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JPS58207104A - オ−トチユ−ニング・コントロ−ラ - Google Patents

オ−トチユ−ニング・コントロ−ラ

Info

Publication number
JPS58207104A
JPS58207104A JP9007782A JP9007782A JPS58207104A JP S58207104 A JPS58207104 A JP S58207104A JP 9007782 A JP9007782 A JP 9007782A JP 9007782 A JP9007782 A JP 9007782A JP S58207104 A JPS58207104 A JP S58207104A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pid
parameter
controller
section
parameters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9007782A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Hiroi
広井 和男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP9007782A priority Critical patent/JPS58207104A/ja
Publication of JPS58207104A publication Critical patent/JPS58207104A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は比例制御(P動作)、積分制御(工動作)およ
び微分制御(D動作)?有するPIDコントローラの比
例ゲイン、積分時間、微分時間勿制御しながら自動的に
PIDノくラメ−タケ決定していくオートチューニング
・コントロ1うの改良に関する0 〔発明の技術的背景〕 従来よりオートチューニング・コントローラの理論は多
く存在するが、実際にプロセスに適用した実用機は殆ん
どない。第1図は、従来のオートチューニング・コント
ローラの理論に基づく機能フロー図であって、オートチ
ューニング・コントローラ10にエリ制御対象(プロセ
ス)20が制御されている状態?示してl/)る0こ(
7)t −) Lユーニング・コントローラ10は、一
般のコントローラと同様に目標値SVと制御値PVと営
那算部11に入れて両値の偏差を取り呂し、こオー* 
’z P I Dコントローラ部12に入れて調節演$
?行なった後、その出カケ加算部13に導入すス。この
加算部13では制御対象20の特性ケ保累するためにほ
ぼ白色ノイズに似た性質ケ持−〇M系列信号14ケ加箕
した後、操作出力信号MYとして制御対象20に供給し
、制御値pvが目標値SVになるように制御している。
ところで、オートチューニング・コントローラ10は、
前述するM系列信号14?一般のコントローラの出力信
号に重畳してプロセス特性推定部15に与え、ここで制
御対象20に与え九M系列信号14とその応答結果であ
る制御値PVと?見て制御対象20の特性勿推定し、こ
の推定結果をPIDパラメータ決定部16に与えてプロ
セス特性に最適なPIDパラメータr決定し、これ[P
IDコントローラ部J2のPIDパラメータとして更、
新設定し、制御対象20の特性変化に対応した最適な制
御ケ行なっている。
〔背景技術の問題点〕
しかし、以上のような理論に基づくオートチューニング
・コントローラでは、実用面において次の工うな問題が
ある。。■、制御対象20の特性r正確に橡索するため
には、性索用M系列信号14の振幅?太きくしなければ
ならないが、実プロセスではこの保索用M系列信号14
【大きくすると問題となるので、その点?考慮してM系
列信号14の振幅?定めると正確なPIDパラメータ?
得ることができない問題がある。
■、また、大きな外乱や変化の早い外乱が入ってきたと
き、正確にPADパラメータ忙求めることができない欠
点がある0 従って、以上の=うな問題を有するにも拘らず実プロセ
スに適用した場合、制御系にどのような状況が発生して
くるのか列置予想することが難しく、特にPよりノ(ラ
メータの算定が正確でないと制御系r乱して暴走させる
という問題があり、こnはプロセス制御にとって致命的
な欠陥である。
〔発明の目的〕
本発明は上記実情(C力1んカニみてなさ、ft7tも
ので、制御系の暴走?完全に防止し、あらゆるプロセス
制御に安心して利用できるオートチューニングコントロ
ーラケ提供すること?目的とする0 〔発明の概要〕 本発明は、自動的に求め九PIDパラメータが制御対象
の特性に大きな影響に及ぼすプロセスの負荷ど工び制御
量r考慮しえ許容範囲内に有る力・否〃・ケ判断し、許
容範囲外のときに許容範囲の上下限値で制限して実際の
制御系に使用するパラメータケ決定することにエリ、上
記目的?達成せんとするオートチューニング・コントロ
ーラである。
〔発明の実施例〕
第2図はボイ2つ圧力制徂系に適用したオートチューニ
ング・コントローラの一実施例?示す図である。このコ
ントロー2は、制御対象系30とオートチューニング・
コントし−ラ部40とエリなっている。先ず、制御対象
系30にあっては、オートチューニング・コントローラ
部40の調節出力信号から燃料と空気の流量上制卸する
燃焼制御量勿対象制御部31で求めた後、その燃焼制御
量?ディ2本体32に設置するバーナ33に与え、ボイ
ラ本体32内のドラム34内の水勿加熱することにより
、発生する蒸気量上制御し蒸気圧カケ所定値に調整して
いる。図中、35は蒸気圧力検出器、36は蒸気流量検
出器である0 次ニ、オートチューニング・コントローラ部40にあっ
ては、目標圧力設定信号SVPと蒸気圧力検出器35に
よる蒸気圧力信号と?加算部41に入れて偏差?取り出
し、この偏差信号iPI又はPIDコントローラ部42
に入力する。このコントローラ部42は加算部41から
の偏差信号お工び後述する許容範囲の上・下限値信号等
ケ用いてPI又はPIDID演算ケタて出力する。43
は加算部であって、これはコントローラ部42の演算8
力と白色ノイズに似た特性ケ持つM系列信号44とを加
算し、この加算出力を対象制御部31とボイラの特性ケ
推定するプロセス特性推定部45とに供給する。
このプロセス特性推定部45は加算部43出力と制御対
象系30から入力される応答′結果の蒸気圧力信号と?
用いてボイラの特性【推定し、この推定値?後続のPI
Dパラメータ決定部46に供給し最適なPIDパラメー
タを決定する。そして、このPIDパラメータのうち、
Pパラメータは中間値セレクト部47へ、■パラメータ
は上下限リミット部48へ、Dパラメータは上下限リミ
ット849へそれぞれ供給する。
この中間値セレクト部47はPIDパラメータ決定部4
6のPパラメータと加算部50お工び減算部51の出力
と?用いてPIDコントローラ部42にローディングす
るP(比例ゲイン)?求める。この加算部50は、蒸気
流量検出器36から開平演算部52ケ経て蒸気流量に比
例した信号としかつ関数演算部53で例えば調整時の負
荷に応じたP最適値に基づいて求めた関数と、許容変動
幅設定部54がらの信号と?加算して出力する。減算部
51は関数演算部53の関数と許容変動幅設定部54の
出力と?減算して出力する。一方、上下限リミット部4
8゜49は、■パラメータ(積分時間)、Dパラメータ
(微分時間)が異常のとき所定の上下限値に制限して出
力する機能?もっている0次に、以上のように構成され
たオートチューニング・コントローラの動作r説明する
。オートチューニング・コントローラ部40の調節出力
信号に基づいて制御対象系30の対象制御部31は燃料
と空気の流量?制御する燃焼制御量を求めてバーナ33
に供給する。従って、バーナ33はその燃焼制御量に基
づいてボイラ本体32内のドラム34の水?加熱して蒸
気量?制御し所定の蒸気圧力とする。
一方、t−)チューニング・コントローラ部40におい
ては、先ず、加算部41にて目標圧力設定信号svpと
蒸気圧力信号器35の蒸気圧力信号との偏差ケ求め、こ
の偏差信号iPI又PIDコントローラ都42に供給し
、ここで同偏差信号75.PIDパラメータ決定部46
で求配)たPIDIDパラタータケ中間値セレクト7お
よび上下限リミット部48.49で制限して決定し7H
PIDパラメータケ用いてPID演算?行なう。そして
、この演算出力七加算部43に供給し、ここで白色ノイ
ズに似た特性?持つM系列信号44?加算し、この加算
出力葡オートチューニング・コントローラm40’7)
’A5呂力倍力信号て対象側音部31に供給し、またボ
イラの特性を推定するプロセス特性推定部45に供給す
2)oこのプロセス特性推定部45で1・ま、調節出力
信号にλ1系列信号44勿加算した信号と制御系′30
の応答結果である蒸気圧力信号と4月いてボイラの特性
忙推定し、この結果71:PIDパラメータ決定部46
に導いて歿適なPIDパラメータヶ求める。
而して、以上のようにして求めy(PIDパラメータに
対して次の;うなIli限?加える。つまり、二つ実施
例では、制御対象の負荷はボイラ蒸気流量である。そこ
で、蒸気流量検出器36でボイラ蒸気流量【検出した後
、開平演算部52にエリ蒸気流量に比例した信号に変換
し、これ?関数演算部53に導入して関数を求める。
この場合、関数演算部53は、数式演算或いはグラフに
よる折線設定による演算でも工いOこの関数は予め調整
時の各負荷におけるP(比例ゲイン)最適値によって設
定しておく。さらに、関数演算部53の出力に、許容変
動幅設定部54からの信号?、加算部50で加算し、減
算部51で減算する。そして、これらの加算部50およ
び減算部51の出力と、PIDパラメータ決定部46で
算定し九Pパラメータとゲ中間値セレクト部47に導き
、ここで3つの信号中の中間値のPパラメータ?求めて
これ?最終のPパラメータとしてPIDコントローラ部
42にローディングする0つまり、中間値セレクト部4
7は、PIDパラメータ決定部46で決定したPパラメ
ータが負荷信号を変数とする関数演算値に幅?もたせt
範囲内にあればそのPパラメータケそのまま使用し、P
よりパラメータ決定部46で自動算定して異常なPパラ
メータを算出したときは加算部50および減算部51で
設定した上限値および下限値で制限した値に更新してP
IDコントローラ部42にコーディングするものである
。マタ、上下限リミット部48.49にあってもPID
パラメータ決定部46で自動算定しiI、Dパラメータ
が異常であるとき予め設定し次上下限値に制限してPI
Dコントローフ i 42 icローギイングするもの
である。従って、このオートチューニング・コントロー
ラi/i:よれば、自動算定に:つで求めたPIDパラ
メータが外乱等に↓つで異常な値とな一つ化とき自動的
((所定の上下限値(C制限さ2するので、制御釆:D
畢走ケ確実yこ阻止でき、系の安全性を確保できる。
なお、上記実施例では、Pパラメータのみ負荷をてよる
変数て゛制限したが、PIDパラメータ2 jC,Hぞ
れ個別に、又は全体として負荷の関数で制限してもよい
。また、ボイラの燃焼制御だけでなく種々の制■(例え
、、ば温度制御等)に適用できるものである。また、ア
ナログ式又1ば、ディジタル式の何れのPIDコントロ
ーラ部42でも適用できるものである。
3発明の効果〕 以上詳記したように本発明によれば、自動算量したPI
Dパラメータが制御対象の特性に大きな影響?与える例
えばプロセスの負荷や制淘盆(プロセス変数)?変数と
した関数に許容変動幅?考慮した許容範囲内にあればそ
のPIDパラメータ?そのまま使用し、また許容範囲外
のときに許容範凹の上下限値に制限されたPIDパラメ
ータ?使用するようにしたので、外乱等にぶって正確に
P’IDパラメータを算出できないことによる制御系の
暴走?未然に防ぐことができる。また、PII)パラメ
ータ?上下限値に制限してもPIDパラメータを固定し
た一般の制御系に較へて制御特性?上げることができる
0まグこ、負荷変動、設定値変更、外乱等があっても安
心して種々のプロセスに使用しうるオートチュー=7’
f・コントローラ?提供できる0
【図面の簡単な説明】
第1図は理論(て基づくオートチューニング・コントロ
ーラの47上フコ−図、82図は例えばボイラC圧力制
御系(−適用した本発明のオートチューニング・コント
ローラの一実施例?示す構成図である。 30・・−制御対象系、31・燃焼制佃部、32・・ボ
イラ本体、34・・−ドラム、35・・・蒸気圧力検出
器1.36 蒸気流童検呂器、40・・オートチューニ
ング・コントローラ部、41゛°711]算部、42 
・PIDコントローラ呂邪1イ3 ・・カロ算部、44
− ’、11系列他号、45・・プロセス特性推定部、
4G・・・PM)パラメータ決定部、47 ・中間(直
セレクト部、”8.49・・・上下限リミット部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)制御系の特性ケ最適に制御するためにPI又はP
    IDコントローラ部のPIDパラメータ?自動的に決定
    するオートチューニング・コントローラにおいて、前記
    PI又・はPIDコントローラ部の出力エリ得た調節出
    力とこの調節出力に基づいて制御される制御対象の出力
    とからプロセス特性を推定し、この推定値をもとにして
    PIDパラメータ?自動的に決定するPID決定手段と
    、この手段に工っで決定したPIDパラメータが許容範
    囲円にあればそのPIDパラメータケそのまま前記コン
    トローラ部に供給し、許容範囲外のときに許容節、囲の
    上下限値で制限して前記コントローラに供給する手段と
    ゲ備えたことケ特徴とするオートチューニング・コント
    ローラ0(2)PIDパラメータの倒れか1つ又は全部
    の許容範囲?定める手段は、制御対象の負荷?変数とす
    る関数に所定幅の値【加減算して得ることケ特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載ノオートチューニング・コン
    トローラ0
JP9007782A 1982-05-27 1982-05-27 オ−トチユ−ニング・コントロ−ラ Pending JPS58207104A (ja)

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