant by the first-order lag + dead-time model or integral characteristic + dead-time model, and the model is derived from the first plant identification means. The first parameter determining means for inputting the proportional gain, the integral time, and the derivative time, which are the parameters of the proportional-integral-derivative control, and providing them to the PID controller, the output from the PID controller in the outer loop, and the plant Second plant identification means for identifying a system including an internal loop with an output as an input by a first-order lag + dead-time model; The model is input from the runt identifying means, and a second parameter determining means for calculating a proportional gain, an integral time, and a differential time, which are parameters of the proportional-integral-derivative control, and outputting them to the PID controller is provided. is there.

【0017】このような構成とすることにより、2つの
PID制御装置をもつカスケード方式の制御系において
もプラントの自動運転中に短時間で調整することが可能
となる。
With such a configuration, even in a cascade type control system having two PID control devices, adjustment can be performed in a short time during automatic operation of the plant.

【0018】[0018]

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。図1はその基本構成概念を示すもので、11が目
標値、12がこの目標値11と後述する出力15との偏
差11′を入力するPID制御装置、14は制御対象と
してのプラント14、13は上記PID制御装置12で
得られるプラント14への入力、15はこのプラント1
4の出力である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the basic configuration concept thereof. 11 is a target value, 12 is a PID control device for inputting a deviation 11 'between the target value 11 and an output 15 which will be described later, 14 is a plant 14 or 13 as a control target. Is an input to the plant 14 obtained by the PID controller 12, and 15 is the plant 1
4 output.

【0019】ここでは、単ループのフィードバックの制
御系を形成するものとして、プラント14の入力13と
出力15とを入力してこのプラント14を積分特性+む
だ時間モデルで自動的に同定するプラント同定部16、
このプラント同定部16から上記モデルのゲインK、む
だ時間Lを入力してPID制御のパラメータである比例
ゲインKP 、積分時間TI 、微分時間TD を算出して上
記PID制御装置12へ出力するPIDパラメータ決定
部17を備えるものとする。
Here, a plant identification for inputting the input 13 and the output 15 of the plant 14 to automatically identify the plant 14 by the integral characteristic + dead-time model is provided to form a single-loop feedback control system. Part 16,
The gain K of the model and the dead time L are input from the plant identification unit 16 to calculate the proportional gain KP, the integration time TI, and the derivative time TD which are the parameters of the PID control, and the PID parameter is output to the PID control device 12. The determining unit 17 is provided.

【0020】上記のような構成にあって、プラント同定
部16がプラント14を積分特性+むだ時間モデルで同
定するのは、プロセス系の応答が無定位系のときにはこ
のモデルで近似できるからであり、このモデルは次の
(5)式で近似することができるため、この(5)式を
構成するゲインK、むだ時間Lにより上記モデルを表現
することができるためである。すなわち、 G(s)=Ke-Ls /s …(5) となるもので、上記プラント同定部16はこの(5)式
中のゲインK、むだ時間Lを求める。このプラント同定
部16によるゲインK、むだ時間Lの算出要領について
以下に説明する。
In the above configuration, the plant identifying section 16 identifies the plant 14 by the integral characteristic + dead time model because the response of the process system can be approximated by this model when the response is an atypical system. Since this model can be approximated by the following equation (5), the above model can be expressed by the gain K and the dead time L that constitute this equation (5). That is, G (s) = Ke- Ls / s (5), and the plant identification unit 16 obtains the gain K and the dead time L in the equation (5). The procedure for calculating the gain K and the dead time L by the plant identification unit 16 will be described below.

【0021】簡単化するために、これからの応答計算に
おいては初期値はゼロとする。但し、プラントへの外乱
ではなく、出力は設定値変化などの入力の変動により変
動するものとする。したがって、目標値11の変化はス
テップでなくてもよい。
For simplification, the initial value is set to zero in the response calculation from now on. However, it is assumed that the output is not a disturbance to the plant, but the output fluctuates due to fluctuations in the input such as changes in set values. Therefore, the change of the target value 11 need not be a step.

【0022】上記プラント同定部16が入力するプラン
ト14の入出力13,15はサンプリングデータである
ため、サブ時間をΔtとして、ゼロ次ホールド付Z変換
により離散化する。すなわち、
Since the input / output 13 and 15 of the plant 14 input by the plant identification unit 16 are sampling data, they are discretized by the Z-transform with zero-order hold, where the sub-time is Δt. That is,

【0023】[0023]

【数2】 とするものである。ここで、上記(6)式より、出力y
は次の差分方程式(8)式で表わされる。すなわち、 y(k)=y(k−1)+K・Δt・u(k−1−l) …(8) これを推定値Y(k)として実出力y(k)との偏差e
(k)をとると、 e(k)=y(k)−Y(k) …(9) となる。この偏差e(k)については、これが最小とな
るようなK,Lを求める必要があるが、これを最小2乗
法で計算するために上記(9)式の2乗和をとってEと
すると、
[Equation 2] It is assumed that. Here, the output y is calculated from the equation (6).
Is represented by the following difference equation (8). That is, y (k) = y (k−1) + K · Δt · u (k−1−1) (8) As the estimated value Y (k), the deviation e from the actual output y (k)
Taking (k) gives e (k) = y (k) -Y (k) (9). Regarding this deviation e (k), it is necessary to find K and L such that this becomes the minimum, but in order to calculate this by the least squares method, the sum of squares of the above equation (9) is taken as E. ,

【0024】[0024]

【数3】 となる。これをKで微分してDとおくと、(Equation 3) Becomes Differentiating this by K and setting it as D,

【0025】[0025]

【数4】 となり、この(7)式をKについて解くことにより、K
を求めることができる。すなわち、
[Equation 4] By solving this equation (7) for K, K
Can be requested. That is,

【0026】[0026]

【数5】 となるものである。(Equation 5) It will be.

【0027】むだ時間については上記(7)式のL=l
Δt(l:正数)として、あるlについて上記方法でゲ
インKを求め、そのゲインKを用いて次の(13)式で
示される評価関数J(l)を計算し、この評価関数J
(l)を最小とするゲインK、むだ時間Lを採用するも
のである。すなわち、
Regarding the dead time, L = l in the above equation (7)
As Δt (l: positive number), the gain K is obtained for the certain l by the above method, and the gain K is used to calculate an evaluation function J (l) represented by the following equation (13).
The gain K and the dead time L that minimize (1) are adopted. That is,

【0028】[0028]

【数6】 (Equation 6)

【0029】上記プラント同定部16により求められた
ゲインK、むだ時間LはPIDパラメータ決定部17に
入力される。このPIDパラメータ決定部17は、上述
したジグラー・ニコルスの調整則などによってPIDパ
ラメータである比例ゲインKP 、積分時間TI 、微分時
間TD を決定してPID制御装置12に入力し、PID
パラメータの修正を行なわせる。
The gain K and the dead time L obtained by the plant identification unit 16 are input to the PID parameter determination unit 17. The PID parameter determining unit 17 determines the proportional gain KP, the integration time TI, and the differential time TD which are PID parameters according to the above-mentioned Ziggler-Nichols adjustment rule and inputs them to the PID control device 12, and inputs them to the PID controller 12.
Have the parameters modified.

【0030】なお、上記プラント同定部16はオープン
ループで同定を行なうものとして説明したが、クローズ
ドループであっても上記の要領で同定を行なえばプラン
ト14の入出力13,15が変わらない限り同定可能で
ある。但し、このクローズドループの場合はプラント1
4への外乱がなく、サンプリング時間が一定でなければ
ならない。
Although the plant identification section 16 has been described as an open loop identification, identification can be performed even in a closed loop as long as the inputs and outputs 13, 15 of the plant 14 do not change as long as identification is performed in the above manner. It is possible. However, in the case of this closed loop, plant 1
There should be no disturbance to 4 and the sampling time should be constant.

【0031】次いで本発明の一実施例に係る他の構成例
を図2により示す。図2は上記図1の構成に加えて、さ
らにPID制御装置12の後段に第2のPID制御装置
18を、このPID制御装置18とプラント14との間
に第2のプラント20をそれぞれ配設したカスケード方
式のフィードバック制御系を形成するものである。
Next, another configuration example according to one embodiment of the present invention is shown in FIG. In addition to the configuration of FIG. 1 described above, FIG. 2 further includes a second PID control device 18 after the PID control device 12, and a second plant 20 between the PID control device 18 and the plant 14. The above-mentioned cascade type feedback control system is formed.

【0032】すなわち、目標値11とプラント14の出
力15との偏差11′がPID制御装置12に入力さ
れ、このPID制御装置12からの入力13と上記プラ
ント20の出力21との偏差13′が第2のPID制御
装置18へ入力される。
That is, the deviation 11 'between the target value 11 and the output 15 of the plant 14 is input to the PID controller 12, and the deviation 13' between the input 13 from the PID controller 12 and the output 21 of the plant 20 is calculated. It is input to the second PID controller 18.

【0033】さらに、このPID制御装置18の出力が
入力19として第2のプラント20に供され、このプラ
ント20の出力21が上述した如くPID制御装置12
で得られる入力13日ら減算されて偏差13′がとられ
る一方、上記プラント14へ入力として供される。
Further, the output of the PID controller 18 is supplied to the second plant 20 as an input 19, and the output 21 of the plant 20 is supplied to the PID controller 12 as described above.
The deviation 13 'is obtained by subtracting from the input 13 days obtained in (1) and is also supplied to the plant 14 as an input.

【0034】しかるに上記プラント同定部16は、上記
入力13,19及び出力21,15により、プラント2
0と上記入力13から出力15に至る動特性を一次遅れ
+むだ時間モデルあるいは積分特性+むだ時間モデルで
自動的に同定するもので、この同定に用いるモデルが一
次遅れ+むだ時間モデルであればゲインK、時定数T、
むだ時間Lを、また積分特性+むだ時間モデルであれば
ゲインK、むだ時間LをPIDパラメータ決定部17へ
送出する。
However, the plant identifying section 16 uses the inputs 13 and 19 and the outputs 21 and 15 to determine the plant 2
0 and the dynamic characteristics from the input 13 to the output 15 are automatically identified by a first-order delay + dead time model or an integral characteristic + dead-time model. If the model used for this identification is a first-order delay + dead time model. Gain K, time constant T,
The dead time L, the gain K and the dead time L in the case of the integral characteristic + dead time model are sent to the PID parameter determination unit 17.

【0035】PIDパラメータ決定部17は、上記プラ
ント同定部16からの入力により制御パラメータである
比例ゲインKP 、積分時間TI 、微分時間TD を算出
し、上記PID制御装置12,18へ出力する。
The PID parameter determination section 17 calculates the proportional gain KP, the integration time TI, and the differential time TD which are control parameters by the input from the plant identification section 16, and outputs them to the PID control devices 12 and 18.

【0036】上記のような構成において、プラント同定
部16がプラント14を積分特性+むだ時間モデルでプ
ラントを同定する場合の動作は上記図1で示した通りで
あるので、ここではその説明を省略するものとし、ここ
ではプラント同定部16が一次遅れ+むだ時間モデルで
プラントを同定する場合の動作を説明する。
In the above-mentioned configuration, the operation when the plant identification unit 16 identifies the plant by the integral characteristic + dead time model is as shown in FIG. 1 above, and therefore its explanation is omitted here. Here, the operation when the plant identification unit 16 identifies the plant by the first-order delay + dead time model will be described.

【0037】一次遅れ+むだ時間モデルは、次の(1
4)式に示すようにゲインK、時定数T、むだ時間Lに
より表現できる。すなわち、 G(s)=Ke-Ls /(1+Ts) …(14) (14)式のK、T、Lの算出要領について以下に説明
する。ただし、プラントへの外乱はなく、出力は設定値
変化などの入力の変動により変動するものとする。ま
た、簡単のためこれからの応答計算においては初期値は
ゼロとする。
The first-order lag + dead time model is as follows.
It can be expressed by a gain K, a time constant T, and a dead time L as shown in equation (4). That is, G (s) = Ke- Ls / (1 + Ts) (14) The procedure for calculating K, T, and L in the equation (14) will be described below. However, there is no disturbance to the plant, and the output fluctuates due to input fluctuations such as changes in set values. Further, for simplicity, the initial value is set to zero in the subsequent response calculation.

【0038】上記プラント同定部16に入力される、プ
ラント20の入出力19,21およびPID制御装置1
2の出力である入力13とプラント14の出力15はサ
ンプリングデータであるため、サンプリング時間をΔt
として、ゼロ次ホールド付Z変換により離散化する。す
なわち、
Inputs / outputs 19 and 21 of the plant 20 and the PID control device 1 input to the plant identification section 16
Since the input 13 that is the output of 2 and the output 15 of the plant 14 are sampling data, the sampling time is Δt.
As a result, it is discretized by Z-transform with zero-order hold. That is,

【0039】[0039]

【数7】 (Equation 7)

【0040】(15)式より、出力yは次の差分方程式
(17)で表わされる。すなわち、 y(k)=Py(k−1)+K(1−P)u(k−l−1) …(17) これを推定値Y(k)として、実出力y(k)との偏差
e(k)をとると、 e(k)=y(k)−Y(k) …(18) となる。この偏差e(k)については、最小となるよう
なK、T、Lを求める必要があるが、これを最初様2乗
法で計算するために(18)式の2乗和をとりEとす
る。すなわち、
From the equation (15), the output y is represented by the following difference equation (17). That is, y (k) = Py (k−1) + K (1-P) u (k−1−1) (17) As the estimated value Y (k), the deviation from the actual output y (k) Taking e (k), e (k) = y (k) −Y (k) (18). With respect to this deviation e (k), it is necessary to find K, T, and L that minimize, but in order to calculate this by the first-square method, the sum of squares of the equation (18) is taken as E. . That is,

【0041】[0041]

【数8】 これをP、Kで微分してDとおくと、(Equation 8) Differentiating this by P and K and setting it as D,

【0042】[0042]

【数9】 ここで、上記(20)、(21)式の各項の要素を次の
(22)式に示すようにa1 ,a2 ,a3 ,a4 ,a5
とする。すなわち、
[Equation 9] Here, the elements of the respective terms of the above equations (20) and (21) are represented by a1, a2, a3, a4, a5 as shown in the following equation (22).
And That is,

【0043】[0043]

【数10】 [Equation 10]

【0044】上記(20)、(21)式の要素を上記
(22)式で置換することにより、次式(23)、(2
4)が得られる。すなわち、 a1 +a2 K+a3 P+a4 K2 (1−P)=0 …(23) −a2 +a4 P+a5 K(1−P)=0 …(24) 上記連立方程式(23),(24)を解くことにより、
次式(25),(26)で示されるK、Pが求まる。す
なわち、 K=(a1 a4 −a2 a3 )/(a1 a5 −a3 a5 +a4 2 −a2 a4 ) …(25) P=(a2 −a5 K)/(a4 −a5 K) …(26) この(26)式を用いることにより、上記(16)式を
変換した次の(27)式から時定数Tを計算することが
できる。すなわち、 T=−Δt/loge P …(27) むだ時間については、L=lΔt(l=正数)として、
あるlについて上記方法でT,Kを求め、そのK,Tを
用いて次の(28)式で示される評価関数J(l)を計
算し、このJ(l)を最小とするK、T、Lを採用す
る。すなわち、
By substituting the elements of the above equations (20) and (21) with the above equation (22), the following equations (23) and (2)
4) is obtained. That, a1 + a2 K + a3 P + a4 K 2 (1-P) = 0 ... (23) -a2 + a4 P + a5 K (1-P) = 0 ... (24) above simultaneous equations (23), by solving (24),
K and P shown by the following equations (25) and (26) are obtained. That is, K = (a1 a4 -a2 a3) / (a1 a5 -a3 a5 + a4 2 -a2 a4) (25) P = (a2 -a5 K) / (a4 -a5 K) (26) This (26) By using the equation), the time constant T can be calculated from the following equation (27) obtained by converting the equation (16). That is, T = −Δt / log e P (27) For the dead time, L = lΔt (l = a positive number)
For a certain l, T and K are obtained by the above method, the evaluation function J (l) represented by the following equation (28) is calculated using the K and T, and K and T that minimize this J (l) are obtained. , L are adopted. That is,

【0045】[0045]

【数11】 [Equation 11]

【0046】上記プラント同定部16により求められた
一次遅れ+むだ時間モデルであればK,T,L、積分特
性+むだ時間モデルであればK,LはPIDパラメータ
決定部17に入力され、PIDパラメータ決定部17は
ジグラー・ニコルスの調整則などによってPIDパラメ
ータである比例ゲインKP 、積分時間TI 、微分時間T
D を決定してPID制御装置12およびPID制御装置
18に送出し、PIDパラメータの修正を行なわせる。
これにより、たとえば目標値11を変化させることでP
ID制御装置12およびPID制御装置18のPIDパ
ラメータを同時に修正することができるようになるもの
である。
If the first-order lag + dead time model obtained by the plant identification unit 16 is K, T, L, and if the integral characteristic + dead time model, K, L are input to the PID parameter determination unit 17, and the PID is determined. The parameter determining unit 17 uses the Zigler-Nichols adjustment rule or the like to determine the proportional gain KP, the integration time TI, and the derivative time T, which are PID parameters.
D is determined and sent to the PID controller 12 and the PID controller 18, and the PID parameters are corrected.
Thereby, by changing the target value 11 for example, P
The PID parameters of the ID controller 12 and the PID controller 18 can be simultaneously modified.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上に述べた如く本発明によれば、オー
プンループ、クローズドループに拘らず、さらにはカス
ケード制御系にも適用でき、プラントの自動運転中に短
時間で調整が可能な演算制御パラメータ自動調整装置を
提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to apply not only open loop and closed loop but also to a cascade control system, and it is possible to adjust in a short time during automatic operation of a plant. A parameter automatic adjustment device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る基本構成概念を示すブ
ロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration concept according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例に係るカスケード制御系に適用した場
合の構成概念を例示するブロック図。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration concept when applied to the cascade control system according to the embodiment.

【図3】従来の演算制御パラメータ自動調整装置の基本
構成概念を示すブロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing a basic configuration concept of a conventional arithmetic control parameter automatic adjustment device.

【図4】図3の装置による各信号を例示する図。4 is a diagram illustrating each signal by the apparatus of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11…目標値、2,12,18…PID制御装置、
3,13,19…入力、4,14,20…プラント、
5,15,21…出力、6,16…プラント同定部、
7,17…PIDパラメータ決定部、11′,13′…
偏差。
1, 11 ... Target value, 2, 12, 18 ... PID control device,
3,13,19 ... input, 4,14,20 ... plant,
5, 15, 21 ... Output, 6, 16 ... Plant identification unit,
7, 17 ... PID parameter determination unit, 11 ', 13' ...
deviation.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G05B 24/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location G05B 24/02

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 目標値とプラントの出力の偏差を入力す
る比例積分微分制御装置からの出力を入力する上記プラ
ントの入力及び出力により該プラントを積分特性及びむ
だ時間モデルで同定するプラント同定手段と、 このプラント同定手段で得た上記むだ時間モデルにより
上記比例積分微分制御装置のパラメータである比例ゲイ
ン、積分時間、微分時間を算出して上記比例積分微分制
御装置に供するパラメータ決定手段とを具備したことを
特徴とする演算制御パラメータ自動調整装置。
1. A plant identification means for identifying the plant with an integral characteristic and a dead time model by the input and output of the plant, which receives an output from a proportional-plus-integral-derivative controller which inputs a deviation between a target value and an output of the plant. , A parameter determining means for calculating the parameters of the proportional-plus-integral-plus-derivative controller by the dead time model obtained by the plant identifying means, the proportional gain, the integral time, and the derivative time, and providing the proportional-integral-derivative controller with the parameter determining means. An automatic control parameter adjusting device characterized by the above.
【請求項2】 目標値とプラントの出力の偏差を入力す
る比例積分微分制御装置からの出力を目標値とし、その
目標値と上記プラントの出力との偏差を入力する比例積
分微分制御装置からの出力をプラントへ供する2つの比
例積分微分制御装置をもつカスケード方式の制御系にお
いて、 内部のループのプラントの入力と出力を入力して同プラ
ントを一次遅れ+むだ時間モデルあるいは積分特性+む
だ時間モデルで同定する第1のプラント同定手段と、 この第1のプラント同定手段から上記モデルを入力して
比例積分微分制御のパラメータである比例ゲイン、積分
時間、微分時間を算出し、上記比例積分微分制御装置に
供する第1のパラメータ決定手段と、 外側のループの比例積分微分制御装置からの出力とプラ
ントの出力を入力として内部ループも含めた系を一次遅
れ+むだ時間モデルで同定する第2のプラント同定手段
と、 この第2のプラント同定手段から上記モデルを入力して
比例積分微分制御のパラメータである比例ゲイン、積分
時間、微分時間を算出して上記比例積分微分制御装置へ
出力する第2のパラメータ決定手段とを具備したことを
特徴とする演算制御パラメータ自動調整装置。
2. The output from the proportional-plus-integral-derivative controller that inputs the deviation between the target value and the output of the plant is set as the target value, and the deviation from the proportional-integral-derivative controller that inputs the deviation between the target value and the output of the plant is input. In a cascade-type control system having two proportional-integral-derivative controllers that provide the output to the plant, the input and output of the plant in the inner loop are input and the plant is subjected to a first-order delay + dead time model or integral characteristic + dead time model. The first plant identifying means identified by the above, and the model is input from the first plant identifying means to calculate the proportional gain, the integral time, and the derivative time which are the parameters of the proportional integral derivative control, and the proportional integral derivative control is performed. The first parameter determining means provided to the device, the output from the proportional-plus-integral-derivative controller of the outer loop and the output of the plant are used as inputs. The second plant identification means for identifying the system including the loop with the first-order lag + dead-time model, and the above-mentioned model from the second plant identification means are input as the proportional gain and the integral which are the parameters of the proportional-integral-derivative control. An arithmetic control parameter automatic adjusting device comprising: a second parameter determining means for calculating time and differential time and outputting to the proportional-integral-derivative control device.
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