JPS603707A - サンプル値ｐｉｄ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野〕 この発明は制御対象のプロセスをサンプル値制御するサ
ンプル値ＰＩＤ制御装ｆ、Ｊｔに関し、特に閉ループ制
御中にプロセスの動特性を同定してその同定結果に基づ
いて制御定数の最適化を自動的に行なう機能を有するも
のにおいて、制御系の改良とそれに伴なう制御定数の自
動調？および操業中のプロセスの！！′ＩＩ１％性変化
に対する制御定数の最適化さらに制御系の応答を選択の
できるサンプル値ＰＩＤ制御装Ｗｌに関する。

〔従来技術とその問題点〕

閉ループ制御中にプロセスのｇｉｆｔ　特性を同定して
、その同定結果に基づいてＰＩＤ制御定数を最適に自動
調整する機能を有するサンプル値ＰＩＤ制御装置として
本発明者の一人が発明し、特Ｗ［公開公報（特開昭５７
−２３１０８号）に記載の技術がある。

第１図は、このサンプル値Ｉ’ＩＤ制御装置の構成を示
すブロック図である。このサンプル値ＰＩＤ制御装置に
おいては、閉ループ制御中にバーシスチントリ・エキサ
イテイングな同定信号を発生し’ｔ−、フｏセス（１）
の入出力データから、プロセスク１）のパルス伝達関数
を同定し、その同定結果から、プロセス（１）のＳ領域
の伝達関数を演算シフ、目標値からプロセス出力までの
特性が最適外モデル特性と一致するように、サンプル値
ＰＩＥ）制御定数を　電演算し、その演算結果を用いて
コントロールするようになっていた。

すなわち、この装置では、目標値変化に対する連応性を
ねらったサンプル値Ｐ　Ｉ　Ｄ制御装置であるため、目
標値に対する追（；Ｌ　＋ｊ−は良くなるが、プロセス
の主要林とサンプル値Ｐ　Ｉ　Ｊ）制御装置の主要ゼロ
点がほぼ相殺されてしまうことがあるため外乱に対する
プロセス出力の抑制力を持たせる必要が生じてきた。

つまシ、目標値に対するプロセス出力の連応性と、外乱
に対するプロセス出力の抑制力ともに、すぐれた制御性
のちるサンプル値ＰＩＤ制御系を得る必要があった。

また、プロセス制御では制御対象によっては目標値を変
化した場合のプロセス出力がオーバシ。

−トシないようにコントロールしたり、あるいはオーバ
ーシュートしても良い１１合など、ｆＱ々のコントロー
ルが行なわれている。

しかしながら、このサンプル値ｉＪ　１１）制（ｒｌ装
貿では調整する制御定数がどのようなプロセスでも目標
値の変化に対するプロセス−出力の応答が約１０チオー
バシ、−卜するように固定したものであった。従って、
プロセス？ｉｉ’制御の現１：ｊ、１の要求を元分畝た
すものが必似となった。

化などからプロセスの動特性の変わることがある。

当然のことながら、このようなことがあれば最適な制御
定数を設定しなおす必要がある。現状ではレコーダやモ
ニタテレビ等の高価なプラント監視装置を使い、しかも
オペレータが當時監視することにより、プラント変化を
見て対応している。

そこで、サンプル値、　Ｐ　ｉ　Ｄ　ｆｌｔ制御装置が
プラントを監視して、な訃かつ制御定数のＭ適化を行な
えることが徴求されていた。

〔発ＬｌｌＪの［１的〕 本発明の目的は、上記した従来のサンプル１ｊｆ４’、
　ＰＩＤ制御装置メガの制御性の改善、つまり［ｊ標値
変化に対する連応性と外乱に対する抑制性をともに備え
た制御系を得ることのできるサンプル値ｆ’ｌＤ制御装
置を提供することであり、また制御系の目標値変化に対
するプロセス出力の応答形状を選択できる、つまシ制御
系をオーバシーートシないように制御定数を決めたり、
あるいはオーパージ。

−ト量を任意に）′ＪＡらび、その制御定数を決定でき
るサンプル値Ｐ　１　ｉ）制令＋１１装置Ｆｉを折供す
ることであシ、さらにまた、Ｊ夕：束中のプロセスの動
特性の変化を監視して必吸ならは制御定数の最適化を自
動的に行なえるサンプル値Ｐ　Ｉ　Ｄ制御装置を提供す
ることである。

〔発明の概要〕

本発明は、プロセスの励％件を閉ループ制御中に同定し
、その同定結果に基づいてプロセスに外乱が入った場合
の抑制力を得るように規範モデルにマツチングするサン
プル値ＰＩＤ制御定数を決定し、その結果プロセスの目
Ｃ値変化に対する連応性が考慮されず、劣る分をプロセ
スの目標値入力点と制御偏差演算点の間に目４１　（ｉ
ｉＴ　７　イルタを具備するようにして、目標値からプ
ロセス出力１での伝達関数が規範モデルに一致するよう
に目標値フィルタの定数を決定して、外乱に対する抑制
性と目標値変化に対する連応性をともに備えたサンプル
値Ｐ　Ｉ　］）制御系を拾成し、サンプル値ＰＩＤ制御
定数より決定できる新しく取り入れた目標値フィルタの
足表′Ｉをプロセスの同定結果からめたサンプル値Ｐ】
」〕制制御数に紛１いてＭ　Ｉ￥−し決定するように自
ｆｉｆｌｌ　ｌＩｌ′Ｊ！ｆ′−するようにし、かつ、
千Ｖ！渠中のプロセスのＢ（’ｒ　’ｆｈ性の変化を検
出して動特性の変化が許容値を％ｇＱえた賜金に、前記
同定と詞書定数の訃゛４県を自動的に１１なう装動を伺
加することにより操父中のプロセスの動特性変化に適応
し７た制御定数の最適化を常に行なえ、さらに、制−系
の目標値をステップ変化させたときのプロセスの制御量
の応答形状を選択し、その応答形状に合わせた前記サン
プル値ＰＩＤ制御定数および目標値フィルタ定数を自ｆ
Ｉｂｈ周整できるようにして、制御系の応答形状を規定
する規範モデルを使用者が選択できるようにして、プロ
セスの制御のオーバシ、−ト９を調整可能にしたサンプ
ル値１’　ｌ　Ｄ制御装置６である。　１ 〔発明の効果〕 （１）操業中のプロセスのｔｒｉ性をＯ口゛系列ｉＰ′
：Ｔにより同定し、その同定結果から外乱に対する抑制
力が強く、シかも、目標値に対する連応性ともにすぐれ
たサンプル値Ｐ　ｌ　ｌ）制御系の制イ１η１定数の自
１ｊｊｉ７調整を行なうことができる。

（２）緑束中のプロセスの！ｌ１Ｉｌ特付の変化をサン
プル値ＰＩＤ制御装置で監視でき、しかも、動特性の変
化には制御定数の再調ｊ１ミを自動的に行なわせること
ができる。

（３）プロセスの運転仕様に合わせた制御を行なえるよ
うに、プロセスの目標値のステップ変化に対する制御量
の応答形状を使用者が選択できる。しかも、その場合の
サンプル値Ｐｌ］）制仰定較および目標イ直フィルりの
フィルり２〆紺父も自Ｂ３＋ｔ　ｍ？：１　万ζにより
行なえる。したがって、サンプル値ＰＩＤ制御系の調整
にかかる人手と時間、さらにはプラントの運転ロスを大
幅に省くことができるばかりでなく、操左中のプロセス
の監視のだめの茜価な設備および人手を省くことができ
、さらにプロセスの運転仕様に合わせた制御系の、ｉｌ
、Ｔｌｌ整数段持つので実用効果は人である。

〔本発明の実施例〕

以下に、本発明の一実施例についてＶ＜＋面を用いて詳
細に説明する。第２図は、本発明に係るサンプル値Ｐ　
ｌ　］）制御系の回路構成を示すプロ、り図である。制
御？、ＩＩ対象は、プラントの？、易度、圧ツバ流侶、
液位などを制御するように構成されたプロセス（１）で
あり、サンプルホールド部（２）に、しりサンプルホー
ルドされたプロセス人力ｕ（１）が入力でありｙ　（ｔ
）がプロセス（１）の出力である。

この制御対象は、プロセス出力Ｙ　（ｔ）　ｋ　Ｗｔ定
のサンプリング周期τで動作するサンプラ（４１）と、
このサンプラ（４１）の出力するサンプルされたプロセ
ス出力ｙ（Ｎ）をフィードバノクイへ号として入力し、
目標値ｒ（ｔ）を同じサンプリング周期τで同期するサ
ンプラ（４２）を紅て、と９サンプルされた目綜値価号
「（Ｎ）を入力として、目標値フィルタ（１２）の出力
ｒｏ（Ｎ）を生成し、このｒ４（Ｎｌ来 と前記プロセス出力ｙ（Ｎ）とから、制御偏差ｅ（へ）
を演算する偏差演算部６）と、制御１ｒＩｌ差ｅ代をも
とに、プロセス（１）を制御するサンプル値Ｐ　Ｉ　Ｄ
制彷１６’（ｎ　Ｒｌｊ　（５）は前記プロセスのｔｅ
ｔ作１作置５号１１ｏ）を演算して出力するように基本
的なサンダル（ｌｊｊ　ｒ　Ｉ　１１制御系を構成する
ようになっている。ここでＮはｌｉ：ｃ　Ｗｋ時間、ｔ
は爽時間を表わしている。

一方、プロセス（１）のカ１１特性を同定して、その結
果に基づいて前記サンプルイ〔”１制御ｄ１算部（５）
のＰＩＤ制御定数および前記目（；ツ値フィルタ（１２
）のフィルタ定数を調整する同定・チ＝−ニング機能は
図の同定信号発生部（７）とパルス伝達’９＝１数同定
部Ｏ）と伝本的なサンプル値Ｉ）　ｌ　Ｄ制御１系にシ
１のように接続されている。プロセス（１）の両特性を
同定するには同定信号発生部σ）から、バーシスチント
リ・エキサイテイングな同定信号９鈴を発生して、前記
−ナンプルホールド部３）を介してプロセスα）に注入
する。

これにより、閉ループ系の町同定会件が成立するので、
（Ｕ蝕、ｙＮ）、Ｎ＝１．２、・・・）なるデータを入
力して、前記パルス伝達関数同定部（９）でプロセス（
１）のパルス伝述関ｔ＜　Ｇ　、　（Ｚ　ｓ　）を時系
列演算して同定する。次に伝達ＩＶ、ｌ数演ｔ１：部（
１０）は、得られたパルス伝達１：Ｉ数Ｇ（Ｚ−’）よ
り、Ｓ゛領域伝搾関数ｏ　（ｓ）の低周波パラメータｇ
。Ｓｇｌ、ｇ２、ｇ３を演算する。ここでｇ。、ｇｌ、
ｇ２、ｇ３は伝達関数Ｇ（曇を分母列表規し７０次式で
示される）くラメータである。

−ｙ−ｙブ／ｌ／　１ｆｌｊ　ｔｌｉｌ、ｌ　ｆ１’ｊ
ｌ　ｉｊｆ　ｇ部（５）で用いるサンプル値制動定数の
比例ゲインＫｃ、積分時定数１゛１１彼分時定＃Ｊ、：
　Ｔ　ｄ　ハ、ｉ’＋’＋Ｖｎ２低周波ハラメ−タｇ、
　ｇｌｓ　ｇ２ｓｇ３とサンダル周期τを用いて、外乱
に対する抑制力が最適になるようにサンプル（ｉＸｌ、
　ｔＩ制御定数演算部（川で演−ａされる。ｊた、この
サンプル値制穐１定先ソのＩｌｌ　ｉ　、　Ｉｌｌ　ｄ
とサンプル周期τより前記目標値フィルタ（１２）のフ
ィルタ定数を目４’＋（（ｎｓ変化に対して；’Ａ：’
、ＬＥ、１？ｊ　ｉ：　ｊ＃　；ｉＮ　Ｋ　１７：ｒよ
うよ７４’／”Ｉ’〜６．〜＝＋＜　（’１３）で演算
するようになつている。

このようにして、閉ループ制ｆｒ’ｎ中にプロレス（１
）の動特性を同定して、その同定ｊ％ｊ果にノーミづい
て、外乱に対する抑制力が強く、シかも目ゼ；４　（ｉ
＋：’＋に対する連応性ともにすぐれたサンプル値ＰＩ
Ｌ１制御系の制（ＩＩｊｌ定θの自動調ＪＪ−Ｊｊ、１
．ｊ能がｊＦｊ成されるのである。

また、前記サンプル値Ｐ、１１）制御定Ｑｉ９辿算部（
１１）で用いる制御系の設言１のだめの規範モデルは２
］Ｊ１モデルとダンピングのあるモデルを形４大：　ｉ
：４１６ｖαを使って一式化して、この形４ノ、係数α
を設定変更することによシ、制御系の目や１″値のステ
ップ変化に対する応答板形のオーバシＡ　−）　ｆｉｇ
を調整できるようになっている。しかも、この形状係紗
αの調整に伴なう前記サンプル値制御定↓（（ルよびフ
ィルタ定数の変更は自動的に１１なうようになっている
。

次に、操業中のプロセス（１）の動！ｉ）性液化を監視
して、１ｉｊ１％性変化がｄ′Ｆ８できなくなった場合
に制御定数を再調整するために前記同定・チ、−ニング
機能をトリガする適応（ル能を油、明する。

適応機能は図の同定終了判定部（１４）と特性変化検出
部（１５）とコントロール部（１６）から（Ｓ成され、
図のように同定チ、−ニング機能部およびサンプル値Ｐ
　、Ｉ　ＪＪ制御系に接糺１されている。

まず、前り己同定・チ、−ニング桜゛能の同道でか進む
に従って、ｊ’ｆｌｌ　：ｆ＋、１伝達門数演詐ｔｆｌ
ｔ（ｉｏ）で演算したｔｊ’ｌ　’ｎ１２低周波パラメ
ータｇ。、ｇｌ、ｇ２、ｇ３のイｊｆ１が収束してくる
。そこで、同定終了信号ｉｌｌ″＋（１４）で次式のよ
うにパラメータの収束判定を１−ｊな−て同定終了信号
を出力するようになっている。

Ｉｇ、ｒｔＪ）−ｇｉ　（Ｎ−１）１４几Ａｓｓ　（ｉ
＝１〜３）・・・・・・１１５２式 ％式％ 値を設定する。

この第２式の同定終了条Ｙ１が満たされたとき、同定終
了判定部（１４）が同定終了１１１号をコントロール部
（１６）に入力し、コントロール部（１６）が前８（シ
同定・チーーニング様能の同定信号発生部σ）とノくル
ス伝達関数同定部（９）および伝達１−目９剋Δ部（１
０）の動作を停止させるようになっている。

さらに、コントロール部（１６）は同定・チ、−ニング
械能の停止時の前記サンプルｆｌｌ′１制御定数演算部
（１１）で演算されだＫｃ、　Ｔ　ｉ、　’Ｉ’ｄのイ
１葭を前記ザンブル値制御演算も１責５）に入力し、フ
ィルタ足載演算（する） Ｗ’Ｔ　算したフィルタ定数を前Ｈｉ：　ＩＩ　Ｊ：？
ｊ値フィルタに入力してサンプル値ＰＩＪＪ制御：ＰＩ
ｌ′′１−のυ、・１整を終了するようになっている。

また、コントロール部（１６Ｎｄ回定糾了（ｉ４号を受
けて、特性変化検出部（１５）に同定終了時の前記パル
ス化ｉＶ　ｌ’Ｎ、ｌｉ同足ｆｉｔ！　（９）で演４゛
Ｊシたプロセスのパラメータを入力させ、特性変化検出
部（１５）を起ｉ１）させる。特性変化検出部（１５）
は入力されたプロセスパラメータとプロセスの操作信号
ＬＩＮ）とプロセス米 信号７代を使ってサンプル周期τ毎にプロセス（１）の
同定終了後の１１テ性変化を′６）を算して、その結果
をコントロール部（１６）に出力するようになっている
。

ここで、特性変化検出部（１５）で鉋算される特性変化
信号の性′Ｊ１として、プロセス（１）の動特性が変わ
った場合とプロセス（１）に夕（乱が加わった場合には
直流成分が現われる。しかも、このｉαｂＩＬ成分の現
われている時にプロセス（］、）の入カイｉ’ｊ　４ｊ
を変佳さ仕ると、外乱の場合は直流成分が変化しないが
、プロセス（１）の動１゛ｊ性が変化している坊１合は
直流成力が変動する。

そこで、物件′、！シー化七′Ｎ山部（１５）のｉｉＱ
　Ｔｒ’（結果に直流成分が発生し、しかもあらかじめ
７：ゾ定する許五値を越えた潟、１合に、プロセス（１
）の入カイｉ；号がパルス的に変わるようにコントロー
ル部（１６）から動！１゛〒性り２署り確認パルスを１
ン、Ｉのようにランゾル値）’　ｌ　Ｄ制１ｆｌｌ　４
１；　ｆ７．の目＋’；！＋直１ｉ’ｉ　”３’　ｒ　
（’ｌ）に力Ｉｆ　、’Ｃ’Ｊ−Ｒ１（（１７）　’ち
るいは操作４８号Ｕ。ＩＮｌに加算部（６）、あるいは
また１ト１１差個号演算部（３）のいずれか１点に加え
、そのＭｊ、　！’の特性変化（の山部（１６）で出力
した直流成分の変ｉａｊの有無をコントロール＋ｔ＋ｓ
　（１６１で判定する。

ここで、りＣｉｌ山があるＪ混合は言′１ｈされ）「い
フ゛ロセスの動７１．ｌ１例の乳化であるので、前記同
定・チューニング桧ｈ［（を起動させて、制御定かを藉
しく調整し、変動のない場合は外乱であり、−リ゛ング
ル値Ｐ１］）制御演し′＞、　ｒ：＋Ｘ（５１の１ｉＩ
ＩＩＩ作でレギ、レーシヲンてきるので、前記特性変化
検出部（１６）に出力が零に　）なるように外乱の／・
二めの補止１１１“４を人力するように役っている。

以上のようにして、植束中のプロセス（１）のｑ’：ｊ
　ｔ１４変化を監視し、さらに！１７Ｉ１１４′、ｉ性
変化時には１輩・チューニング４；（を能をトリガして
、］Ｉｉ牛、１．気なｆｆｒｌｌイ、！１）定数の調胎
が自動的になされるようになっている。

なお、本発明のザンプルイ１１″ＩＰ　ｉ　’、１）　
ｊｊｉす；、’ａ４１装置ＶｌでＣＪ、コントロール部
（１６）で図示しないデータ入力設定器、例えばコンソ
ールタイプライタ、コンソールディスプレイモニタ、あ
るいは専用パネルから人力されるところの′す”ンプル
値制御定数の初期値、サンプル周期τ、化４形状係数α
などを入力して前記した関係！？３都へ設定するように
なっている。

畑らに、ＰＩ副制御るいはＰ　］、　Ｄ　；ｌｉ制御の
設定外史、同定・チューニング（良能の１ｊｉＪ作のオ
ン・オフ設定と適応楼、能のオン・オフ設定も行なうよ
うになっている。

次に、各構成ｔτＩＳ分についてさらにｈ１細に説明す
る。

サンプル値制仰演ｎ部（５）は比例ゲイン１＜０１積分
時Ｗ数Ｔ！、微分時定数’Ｉｔ’ｄ、（初期値でけｌ（
ｃ、。

Ｔ＋ｏ％ｐｄ、）、サンプル周期τを用いて制（、Ｉｌ
ｌ偏差ｒ（Ｎから操作（Ｑ刊【Ｉｏ（へ）を次のように
ザ：／プル周期　”毎に汗（算して出力する。

半 ｕｏＩＪ）＝ｕｏ（Ｎ−１）＋Δｕ　ｏＩＩ）・・・・
・、　ｆ４３３式％式％ ）） ・・・・・・２１３４式 同定（ｉＴ１号う己生部（７）では、バーシスチントリ
・エキサイテイングなイｎ号Ｖも）を発生し、この同定
イｂ家 号Ｖも）しより１シシロＸ１ζ（６）でＵ。（へ）と刀
１１ｐ、され、ナンフ゛ルホールド部（２）の入力と女
る。ずなわち、ぴ式で示される。

吉０−♂。Ｎ）＋翰・−・−・・−ｒｇ　５式本実施例
での２、同定４８号り荀として簡単なアルゴリズムで４
１−成することのできるＭ系列信号を用いた。

パルス伝升関截同定部Ｏ）は、プロセス出カケ号半 ｙｔＪ）と第５式のＵ（へ）からプロセス（１）のｌｊ
ｌ　／ｌ￥性をあられすパルス伝達関数を時系列処理に
より同定するものである。

本実ｊｍｉπＩ＋のパルス伝メ：門みス回）ｉＪ、　ｔ
’ｔ：ｉ　（９）は、周知の拡鮫最小２９＋！：フィル
タで４ｊ“Ｌ成されている。ノＩｔ終的ニ、フロセス（
１）のパルス伝ン（１ζ１１斂は次式でまる。

伝辻旧；シ＞、　１′ｊ％：　４’ｌ　’ｒｉｉｉ　（
１（１）は、パルス伝１ト１１．１に、゛・同定部（１
９）で６：すＩされたパルス伝ａ　Ｉ’／−１数のパラ
メータａｉ（ｉ　＝　１〜ｍ　）、ｂ（（ｉ＝１〜ｎ　
）から６１’、’　１式でボされる伝達１グ１係（）　
（Ｓ）の分母系列のパラメータ（ｇｏ＋ｇ１ｇ　２　＋
　ｇ　３＋・・・・・・）を演−ｅ、する。この（、：
、：：ｋｊ、、’方法については、２１２０回Ｓ　Ｉ　
Ｑ　Ｅ学Ｍ　ｉｉｆ；　ｔｊ　会（Ｈｆ（５６年７月）
の講演香号１１１０ｒパルス伝達１）、１数からＳ旬Ｊ
、！、：の低周波特性心高方式のｔｒ＝　ｉ：」で示さ
れている方法で行なっている。

サンプル値制御定＜Ｍ　ｉｆｉ算部（１１）は、１バ乃
、閉否り演算部（１０）で演算された伝達１゛七（数Ｇ
　（Ｓ）の分母系列ノくラメータ（ｇｇ　＋ｇ１．＋ｇ
２　＋ｇ２　）とサンプルＪｔ・目ｊｌｌτより、ｆ　
ｙプル１＋ｆｆ、　ｆｌｊｌｌ　’１１１１ｔＩ：ｔ　
：、ｉ％　ｆ’：！Ｓ　（５）　ｆ　用イア）　外乱Ｋ
　９１してプロセスの変ｉｋｈの抑制力の艮い　−ＩＪ
−シブル値Ｐ　Ｉ　ＩＪ制御’）、’＋１４・ξを（ト
シーしている。本実７ｉｉＱ例では、北森が計測自動制
御学会論文＄、１９７９年第１５巻不５号Ｊ）・１１：
３〜１３６、「制７ｉ＋１１幻象の↑７１チ分的知Ｎ：
”ｊに基つくリーンプル１１ｉ、制（＋’ｌｌ系の言１
１′泪法ｊの中で述べている方Ｖ、にもとづいて、サン
プルイト・））　ｌ　Ｉ）定逸′ｌを演算している。

−まず、Ｊｌｆ、ｆｉ’ｊコ、モデルの伝達ｊ７動リ一
〇）をｐ口ｉτ−１北イＣのダンピングのある川、範モ
デルと本発明？−ｉ＋、：ｉする２」、ｉモデルを形状
係ζ′ｔαで一式什しプｒ次Ｊ（、て力える。

■慴）−−−−−−一−−−−’−”−−−−一−−’
−’−−−’−１十σ５−＋−α、（σＳ）２＋α３（
σＳ＞３＋α４（σＳ）４＋であり、係数　’４’　３
．、Ｅ、、　３／１ｏｕは北ス“トの規むｊ５モデルの
ものである。膨状係薬ンαが０ならしＩ　２　］百モデ
ルを規範モデルとし、形状係数αが１ならば化１°仕の
規範モデルとなる。さらに形状係数αは０≦α≦２．０
のイ１１をとることにより、色々な規範モデルが使用で
きる。

さて、ステップタ■乱に対して、制御１保の応募を規（
・［ｌモデルＷ　（６’ｌとマツチングさぜることによ
り、ここで、（’　Ｏ＋　Ｏ、、Ｃ２けｉＪ、’、　！
ｌデ、のｉ＜ｃ　、　Ｊｌｆ　、　、　Ｔｄと次のよう
な口Ｊ係であられすことができる。

Ｋｃ＝Ｏ。

Ｔ’１＝ｏ１１０ｏ　旧−・：ｐ９式 ％式％（ 従って、第８式からサンプル値Ｐ　Ｉ　ｌ）制御４へ１
１・゛の動作モードに応じて以下のＹ、ＥＣＳ’１．を
行なう。

ＰＬ動作では、次の２次方程式 ＝０　・・・　紀１０式 半 を１・ｊｆいて正の最小根欠σとすると、０゜０１は次
のようになる。

ＰＩＤ動作では、次の３次方程式を）つ・１いて（ｇ２
＋τｇ、十τ２ｇｏ）Ｃ４ａ　３−１−　（ｇ　３　＋
−τｇ＋＋２ 謝 同４．ｆ・に正の最小枳をｄとすれば、Ｃｏ、　Ｑ　、
　、　（ｊ２は次のようになる。

以上のＰＩ動作の場合とＰ　Ｉ　Ｄ動作の場合の一連の
演算をコントロール部（１６）の動作指令信号に従って
サンプル値制御定数演算部（川で行なうのである。

その動作フローを第３図に示す。

以上で、ステノプタｌ乱に対して制御系の応答を適切な
抑制力のあるようにすることができるが、一方、このま
まではプロセス（１）の目標値ｒ。凹をステップ変化さ
せるとオーパージ、−トが大きすぎたり、整定時間が長
くな−たりして、必ずしも連応性の良い制御は行なえな
い。

そこで、次に目標値信号からプロセス信号までの伝達＋
９：ｉ　、Ｑ　Ｙ　（８１／　ｒ　（、’ｉ）も前Ｉ！
２　Ｊ’Ａ、１ｊｊ１１、モデ＃　Ｗ　＄）にマツチン
グするように、新らたに目４庁値フィルタ（１２）を用
いて補止を行なう。この目標値フィルりｉ（（Ｚ−１）
は次式のようにサンプル周期毎、に演算を行なうもので
ある。

３ ＩＩ　（Ｚ−’　）　＝　−−ｍ＝−−−−−−−・・
・・・２ｆＢ４式％式％ この目標値フィルタ（１２）のフィルタ定数り、、〜２
゜〜３は前１己ザンプル値制御定船ｖＩσ部でれンＩ算
した積分時定数Ｉｌｌ　ｉ１倣分時定数１゛ｄとサンプ
ル周期τかこの第１５式の演算をフィルタ定数む・Ｈ、
ｔＪ’ｌ’、　ｆ″１ｌＸ（１３）で行なうものである
。

以上、同定結果よシ、−サンプル値制御演算部（５）で
用いる比例ゲインＫＣ１和分１時＞−１−数’ｌ’　ｉ
　、　徽分時足載Ｔｄの調詰方法とその結果から目標値
フィルタ（１２）のフィルタ定ρのｉ’４１　！Ｉ合方
法を示した。

このようにすることにより、外乱に対する抑制力が強く
、シかも目ね値に対する連応性の良いサンプル値ＰＩＤ
制御系の調号１“′−を自ｊｊｊｆＪ化するものである
。

さらに、第７式で示す規範モデルを用いているので形状
係数αの設定により、オーパージニートしない制御系か
ら適当なオーパージニートをする制御系の制御定数の調
整を自動的に行なえるものである。

案 によって、制御系の応答を自由に’１ｊ（１択できるこ
とがわかる。

次に本発明の適応機能の詳細な説明を第２図に戻って説
明する。同定・チューニング終了時にはパルス伝達関斂
同定部ｅ）によって、プロセス（ｉ）の特性パラメータ
負　（ｉ＝１〜ｍ）、宣　（ｉ＝１〜ｎ）とプロセス（
１）の平衡点パラメータ令が明きらかになる。一方、１
ヤ循中のプロセス（１）の動特性が変わったとするとＱ
”ｊ　’Ｉ’、’ｉパラメータ＋ａＩ（＋　＝　１−ｍ
　）、ｂ＋’（１＝１〜ｎ）が変わったはずであり、ま
ｐニブロセス（１）に外乱が印加されるとｄが変わるＫ
　ＪＥ　ｔ　ｂ着。

そこで、特性体化検出部（１５）で次式のようにモデル
ｔｊｊ４差をｊｉｆｊｉネ、する。

η（へ）＝ｙＮ）−ｙ蝕　・・・・・・・・・　第１６
式ここでｙ（へ）は同定・チューニング終了時の特性パ
ラメータから次のように演算されるプロセスの出力であ
る。

祁）＞胃箱ｙ（Ｎ−ｉ）十ヌ錦ｕ（Ｎ−ｉ）＋？１　・
・・第１８式　□＋＝１　１＝１ 一方、現ｚＰのプロセス出力は次式のようになる。

ｙＮ）士畠１ｙ（〜１）＝渚パ（Ｎ−ｉ）＋ｇｆｆ”＋
Δｑε（Ｎ−ｉ）＋ｄ　・・・第１９式ここでεはノイ
ズである。

第１８式と第１９式をＭ’１６式に代入することによシ
、モデル誤差１ＮＪｆｆ、次のようになる。

つまり、モデル誤差η（へ）は特性パラメータの変化が
入った式である。

ここで、第２０式の期待値Ｅ〔η〜〕を考えると、特性
変化の無いときはＥ〔η（へ））＝０であシ、特性変化
が有るとＥ〔η〜〕〜０となる。

しかしながら、期待値Ｅ〔η（へ）〕を演、（１，する
ことは実用上できない。そこで、本実施例では次式のよ
うにモデル誤差η（へ）の短時間平均値τ（へ）を演算
している。

この、モデル誤差の短時間平均値τ鉤をｒ［零値Ｌ１　
と次のように比較判定することにょシ、プロセス（１）
の特性変化を監視する。

Ｉ７丹１〉Ｌｌ・　・・・・・・・・・　第２２式ここ
で、許容値り、ｌは次に示す特性パラメータベクトルの
ノルムから演算する。

ここで、第２３式の１１δθ１１／　１１ｔ１１はプロ
セス（１）の特性変化率を示している。

したがって、 のように、プロセス（１）の特性変化の許容率チを設定
することによシ、許容値り、が演算できる。

さて、このようにして演算されたモデル誤差の短時間平
均値η（へ）は、プロセス（１）の動特性が変わった場
合および外乱が印加されているＪ（＋、合、ともに直江
成分が発生する。

しかしながら、外乱による発生の場合はＰＩＤ制御自身
でレギーレーシ１ンできるので、たとえ許容値り、・を
越えたとしても問題がない。

一方、プロセスの動特性変化で発生している場合は、当
然ながら制御定数の′Ｆ＋Ｈ’ｅ　ａＶｊ　全必要とす
る。

そこで、このふたつの発生原因を判定する必要がある。

本実施例では、前記第２０式を丙記して説、明すると、 ・・・・・・第２４式 この式から、プロセスの動特性の変わった場合つまシδ
ａ１１とδ臥　が変化し、δｄは変化せず零のとき、プ
ロセスの入力信号であるｕ　（Ｎ　−ｉ　）　ヲ変化す
ることによシ、さらにモデル誤差が変化することがわか
る。

一方、プロセスの外乱が変わった場合、つまりδｄが変
化し、δａ、とδｂ＜ｉは変化せず零のときはプロセス
の入カイｈ号であるｕ（Ｎ−ｉ）を変化しても、モデル
誤差は変わらない仁とがわかる。

つまり、モデル誤差が許容値り、を越えた場合に、プロ
セスの入力信号ｕ（’Ｎ−１）が変わるように動特性変
化確認パルスを偏差信号演算部６）、あるいは同定信号
加算？Ｓ１（（６）　、あるいはまた加算部（１７）の
いずれか１点から印加することにより実現できる。

本実施例では、偏差イハ号演３′＃、部（３）に加える
ように桁数している。次に、この動４“を性久化＃超パ
ルスを印加した徒のモデル誤差の変動の検出には次式の
ようにモデル誤差ηへの彼分値を演：ｌ’！シた結果を
使っている。

ここで、Ｌ２　はり、と同様に次式で演ｆｆ−する。

＋１Δψ（Ｎｌｌ＝（ｙ　（Ｎ−１）−ｙ　（Ｎ−に−
１）　、−、ｙ　（Ｎ−ｍ）　−ｙ　（Ｎ−１ｃ　−ｍ
　）　、ｕ　（Ｎ−１）　−ｕ　（Ｎ−に−１）　、　
・　。

”　（Ｎ　”　）　ｕ　（Ｎ−に−ｎ　）”つまシ、印
加する動特性変化確Ｆ、ｒパルスの振１１Ｑ？ｉ以上の
ように、モデル誤差１η（へ）１が許容値Ｊノ＋　を越
えた場合に動特性変化値：誌パルスを印加し、その直後
にモデル誤差の微分値１Δη（＼）Ｉが検出レベルＬｌ
　を越えた場合、プロセスの動１１”Ｙ件変化が有シと
判定し、前記同定チ、−ニング機能を起動させる。

一方、動特性変化確認パルスを印加しても判定時間ＮＴ
内にモデル誤差の微分値１△η（へ）１がＬ上を越えな
い場合、外乱と判定してモデル誤差１η勤１を補正する
。

つまシ、前記第２０式のδｄにこのときの１η■１を外
乱補正値として入力する。この適応機能の動以上、木９
Ｆ’＋明ではＪ品フイ＝中のプロセスの動特性変化を検
出して、制御グミｔ数の’Ｍ’　ｉｉ”Ｉ　ｍ！作；〜
ｉ府自ｒｌｊ的に行なうものである。

４、　図面のｆハ１単な、ｉ況明 第１図は従来例の説明に供するブロック図、第２図は本
発明のサンプル値Ｐ　Ｉ　Ｄ　ｆｌｉｉｌ　ｆｊｌｌ形
。ｌｉ、’、＋−の回路４：’ｊ　１氏し、１、第３図
れプロ・ツク１内を６５？１す］するフロー１Ｘ１、第
４１￥１は本発明の形状保砂設５に機ｈ［：の効果説明
し１、第５図は本発明の適応ｃｒ能の！ｈは′］説明口
１である。

（１）・・・プロセス、ｅ）・・・サンプルホールド、
（４１）ト（４２）・・・サンプラ、但）・・・サンプ
ル値制御ち゛・Ｉｐ部、（７）・・・同定イ５ｊ号発生
部、υ）・・・パルス伝達関数同定部（１０）・・・伝
近門数演算部、（１１）・・・ザンプル値制御定蕎り浄
ｊ算部、（１２）・・・目枠値フィルタ、（１３）・・
・フィル″′″″″？’（Ｉｆ−７４１（、（”°°°
“Ｊ　！　Ｍ　７　Ｍ’“″””ｉｓ、　０ｓ＋−ｑ”
　、性液化検出部、（１６）・・・コントロール部、＜
１７１・・・加算部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）制御対象となるプロセスの目（ご値信号をサンプ
   リングしてフィルタ演算する目標値フィルタとこの目標
   値フィルタの出力信号と前記プロセスの制御ｍ、をサン
   プリングしたプロ上１４６号から制御偏差を＠算して、
   この制御偏差信号をＰＩＤ制御演算して前記プロセスの
   操作信号を出力するサンプル値ＰＩＤ制御演算部とから
   （°１１成される制御ループ内に、パーシスチントリ・
   エキサイテイング信号からなる同定信号を印加する同定
   信号発生部と、この同定信号発生部で発生した同定信号
   を前記サンプル値ＰＩＤ制御演算部の出力に加算して得
   られる操作信号およびプロセス信号から前記プロセスの
   パラメータを同定するパルス伝達関数同定部とこのパル
   ス伝ｆＱ　ＩＪ“３１数同定部で得られるプロセスのパ
   ルス伝達関数からＳ（ラプラス演Ｊｌ、子）領域の伝達
   関数を演算する伝達し１数′１Ｊｉｒ算部と、この伝達
   関数演算部の演算結果から前記サンプル値ＰＩＤ制御演
   算部で用いるＰＩＤ制御定数を油算するサンプル値制御
   定数演算部と、このサンプル値ＰＩＤ制御定数演算部の
   Ｐ　ｌ　１）制御定数から前記目標値フィルタのフィル
   タ定数を演算するフィルタ定数演算部から構成する同定
   ・チューニング機能と前記伝達関数演算部の演算結果か
   ら前記同定の終了を演算判定する同定終了判定部と、同
   定終了時の前記パルス伝達関数演算部のプロセスパラメ
   ータト前記同定・チューニング機能の停止した後のプロ
   セスの操作信号およびプロセス信号から前記プロセスの
   特性変化を演算する特性変化検出部と、この特性変化検
   出部の演算結果があらかじめ設定した特性変化ｎ′「零
   値を越える場合に前記プロセスのサンプリングした目標
   値信号にパルスを印加し、このパルスを印加した後の前
   記特性変化検出部の演３ｖ結果の過渡変化の有無により
   、同定・を−一ニング杉・り能を１１スタートもしくは
   停止を維持するコントロール部から構成する再スタート
   機能とを具ｆｌｔｊｉしたことをｔｆ４＋　（、Ｊとす
   るサンプル値ＰＩＤ制御’ｌ’−ｌｌｓ“。 値ＰＩＤ制御装置。 ６）パルスの印加点を同定信号の加算点とする構成にし
   たことを特徴とする特８′ＦＭ＞Ｊ６［を第１項記載の
   サンプル値ＰＩＤ制御装置１’Ｊ、’　。 （４）サンプル値ＰＩＤ制御定数演算部の演算に用いる
   規範モデルを２項モデルとダンピングのあるモデルのふ
   たつを形状係数で一式化して、この形状係数を可変する
   形状係数設定部を具備したことを特徴とする特許請Ａ囲
   第１項記載のザンプル値ＰＩＤ制御装（ｎｏ