JPH10240304A

JPH10240304A - 制御装置

Info

Publication number: JPH10240304A
Application number: JP5541397A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Sugihara; 義朗杉原; Noriaki Koyama; 典昭小山; Koichi Sakakura; 浩一坂倉; Masashi Shimada; 昌士島田
Original assignee: Rika Kogyo Inc
Current assignee: RKC Instrument Inc
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 1998-09-11
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JP3436052B2

Abstract

(57)【要約】【課題】目標値や入力信号の異常によって出力信号が
リミット値を超えてもＰＩＤ信号の引戻し現象の発生を
抑えられるようにする。【解決手段】ＰＩＤ演算部２９は、ＰＩＤ演算したＩ
ｎ、Ｐｎ、Ｄｎを変化量算出部３１へ、ＰＩＤ信号をタ
イミング判定部３３へ出力する。変化量算出部３１はＩ
ｎ、Ｐｎ、ＤｎからΔＩｎ、ΔＰｎ、ΔＤｎをタイミン
グ判定部３３へ出力する。タイミング判定部３３は、Ｐ
ＩＤ信号が制限値ＭＨ又はＭＬを超えているとき、［Δ
Ｐｎ＋ΔＤｎ］がΔＩｎより連続して減少するとともに
当該変化量の差分が増大するとき、変更タイミング信号
を出力する。この信号に基づき、出力リミッタ処理部３
５はＰＩＤ信号を制限値ＭＨ又はＭＬに制限した出力信
号ＭＶを出力する。積分変更部５３は制限した出力信号
ＭＶとなるようＰＩＤ演算部２９の積分演算を変更す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は比例（Ｐ）、積分
（Ｉ）および微分（Ｄ）演算いわゆるＰＩＤ演算を行な
う制御装置に係り、特に、大きな目標値の変更によるオ
ーバーシュートの発生を抑えた制御装置の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の制御装置としては、図８
に示すような速度形ＰＩＤ構成が良く用いられている。

【０００３】この構成は、減算部１で目標値ＳＶｎから
入力信号ＰＶｎを減算して得た制御偏差Ｅｎを比例変化
分演算部３および積分変化分演算部５へ加えるとともに
入力信号ＰＶｎを微分変化分演算部７へ加え、変化分演
算出力ΔＰｎ、ΔＩｎを加算部９で加算し、この加算出
力に対して加算部１１で変化分演算出力ΔＤｎを減算し
て得たＰＩＤ変化信号ΔＰＩＤｎを速度／位置形変換部
１３へ加え、このＰＩＤ変化信号ΔＰＩＤｎとこれより
一時点前（ｎ−１時点）のＰＩＤ信号ＰＩＤ（ｎ−１）
からＰＩＤ信号ＰＩＤｎを演算し、このＰＩＤ信号ＰＩ
Ｄｎを出力リミッタ１５を介して出力信号（操作量）Ｍ
Ｖｎとして制御対象側へ出力するようになっている。な
お、図面では（ｎ−１）のうち（）を省略する（以下同
じ）。

【０００４】しかも、ＰＩＤ信号ＰＩＤｎが出力リミッ
タ１５の制限値すなわち上限値ＭＨ又は下限値ＭＬを越
えて外れたとき、変換制御部１７によってＰＩＤ変化信
号ΔＰＩＤｎのうち制限値ＭＬ又はＭＨを越えた分を切
捨てるように速度／位置形変換部１３を制御している。
この速度形ＰＩＤ構成の制御装置は、目標値ＳＶｎの変
更等によってＰＩＤ信号ＰＩＤｎが大きく変化しても、
出力リミッタ１５によってそれを制限値ＭＨ〜ＭＬ内に
制限するとともに、変換制御部１７で速度／位置形変換
部１３を制御することにより、過積分によって入力信号
ＰＶｎが目標値ＳＶｎを行過ぎてしまう、いわゆるオー
バーシュートの発生を抑えている。

【０００５】すなわち、速度／位置形変換部１３では通
常ＰＩＤｎ＝ＰＩＤ（ｎ−１）＋ΔＰＩＤｎＰＩＤ（ｎ−１）＝ＰＩＤｎのような演算が行なわれるが、ＰＩＤ信号ＰＩＤｎが制
限値ＭＨ又はＭＬを越えているとき、変換制御部１７は
ＰＩＤ信号ＰＩＤｎを次のように変更する。ＰＩＤｎ＞ＭＨのとき：ＰＩＤｎ＝ＭＨ、ＰＩＤ（ｎ−
１）＝ＭＨＰＩＤｎ＜ＭＬのとき：ＰＩＤｎ＝ＭＬ、ＰＩＤ（ｎ−
１）＝ＭＬ

【０００６】また、速度形ＰＩＤ構成に類似した位置形
ＰＩＤ構成の制御装置についても、図９に示すように、
積分値を任意に変更できる積分制御部を設けたものが用
いられている。

【０００７】この構成は、減算部１からの制御偏差Ｅｎ
を比例演算部１９および積分演算部２１に加えるととも
に入力信号ＰＶｎを微分演算部２３へ加え、これら演算
出力Ｐｎ、Ｉｎ、Ｄｎを加算部２５で加減算し、得られ
たＰＩＤ信号ＰＩＤｎを出力リミッタ１５を介して出力
信号（操作量）ＭＶｎとして出力するとともに、ｎ時点
のＰＩＤ信号ＰＩＤｎが出力リミッタ１５の制限値ＭＨ
又はＭＬを越えるとき、積分制御部２７によって積分演
算部２１からの積分出力ＩｎをＭＨ−（Ｐｎ−Ｄｎ）又
はＭＬ−（Ｐｎ−Ｄｎ）に修正制御するものである。

【０００８】この位置形ＰＩＤ構成の制御装置において
も、積分制御部２７を介して積分演算部２１を制御し、
過積分を抑制して入力信号ＰＶの行過量を小さくし、大
きな目標値変更に対してオーバーシュートの低減を図っ
ている。

【０００９】すなわち、図９の積分演算部２１は通常Ｉｎ＝Ｉ（ｎ−１）＋ΔＩｎＩ（ｎ−１）＝Ｉｎのような演算を行なうが、ＰＩＤ信号ＰＩＤｎが制限値
ＭＨ又はＭＬを越えているとき、積分制御部２７が積分
値Ｉｎを次のように変更する。ＰＩＤｎ＞ＭＨのとき：Ｉｎ＝ＭＨ−（Ｐｎ−Ｄｎ）、
Ｉ（ｎ−１）＝ＩｎＰＩＤｎ＜ＭＬのとき：Ｉｎ＝ＭＬ−（Ｐｎ−Ｄｎ）、
Ｉ（ｎ−１）＝Ｉｎ

【００１０】ところで、上述した各制御装置は、次のよ
うな理由からステップ状には変化しない入力信号ＰＶｎ
だけを微分する入力微分構成にしている。すなわち、こ
の種の制御装置では、上述したようにＰＩＤ信号ＰＩＤ
ｎや積分値Ｉｎを変更することによってオーバーシュー
トを抑えることができる反面、制御偏差Ｅｎに対して微
分演算を行なうようにした場合、目標値ＳＶをステップ
状に変更すると、ＰＩＤ信号ＰＩＤｎが一度制限値ＭＨ
又はＭＬに達した後、制限値内に大きく引戻されるいわ
ゆる微分引戻し現象が発生するからである。

【００１１】図１０はそのような微分引戻し現象を説明
する図である。図１０中の一点鎖線は、仮に図８又は図
９の制御装置をそのような偏差微分構成とし、目標値Ｓ
Ｖをステップ状に変更したとき、変換制御部１７や積分
制御部２７を設けない場合のＰＩＤ信号ＰＩＤｎの目標
値変更応答であり、微分演算が効いて出力信号ＭＶｎが
ピークＡ点を有するパルス状波形となっている。このＰ
ＩＤ信号ＰＩＤｎに対し、図８の構成では変換制御部１
７がＰＩＤ信号ＰＩＤｎのピークＡ点を出力リミッタ１
５の上限値ＭＨに抑え、図９の構成では積分制御部２７
が積分値ＩｎをＭＨ−（Ｐｎ−Ｄｎ）に変更することに
より、各々ＰＩＤ信号ＰＩＤｎが上限値ＭＨに等しくな
る処理をしている。

【００１２】これは図１０中の一点鎖線で示された波形
にバイアスをかけてピークＡ点を上限値ＭＨまで下方向
に平行移動したことと等価である。そのため、変換制御
部１７や積分制御部２７を付加した場合のＰＩＤ信号Ｐ
ＩＤｎは、図１０中の破線のように目標値変更のタイミ
ングで上限値ＭＨになった後、急激に逆方向（下限値Ｍ
Ｌ側）に引戻され、その結果として同図の破線のように
入力信号ＰＶの応答が遅れるという不具合が発生するの
で、ステップ状には変化しない入力信号ＰＶを微分する
入力微分構成となっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た入力微分形ＰＩＤ構成の制御装置は、目標値ＳＶｎの
ステップ状変更に対する応答が改善されるものの、他の
操作状況において微分引戻し現象を抑えるために更に改
善の余地がある。

【００１４】すなわち、ＰＩＤ信号ＰＩＤｎが制限値Ｍ
Ｈ又はＭＬを超えるとき、制御処理サンプル毎に速度／
位置形変換部１３や積分演算部２１で過積分を抑える処
理を行なうと、図１１に示すように、例えば制御安定状
態にある入力信号ＰＶｎにインパルス状ノイズが混入
し、ノイズの立ち上がり部分でＰＩＤ演算結果が出力リ
ミッタ１５の上限値ＭＨを越え、積分演算結果の修正処
理によってＰＩＤ演算結果のＰＩＤｎを上限値ＭＨに一
致させた場合、次のサンプル時点でそのノイズが立ち上
がって消滅するとき、先に修正処理によって修正した分
だけ余分にＰＩＤ演算結果ＰＩＤｎが引き戻される引き
戻し現象が発生する。

【００１５】そのため、図１１中の破線で示すように、
修正処理をしない実線の場合に比べて再び制御が安定す
るまでに時間がかかる欠点がある。さらに、目標値ＳＶ
を変更する際の誤操作などに起因して、入力信号ＰＶｎ
の応答時間に比べて短時間でその目標値ＳＶの変更が繰
り返された場合、図１２のような不具合が生じる。

【００１６】例えば、図１２中のの時点でＰＩＤ演算
結果ＰＩＤｎが下限値ＭＬ未満になるような目標値ＳＶ
の変更を行うと、ＰＩＤ演算結果ＰＩＤｎを下限値ＭＬ
に一致するように積分演算結果が修正される。その後、
短時間で元の目標値ＳＶに戻されると（図１２中のの
時点）、修正された値から積分演算が開始されて、ＰＩ
Ｄ信号ＰＩＤｎが元の値よりも積分修正分だけ高くなっ
てしまい、入力信号ＰＶｎが余分に乱れてしまう。

【００１７】本発明はそのような従来の欠点を解決する
ためになされたもので、目標値や制御対象からの入力信
号の異常な変化によって出力信号がリミット値を超えて
もＰＩＤ信号の引戻し現象の発生を抑えることが可能な
制御装置の提供を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】そのような課題を解決す
るために本発明は、入力信号を目標値に一致させるよう
にそれら入力信号や目標値に対して比例、積分および微
分演算して得たＰＩＤ信号から制御対象側への出力信号
を出力する制御装置であって、そのＰＩＤ信号が所定の
制限値を超えて外れた状況の下で、それら比例および微
分変化量と積分変化量との比較に基づきそのＰＩＤ信号
のピークが検出されたとき、そのＰＩＤ信号がその制限
値と一致するよう上記積分演算結果を変更する構成とな
っている。

【００１９】そして、本発明は、上記ピークが検出され
たとき、その出力信号が、変化量の比較中における比
例、微分および積分変化量の加算値を上記制限値に加え
た値と一致するようその積分演算結果を変更する構成も
可能である。

【００２０】また、本発明は、それら比例および微分変
化量に対して「０」〜「１」の範囲の係数を掛けて積分
変化量と比較する構成や、上記ピークが検出されないと
き、積分演算を停止するよう上記演算処理を変更する構
成、更に、積分演算の停止によってＰＩＤ信号が上記制
限値内へ変化するときその積分演算を停止せずに当該Ｐ
ＩＤ信号を演算する構成も可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明に係る制御装置の実
施の形態例を示すブロック図である。図１において、Ｐ
ＩＤ演算部２９は、目標値ＳＶｎおよび図示しない制御
対象からの測定値である入力信号ＰＶｎを所定のＰＩＤ
定数でＰＩＤ演算して積分出力Ｉｎ、比例出力Ｐｎ、微
分出力Ｄｎ、ＰＩＤ信号Ｐｎ＋Ｉｎ＋Ｄｎおよび目標値
微分出力Ｄｓｖｎを所定のサンプルタイミング毎に出力
するもので、変化量算出部３１、タイミング判定部３３
および出力リミッタ処理部３５に接続されている。

【００２２】ＰＩＤ演算部２９は、例えば図２に示すよ
うに、減算部３７にて目標値ＳＶｎから入力信号ＰＶｎ
を減算した制御偏差を積分演算部（Ｉ）３９および比例
演算部（Ｐ）４１で演算して積分出力Ｉｎおよび比例出
力Ｐｎを出力させ、入力信号ＰＶｎを反転部４３で反転
させて微分演算部（Ｄ）４５で演算した微分出力Ｄｎを
出力させ、それら積分出力Ｉｎ、比例出力Ｐｎおよび微
分出力Ｄｎを加算部４７で加算してＰＩＤ信号Ｐｎ＋Ｉ
ｎ＋Ｄｎを出力させるとともに、目標値ＳＶｎを微分演
算部４５で演算して目標値微分出力Ｄｓｖｎを出力する
位置形ＰＩＤ演算構成を有している。なお、積分演算部
３９は後述する積分変更部５３からの指示によってその
演算機能が可変される。

【００２３】図１に戻って、変化量算出部３１は、比例
出力Ｐｎ、積分出力Ｉｎおよび微分出力Ｄｎをその入力
タイミング毎に記憶保持するとともに前回の比例出力Ｐ
（ｎ−１）、積分出力Ｉ（ｎ−１）、微分出力Ｄ（ｎ−
１）との差を算出し、各出力の変化量すなわち積分変化
量ΔＩｎ、比例変化量ΔＰｎおよび微分変化量ΔＤｎを
出力するものであり、タイミング判定部３３に接続され
ている。係数部４９は、図示しない入力手段からの指示
によって「０」を超え「１」までの任意の係数を出力す
るものであり、タイミング判定部３３に接続されてい
る。

【００２４】出力リミット値設定部５１は、図示しない
入力手段で設定された出力リミット値としての上限値お
よび下限値（制限値）ＭＨ又はＭＬを出力するものであ
り、タイミング判定部３３および出力リミッタ処理部３
５に接続されている。タイミング判定部３３は、ＰＩＤ
演算に関するタイミング信号を出力する機能その他の機
能を有し、出力リミッタ処理部３５および積分変更部５
３に接続されている。

【００２５】タイミング判定部３３は、ＰＩＤ演算結果
であるＰＩＤ信号Ｐｎ＋Ｉｎ＋Ｄｎが出力リミット値設
定部５１からの制限値ＭＨ又はＭＬを超えているか否か
判別して超えているとき、積分変化量ΔＩｎから、比例
および微分変化量ΔＰｎ＋ΔＤｎの和に係数部４９から
の係数を掛けた値［係数×（ΔＰｎ＋ΔＤｎ）］を減算
（比較）し、その結果を少なくとも次のサンプルまで記
憶しておき、減算結果がマイナスとなるとともにその変
化量が順次大きくなっているとき、変更タイミング信号
を出力リミッタ処理部３５および積分変更部５３へ出力
する機能を有している。

【００２６】すなわち、図３Ａのように、目標値ＳＶに
近づくように増加する入力信号ＰＶｎが目標値ＳＶに達
しない場合には、同図Ｂのように目標値ＳＶと入力信号
ＰＶｎとの制御偏差はプラス（＋）なので、ＰＩＤ信号
Ｐｎ＋Ｉｎ＋Ｄｎが上限値ＭＨ側を超えて出力飽和し、
積分変化量ΔＩｎが増加方向、比例および微分の変化量
［係数×（ΔＰｎ＋ΔＤｎ）］が減少方向に変化する。

【００２７】ここで、減算結果が連続してマイナスにな
るとは、ΔＩｎ＜−係数×（ΔＰｎ＋ΔＤｎ）の条件が
成立し、その変化量が大きくなるとは、ΔＩｎ＋係数×
［ΔＰｎ＋ΔＤｎ］＜ΔＩｎ−１＋係数×［ΔＰ（ｎ−
１）＋ΔＤ（ｎ−１）］の条件が成立することであり、
これらの条件が成立するとき、上限値ＭＨを超えたＰＩ
Ｄ信号Ｐｎ＋Ｉｎ＋Ｄｎすなわち出力リミット処理する
前の出力量ＭＶがピーク点（図３Ｂ中のＰ点）を過ぎ、
上限値ＭＨに向って減少する状態であるとして変更タイ
ミング信号を出力する。

【００２８】ところで、上述した係数部４９からの係数
は、比例および微分の変化量の和ΔＰｎ＋ΔＤｎの時間
的なタイミングを可変するものであり、係数「０」を超
え「１」未満では上限値ＭＨを超えたＰＩＤ信号Ｐｎ＋
Ｉｎ＋Ｄｎ（出力量ＭＶ）のピーク点Ｐを遅らせること
になり、係数「１」では遅らせない状態を示す。そし
て、タイミング判定部３３は、ＰＩＤ信号のピーク点Ｐ
の判別開始から判別終了までの２回の判定点（Ｐ１、Ｐ
２）の値を加算してΣΔＭＶを求め、出力リミッタ処理
部３５へ出力する機能を有する。

【００２９】ΣΔＭＶは次のように表現することがで
き、 ΣΔＭＶ＝ΔＰｎ＋ΔＩｎ＋ΔＤｎ＋ΔＰ（ｎ−１）＋
ΔＩ（ｎ−１）＋ΔＤ（ｎ−１）後述するように変更タイミング信号出力時の積分演算変
更に用いられる。なお、出力リミット値処理前の出力量
ＭＶの変化分の加算回数は連続する２回に限定されな
い。

【００３０】また、タイミング判定部３３は、上述した
条件を満たさないときには、積分演算を停止させる停止
タイミング信号を積分変更部５３へ出力する機能を有す
る。もっとも、タイミング判定部３３は、停止タイミン
グ信号による積分演算停止によってＰＩＤ信号が例えば
上限値ＭＨを下回って上限値〜下限値ＭＨ〜ＭＬ内に入
るように変化するときには、その制御サンプル分につい
ては積分演算を行なうよう実行タイミング信号を出力す
る機能を有する。

【００３１】なお、タイミング判定部３３は、ＰＩＤ信
号Ｐｎ＋Ｉｎ＋Ｄｎが下限値ＭＬを超えて低下する場合
には、下限値ＭＬを超えて低下したＰＩＤ信号Ｐｎ＋Ｉ
ｎ＋Ｄｎのピーク点を同様に求めて変更タイミング信号
を出力する一方、そのピーク点の判別開始から判別終了
までのΣΔＭＶを出力し、上述した条件を満たさないと
きに停止タイミング信号を出力し、積分演算停止によっ
て出力量が下限値ＭＬを上回って変化するときには実行
タイミング信号を出力する機能を有する。

【００３２】出力リミッタ処理部３５は、ＰＩＤ信号Ｐ
ｎ＋Ｉｎ＋Ｄｎが制限値ＭＨ又はＭＬを超えていると
き、これを制限値ＭＨ又はＭＬに制限して出力信号ＭＶ
として出力する機能その他の機能を有し、積分変更部５
３および制御対象に接続されている。そして、出力リミ
ッタ処理部３５は、タイミング判定部３３から変更タイ
ミング信号が出力されたとき、制限値ＭＨ又はＭＬにΣ
ΔＭＶを加えた値を出力信号ＭＶとして出力する機能を
有している。

【００３３】出力リミッタ処理部３５は、本発明の制御
装置で偏差微分型ＰＩＤ制御を構成する場合には、制限
値ＭＨ又はＭＬに制限した出力信号に目標値微分出力Ｄ
ｓｖｎを加え、制限値ＭＨ又はＭＬで再制限して出力信
号として出力したり、制限値ＭＨ又はＭＬにΣΔＭＶを
加えた値に、更に目標値微分出力Ｄｓｖｎを加えて制限
値ＭＨ又はＭＬで再制限して出力する機能を有してい
る。

【００３４】積分変更部５３はＰＩＤ演算部２９に接続
されており、タイミング判定部３３からタイミングが出
力されたとき、出力リミッタ処理部３５から出力される
出力信号ＭＶの値になるような演算を行ない、ＰＩＤ演
算部２９における積分演算結果を変更する機能を有して
いる。すなわち、積分変更部５３は、タイミング判定部
３３からの停止タイミング信号出力時には積分演算を停
止する指示信号を帰還出力し、変更タイミング信号出力
時には制限値ＭＨ又はＭＬにΣΔＭＶを加えた出力信号
ＭＶとなるような値の指示信号を帰還出力し、更に、実
行タイミング信号の出力時にはその制御サンプル分の積
分演算を行なう指示信号を帰還出力する。

【００３５】次に、上述した図１の構成による制御装置
の動作を簡単に説明する。目標値ＳＶｎおよび入力信号
ＰＶｎに基づきＰＩＤ演算部２９でＰＩＤ演算された積
分出力Ｉｎ、比例出力Ｐｎ、微分出力Ｄｎは変化量算出
部３１へ、ＰＩＤ信号Ｐｎ＋Ｉｎ＋Ｄｎはタイミング判
定部３３へ、更に目標値微分出力Ｄｓｖｎは出力リミッ
タ処理部３５へ出力される。

【００３６】変化量算出部３１に入力された比例出力Ｐ
ｎ、積分出力Ｉｎおよび微分出力Ｄｎも基づき積分変化
量ΔＩｎ、比例変化量ΔＰｎおよび微分変化量ΔＤｎが
タイミング判定部３３に出力される。タイミング判定部
３３には、係数部４９からの係数「０」〜「１」までの
任意の係数が、出力リミット値設定部５１から制限値Ｍ
ＨおよびＭＬが入力されている。

【００３７】タイミング判定部３３は、ＰＩＤ信号Ｐｎ
＋Ｉｎ＋Ｄｎが制限値ＭＨ又はＭＬを超えているとき、
積分変化量ΔＩｎから、比例および微分変化量ΔＰｎ＋
ΔＤｎの和に係数を掛けた値［係数×（ΔＰｎ＋ΔＤ
ｎ）］を減算し、減算結果がマイナスとなるとともにそ
の変化量が順次大きくなっているとき、ＰＩＤ信号Ｐｎ
＋Ｉｎ＋Ｄｎが図３Ｂのピーク点Ｐを過ぎたと判断し、
変更タイミング信号を出力リミッタ処理部３５および積
分変更部５３へ出力する。そのとき、タイミング判定部
３３から、ＰＩＤ信号のピーク点Ｐ判定についての２回
の変化分を加算したΣΔＭＶが出力リミッタ処理部３５
へ出力される。

【００３８】また、ＰＩＤ演算結果が上限値ＭＨを超え
ていても、制御偏差が異常であったり、異常状態でなく
ても上述した条件を満たさないときには、タイミング判
定部３３から停止タイミング信号が出力リミッタ処理部
３５および積分変更部５３へ出力される。さらに、停止
タイミング信号による積分演算停止によって出力量が例
えば上限値ＭＨを下回って上限値〜下限値ＭＨ〜ＭＬ内
に入るように変化するときには、タイミング判定部３３
から実行タイミング信号が出力リミッタ処理部３５およ
び積分変更部５３へ出力される。

【００３９】その結果、出力リミッタ処理部３５から
は、ＰＩＤ演算結果であるＰＩＤ信号Ｐｎ＋Ｉｎ＋Ｄｎ
が制限値ＭＨ又はＭＬを超えているとき、制限値ＭＨ又
はＭＬに制限された出力信号ＭＶが制御対象および積分
変更部５３へ出力される一方、変更タイミング信号が出
力されたとき、制限値ＭＨ又はＭＬにΣΔＭＶを加えた
値が出力信号ＭＶとして同様に出力される。

【００４０】タイミング判定部３３から停止タイミング
信号が出力されると、積分変更部５３から積分演算を停
止する指示信号がＰＩＤ演算部２９へ出力され、変更タ
イミング信号が出力されると、制限値ＭＨ又はＭＬにΣ
ΔＭＶを加えた出力信号ＭＶとなるような値の指示信号
がＰＩＤ演算部２９へ出力され、更に、実行タイミング
信号が出力されたときには、その制御サンプル分の積分
演算を行なう指示信号がＰＩＤ演算部２９へ出力され
る。そのため、ＰＩＤ演算部２９は、これらの指示信号
に基づき、例えば図２に示す、積分演算部３９の演算機
能を可変し、過積分動作を抑えたり停止する一方、実行
タイミング信号の出力時には当該サンプル分の積分演算
をしたＰＩＤ信号を出力する。

【００４１】このように本発明の制御装置は、目標値Ｓ
Ｖｎと入力信号ＰＶｎからＰＩＤ演算したＰＩＤ信号Ｐ
ＩＤｎが制限値ＭＨ又はＭＬを超えているとき、積分変
化量ΔＩｎから、比例微分変化量ΔＰｎ＋ΔＤｎに係数
を掛けた値［係数×（ΔＰｎ＋ΔＤｎ）］を減算し、こ
の減算結果からＰＩＤ信号すなわち出力リミット前の出
力信号ＭＶのピーク点を判別したとき、制限値ＭＨ又は
ＭＬで制限された出力量ＭＶとなるようにＰＩＤ演算の
積分演算を変更するから、入力信号ＰＶｎの異常によっ
てＰＩＤ信号が余分に引戻され難くなるし、目標値ＳＶ
ｎが誤設定されても、出力信号ＭＶｎのピーク点に達す
るまでに適正な値に設定し直せば、ＰＩＤ信号の引戻し
が速やかに収る。

【００４２】しかも、出力信号ＭＶｎを制限値ＭＨ又は
ＭＬに抑えるよう積分演算結果を変更する値として、Ｐ
ＩＤ信号のピーク点の判別開始から判別終了までの出力
量ＭＶｎの変化加算値ΣΔＭＶを制限値ＭＨ又はＭＬに
加えた値としたから、各サンプル毎に積分修正していた
場合より、ピーク判断に要した時間だけ修正開始が遅れ
るものの、出力の違いは最小限に抑えられる。すなわ
ち、各毎サンプル毎に積分修正する従来構成では、出力
信号が図３中の破線ａで示すようになってＰ１、Ｐ２の
時点では制限値より小さくなるが、本発明では、ＰＩＤ
信号のピーク判別時がＰ２点となり、この時点で出力信
号が制限値ＭＨになるように積分帰還修正を行うと、同
図中の一点鎖線ｂのようになって毎サンプル積分修正よ
りも出力が多く加わったことになる。

【００４３】そこで、本発明では、ピーク測定中の出力
の変化分ΣΔＭＶを計算しておき、ピークが確定した時
の積分修正計算に用いる出力値を、制限値ＭＨではなく
ＭＨ＋ΣΔＭＶにすることによって、図３中の実線ｃで
示すように、従来の毎サンプル積分修正を行った場合の
出力の動きに近づけることができる。そして、ＰＩＤ演
算結果が制限値ＭＨ又はＭＬを超えていても、変更タイ
ミング信号の出力条件が満たされないとき積分演算が停
止されるから、過積分の防止効果がある。

【００４４】また、比例微分変化量ΔＰｎ＋ΔＤｎに対
して係数「０」を超え「１」を掛けてＰＩＤ信号ＰＩＤ
ｎのピーク点を判別するので、ＰＩＤ信号のピーク点を
任意に遅らせることが可能となり、積分演算出力を微妙
に可変調整したきめ細かい制御が可能になる。さらに、
停止タイミング信号による積分演算停止によってＰＩＤ
信号が上限値〜下限値ＭＨ〜ＭＬ内に変化するときに
は、その制御サンプル分の積分演算を行なうよう構成し
たので、ＰＩＤ信号が制限値ＭＨ又はＭＬ近傍でふらつ
くことを防止できる。

【００４５】ところで、上述したＰＩＤ演算部２９は、
図２に示す構成に限定されない。例えば図４に示すよう
に、図２の構成における目標値ＳＶｎを微分する微分演
算部４５を省略する構成も可能である。さらに、ＰＩＤ
演算部２９は、図５に示すように、減算部３７にて目標
値ＳＶから入力信号ＰＶを減算した偏差を積分演算部３
９で演算して積分出力Ｉｎを出力させ、入力信号ＰＶｎ
を反転部４３で各々反転させて比例演算部４１および微
分演算部４５で演算して比例出力Ｐｎおよび微分出力Ｄ
ｎを出力させ、それら積分出力Ｉｎ、比例出力Ｐｎおよ
び微分出力Ｄｎを加算部４７で加算してＰＩＤ信号Ｐｎ
＋Ｉｎ＋Ｄｎを出力させる構成も可能である。

【００４６】これら図４および図５の構成でＰＩＤ演算
部２９を形成する場合には、図１においてＰＩＤ演算部
２９からの目標値微分項Ｄｓｖｎの出力系統がなくな
り、偏差微分型ＰＩＤ制御構成とはならない。

【００４７】上述した本発明に係る図１の構成は位置形
ＰＩＤ制御の形態であったが、本発明は図６に示すよう
に、速度形ＰＩＤ制御構成も可能である。図６におい
て、ＰＩＤ演算部５５は、目標値ＳＶｎおよび入力信号
ＰＶｎを所定のＰＩＤ定数でＰＩＤ演算して比例変化量
ΔＰｎ、積分変化量ΔＩｎ、微分変化量ΔＤｎ、ＰＩＤ
加算値であるＰＩＤ信号および目標値微分出力Ｄｓｖｎ
を所定のサンプルタイミング毎に出力するもので、タイ
ミング判定部３３および出力リミッタ処理部３５に接続
されている。

【００４８】すなわち、ＰＩＤ演算部５５は、図１のＰ
ＩＤ演算部２９および変化量算出部３１を兼ねた機能を
有し、後述する加算変更部７３からの指示信号によって
ＰＩＤ加算値が変更演算される。ＰＩＤ演算部５５の具
体的な構成は、例えば図７に示すように、減算部３７に
て目標値ＳＶｎから入力信号ＰＶｎを減算した偏差を積
分演算部５７および比例演算部５９から積分変化量ΔＩ
ｎおよび比例変化量ΔＰｎを出力し、入力信号ＰＶｎを
反転部６１で反転させて微分演算部６３から微分変化量
ΔＤｎを出力し、それら積分変化量ΔＩｎ、比例変化量
ΔＰｎおよび微分変化量ΔＤｎを加算部６５で加算し、
積分要素６７にてＰＩＤ加算値を出力するとともに、目
標値ＳＶｎを微分演算部６３で演算し、積分要素６７か
ら目標値微分出力Ｄｓｖｎを出力する構成を有してい
る。

【００４９】図６のタイミング判定部３３は、上述した
図１と同様な機能を有し、変更タイミング信号、停止タ
イミング信号および実行タイミング信号を出力する機能
の他、ＰＩＤ信号すなわち出力リミット前の出力信号Ｍ
Ｖの変化分の加算値ΣΔＭＶを出力する機能を有してお
り、出力リミッタ処理部３５も上述した図１と同様な機
能を有している。

【００５０】加算変更部６９は、タイミング判定部３３
から変更タイミング信号が出力されたとき、出力リミッ
タ処理部３５から出力される出力信号ＭＶｎの値になる
よう演算し、ＰＩＤ演算部５５におけるＰＩＤ信号の加
算演算を変更する機能や、停止タイミング信号が出力さ
れたとき、ＰＩＤ演算部５５における積分演算を停止さ
せ、更に、実行タイミング信号が出力されたとき、当該
タイミング時におけるＰＩＤ演算部５５での積分演算を
実行させる機能を有している。

【００５１】なお、図６のような速度形ＰＩＤ制御構成
における動作は、ＰＩＤ演算部５５および加算変更部６
９以外、図１の位置形ＰＩＤ制御構成と同様であるし、
その効果も同様であるので説明は省略する。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、入力信号
を目標値に一致させるようにそれら入力信号や目標値に
対して比例、積分および微分演算して得たＰＩＤ信号か
ら制御対象側への出力信号を出力する制御装置におい
て、ＰＩＤ信号が所定の制限値を超えているとき、比例
および微分変化量と積分演算の変化量との比較に基づき
ＰＩＤ信号のピークを検出し、このピークが検出された
とき、ＰＩＤ信号を制限するようその演算処理を変更す
るから、入力信号や目標値の異常な変化によって出力値
がリミット値を超えても引戻し現象の発生を抑えること
ができる。そして、出力信号が、ピークの検出中におけ
る比例、微分および積分変化量の加算値を制限値に加え
た値となるよう演算処理を変更する構成では、毎サンプ
ル積分修正したときの出力変化に、より近い出力変化が
望めるといった利点がある。また、本発明は、比例およ
び微分変化量に対して「０」〜「１」の範囲の係数を掛
けて積分変化量と比較する構成では、制御タイミングを
可変できるから、オーバーシュート等に関る出力リミッ
ト値近傍での積分項の微妙な操作が可能になるし、出力
がリミット値を超えるような目標値変更に対する制御応
答波形を１つの係数で連続的に変化させることが可能に
なる。さらに、ＰＩＤ信号のピークが検出されないと
き、積分演算を停止するよう演算処理を変更する構成で
は、過積分防止の効果がある。さらにまた、積分演算の
停止によってＰＩＤ信号が制限値内に変化するとき、積
分演算を停止せずに当該ＰＩＤ信号を演算する構成で
は、ＰＩＤ信号が制限値近傍でふらつくことを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御装置の実施の形態を示すブロ
ック図である。

【図２】図１のＰＩＤ演算部の具体的構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】図１の制御装置の動作を説明する図である。

【図４】図１のＰＩＤ演算部の他の構成を示すブロック
図である。

【図５】図１のＰＩＤ演算部の他の構成を示すブロック
図である。

【図６】本発明に係る制御装置の他の実施の形態を示す
ブロック図である。

【図７】図６のＰＩＤ演算部の具体的構成を示すブロッ
ク図である。

【図８】本発明の参考となる従来の制御装置を示すブロ
ック図である。

【図９】本発明の参考となる他の制御装置を示すブロッ
ク図である。

【図１０】図８又は図９の制御装置の動作を説明する図
である。

【図１１】図８又は図９の制御装置の動作を説明する図
である。

【図１２】図８又は図９の制御装置の動作を説明する図
である。

【符号の説明】

１、３７減算部３比例変化分演算部５積分変化分演算部７微分変化分演算部９、１１、２５、４７、６５加算部１３速度／位置形変換部１５、３５出力リミッタ１７変換制御部１９、４１、５９比例演算部２１、３９、５７積分演算部２３、４５、６３微分演算部２７積分制御部２９、５５ＰＩＤ演算部３１変化量算出部３３タイミング判定部３５出力リミッタ処理部４３、６１反転部４９係数部５１出力リミット値設定部５３積分変更部６７積分要素６９加算変更部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島田昌士東京都大田区久が原５丁目16番６号理化工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号を目標値に一致させるようにそ
れら入力信号や目標値に対して比例（Ｐ）、積分（Ｉ）
および微分（Ｄ）演算して得たＰＩＤ信号から制御対象
側へ出力信号を出力する制御装置において、前記ＰＩＤ信号が所定の制限値を超えた状況の下で、前
記比例および微分変化量と前記積分変化量との比較に基
づき前記ＰＩＤ信号のピークが検出されたとき、前記Ｐ
ＩＤ信号が前記制限値と一致するよう前記積分（Ｉ）演
算結果を変更することを特徴とする制御装置。
【請求項２】前記ピークが検出されたとき、前記出力
信号が、前記変化量の比較中における前記比例、微分お
よび積分変化量の加算値を前記制限値に加えた値と一致
するよう前記積分（Ｉ）演算結果を変更する請求項１記
載の制御装置。
【請求項３】前記比例および微分変化量に対して
「０」〜「１」の範囲の係数を掛けて前記積分変化量と
比較する請求項１又は２記載の制御装置。
【請求項４】前記ピークが検出されないとき、前記積
分演算を停止するよう前記演算処理を変更する請求項１
〜３のいずれか１項記載の制御装置。
【請求項５】前記積分演算の停止によって前記ＰＩＤ
信号が前記制限値内へ変化するとき、前記積分演算を停
止せずに当該ＰＩＤ信号を演算する請求項４記載の制御
装置。