JP3881593B2

JP3881593B2 - 制御装置

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセス制御技術に関するものであり、特に制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて制御パラメータを調整するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えた制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
汎用の温調計などには、ＰＩＤパラメータの調整を容易に完了させるために、オートチューニング（セルフチューニング）機能が備えられている。このオートチューニング機能の代表的な手法としては、制御対象に出力する操作量ＭＶに上限値と下限値を設定して、操作量振幅が一定のリミットサイクルを発生させて、ＰＩＤパラメータを調整するリミットサイクルオートチューニング手法がある（参考文献：広井和男、「ディジタル計装制御システムの基礎と応用」、工業技術社、ＩＳＢＮ４−９０５９５７−００−１）。
【０００３】
以下、リミットサイクルオートチューニングの１例について説明する。図６は従来のリミットサイクルオートチューニングを説明するための波形図、図７は従来のリミットサイクルオートチューニングの処理の流れを示すフローチャート図である。最初に、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される操作量ＭＶの下限値を指定する操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴとこの操作量ＭＶの上限値を指定する操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴをあらかじめ設定しておく。
【０００４】
リミットサイクルオートチューニングの実行時、制御量ＰＶと設定値ＳＰを比較し（図７ステップ４０１）、制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きい場合、操作量ＭＶの下限値ＯＬ＿ＡＴを制御対象に出力し（ステップ４０２）、制御量ＰＶが設定値ＳＰ以下の場合、操作量ＭＶの上限値ＯＨ＿ＡＴを制御対象に出力する（ステップ４０３）。
【０００５】
次に、制御量ＰＶの極値を検出する上下動極値検出処理を行う（ステップ４０４）。ステップ４０１〜４０４の処理を１制御周期ごとに行い、制御量ＰＶの極値を４つ検出すると、検出完了となる。ここで、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差Ｅｒは次式により得られる。
Ｅｒ＝ＳＰ−ＰＶ・・・（１）
【０００６】
そして、図６に示すように、検出した４つの極値のうち、最新の極値における偏差を第１の極値偏差Ｅｒ１、２番目に新しい極値における偏差を第２の極値偏差Ｅｒ２、３番目に新しい極値における偏差を第３の極値偏差Ｅｒ３とする。また、第１の極値偏差Ｅｒ１の直前に偏差Ｅｒの正負が逆転した時刻ｔ５から第１の極値偏差Ｅｒ１が得られた時刻ｔ６までの時間を第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１とし、また、第２の極値偏差Ｅｒ２の直前に偏差Ｅｒの正負が逆転した時刻ｔ３から第２の極値偏差Ｅｒ２が得られた時刻ｔ４までの時間を第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２とする。
【０００７】
最後に、比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ及び微分時間ＴｄからなるＰＩＤパラメータを次式のように算出し、算出したＰＩＤパラメータを制御装置の制御演算部に設定する（ステップ４０５）。
Ｐｂ＝２５０｜Ｅｒ２−Ｅｒ１｜／（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）・・（２）
Ｔｉ＝６（Ｔｈ１＋Ｔｈ２）・・・（３）
Ｔｄ＝１．２（Ｔｈ１＋Ｔｈ２）・・・（４）
以上で、リミットサイクルオートチューニングが終了する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
汎用の温調計では、実際の制御中に制御対象に出力する操作量ＭＶの上限設定値ＯＨ、下限設定値ＯＬをリミットサイクルオートチューニング実行時の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴ、操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴとしてそのまま利用するものがある。通常は、ＯＨ＝１００％、ＯＬ＝０％に設定されていることが多く、ゆえにオートチューニング時の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴ＝１００％、操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴ＝０％となることが多い。
【０００９】
保温性の高い制御対象では、設定値ＳＰ付近に制御量ＰＶを維持するために必要な操作量ＭＶは、概ねＭＶ＝２０％以下というようにかなり低い。この状況でＯＨ＿ＡＴ＝１００％の設定のままＭＶ＝０％〜１００％のオートチューニングを実行すると、温度上昇が高くて温度降下が遅い（保温性が高く冷え難い）ので、リミットサイクルオートチューニングが良好に実行される図８（ａ）の場合に比べて、図８（ｂ）に示すようにリミットサイクルに多大な時間を要するという問題が生じる。
【００１０】
一方、従来のリミットサイクルオートチューニングでは、操作量上限設定値ＯＨと操作量下限設定値ＯＬを適切な値に変更してオートチューニングを実行することも可能である。しかしながら、オートチューニングの実行時に、操作量上限設定値ＯＨと操作量下限設定値ＯＬを変更すると、オートチューニングの終了後に、操作量上限設定値ＯＨと操作量下限設定値ＯＬを元の設定に戻さなければならないという問題点があった。特に、現場のオペレータが頻繁にオートチューニングを実行しなければならないような制御対象では、煩雑な設定作業を頻繁に行うことになり、作業性を著しく損なうことになる。
【００１１】
また、操作量上限設定値ＯＨと操作量下限設定値ＯＬは、ＯＨ＝１００％、ＯＬ＝０％に設定されるとは限らず、これ以外の設定になっていることもある。したがって、現場のオペレータが、リミットサイクルオートチューニング実行時の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴを実際の制御中の操作量上限設定値ＯＨより大きく設定したり、リミットサイクルオートチューニング実行時の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴを実際の制御中の操作量下限設定値ＯＬより小さく設定したりするといった最悪の問題も発生し得る。逆に、操作量上限設定値ＯＨと操作量下限設定値ＯＬを元の設定に戻す際に、これらを誤って設定することもあり得る。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、通常の制御動作時に制御対象に出力する操作量の上下限値とリミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力する操作量の上下限値を独立に設定することができ、現場のオペレータに煩雑な設定作業を要求しない制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力する操作量の上下限値が通常の制御動作時に制御対象に出力する操作量の上下限値から外れることのない制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて制御パラメータを算出するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えた制御装置において、通常動作時に制御対象に出力される第１の操作量の下限値を指定する第１の操作量下限設定値（ＯＬ）を予め設定するための第１の操作量出力下限設定部（図１、図４の５）と、前記第１の操作量の上限値を指定する第１の操作量上限設定値（ＯＨ）を予め設定するための第１の操作量出力上限設定部（６）と、前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第２の操作量の下限値を指定する第２の操作量下限設定値（ＯＬ＿ＡＴ）を、予め前記第１の操作量下限設定値と別に設定するための第２の操作量出力下限設定部（７）と、前記第２の操作量の上限値を指定する第２の操作量上限設定値（ＯＨ＿ＡＴ）を、予め前記第１の操作量上限設定値と別に設定するための第２の操作量出力上限設定部（８）と、通常動作時に、設定値（ＳＰ）と制御量（ＰＶ）との偏差に対して制御パラメータに基づくフィードバック制御演算を行って第１の操作量を算出し、算出した第１の操作量を制御対象に出力する制御演算部（４）と、前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、前記第２の操作量下限設定値を下限値とし、かつ前記第２の操作量上限設定値を上限値とする第２の操作量を制御対象に出力して、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて前記制御演算部の制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記制御演算部に設定するリミットサイクルオートチューニング演算部（１１，１１ａ）と、前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、前記第２の操作量下限設定値が前記第１の操作量下限設定値より小さいときは、前記第２の操作量下限設定値の代わりに前記第１の操作量下限設定値を前記第２の操作量の下限値として前記リミットサイクルオートチューニング演算部に採用させ、前記第２の操作量上限設定値が前記第１の操作量上限設定値より大きいときは、前記第２の操作量上限設定値の代わりに前記第１の操作量上限設定値を前記第２の操作量の上限値として前記リミットサイクルオートチューニング演算部に採用させる第２の操作量制御部（図１の１０）とを備えるものである。これにより、通常の制御動作時に使用される第１の操作量下限設定値と第１の操作量上限設定値とは別に、リミットサイクルオートチューニングを実行する際の第２の操作量下限設定値と第２の操作量上限設定値をオペレータが独立に設定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、制御装置のオペレータによって設定された設定値ＳＰを入力する設定値入力部１と、図示しないセンサによって検出された制御量ＰＶを入力する制御量入力部２と、図示しない制御対象に操作量ＭＶを出力する操作量出力部３と、通常動作時に、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差に対して制御パラメータに基づくフィードバック制御演算を行って第１の操作量を算出する制御演算部４と、通常動作時に制御対象に出力される第１の操作量の下限値を指定する第１の操作量下限設定値ＯＬを予め設定するための第１の操作量出力下限設定部５と、第１の操作量の上限値を指定する第１の操作量上限設定値ＯＨを予め設定するための第１の操作量出力上限設定部６と、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第２の操作量の下限値を指定する第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴを予め設定するための第２の操作量出力下限設定部７と、第２の操作量の上限値を指定する第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴを予め設定するための第２の操作量出力上限設定部８とを備える。
【００１７】
また、制御装置は、第１の操作量下限設定値ＯＬ、第１の操作量上限設定値ＯＨ、第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴ及び第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴを記憶する操作量関連設定値記憶部９と、リミットサイクルオートチューニングの実行時に、操作量関連設定値記憶部９に記憶された各設定値を参照して、第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴが第１の操作量下限設定値ＯＬより小さいときは、第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴの代わりに第１の操作量下限設定値ＯＬを第２の操作量の下限値とし、第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴが第１の操作量上限設定値ＯＨより大きいときは、第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴの代わりに第１の操作量上限設定値ＯＨを第２の操作量の上限値とする第２の操作量制御部１０と、リミットサイクルオートチューニングの処理手順を実行して、第２の操作量を制御対象に出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて制御演算部４の制御パラメータを算出するリミットサイクルオートチューニング演算部１１とを備える。
【００１８】
次に、以上のような制御装置のリミットサイクルオートチューニング機能について説明する。図２は図１の制御装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャート図である。設定値ＳＰは、制御装置のオペレータによって設定され、設定値入力部１を介して制御演算部４とリミットサイクルオートチューニング演算部１１に入力される。制御量ＰＶは、図示しないセンサによって検出され、制御量入力部２を介して制御演算部４とリミットサイクルオートチューニング演算部１１に入力される。
【００１９】
制御中に制御対象に出力される操作量ＭＶの下限値を指定する第１の操作量下限設定値ＯＬは、予めオペレータによって設定され、第１の操作量出力下限設定部５を介して操作量関連設定値記憶部９に格納される。同様に、制御中に制御対象に出力される操作量ＭＶの上限値を指定する第１の操作量上限設定値ＯＨは、予めオペレータによって設定され、第１の操作量出力上限設定部６を介して操作量関連設定値記憶部９に格納される。
【００２０】
リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される操作量ＭＶの下限値を指定する第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴは、予めオペレータによって設定され、第２の操作量出力下限設定部７を介して操作量関連設定値記憶部９に格納される。リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される操作量ＭＶの上限値を指定する第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴは、予めオペレータによって設定され、第２の操作量出力上限設定部８を介して操作量関連設定値記憶部９に格納される。
【００２１】
リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、リミットサイクルオートチューニングの実行時、制御量ＰＶと設定値ＳＰを比較し（図２ステップ１０１）、制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きい場合、第２の操作量制御部１０によって決定された操作量ＭＶの下限値を操作量出力部３に出力し、制御量ＰＶが設定値ＳＰ以下の場合、第２の操作量制御部１０によって決定された操作量ＭＶの上限値を操作量出力部３に出力する。
【００２２】
第２の操作量制御部１０は、操作量関連設定値記憶部９に記憶された第１の操作量下限設定値ＯＬが同記憶部９に記憶された第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴ以下の場合（ステップ１０２においてＹｅｓ）、操作量ＭＶの下限値として第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴを採用する。
【００２３】
これにより、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きく、かつ第１の操作量下限設定値ＯＬが第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴ以下の場合、第２の操作量制御部１０によって決定された操作量ＭＶ＝ＯＬ＿ＡＴを操作量出力部３に出力し、操作量出力部３は、この操作量ＭＶを制御対象に出力する（ステップ１０３）。
【００２４】
また、第２の操作量制御部１０は、第１の操作量下限設定値ＯＬが第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴより大きい場合（ステップ１０２においてＮｏ）、操作量ＭＶの下限値として第１の操作量下限設定値ＯＬを採用する。
【００２５】
これにより、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きく、かつ第１の操作量下限設定値ＯＬが第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴより大きい場合、第２の操作量制御部１０によって決定された操作量ＭＶ＝ＯＬを操作量出力部３に出力し、操作量出力部３は、この操作量ＭＶを制御対象に出力する（ステップ１０４）。
【００２６】
また、第２の操作量制御部１０は、操作量関連設定値記憶部９に記憶された第１の操作量上限設定値ＯＨが同記憶部９に記憶された第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴ以上の場合（ステップ１０５においてＹｅｓ）、操作量ＭＶの上限値として第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴを採用する。
【００２７】
これにより、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、制御量ＰＶが設定値ＳＰ以下で、かつ第１の操作量上限設定値ＯＨが第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴ以上の場合、第２の操作量制御部１０によって決定された操作量ＭＶ＝ＯＨ＿ＡＴを操作量出力部３に出力し、操作量出力部３は、この操作量ＭＶを制御対象に出力する（ステップ１０６）。
【００２８】
そして、第２の操作量制御部１０は、第１の操作量上限設定値ＯＨが第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴより小さい場合（ステップ１０５においてＮｏ）、操作量ＭＶの上限値として第１の操作量上限設定値ＯＨを採用する。
【００２９】
これにより、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、制御量ＰＶが設定値ＳＰ以下で、かつ第１の操作量上限設定値ＯＨが第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴより小さい場合、第２の操作量制御部１０によって決定された操作量ＭＶ＝ＯＨを操作量出力部３に出力し、操作量出力部３は、この操作量ＭＶを制御対象に出力する（ステップ１０７）。
【００３０】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、上下動極値検出処理を行う（ステップ１０８）。図３はリミットサイクルオートチューニング演算部１１の上下動極値検出処理を示すフローチャート図である。リミットサイクルオートチューニングにおける制御応答は従来と同様であるので、図３と共に図６を用いて上下動極値検出処理を説明する。
【００３１】
まず、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づいて現制御周期の偏差Ｅｒを式（１）により算出する（図３ステップ２０１）。続いて、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、次式が成立するかどうかを判定する（ステップ２０２）。
｜Ｅｒ｜＞｜Ｅｒｍａｘ｜・・・（５）
【００３２】
式（５）において、Ｅｒｍａｘは偏差の最大値で、初期値は０である。リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、式（５）が成立する場合、Ｅｒｍａｘ＝Ｅｒ、すなわち現制御周期の偏差Ｅｒを最大偏差Ｅｒｍａｘとする（ステップ２０３）。
【００３３】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、偏差Ｅｒの正負が切り換わったかどうかを次式により判定する（ステップ２０４）。
ＥｒＥｒ０＜０・・・（６）
【００３４】
ここで、Ｅｒ０は１制御周期前の偏差である。式（６）は、現在の偏差Ｅｒと１制御周期前の偏差Ｅｒ０の乗算結果が負のとき、偏差Ｅｒの正負が逆転したと判断するものである。式（６）が不成立の場合は、上下動極値検出が完了していないと判断して、ステップ１０１に戻る。
【００３５】
ステップ１０１〜１０７と１０８（ステップ２０１〜２０４）の処理が１制御周期ごとに繰り返されると、偏差Ｅｒの増大に伴って最大偏差Ｅｒｍａｘが更新される。そして、図６の時刻ｔ１になると、式（６）が成立する。
【００３６】
式（６）が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、すなわち最大偏差Ｅｒｍａｘを第１の極値偏差Ｅｒ１とする。また、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、前回式（６）が成立した時刻から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻までの時間を第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１とする（ステップ２０５）。なお、式（６）が初めて成立した場合には、第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１を０とする。
【００３７】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップ２０６）。本実施の形態では、制御量ＰＶの極値を４つ検出することを上下動極値検出完了条件とする。ここでは、制御量ＰＶの極値を１つ検出しただけなので、上下動極値検出が完了していないと判断し、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップ２０７）、ステップ１０１に戻る。
【００３８】
ステップ１０１〜１０７と１０８（ステップ２０１〜２０４）の処理を１制御周期ごとに繰り返し、図６の時刻ｔ３になると、式（６）が再び成立する。式（６）が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、Ｅｒ２＝Ｅｒ１、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、Ｔｈ２＝Ｔｈ１、すなわち第１の極値偏差Ｅｒ１の値を第２の極値偏差Ｅｒ２に代入し、最大偏差Ｅｒｍａｘを新たな第１の極値偏差Ｅｒ１とし、第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１の値を第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２に代入する。さらに、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、前回式（６）が成立した時刻ｔ１から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻ｔ２までの時間を新たな第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１とする（ステップ２０５）。
【００３９】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップ２０６）。ここでは、制御量ＰＶの極値を２つ検出しただけなので、上下動極値検出が完了していないと判断し、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップ２０７）、ステップ１０１に戻る。
【００４０】
ステップ１０１〜１０７と１０８（ステップ２０１〜２０４）の処理を１制御周期ごとに繰り返し、図６の時刻ｔ５になると、式（６）が再び成立する。式（６）が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、Ｅｒ３＝Ｅｒ２、Ｅｒ２＝Ｅｒ１、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、Ｔｈ２＝Ｔｈ１、すなわち第２の極値偏差Ｅｒ２の値を第３の極値偏差Ｅｒ３に代入し、第１の極値偏差Ｅｒ１の値を第２の極値偏差Ｅｒ２に代入し、最大偏差Ｅｒｍａｘを新たな第１の極値偏差Ｅｒ１とし、第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１の値を第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２に代入する。さらに、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、前回式（６）が成立した時刻ｔ３から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻ｔ４までの時間を新たな第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１とする（ステップ２０５）。
【００４１】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップ２０６）。ここでは、制御量ＰＶの極値を３つ検出しただけなので、上下動極値検出が完了していないと判断し、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップ２０７）、ステップ１０１に戻る。
【００４２】
ステップ１０１〜１０７と１０８（ステップ２０１〜２０４）の処理を１制御周期ごとに繰り返し、図６の時刻ｔ７になると、式（６）が再び成立する。式（６）が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、Ｅｒ３＝Ｅｒ２、Ｅｒ２＝Ｅｒ１、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、Ｔｈ２＝Ｔｈ１とし、前回式（６）が成立した時刻ｔ５から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻ｔ６までの時間を新たな第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１とする（ステップ２０５）。
【００４３】
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップ２０６）。ここでは、制御量ＰＶの極値を４つ検出し終えたので、上下動極値検出が完了したと判断し、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップ２０７）、ステップ１０９に進む。
【００４４】
なお、図６からも分かるように、ＰＩＤパラメータの算出に必要な制御量ＰＶの極値は本来３つであるが、最初の極値はパラメータ算出にとって不適切な値の可能性があるので、制御量ＰＶの極値を４つ検出している。
【００４５】
上下動極値検出の完了後、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、制御演算部４の制御パラメータ（本実施の形態ではＰＩＤパラメータ）を算出する（ステップ１０９）。リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、第１の操作量下限設定値ＯＬが第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴ以下で、かつ第１の操作量上限設定値ＯＨが第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴ以上の場合、比例帯Ｐｂを前述の式（２）のように算出する。
【００４６】
リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、第１の操作量下限設定値ＯＬが第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴより大きく、かつ第１の操作量上限設定値ＯＨが第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴ以上の場合、比例帯Ｐｂを次式のように算出する。
Ｐｂ＝２５０｜Ｅｒ２−Ｅｒ１｜／（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ）・・・（７）
【００４７】
リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、第１の操作量下限設定値ＯＬが第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴ以下で、かつ第１の操作量上限設定値ＯＨが第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴより小さい場合、比例帯Ｐｂを次式のように算出する。
Ｐｂ＝２５０｜Ｅｒ２−Ｅｒ１｜／（ＯＨ−ＯＬ＿ＡＴ）・・・（８）
【００４８】
リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、第１の操作量下限設定値ＯＬが第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴより大きく、かつ第１の操作量上限設定値ＯＨが第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴより小さい場合、比例帯Ｐｂを次式のように算出する。
Ｐｂ＝２５０｜Ｅｒ２−Ｅｒ１｜／（ＯＨ−ＯＬ）・・・（９）
【００４９】
また、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄをそれぞれ前述の式（３）、式（４）により算出する。最後に、リミットサイクルオートチューニング演算部１１は、算出した比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ及び微分時間Ｔｄを制御演算部４に設定する。以上でＰＩＤパラメータの算出処理が終了し、リミットサイクルオートチューニングが終了する。
【００５０】
リミットサイクルオートチューニング終了後の通常の制御動作では、制御演算部４は、設定値入力部１から入力された設定値ＳＰ、制御量入力部２から入力された制御量ＰＶに基づいて、次式のようなラプラス演算子ｓを用いた伝達関数式によりフィードバック制御演算を行い操作量ＭＶを算出することを１制御周期ごとに行う。すなわち、制御演算部４は、制御量ＰＶが設定値ＳＰに一致するように操作量ＭＶを算出する。
ＭＶ＝（α／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ−ＰＶ）・・・（１０）
【００５１】
式（１０）において、αは定数で、例えば１００である。制御演算部４で算出された操作量ＭＶは、操作量出力部３を介して制御対象に出力される。なお、制御演算部４は、算出した操作量ＭＶが第１の操作量下限設定値ＯＬより小さい場合、操作量ＭＶ＝ＯＬを操作量出力部３に出力し、算出した操作量ＭＶが第１の操作量上限設定値ＯＨより大きい場合、操作量ＭＶ＝ＯＨを操作量出力部３に出力する。
【００５２】
以上のように、本実施の形態では、実際の制御中に利用する第１の操作量下限設定値ＯＬと第１の操作量上限設定値ＯＨとは別に、オートチューニングを実行する際の第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴと第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴをオペレータが設定できるように構成する。
【００５３】
また、本実施の形態では、オートチューニング時の第２の操作量が、第１の操作量下限設定値ＯＬ又は第１の操作量上限設定値ＯＨから外れることがないように、ＯＬ＞ＯＬ＿ＡＴのときは第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴの代わりに第１の操作量下限設定値ＯＬを第２の操作量の下限値として採用し、ＯＨ＜ＯＨ＿ＡＴのときは第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴの代わりに第１の操作量上限設定値ＯＨを第２の操作量の上限値として採用する。
【００５４】
これにより、本実施の形態では、適切な第２の操作量によるオートチューニングが可能になり、現場のオペレータが頻繁に設定変更をする必要がなくなり、オートチューニング時の第２の操作量が基本的な操作量上下限である第１の操作量下限設定値ＯＬと第１の操作量上限設定値ＯＨから外れることがなくなる。
【００５５】
［第２の実施の形態］
図４は本発明の第２の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、設定値入力部１と、制御量入力部２と、操作量出力部３と、制御演算部４と、第１の操作量出力下限設定部５と、第１の操作量出力上限設定部６と、第２の操作量出力下限設定部７と、第２の操作量出力上限設定部８と、操作量関連設定値記憶部９と、リミットサイクルオートチューニングの実行時に、操作量関連設定値記憶部９に記憶された各設定値を参照して、第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴが第１の操作量下限設定値ＯＬより小さいとき又は第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴが第１の操作量上限設定値ＯＨより大きいときは、自動的にオートチューニングを停止し、設定に矛盾があることをオペレータに通知する自動停止操作部１２と、リミットサイクルオートチューニングの処理手順を実行して、第２の操作量を制御対象に出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて制御演算部４の制御パラメータを算出するリミットサイクルオートチューニング演算部１１ａとを備える。
【００５６】
次に、以上のような制御装置のリミットサイクルオートチューニング機能について説明する。図５は図４の制御装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャート図である。自動停止操作部１２は、操作量関連設定値記憶部９に記憶された各設定値を参照し、第１の操作量上限設定値ＯＨが第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴより小さい場合（ステップ３０１においてＹｅｓ）、又は第１の操作量下限設定値ＯＬが第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴより大きい場合（ステップ３０２においてＹｅｓ）、リミットサイクルオートチューニングを停止し、第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴ又は第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴの少なくとも一方の設定に矛盾があることをオペレータに通知する（ステップ３０３）。
【００５７】
自動停止操作部１２が停止操作をしない場合、リミットサイクルオートチューニングを続行する。リミットサイクルオートチューニング演算部１１ａは、制御量ＰＶと設定値ＳＰを比較し（ステップ３０４）、制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きい場合、操作量ＭＶの下限値として第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴを採用し、操作量ＭＶ＝ＯＬ＿ＡＴを操作量出力部３に出力する。操作量出力部３は操作量ＭＶを制御対象に出力する（ステップ３０５）。
【００５８】
ステップ３０４において制御量ＰＶが設定値ＳＰ以下の場合、リミットサイクルオートチューニング演算部１１ａは、操作量ＭＶの上限値として第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴを採用し、操作量ＭＶ＝ＯＨ＿ＡＴを操作量出力部３に出力する。操作量出力部３は操作量ＭＶを制御対象に出力する（ステップ３０６）。
【００５９】
続いて、リミットサイクルオートチューニング演算部１１ａは、上下動極値検出処理を行う（ステップ３０７）。この上下動極値検出処理は図３とほぼ同様であるが、図３のステップ２０４，２０７からステップ１０１に戻るところではステップ３０１に戻り、図３のステップ２０８からステップ１０９に戻るところではステップ３０８に戻るようにすればよい。
【００６０】
上下動極値検出の完了後、リミットサイクルオートチューニング演算部１１ａは、ＰＩＤパラメータを算出する（ステップ３０８）。すなわち、リミットサイクルオートチューニング演算部１１ａは、比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄをそれぞれ前述の式（４）、式（８）、式（９）により算出し、算出した比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ及び微分時間Ｔｄを制御演算部４に設定する。リミットサイクルオートチューニング終了後の通常の制御における制御演算部４の動作は、第１の実施の形態と同じである。
【００６１】
以上のように、本実施の形態では、実際の制御中に利用する第１の操作量下限設定値ＯＬと第１の操作量上限設定値ＯＨとは別に、オートチューニングを実行する際の第２の操作量下限設定値ＯＬ＿ＡＴと第２の操作量上限設定値ＯＨ＿ＡＴをオペレータが設定できるように構成する。
【００６２】
また、オートチューニング時の第２の操作量が、第１の操作量下限設定値ＯＬ又は第１の操作量上限設定値ＯＨから外れることがないように、ＯＬ＞ＯＬ＿ＡＴ又はＯＨ＜ＯＨ＿ＡＴのときは、自動的にオートチューニングの起動を中止し、設定に矛盾があることをオペレータに通知する。
【００６３】
これにより、本実施の形態では、適切な第２の操作量によるオートチューニングが可能になり、現場のオペレータが頻繁に設定変更をする必要がなくなり、オートチューニング時の第２の操作量が基本的な操作量上下限である第１の操作量下限設定値ＯＬと第１の操作量上限設定値ＯＨから外れることがなくなる。
【００６４】
なお、第１、第２の実施の形態で説明した制御装置は、演算装置、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、通常動作時に出力される第１の操作量の下限値を指定する第１の操作量下限設定値を予め設定するための第１の操作量出力下限設定部と、第１の操作量の上限値を指定する第１の操作量上限設定値を予め設定するための第１の操作量出力上限設定部と、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第２の操作量の下限値を指定する第２の操作量下限設定値を予め設定するための第２の操作量出力下限設定部と、第２の操作量の上限値を指定する第２の操作量上限設定値を予め設定するための第２の操作量出力上限設定部とを設けることにより、通常の制御動作時に使用される第１の操作量下限設定値と第１の操作量上限設定値とは別に、リミットサイクルオートチューニングを実行する際の第２の操作量下限設定値と第２の操作量上限設定値をオペレータが独立に設定できるようにしたので、オートチューニングを実行する際に第１の操作量下限設定値と第１の操作量上限設定値を変更する必要がなくなる。その結果、オートチューニングを実行する際に第１の操作量下限設定値と第１の操作量上限設定値を設定変更して、通常の制御動作を行う際に第１の操作量下限設定値と第１の操作量上限設定値を元の設定に戻すといった煩雑な設定作業が不要となる。また、第１の操作量下限設定値と第１の操作量上限設定値を元の設定に戻す際に、これらを誤って設定するといった問題の発生を回避することができる。また、第２の操作量下限設定値と第２の操作量上限設定値を第１の操作量下限設定値と第１の操作量上限設定値に無関係に設定することができるので、リミットサイクルオートチューニングが良好に実行されるように第２の操作量下限設定値と第２の操作量上限設定値を適切な値に設定することができ、リミットサイクルオートチューニングの実行に要する時間を短縮することができる。
【００６６】
また、第２の操作量下限設定値が第１の操作量下限設定値より小さいときは、第２の操作量下限設定値の代わりに第１の操作量下限設定値を第２の操作量の下限値としてリミットサイクルオートチューニング演算部に採用させ、第２の操作量上限設定値が第１の操作量上限設定値より大きいときは、第２の操作量上限設定値の代わりに第１の操作量上限設定値を第２の操作量の上限値としてリミットサイクルオートチューニング演算部に採用させる第２の操作量制御部を設けることにより、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第２の操作量の上下限値が通常の制御動作時に制御対象に出力される第１の操作量の上下限値から外れるという問題を回避することができ、不適切な制御パラメータ算出が行われることを回避することができる。
【００６７】
また、第２の操作量下限設定値が第１の操作量下限設定値より小さいとき又は第２の操作量上限設定値が第１の操作量上限設定値より大きいとき、リミットサイクルオートチューニングの実行を停止させる自動停止操作部を設けることにより、リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第２の操作量の上下限値が通常の制御動作時に制御対象に出力される第１の操作量の上下限値から外れるという問題を回避することができ、制御装置のオペレータに第２の操作量下限設定値と第２の操作量上限設定値を再設定させることができる。その結果、不適切な制御パラメータ算出が行われることを回避することができる。
【００６８】
また、第２の操作量下限設定値が第１の操作量下限設定値より小さいとき又は第２の操作量上限設定値が第１の操作量上限設定値より大きいとき、第２の操作量下限設定値と第２の操作量上限設定値の少なくとも一方の設定に矛盾があることをオペレータに通知する自動停止操作部を設けることにより、第２の操作量下限設定値と第２の操作量上限設定値の少なくとも一方の設定に矛盾があることを制御装置のオペレータに認識させることができ、オペレータに第２の操作量下限設定値と第２の操作量上限設定値を再設定させることができる。その結果、不適切な制御パラメータ算出が行われることを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャート図である。
【図３】図１のリミットサイクルオートチューニング演算部の上下動極値検出処理を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の制御装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャート図である。
【図６】従来のリミットサイクルオートチューニングを説明するための波形図である。
【図７】従来のリミットサイクルオートチューニングの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図８】従来のリミットサイクルオートチューニングの問題点を説明するための波形図である。
【符号の説明】
１…設定値入力部、２…制御量入力部、３…操作量出力部、４…制御演算部、５…第１の操作量出力下限設定部、６…第１の操作量出力上限設定部、７…第２の操作量出力下限設定部、８…第２の操作量出力上限設定部、９…操作量関連設定値記憶部、１０…第２の操作量制御部、１１、１１ａ…リミットサイクルオートチューニング演算部、１２…自動停止操作部。

Claims

制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて制御パラメータを算出するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えた制御装置において、
通常動作時に制御対象に出力される第１の操作量の下限値を指定する第１の操作量下限設定値を予め設定するための第１の操作量出力下限設定部と、
前記第１の操作量の上限値を指定する第１の操作量上限設定値を予め設定するための第１の操作量出力上限設定部と、
前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に制御対象に出力される第２の操作量の下限値を指定する第２の操作量下限設定値を、予め前記第１の操作量下限設定値と別に設定するための第２の操作量出力下限設定部と、
前記第２の操作量の上限値を指定する第２の操作量上限設定値を、予め前記第１の操作量上限設定値と別に設定するための第２の操作量出力上限設定部と、
通常動作時に、設定値と制御量との偏差に対して制御パラメータに基づくフィードバック制御演算を行って第１の操作量を算出し、算出した第１の操作量を制御対象に出力する制御演算部と、
前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、前記第２の操作量下限設定値を下限値とし、かつ前記第２の操作量上限設定値を上限値とする第２の操作量を制御対象に出力して、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて前記制御演算部の制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記制御演算部に設定するリミットサイクルオートチューニング演算部と、
前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、前記第２の操作量下限設定値が前記第１の操作量下限設定値より小さいときは、前記第２の操作量下限設定値の代わりに前記第１の操作量下限設定値を前記第２の操作量の下限値として前記リミットサイクルオートチューニング演算部に採用させ、前記第２の操作量上限設定値が前記第１の操作量上限設定値より大きいときは、前記第２の操作量上限設定値の代わりに前記第１の操作量上限設定値を前記第２の操作量の上限値として前記リミットサイクルオートチューニング演算部に採用させる第２の操作量制御部とを備えることを特徴とする制御装置。