JPS61208505A - 制御増幅器 - Google Patents
制御増幅器Info
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- JPS61208505A JPS61208505A JP4931385A JP4931385A JPS61208505A JP S61208505 A JPS61208505 A JP S61208505A JP 4931385 A JP4931385 A JP 4931385A JP 4931385 A JP4931385 A JP 4931385A JP S61208505 A JPS61208505 A JP S61208505A
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- Japan
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- value
- amplifier
- output
- control
- control amplifier
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は制御増幅器釦係り、特にフィードバック制御に
用いる制御増幅器に関する。
用いる制御増幅器に関する。
フィードバック制御の基本的な構成を第４図に示す。指
令値（目標値）ｅＩと制御対象２の出力値（制御値）ｅ
ｏが制御増幅器１により比較増幅され、その出力（操作
値）ｅｃにより制御対象２０入力が制御され、出力値ｅ
０が指令値ｅ１に近い値となるように制御される。
令値（目標値）ｅＩと制御対象２の出力値（制御値）ｅ
ｏが制御増幅器１により比較増幅され、その出力（操作
値）ｅｃにより制御対象２０入力が制御され、出力値ｅ
０が指令値ｅ１に近い値となるように制御される。
制御増幅器の代表的なものとしてはＰＩ、ＰＩＤ。
Ｉ−Ｐ 、 Ｉ−ＰＤカ一般的テアル。（ｔｔ測（！：
’ＷＪ御Ｖｏｌ １９Ｎｎ４ Ｐ１６〜Ｐ２５及び昭
和５７年電気学会全国大会論文集５４２ ） Ｐは比例
要素、工は積分要素、Ｄは微分要素を意味するものであ
る。
’ＷＪ御Ｖｏｌ １９Ｎｎ４ Ｐ１６〜Ｐ２５及び昭
和５７年電気学会全国大会論文集５４２ ） Ｐは比例
要素、工は積分要素、Ｄは微分要素を意味するものであ
る。
第５図ｆａ）〜（ｄ）にそれぞれの制御増幅器を示した
。
。
３は加減算器で、４は比例積分要素増幅器、５は比例積
分微分要素増幅器、６は積分要素増幅器、７は比例要素
増幅器、８は比例微分要素増幅器である。第５図（ａ）
のＰＩ制御増幅器及び第５図（ｂｌのＰＩＤ制御増幅器
は指令値ｅ１と出力値ｅ。との偏差に対して処理してい
るのみであるが、第５図ｆｃｌのＩ−Ｐ制御増幅器、第
５図ｆｄｌのＩ−ＰＤ制御増幅器は出力値ｅ０に対する
処理であるフィードバック補償が加わっている。前記参
考文献で述べられているよう如フィードバック補償が加
わっているＩ−Ｐ制御増幅器、Ｉ−ＦＤ制御増幅器がす
ぐれた制御特性を持つ。
分微分要素増幅器、６は積分要素増幅器、７は比例要素
増幅器、８は比例微分要素増幅器である。第５図（ａ）
のＰＩ制御増幅器及び第５図（ｂｌのＰＩＤ制御増幅器
は指令値ｅ１と出力値ｅ。との偏差に対して処理してい
るのみであるが、第５図ｆｃｌのＩ−Ｐ制御増幅器、第
５図ｆｄｌのＩ−ＰＤ制御増幅器は出力値ｅ０に対する
処理であるフィードバック補償が加わっている。前記参
考文献で述べられているよう如フィードバック補償が加
わっているＩ−Ｐ制御増幅器、Ｉ−ＦＤ制御増幅器がす
ぐれた制御特性を持つ。
しかしＩ−Ｆ制御増幅器、Ｉ−ＰＤ制御増幅器はこれを
実現する場合に以下の欠点を持つ。
実現する場合に以下の欠点を持つ。
一般は種々の制約から制御対象の操作値ｅｃは有限値に
制限される。このため制御増幅器はその出力ｅｃをこの
制限値内に制限しなければならない。
制限される。このため制御増幅器はその出力ｅｃをこの
制限値内に制限しなければならない。
ＰＩ制御増幅器、ＰＩＤ制御増幅器は要素増幅器が１台
のため容易に制限することができる。しかしＩ −Ｐ
、 Ｉ−ＰＤ制御増幅器は２台の要素増幅器を用い、そ
の出力の差を制限しなければならないため、個々の要素
増幅器で制限することができない。比例ＣＰ＋要素増幅
器と比例微分（ＰＤ）要素増幅器は入力であるｅｏの大
きさや変化を考慮してそのスケーリングを行なえば特に
制限の必要はない。しがし操作値ｅｃを制限しなければ
ならないような状態においては常に積分（Ｉ）要素増幅
器の入力である偏差（ｅ＋−ｅｏ）が生じていると考え
られ、積分（Ｉ）要素増幅器にも制限を加えないとなら
ない。操作値ｅｃが制限から解除された時の制御の回復
を速やかに行なうためには積分（Ｉ）要素増幅器の出力
と比例（Ｐ）要素増幅器又は比例微分（ＰＤ）要素増幅
器の出力の差ｅｃが制限値と等しくなるように積分（Ｉ
）要素増幅器の出力に制限を加えなければならない。
のため容易に制限することができる。しかしＩ −Ｐ
、 Ｉ−ＰＤ制御増幅器は２台の要素増幅器を用い、そ
の出力の差を制限しなければならないため、個々の要素
増幅器で制限することができない。比例ＣＰ＋要素増幅
器と比例微分（ＰＤ）要素増幅器は入力であるｅｏの大
きさや変化を考慮してそのスケーリングを行なえば特に
制限の必要はない。しがし操作値ｅｃを制限しなければ
ならないような状態においては常に積分（Ｉ）要素増幅
器の入力である偏差（ｅ＋−ｅｏ）が生じていると考え
られ、積分（Ｉ）要素増幅器にも制限を加えないとなら
ない。操作値ｅｃが制限から解除された時の制御の回復
を速やかに行なうためには積分（Ｉ）要素増幅器の出力
と比例（Ｐ）要素増幅器又は比例微分（ＰＤ）要素増幅
器の出力の差ｅｃが制限値と等しくなるように積分（Ｉ
）要素増幅器の出力に制限を加えなければならない。
このためアナログ回路で実現するには複雑な回路構成と
なり、マイクロコンピュータなトラ使った高機能処理が
行なえるデジタル制御に適すると言える。
なり、マイクロコンピュータなトラ使った高機能処理が
行なえるデジタル制御に適すると言える。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、実使用に合
った出力制限を加えたＩ−Ｐ又はＩ −ＰＤ制御増幅器
をアナログ回路でも容易に笑現し、■−Ｐ又はＩ −Ｐ
制御増幅器のすぐれた特徴を持つ制御増幅器を得ること
を目的とする。
った出力制限を加えたＩ−Ｐ又はＩ −ＰＤ制御増幅器
をアナログ回路でも容易に笑現し、■−Ｐ又はＩ −Ｐ
制御増幅器のすぐれた特徴を持つ制御増幅器を得ること
を目的とする。
本発明は制御対象の出力に対する指令値と前記制御対象
の出力の検出値とを入力して比較増幅し、前記制御対象
の入力を制御する制御増幅器に於て、前記指令値と前記
検出値の偏差に比例した値から前記検出値の微分値又は
微分値と２次微分値（微分値をさらに微分した値）との
和の値を差し引いた値を積分した値を出力とすることに
よって、最終段を積分要素増幅器として出力制限を容易
にし、アナログ回路でも簡単に実現できるようにした制
御増幅器である。
の出力の検出値とを入力して比較増幅し、前記制御対象
の入力を制御する制御増幅器に於て、前記指令値と前記
検出値の偏差に比例した値から前記検出値の微分値又は
微分値と２次微分値（微分値をさらに微分した値）との
和の値を差し引いた値を積分した値を出力とすることに
よって、最終段を積分要素増幅器として出力制限を容易
にし、アナログ回路でも簡単に実現できるようにした制
御増幅器である。
第２図は本発明の基本的な原理を示すブロック図である
。第２図（ａ）はＩ−Ｐ制御増幅器を伝達関数ブロック
で表示したもので、Ｋ！、ＫＰはゲイン、Ｓはラプラス
演算子で、Ｓは微分、１／′８は積分を意味するものと
考えることができる。第２図（ｂ）は本発明の制御増幅
器の伝達関数ブロック図で、最終段に積分ブロック１３
を配置するかわりに前段に（ａ）における積分ブロック
９を比例ブロック１１に、同様に比例ブロック１０を微
分ブロック１２に置き換えている。町に対するｅｃの伝
達関数、ｅｏに対するｅｃの伝達関数は（ａｌ 、 （
ｂ）ともまったく同一となり、性能的には同じである。
。第２図（ａ）はＩ−Ｐ制御増幅器を伝達関数ブロック
で表示したもので、Ｋ！、ＫＰはゲイン、Ｓはラプラス
演算子で、Ｓは微分、１／′８は積分を意味するものと
考えることができる。第２図（ｂ）は本発明の制御増幅
器の伝達関数ブロック図で、最終段に積分ブロック１３
を配置するかわりに前段に（ａ）における積分ブロック
９を比例ブロック１１に、同様に比例ブロック１０を微
分ブロック１２に置き換えている。町に対するｅｃの伝
達関数、ｅｏに対するｅｃの伝達関数は（ａｌ 、 （
ｂ）ともまったく同一となり、性能的には同じである。
しかし本発明における（ｂｌは最終段のみが積分要素増
幅となるため、この積分要素増幅器に対する出力制限の
みを行なえば良く、出力制限が容易となる。
幅となるため、この積分要素増幅器に対する出力制限の
みを行なえば良く、出力制限が容易となる。
第１図に本発明の実施例を示す。１４ 、１５ 、１６
、１８ 。
、１８ 。
２３ 、２４ 、２７は抵抗器であり、そのうち１６と
２４はゲイン調整を行なうことができる可変抵抗器とな
っている。１７、．２２ 、２５は演算増幅器、２１
、２６はコンデンサ、１９ 、２０は定電圧ダイオード
である。制御増幅器としての入力は指令値ｅ１と検出値
ｅ。であるが、検出値は極性反転されたーｅ。とじて入
力されるものとする。演算増幅器１７の加算点には抵抗
値Ｒの抵抗１４を介してｅ１１抵抗値Ｒの抵抗１５を介
して−ｅ０、抵抗値ＧＩＲの抵抗１６を介して演算増幅
器ｔ７の出力ｅ１が接続されている。演算増幅器の加算
点の電流の総和は零で電圧も零となるから（１）式が成
り立つ。
２４はゲイン調整を行なうことができる可変抵抗器とな
っている。１７、．２２ 、２５は演算増幅器、２１
、２６はコンデンサ、１９ 、２０は定電圧ダイオード
である。制御増幅器としての入力は指令値ｅ１と検出値
ｅ。であるが、検出値は極性反転されたーｅ。とじて入
力されるものとする。演算増幅器１７の加算点には抵抗
値Ｒの抵抗１４を介してｅ１１抵抗値Ｒの抵抗１５を介
して−ｅ０、抵抗値ＧＩＲの抵抗１６を介して演算増幅
器ｔ７の出力ｅ１が接続されている。演算増幅器の加算
点の電流の総和は零で電圧も零となるから（１）式が成
り立つ。
ｅ、／ｌ（ｅｏ／ＦＬ＋ｅ＋／ＧｒＲ＝Ｑ
（１）したがって ｅ＋＝ （ｅＩ −ｅｏ ） Ｘ Ｇｒ
（２）すなわち演算増幅器１７の出力ｅ、は指令値
引と検出値ｅ０との偏差（ｅＩ ｅｏ）が０１倍に増
幅される。
（１）したがって ｅ＋＝ （ｅＩ −ｅｏ ） Ｘ Ｇｒ
（２）すなわち演算増幅器１７の出力ｅ、は指令値
引と検出値ｅ０との偏差（ｅＩ ｅｏ）が０１倍に増
幅される。
演算増幅器２５の加算点には抵抗値Ｒの抵抗２３を介し
て−ｅｏ１抵抗値ＧＰＥｌの抵抗２４を介して演算増幅
器２５の出力ｅ２が接続されている。したがって（３）
。
て−ｅｏ１抵抗値ＧＰＥｌの抵抗２４を介して演算増幅
器２５の出力ｅ２が接続されている。したがって（３）
。
（４）式が成り立つ
−ｅ、／ＦＬ＋ｅｔ／ＧｐＲ＝ｏ
（３）したがって ｅ、 ＝＝ ｅｏＧｐ （４
１すなわち検出値ｅ。がＧ、倍に増幅される。
（３）したがって ｅ、 ＝＝ ｅｏＧｐ （４
１すなわち検出値ｅ。がＧ、倍に増幅される。
演算増幅器２２の加算点には抵抗値Ｒの抵抗１８を介し
て演算増幅器１７の出力ｅ、が、容量Ｃのコンデンサ２
６と抵抗値Ｒ８の抵抗２７の直列回路を介して演算増幅
器２５の出力ｅ２が、容量Ｃのコンデンサ２１と逆極性
につながれた２つの定電圧ダイオード１９゜２０との並
列回路を介して演算増幅器２２の出力ｅｃが接続されて
いる。抵抗２７は演算増幅器を保護するだめのものであ
り、その抵抗値Ｒ８は無視できる程度の値である。演算
増幅器の出力ｅ０の給体値が定電圧ダイオードの動作電
圧より小さく、Ｓをラプラス演算子とすれば（５１，（
６）式が成り立つ。
て演算増幅器１７の出力ｅ、が、容量Ｃのコンデンサ２
６と抵抗値Ｒ８の抵抗２７の直列回路を介して演算増幅
器２５の出力ｅ２が、容量Ｃのコンデンサ２１と逆極性
につながれた２つの定電圧ダイオード１９゜２０との並
列回路を介して演算増幅器２２の出力ｅｃが接続されて
いる。抵抗２７は演算増幅器を保護するだめのものであ
り、その抵抗値Ｒ８は無視できる程度の値である。演算
増幅器の出力ｅ０の給体値が定電圧ダイオードの動作電
圧より小さく、Ｓをラプラス演算子とすれば（５１，（
６）式が成り立つ。
ｅ、／ＦＬ＋ｅｔＣ８＋ｅｃＣ８＝Ｏ（５１したがって
６ｃ ＝ｅｒ／ＣＲＳｅ２ （６）（
６）式のｅＩ ＋ ｅｔに（２）式、（４）式を代入す
れば（７）式となる。
６）式のｅＩ ＋ ｅｔに（２）式、（４）式を代入す
れば（７）式となる。
Ｇｔ ］
ｅＣ＝＝ （ｅＩ−ｅｏ） ・−−−−ｅ。−Ｇｐ
（７）Ｒ８ ＧＩ／ＣＲをに０、Ｇ、をＫＰに等しいとすれば第２図
（ａｌまたは（ｂ＞のブロック図と同一の入出力関係が
成立している。
（７）Ｒ８ ＧＩ／ＣＲをに０、Ｇ、をＫＰに等しいとすれば第２図
（ａｌまたは（ｂ＞のブロック図と同一の入出力関係が
成立している。
もしｅ。の絶対値が定電圧ダイオード１９．２０の動作
電圧より大きくなろうとすると、定電圧ダイオードに電
流が流れ、ｅｏの絶対値は定電圧ダイオードの動作電圧
に制限される。
電圧より大きくなろうとすると、定電圧ダイオードに電
流が流れ、ｅｏの絶対値は定電圧ダイオードの動作電圧
に制限される。
したがって出力制限を加えたＩ−Ｐ制御増幅器が構成さ
れている。
れている。
第３図に本発明の他の実施例を示す。これはＩ−ＰＤ制
御増幅器としての実施例である。第１図の実施例と同一
部分は同一番号を符し、新らたに追加されたのは容量Ｃ
Ｄのコンデンサ２８と抵抗値Ｒ８の抵抗２９である。抵
抗器２９は演算増幅器２５の保護するためのものとし、
その抵抗値ＥＬ、が無視すれば演算増幅器２５の出力ｅ
２は（８）式となる。
御増幅器としての実施例である。第１図の実施例と同一
部分は同一番号を符し、新らたに追加されたのは容量Ｃ
Ｄのコンデンサ２８と抵抗値Ｒ８の抵抗２９である。抵
抗器２９は演算増幅器２５の保護するためのものとし、
その抵抗値ＥＬ、が無視すれば演算増幅器２５の出力ｅ
２は（８）式となる。
’４ ＝ ｅＯＧＰ ＋ｅ。ｃＤ（）ＰＦＬｓ
（８）（６）式のｅＩ＋ｅ！に（２）式、
（８）式を代入すれば（９）式となる。
（８）（６）式のｅＩ＋ｅ！に（２）式、
（８）式を代入すれば（９）式となる。
Ｇ！１
ｅｃ＝（ｅＩ−ｅｏ）’ Ｈｅ、・Ｇｐ
ｅｏ−ＣＤＧｐＲ−８（９）Ｒ８ （７）式との比較から第３項目のｅ。の微分項が追加さ
れていることがわかる。すなわち第５図（ｄｉのＩ−Ｐ
Ｄ制御増幅器と等価となり、微分ゲインはＣＤＧＰＲで
ある。
ｅｏ−ＣＤＧｐＲ−８（９）Ｒ８ （７）式との比較から第３項目のｅ。の微分項が追加さ
れていることがわかる。すなわち第５図（ｄｉのＩ−Ｐ
Ｄ制御増幅器と等価となり、微分ゲインはＣＤＧＰＲで
ある。
制御増幅器としての出力ｅｃの制限は第１の実施例と同
様に演算増幅器２２に付属する定電圧ダイオードの作用
により行なわれる。
様に演算増幅器２２に付属する定電圧ダイオードの作用
により行なわれる。
以上述べたように本発明によればＩ−Ｐ制御増幅器、ｔ
−ｐｎ制御増幅器のすぐれた制御特性と実使用に対応し
た出力制限機能とを兼ねそなえた制御増幅器を、従来か
ら用いられている演算増幅器と定電圧ダイオードを使っ
た制限機能により容易に実現することができる。
−ｐｎ制御増幅器のすぐれた制御特性と実使用に対応し
た出力制限機能とを兼ねそなえた制御増幅器を、従来か
ら用いられている演算増幅器と定電圧ダイオードを使っ
た制限機能により容易に実現することができる。
また本発明は高機能処理が行なえるマイクロコンピュー
タを用いたデジタル制御に適用しても、従来のＩ−Ｐ制
御増幅演算やＩ−ＦＤ制御演算において、出力が制限さ
れた場合に積分要素増幅の制限値を逆算する必要がなく
、演算処理が高速化され、よりすぐれた制御特性が得ら
れる。
タを用いたデジタル制御に適用しても、従来のＩ−Ｐ制
御増幅演算やＩ−ＦＤ制御演算において、出力が制限さ
れた場合に積分要素増幅の制限値を逆算する必要がなく
、演算処理が高速化され、よりすぐれた制御特性が得ら
れる。
第１図は本発明の制御増幅器の一実施例による構成図、
第２図は本発明の詳細な説明１−る図、第３図は本発明
の制御増幅器の他の実施例による構成図、第４図はフィ
ードバック制御を説明する図、第５図は代表的な制御増
幅器のブロック図である。 １・・・制御増幅器 ２・・制御対象３・・加減算
器 ４，５，６，７．８・要素増幅器９．１０．
１１．１２．１３・・・伝達関数ブロック１４．１５．
１６，１８．２３．２４．２７．２９・・抵抗器２１．
２６．２８・・・コンデンサ １９．２０・・・定電圧
ダイオード１７．２２．２５・・・演算増幅器 （７３１７） 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （
ほか１名）−りら− 第３図 第４図 第５図
第２図は本発明の詳細な説明１−る図、第３図は本発明
の制御増幅器の他の実施例による構成図、第４図はフィ
ードバック制御を説明する図、第５図は代表的な制御増
幅器のブロック図である。 １・・・制御増幅器 ２・・制御対象３・・加減算
器 ４，５，６，７．８・要素増幅器９．１０．
１１．１２．１３・・・伝達関数ブロック１４．１５．
１６，１８．２３．２４．２７．２９・・抵抗器２１．
２６．２８・・・コンデンサ １９．２０・・・定電圧
ダイオード１７．２２．２５・・・演算増幅器 （７３１７） 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （
ほか１名）−りら− 第３図 第４図 第５図
Claims (2)
- （１）制御対象の出力に対する指令値と前記制御対象の
出力の検出値とを比較増幅し前記制御対象の入力を制御
する制御増幅器に於て、前記指令値と前記検出値との偏
差に比例した値から前記検出値の微分値に比例した値を
差引いた値を積分する手段と、前記積分手段の積分値が
あらかじめ決められた上限値または下限値に達した場合
、積分値が前記上限値以上または前記下限値以下になる
のを制限する手段とを設け、前記積分値を出力して前記
制御対象の入力を制御することを特徴とする制御増幅器
。 - （２）制御対象の出力に対する指令値と前記制御対象の
出力の検出値とを比較増幅し前記制御対象の入力を制御
する制御増幅器に於て、前記指令値と前記検出値との偏
差に比例した値から前記検出値の微分値に比例した値と
前記微分値をさらに微分した値に比例した値とを差し引
いた値を積分する手段と、前記積分手段の積分値があら
かじめ決められた上限値、または下限値に達した場合、
積分値が前記上限値以上または前記下限値以下になるの
を制限する手段とを設け、前記積分値を出力して前記制
御対象の入力を制御することを特徴とする制御増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4931385A JPS61208505A (ja) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | 制御増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4931385A JPS61208505A (ja) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | 制御増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61208505A true JPS61208505A (ja) | 1986-09-16 |
Family
ID=12827470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4931385A Pending JPS61208505A (ja) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | 制御増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61208505A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5017626A (ja) * | 1973-06-14 | 1975-02-25 | ||
| JPS5211393A (en) * | 1975-07-11 | 1977-01-28 | Diamond Power Speciality | Assembly for indicating reactor control rod position |
| JPS56155407A (en) * | 1980-05-02 | 1981-12-01 | Toshiba Corp | Electronic controller |
-
1985
- 1985-03-14 JP JP4931385A patent/JPS61208505A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5017626A (ja) * | 1973-06-14 | 1975-02-25 | ||
| JPS5211393A (en) * | 1975-07-11 | 1977-01-28 | Diamond Power Speciality | Assembly for indicating reactor control rod position |
| JPS56155407A (en) * | 1980-05-02 | 1981-12-01 | Toshiba Corp | Electronic controller |
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