JPH0822306A - 演算制御パラメータ自動調整装置 - Google Patents
演算制御パラメータ自動調整装置Info
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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
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- proportional
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Abstract
(57)【要約】
【目的】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を可能とする。 【構成】目標値１１とプラント１４の出力１５の偏差１
１′を入力するＰＩＤ制御装置１２からの出力を入力す
る上記プラント１４の入力１３及び出力１５により該プ
ラント１４を積分特性及びむだ時間モデルで同定するプ
ラント同定部１６と、このプラント同定部１６で得た上
記むだ時間モデルにより上記ＰＩＤ制御装置１２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１２に供するＰＩＤパラメータ決
定部１７とを備える。
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を可能とする。 【構成】目標値１１とプラント１４の出力１５の偏差１
１′を入力するＰＩＤ制御装置１２からの出力を入力す
る上記プラント１４の入力１３及び出力１５により該プ
ラント１４を積分特性及びむだ時間モデルで同定するプ
ラント同定部１６と、このプラント同定部１６で得た上
記むだ時間モデルにより上記ＰＩＤ制御装置１２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１２に供するＰＩＤパラメータ決
定部１７とを備える。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
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
【０００８】
【数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。
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。
【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。
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。
【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)
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)
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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、
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、
【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、
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、
【００２４】
【数３】 となる。これをＫで微分してＤとおくと、
【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、
を求めることができる。すなわち、
【００２６】
【数５】 となるものである。
【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、
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、
【００２８】
【数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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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、
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、
【００３９】
【数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、
（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、
【００４１】
【数８】 これをＰ、Ｋで微分してＤとおくと、
【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、
（２２）式に示すようにａ1 ，ａ2 ，ａ3 ，ａ4 ，ａ5
とする。すなわち、
【００４３】
【数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、
（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、
【００４５】
【数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。
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。
【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。
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。
【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。
ロック図。
【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。
合の構成概念を例示するブロック図。
【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。
構成概念を示すブロック図。
【図４】図３の装置による各信号を例示する図。
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。
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。
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (2)
- 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15723094A JPH0822306A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 演算制御パラメータ自動調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15723094A JPH0822306A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 演算制御パラメータ自動調整装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0822306A true JPH0822306A (ja) | 1996-01-23 |
Family
ID=15645083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15723094A Withdrawn JPH0822306A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 演算制御パラメータ自動調整装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0822306A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002202801A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-19 | Sumitomo Chem Co Ltd | Ｐｉｄ制御装置およびそのチューニング方法 |
| JP2009165199A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | モータ制御装置、及びモータ制御システム |
| CN102331712A (zh) * | 2011-08-18 | 2012-01-25 | 中国烟草总公司郑州烟草研究院 | 滚筒烘丝过程的变参数控制方法 |
| CN102385312A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-03-21 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种快速倾斜镜控制系统中串联型pi-pi的控制器 |
| CN103809451A (zh) * | 2014-02-28 | 2014-05-21 | 西安费斯达自动化工程有限公司 | 飞行器多回路模型簇复合根轨迹多级pid控制器设计方法 |
| CN104216288A (zh) * | 2014-08-28 | 2014-12-17 | 广东电网公司电力科学研究院 | 火电厂双入双出系统的增益自调度pid控制器 |
| WO2016157661A1 (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-06 | 三菱電機株式会社 | ロール間搬送制御装置およびロール間搬送制御方法 |
| CN106325075A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-01-11 | 江南大学 | 一类时滞线性参数变化离散系统的h∞控制方法 |
| JP2018077663A (ja) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 株式会社明電舎 | プラント制御調整装置 |
| JP2018180665A (ja) * | 2017-04-05 | 2018-11-15 | 株式会社明電舎 | プラント制御調整装置 |
| JP2022537918A (ja) * | 2019-06-06 | 2022-08-31 | アーベーベー・シュバイツ・アーゲー | 同期機の電圧レギュレータのための制御パラメータを自動的に決定する方法 |
| JP2022142233A (ja) * | 2021-03-16 | 2022-09-30 | 三機工業株式会社 | 制御方法およびシステム |
| CN118393853A (zh) * | 2024-04-22 | 2024-07-26 | 郑州轻工业大学 | 采用计算机生成随机激励的水电站水轮机模型辨识方法 |
-
1994
- 1994-07-08 JP JP15723094A patent/JPH0822306A/ja not_active Withdrawn
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN103809451B (zh) * | 2014-02-28 | 2016-03-23 | 西安费斯达自动化工程有限公司 | 飞行器多回路模型簇复合根轨迹多级pid控制器设计方法 |
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| JPWO2016157661A1 (ja) * | 2015-03-27 | 2017-06-22 | 三菱電機株式会社 | ロール間搬送制御装置およびロール間搬送制御方法 |
| WO2016157661A1 (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-06 | 三菱電機株式会社 | ロール間搬送制御装置およびロール間搬送制御方法 |
| CN106325075A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-01-11 | 江南大学 | 一类时滞线性参数变化离散系统的h∞控制方法 |
| CN106325075B (zh) * | 2016-10-26 | 2019-01-29 | 江南大学 | 一类时滞线性参数变化离散系统的h∞控制方法 |
| JP2018077663A (ja) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 株式会社明電舎 | プラント制御調整装置 |
| JP2018180665A (ja) * | 2017-04-05 | 2018-11-15 | 株式会社明電舎 | プラント制御調整装置 |
| JP2022537918A (ja) * | 2019-06-06 | 2022-08-31 | アーベーベー・シュバイツ・アーゲー | 同期機の電圧レギュレータのための制御パラメータを自動的に決定する方法 |
| JP2022142233A (ja) * | 2021-03-16 | 2022-09-30 | 三機工業株式会社 | 制御方法およびシステム |
| CN118393853A (zh) * | 2024-04-22 | 2024-07-26 | 郑州轻工业大学 | 采用计算机生成随机激励的水电站水轮机模型辨识方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011002 |