JPS63236102A

JPS63236102A - セルフ・チユ−ニング調節計

Info

Publication number: JPS63236102A
Application number: JP7007687A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Nakai; 保夫中井; Asao Miyabe; 宮部　朝雄; Yoshikatsu Sakai; 酒井　芳克; Takashi Kono; 孝史河野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1987-03-24
Filing date: 1987-03-24
Publication date: 1988-10-03
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPH0769722B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、少なくとも比例（Ｐ）、積分（１）演算パラ
メータを最適な個に自動的に調整（チューニング）する
セルフ・チューニング調節計に関し、更に詳しくは、プ
ロセス量又はプロセス量とＩｔｉｌＪ御目標値上目標値
信号の応答波形を観測し、その応答波形の評価指標に基
づいて演算パラメータを最適な値に自動的にチューニン
グするように構成されたセルフ・チューニング調節計に
関するものである。

（従来の技術）フィードバック制御に用いられる調節計の中に、プロセ
ス量又は偏差信号の応答波形を観測し、その応答波形の
評価指標に基づいて演算パラメータを最適な伯に自動的
にチューニングする方式の調節計がある。

第６図は、Ｕ、Ｓ、ＰＡＴ、胤４６［１２，３２１ｉに
開示されているこのような方式のセルフチューニング調
節計の動作を説明するための波形図である。

図に示すような応答波形が観測された場合、調節計は、
第１．第２．第３のピーク値Ｅ、、Ｌ、Ｌを検出し、オ
ーバシュートｍ冨−Ｌ／Ｅ、、ダンピング＝（Ｅ□−Ｌ
）／（Ｅ、−Ｌ）　、第１．第３ピークの間の時間Ｔｐ
を周期とし、これらの応答波形を代表する評価指標が、
予じめ決ぬられ最適応答モデルの評価指標と一致するよ
うに演算パラメータをチューニングしている。

（ＡＬ明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような動作をなす調節計は、応答波
形のピーク値Ｅ、、Ｅ、、Ｉ！、を用いてオーバーシュ
ート量やダンピング値を演算によって求め、それを評価
指標とするもので、例えば、第７図（ａ）と（ｂ）に示
すような相似な応答波形が観測された場合、振幅の大き
さが異なっていても、その応答波形のオーバシュート量
やダンピング値は同じ個となる。このため、第７図（−
）のような応答波形でも、（ｂ）に示すような応答波形
でも同じチューニング量となり、応答波形の振幅が小さ
い（ｂ）のような場合には、適正なチューニング量とな
らず、かえって不安定な特性を与えることになるという
問題点がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的は、応答波形の大きさにかかわらず、常に最適
な演算パラメータがチューニングされるようにしたセル
フ・チューニング調節計を実現することにある。

（問題点を解決するための手段）第１図は、本発明装置の基本的な機能ブロック図である
。図において、１は１ｔＩＩ制御対象（プロセス）を示
すブロックで、生産量の変化、制御目標値の変更、各種
外乱などによってその動特性が変化するものとする。２
は制御対象ｌからのプロセス量Ｐ■と、制御目標値Ｓｖ
との偏差信号ＤＶに少なくともＰ、Ｉｉｍ算を行ない、
得られた操作量ＭＶを制御対象１に出力するＰＩ制御手
段、３はプロセス量Ｐｖ又は偏差信号ＤＶの応答波形に
応じてＰＩ制御手段のＰＩ演算パラメータをチューニン
グするパラメータチューニング手段、４は演算パラメー
タのチューニング量を応答波形の天きさに関連して補正
するチューニング員補正手段である。

（作用）チューニング量補正手段４は、応答波形の大きさく例゛
えば最大ピーク値）を検出しており、Ｐ。

Ｉ演算パラメータのチューニング量を、良好な制御状態
に近いほど少なくなるように補正する。これによって、
ＰＩ制御手段には、常に最適な演算パラメータがチュー
ニングされ、良好なＩＭ　ｕｓが行なえる。

（実施例）第２図は、本発明に係る装置の一実施例の機能ブロック
図である。第１図の各部分と同じものには同一符号を付
して示す。パラメータチューニング手段３において、３
１はプロセス信号又は偏差信号（ここでは偏差信号ＤＶ
）の波形観測を行ない、応答波形を代表するいくつかの
評価指標を出力する波形観測手段、３２は制御性の目標
となる目標値（最適応答モデル）を設定した目標設定手
段、３３は波形観測手段３１からの応答波形の評価指標
が、目標設定手段３２に予じめ設定した応答目標になる
ようなＰＩ演算パラメータを演算するパラメータ演算手
段で、この演算結果に基づいて、ＰＩ制御手段２のＰＩ
演算パラメータが変更・設定される。

チューニング量補正手段４において、４１は、プロセス
量又は偏差信号（ここでは偏差信号ＤＶ）の大きさく例
えば最大ピーク値）を検出する振幅値検出手段、４２は
偏差信号ＤＶの大きさＸに対して補正係数ａを計算する
補正係数計算手段、４３は補正係数出力手段で、補正係
数々をパラメータ演算手段３３に出力し、ＰＩ制御手段
２に設定するＰＩ演算パラメータを補正係数ａに応じて
補正（修正）する。

第３図は、第２図に示す機能を実現するハードウェアの
構成ブロック図である。図において、５は調節計で゛あ
り、制御対象からのプロセス量Ｐ■、１１＋ＩＩ御目標
＠ＳＶを入力し、操作信号ＭＶを制御対象１に対して出
力する。この調節計５内において、５１はプロセス量Ｐ
Ｖ、各種アナログ信号ｅｉ、　’Ｍ御目標ｍ　Ｓ　Ｖを
順次選択して入力するマルチプレフサ、５２はマルチプ
レクサ５１で選択した信号をひとつの入力とするコンパ
レータ、５３はマイクロプロセッサで、コンパレータ５
２からの信号等を入力している。５４はプロセッサ５３
からのディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ
変換器、５５はＤ／Ａ変換器５４の出力を所定のタイミ
ングで保持するサンプルホールド回路で、その出力が制
御対象１への操作信号ＭＶとなる。

５６はＩ１０ポート、５７は各種データ等を格納したＲ
ＡＭ、５８はマイクロプロセッサ５３が行なう主要動作
のプログラムを格納したシステムＲＯＭ、５９は例えば
ユーザがプロセスに応じて作成したプログラムを格納し
たＲＯＭ、６０は表示キーボードで、これらはデータバ
スＢＳを介してマイクロプロセッサ５３に結合している
。

ここで、システムＲＯＭ５８には、マイクロプロセッサ
５３が、第２図に示す波形観測手段３１゜パラメータ演
算手段３３．チューニング量補正手段４．ＰＩ制御手段
２として機能するためのプログラムや、制御対象１の最
適応答モデルのデータ等からなる目標設定手段３２とし
て機能するための各種データが格納されている。なお、
システムＲＯＭ５８．ＲＯＭ５９はひとつのＲＯＭで共
用してもよい。

このように構成した装匠における主要な動作を、次に説
明する。

第４図は、Ｉｔ’制御対象１が変動した場合の偏差信号
ＤＶの変化を示す波形図である。

パラメータチューニング手段３内の波形観測手段３１及
び、チューニング量補正手段４内の振幅値検出手段４１
は、例えば第４図に示すような偏差信号ＤＶを入力し、
その波形パターンを代表するような評価指標及びその振
幅値（ビーク伯Ｘ）を求める。

ここで、波形観測手段３１は、波形パターンを代表とす
る評価指標として、例えば、次のようにして算出される
面積レシオＡＲを求める。すなわち、偏差信号ＤＶの第
１ビークＤＶＩの発生時点（ｔ＋）カら続く第２ピーク
（ＤＶ２）　（７）発生時点（ｔ２）までの偏差信号Ｄ
Ｖに係る面積Ａ１と、第２ピーりの発生時点し、から続
＜　ｊ、＋　（ｔ、−ｔ＋）時点までの偏差信号ＤＶに
係る面積Ａ２とを演算する（第４図参照）。そして、演
算して得られた面積ＡＩ。

Ａ２のレシオから面積レシオＡＲを演算する。

面Ｊ！ＡＩ、Ａ２．面積レシオＡＲの算出式の一例を（
１）式、（２）式、（３）式に示す。

＾１＝ｆ（ＤＶ、−ＤＶ）ａｔ　　　　　　　（１）ｔ
。

八Ｒ＝　−（１）また、波形パターンを代表とする、上記した面積レシオ
ＡＲ以外に、最大行き過ぎ量（オーバシュー））ＯＶＳ
、面積ＡＩ、Ａ２を求めるために要した時間ＴＡを（４
）式、（５）式に従って求める。

ＴＡ＝　２・（ｔｚ−ｔ２）　　　　　　　　　（５）
このように、波形観測手段３１が偏差信号の第１、第２
のピークの発生時点から続く偏差信号波形に係る面積Ａ
Ｉ、　Ａ２を用いた面積レシオＡ２を波形パターンの評
価指標のひとつとすると、第３のピークを検出する必要
はなく、従ってノイズの影響を受けなくなるという効果
がある（第３ピークは第１．第２のピークに比べて一般
にその振幅が小さいのでノイズとの見分けがつきにくい
）。

パラメータ演算手段３３は、波形観測手段３１から与え
られる波形パターンの各評価指標、ＡＲ。

ＯＶＳ、ＴＡと、目標設定手段３２に予じめ記憶させで
ある最適応答モデルの各データとを比較し、数計算手段
４２は、振幅値検出手段４１で検出された振幅ａＸを入
力し、この振幅値Ｘに応じ次のような補正係数αを算出
する。

Ｘが所定のデッドバンド（同値）ＤＢに対してＸ≧２・
ＤＢの時、 α＝１Ｄ　Ｂ　＞　ｘ　＞　２　Ｄ　Ｂの時ａ＝に−ｘ第５図は、振幅値Ｘと補正係数ａとの関係を示す線図で
ある。補正係数αは、振幅ＷｘがＤＢ＞ｘ　＞　２　Ｄ
　Ｂの範囲内において、Ｘに比例した１より小さい伯と
なり、ＸがＸ≧２・ＤＢとなると、１となる。

補正係数出力手段４３は、このようにして算出された補
正係数αをパラメータ演算手段３３に出力する。

パラメータ演算手段３３は、この補正係数ａを受け、Ｐ
Ｉｌ制御手段に設定すべき演算パラメータ（比例演算パ
ラメータＰ　Ｂ　、　ＩＩｉ分演算パラメータＴＩ）を
例えば次式に従って算出する。

ＰＢ２＝　（＋＋α＊　ＥＡＲ）＊　ＦＢｌ　　　　　
　　　（６）ＴＩ２＝　（１＋α＊　ＥＯＶＳ）＊　Ｔ
１１　　　　　　　（７）ただし、１’ｌ１２は次回設定する比例演算パラメータＰＢ１は
今回設定されている比例演算パラメータ丁１２は次回設定するＩｎ分演算パラメータＴｌ＋は今
回設定されている積分演算パラメータＥＡＲは誤差面積レシオＥＯＶＳは誤差オーバシュート αは補正係数ＰＩｌ制御手段は、パラメータ演算手段３３によって、
設定、変更されるＰＩ演算パラメータを用いてＰＩ演算
を行ない、その演算結果を操作信号ＭＶとして制御対象
１に出力する。

本発明においては、ＰＩｌ制御手段に設定、変更する演
算パラメーター’Ｈ１ＴＩ２が、（６）式、（７）式に
従って行なわれるものであるから、応答波形の評価指標
が変らない場合でも、偏差信号ＤＶの振幅が小さい場合
、補正係数ａも小さくなり、この結果、演算パラメータ
の変更量が通常の場合よりも小さくなるように補正され
、これによって不必要なチューニングが防止される。

なお、上記の実施例では、波形観測手段は応答波形の評
価指標のひとつとして面積レシオＡＲを求めるようにし
ているが、ピーク値から算出されるダンピングレシオを
求めるようにしてもよい。

また、波形観測手段３１及び振幅値検出手段４１は、い
ずれも偏差信号ＤＶを入力するようにしたものであるが
、制御目標値Ｓ■が一定であるものとすれば、プロセス
ｆｆ１ＰＶを入力するようにしてもよい。また、補正係
数αの算出式や、パラメータ演算手段３３での演算式は
、上述したものに限定されない。また、上述の説明では
、ＰＩ＠御手投手段する調節計を例にとって説明したが
、ＰＩ［ｌ制御手段を有する調節計に適用してもよい。

また、補正係数ａは、ここでは応答波形の振幅Ｘに応じ
て変えるようにしたが、他の条件によっても変更できる
ようにしてもよい。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、応答波形
の大きさにかかわらず、常に最適な演算パラメータが短
時間でチューニングされるセルフ・チューニング調節計
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、発明明装はの基本的な機能ブロック図、第２
図は本発明に係る装置の一実施例の機能ブロック図、第
３図は第２図に示す機能を実現するハードウェアの構成
ブロック図、第４図は制御対象ｌが変動した場合の偏差
信号の変化を示す波形図、第５図は補正係数計算手段に
おける振幅値Ｘと補正係数αとの関係を示す線図、第６
図は従来装置の動作を説明するための図、第７図は従来
技術における問題点を説明するための図である。ｌ・・・制御対象、２・・・ＰＩｌ制御手段３・・・パ
ラメータチューニング手段、４・・・チューニング量補
正手段。第Ｓ図ＯＢ　　　　　　　２ＤＢ　　　　　。第６図４Ａ崖第　７（ｂ＞

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プロセス量又はプロセス量と制御目標値との偏差
信号の応答波形を観測し、当該応答波形の評価指標に基
づいて演算パラメータが最適な値にチューニングされる
ようにした調節計において、演算パラメータのチューニ
ング量を前記応答波形の大きさに関連して補正するチュ
ーニング量補正手段を設けたことを特徴とするセルフ・
チューニング調節計。
（２）応答波形の評価指標のひとつとして、応答波形の
第１のピークの発生時点（ｔ＿１）から続く第２のピー
クの発生時点（ｔ＿２）までの応答波形に係る面積Ａ１
と、前記発生時点（ｔ＿２）から続くｔ＿２＋（ｔ＿２
−ｔ＿１）時点までの応答波形に係る面積Ａ２とによっ
て求められる面積レシオＡＲを用いることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のセルフ・チューニング調節
計。