JP2009116721A - Controller, temperature regulator, and gain regulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御対象の温度や圧力などの物理状態を制御する制御装置、制御対象の温度を制御する温度調節器およびそれらのゲインを調整するのに好適なゲイン調整装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls a physical state such as temperature and pressure of a control target, a temperature regulator that controls the temperature of the control target, and a gain adjustment device that is suitable for adjusting their gain.
従来、例えば、被加熱物を、熱板上に載置して加熱処理するような温度制御においては、温度調節器は、熱板に配設された温度センサからの検出温度に基づいて、熱板の温度が設定温度になるように、熱板に配設されたヒータの通電を制御することにより行なわれる(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, for example, in temperature control in which an object to be heated is placed on a hot plate and subjected to heat treatment, the temperature regulator is heated based on a temperature detected from a temperature sensor disposed on the hot plate. This is performed by controlling energization of a heater disposed on the hot plate so that the temperature of the plate becomes a set temperature (see, for example, Patent Document 1).
例えば、図13は、熱板を構成する二つのヒータブロック21,22からなる干渉のある制御対象2の温度を、熱電対等の温度センサ13,13でそれぞれ検出し、温度調節器14によって、SSR15,15を介してヒータ16,16による通電を制御する2チャンネル(ch)温度制御システムである。
For example, FIG. 13 shows the
温度調節器14は、図14に示すように、チャンネル1,2に個別的に対応するコントローラC1,C2を有しており、各コントローラC1,C2は、検出温度θ1,θ2と目標温度r1,r2との偏差に基づいて、PID制御を行なうものである。
As shown in FIG. 14, the
従来では、かかるコントローラC1,C2のゲインの調整は、次のようにして行われている。 Conventionally, the gains of the controllers C1 and C2 are adjusted as follows.
すなわち、先ず、チャンネル1の操作量を、ステップ状に変化させて、図15に示すようなチャンネル1の応答波形を計測する。この応答波形からZN(Ziegler−Nichols)法を用いて、コントローラC1のゲインである比例ゲインKp、積分時間TI、微分時間TDを演算する。
That is, first, the operation amount of
この比例ゲインKp、積分時間TI、微分時間TDは、次式で算出される。 The proportional gain Kp, integration time T I , and differentiation time T D are calculated by the following equations.
Kp=1.2/RL
TI=2.0L
TD=0.5L
ここで、Rは、最大傾きであり、図15のステップ応答波形から計測される定常ゲインKおよび時定数Tから、R=K/Tとして算出される。また、Lは、むだ時間である。
Kp = 1.2 / RL
T I = 2.0L
T D = 0.5L
Here, R is the maximum slope, and is calculated as R = K / T from the steady gain K and the time constant T measured from the step response waveform of FIG. L is a dead time.
図16は、具体的な実験結果の一例を示すものであり、この図16において、チャンネル1の入力である操作量をU1、出力である検出温度をPV1とし、チャンネル2の入力である操作量をU2、出力である検出温度をPV2としている。
FIG. 16 shows an example of specific experimental results. In FIG. 16, the operation amount that is input to
また、この図16および後述の図17では、図18に示すように、チャンネル1にステップ状の操作量U11を入力したときのチャンネル2の操作量をU21、前記操作量U11に対するチャンネル1,2の検出温度の変化をPV11,PV21とし、後述のように、チャンネル2にステップ状の操作量U22を入力したときのチャンネル1の操作量をU12、前記操作量U22に対するチャンネル1,2の検出温度の変化をPV12,PV22としている。
In FIG. 16 and FIG. 17 to be described later, as shown in FIG. 18, when the step-like operation amount U11 is input to the
図16では、チャンネル1の操作量U11=1のステップ入力に対して、チャンネル1の検出温度PV11が、5.2となったことを示している。また、チャンネル2もチャンネル1の影響を受けて検出温度PV21が、4.7となったことを示している。
FIG. 16 shows that the detected temperature PV11 of the
このチャンネル1の応答波形、すなわち、チャンネル1の操作量U1の変化U11に対する検出温度PV1の応答波形PV11から、上述の図15と同様にして、傾きR1=0.50、むだ時間L1=0.70秒が得られる。
From the response waveform PV11 of the
これによって、チャンネル1のコントローラC1の比例ゲインKp1、積分時間Ti、微分時間Td1が、次のように算出される。
Accordingly, the proportional gain Kp1, the integration time Ti, and the differentiation time Td1 of the controller C1 of the
Kp1=1.2/RL=1.2/(0.50×0.70)=3.4
Ti=2.0L=2.0×0.7=1.4
Td1=0.5L=0.5×0.7=0.35
次に、チャンネル2の操作量U2を、図17に示すように、同様にステップ状に変化させて、応答波形を計測する。
Kp1 = 1.2 / RL = 1.2 / (0.50 × 0.70) = 3.4
Ti = 2.0L = 2.0 × 0.7 = 1.4
Td1 = 0.5L = 0.5 × 0.7 = 0.35
Next, as shown in FIG. 17, the operation amount U2 of the
このチャンネル2の応答波形、すなわち、チャンネル2の操作量U2の変化U22に対する検出温度PV2の応答波形PV22から、傾きR2=0.50、むだ時間L2=0.70秒が得られる。
From this
これによって、チャンネル2のコントローラC2の比例ゲインKp1、積分時間Ti、微分時間Td1が、次のように算出される。
Accordingly, the proportional gain Kp1, the integration time Ti, and the differentiation time Td1 of the controller C2 of the
Kp1=1.2/RL=1.2/(0.50×0.70)=3.4
Ti=2.0L=2.0×0.7=1.4
Td1=0.5L=0.5×0.7=0.35
このように、チャンネル1のステップ状の操作量U1の変化U11に対するチャンネル1の検出温度PV1の応答波形PV11に基づいて、チャンネル1のコントローラC1の比例ゲインKp、積分時間TI、微分時間TDを算出し、また、チャンネル2のステップ状の操作量U2の変化U22に対するチャンネル2の検出温度PV2の応答波形PV22に基づいて、チャンネル2のコントローラC2の比例ゲインKp、積分時間TI、微分時間TDを算出して、各チャンネルのコントローラC1,C2のゲインとしてそれぞれ設定する。
Kp1 = 1.2 / RL = 1.2 / (0.50 × 0.70) = 3.4
Ti = 2.0L = 2.0 × 0.7 = 1.4
Td1 = 0.5L = 0.5 × 0.7 = 0.35
As described above, based on the response waveform PV11 of the detected temperature PV1 of the
すなわち、チャンネル毎の個別の応答波形に基づいて、各チャンネルのコントローラC1,C2のゲインをそれぞれ設定している。
上述の従来例では、チャンネル毎に、それぞれ単独でゲインを算出して調整している。 In the conventional example described above, the gain is calculated and adjusted independently for each channel.
このため、各チャンネル間の干渉が強い制御対象では、適切なゲインに調整できず、図19に示すように、目標温度を、破線で示すようにステップ状に変化させたときに、各チャンネルの温度がハンチングするという課題がある。 For this reason, the control target with strong interference between the channels cannot be adjusted to an appropriate gain. As shown in FIG. 19, when the target temperature is changed stepwise as shown by the broken line, There is a problem of temperature hunting.
本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、干渉の強い制御対象であっても、ハンチング等が生じない安定な制御を行なえるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to enable stable control that does not cause hunting or the like even for a control target with strong interference.
(1)本発明の制御装置は、制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの制御量に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの制御装置において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしている。 (1) A control device according to the present invention is a proportional control device for a plurality of channels that calculates and outputs a plurality of operation amounts based on control amounts from a plurality of detection units that respectively detect a physical state of a control target. A proportional gain that is smaller than the proportional gain that is obtained based on the response of the control amount of only the channel for which the manipulated variable is changed when the manipulated variable of the channel for which the gain is to be obtained is used as the proportional gain of the channel. .
物理状態とは、温度、圧力、流量、速度あるいは液位などの様々な物理量の状態をいう。 The physical state refers to a state of various physical quantities such as temperature, pressure, flow rate, speed or liquid level.
各チャンネルの操作量を順番に変化させて、各チャンネルの比例ゲインをそれぞれ求めるのが好ましい。 It is preferable to obtain the proportional gain of each channel by changing the operation amount of each channel in order.
操作量の変化は、操作量自体を直接変化させるものであってもよいし、例えば、目標値を変化させることによって、操作量を間接的に変化させるようなものであってもよい。 The change in the operation amount may be a change in the operation amount itself, or may be a change in the operation amount indirectly by changing the target value, for example.
「操作量を変化させた当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる」とは、操作量を変化させたチャンネルと同じチャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められることをいい、例えば、チャンネル1の操作量を変化させたときには、チャンネル1のみの制御量の応答に基づいて求められ、また、チャンネル2の操作量を変化させたときには、チャンネル2のみの制御量の応答に基づいて求められることをいう。
“Determined based on the response of the control amount only for the channel in which the operation amount is changed” means that it is obtained based on the response of the control amount only in the same channel as the channel in which the operation amount is changed. When the operation amount of
制御量は、制御量そのものに限らず、例えば、制御量の微分値(変化率)などを用いてもよい。 The control amount is not limited to the control amount itself, and for example, a differential value (change rate) of the control amount may be used.
制御量の応答に基づいてゲインを求める手法は、従来の手法を用いることができ、例えば、ZN(Ziegler−Nichols)法などを用いることができる。 As a method for obtaining the gain based on the response of the control amount, a conventional method can be used, for example, a ZN (Ziegler-Nichols) method or the like can be used.
制御対象は、例えば、温度差のように物理状態に差があると、その差をなくすように物理状態が変化する際に干渉を生じることになるが、比例ゲインを、操作量を変化させたチャンネルのみの制御量の応答に基づいて求めると、すなわち、比例ゲインをチャンネル毎に、他のチャンネルの応答を無視して独立に求めると、チャンネル間の干渉の影響が無視された比例ゲインとなり、このため、干渉の大きな制御対象の場合には、本来の比例ゲインよりも大きな比例ゲインが見積もられることになって、制御が不安定になる。 For example, if there is a difference in the physical state such as a temperature difference, the object to be controlled will cause interference when the physical state changes so as to eliminate the difference. When calculated based on the response of the control amount of only the channel, that is, when the proportional gain is determined independently for each channel and the response of other channels is ignored, the proportional gain with neglected the influence of interference between channels is obtained. For this reason, in the case of a controlled object with a large amount of interference, a proportional gain larger than the original proportional gain is estimated, and the control becomes unstable.
本発明の制御装置によると、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしているので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、安定な制御が可能となる。 According to the control device of the present invention, when the operation amount of the channel for which the proportional gain is to be obtained is changed, a proportional gain smaller than the proportional gain obtained based on the response of the control amount of only the channel is obtained. Since the gain is used, the proportional gain of each channel becomes more appropriate and stable control is possible.
(2)本発明の温度調節器は、制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしている。 (2) The temperature controller of the present invention is a multi-channel temperature controller that calculates and outputs a plurality of manipulated variables based on the detected temperatures from a plurality of temperature detecting means that detect the temperatures to be controlled, respectively. When the operation amount of the channel for which the proportional gain is to be obtained is changed, a proportional gain smaller than the proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of only the channel for which the operation amount has been changed is proportional to the channel. Gain.
制御対象は、温度差があると、高温の部位から低温の部位への熱流によって干渉が生じることになるが、比例ゲインを、操作量を変化させたチャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求めると、すなわち、比例ゲインをチャンネル毎に、他のチャンネルの応答を無視して独立に求めると、チャンネル間の熱流による干渉の影響が無視された比例ゲインとなり、このため、干渉の大きな制御対象の場合には、本来の比例ゲインよりも大きな比例ゲインが見積もられることになって、制御が不安定になる。 If there is a temperature difference, the control target will cause interference due to the heat flow from the high temperature part to the low temperature part, but the proportional gain is obtained based on the response of the detected temperature only for the channel with the manipulated variable changed. That is, if the proportional gain is obtained independently for each channel, ignoring the responses of other channels, the proportional gain is neglected by the influence of the heat flow between the channels. In this case, a proportional gain larger than the original proportional gain is estimated, and the control becomes unstable.
本発明の温度調節器によると、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしているので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。 According to the temperature controller of the present invention, when the operation amount of the channel for which the proportional gain is to be obtained is changed, a proportional gain that is smaller than the proportional gain that is obtained based on the response of the detected temperature of only that channel is obtained. Since the proportional gain is used, the proportional gain of each channel becomes more appropriate, and stable control with hunting and the like suppressed is possible.
(3)本発明の温度調節器は、制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルの検出温度の応答および当該チャンネル以外のチャンネルの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしている。 (3) The temperature controller of the present invention is a multi-channel temperature controller that calculates and outputs a plurality of manipulated variables based on the detected temperatures from a plurality of temperature detecting means that detect the temperatures to be controlled, respectively. , The proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of the channel and the detected temperature of the channel other than the channel when the manipulated variable of the channel for which the proportional gain is to be changed is changed. , The proportional gain of the channel.
本発明の温度調節器によると、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルの検出温度の応答および当該チャンネル以外のチャンネルの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしている、すなわち、各チャンネルの比例ゲインを当該チャンネルのみならず、他のチャンネルの応答に基づいて求めるので、当該チャンネルのみの応答に基づいて得られる比例ゲインに比べて、チャンネル間の干渉を考慮したより適切な比例ゲインとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。 According to the temperature controller of the present invention, when the operation amount of the channel for which the proportional gain is to be calculated is changed, the proportional gain that is obtained based on the response of the detected temperature of the channel and the response of the detected temperature of the channel other than the channel. Is the proportional gain of the channel, that is, the proportional gain of each channel is obtained based on the response of not only the channel but also of other channels, so compared to the proportional gain obtained based on the response of only the channel. Therefore, the proportional gain is more appropriate in consideration of interference between channels, and stable control with hunting and the like suppressed is possible.
(4)上記(3)の実施形態では、前記当該チャンネルの比例ゲインが、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインである。 (4) In the embodiment of (3), the proportional gain of the channel is smaller than the proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of only the channel when the operation amount of the channel is changed. Proportional gain.
この実施形態によると、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしているので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。 According to this embodiment, when the operation amount of the channel for which the proportional gain is to be obtained is changed, a proportional gain that is smaller than the proportional gain that is obtained based on the response of the detected temperature of only the relevant channel is used as the proportional gain of the relevant channel. Therefore, the proportional gain of each channel becomes more appropriate, and stable control with hunting suppressed is possible.
(5)上記(2)または(4)の実施形態では、前記各チャンネルの比例ゲインを、前記制御対象の干渉が強い程、より小さな比例ゲインとしてもよい。 (5) In the embodiment of the above (2) or (4), the proportional gain of each channel may be a smaller proportional gain as the interference of the control target is stronger.
この実施形態によると、制御対象の干渉が強ければ強い程、小さな比例ゲインとするので、各チャンネルの比例ゲインが、制御対象の干渉の度合いに応じて、より適切なものとなり、干渉の強い制御対象であっても、安定な制御が可能となる。 According to this embodiment, the stronger the interference of the control object, the smaller the proportional gain. Therefore, the proportional gain of each channel becomes more appropriate according to the degree of interference of the control object, and control with strong interference is performed. Even for a target, stable control is possible.
(6)本発明の温度調節器の一つの実施形態では、i番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のj番目のチャンネルの検出温度の変化をPVjiとしたとき、前記当該チャンネルであるi番目のチャンネルの比例ゲインKpiは、以下の式を満足するものである。 (6) In one embodiment of the temperature controller of the present invention, when the change in the detected temperature of the j-th channel when the manipulated variable of the i-th channel is changed is PVji, i of the channel is i. The proportional gain Kpi of the second channel satisfies the following formula.
Kpi ≦ Kpi’×PVii/ (PV1i+PV2i+…PVii+…PVni)
ここで、
Kpi’:操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Kpi :操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
n :最大チャンネル数
この実施形態によると、前記当該チャンネルであるチャンネルiの比例ゲインKpiを、当該チャンネルiのみの検出温度を用いて算出した比例ゲインKpi’に、当該チャンネルiの検出温度の変化PViiを全てのチャンネルの検出温度の変化の総和(PV1i+PV2i+…PVii+…+PVni)で割った値を、乗算することにより、他のチャンネルとの間の干渉の影響を補正しているので、より適切な比例ゲインとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
Kpi ≦ Kpi ′ × PVii / (PV1i + PV2i + ... PVii + ... PVni)
here,
Kpi ′: Proportional gain calculated using only the detected temperature of the channel with the manipulated variable changed Kpi: Proportional gain calculated taking into account the detected temperature other than the channel with the manipulated variable changed n: Maximum number of channels According to the above, the proportional gain Kpi ′ calculated using the detection temperature of only the channel i is the proportional gain Kpi ′ of the channel i that is the channel, and the change PVii of the detection temperature of the channel i is the detection temperature of all the channels. Since the influence of interference with other channels is corrected by multiplying by the value divided by the sum of changes (PV1i + PV2i + ... PVii + ... + PVni), it becomes a more appropriate proportional gain. Stable control with hunting and the like suppressed is possible.
(7)本発明の温度調節器の他の実施形態では、i番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のj番目のチャンネルの検出温度の変化の勾配をRjiとしたとき、前記当該チャンネルであるi番目のチャンネルの比例ゲインKpiは、以下の式を満足するものである。 (7) In another embodiment of the temperature controller of the present invention, when the gradient of the detected temperature change of the j-th channel when the manipulated variable of the i-th channel is changed is Rji, The proportional gain Kpi of an i-th channel satisfies the following expression.
Kpi ≦ Kpi’×Rii/ (R1i+R2i+…Rii+…Rni)
ここで、
Kpi’:操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Kpi :操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
n :最大チャンネル数
この実施形態によると、前記当該チャンネルであるチャンネルiの比例ゲインKpiを、当該チャンネルiのみの検出温度の変化の勾配を用いて算出した比例ゲインKpi’に、当該チャンネルiの検出温度の変化の勾配Riiを他の全てのチャンネルの検出温度の変化の勾配の総和(R1i+R2i+…Rii+…Rni)で割った値を、乗算することにより、他のチャンネルとの間の干渉の影響を補正しているので、より適切な比例ゲインとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
Kpi ≦ Kpi ′ × Rii / (R1i + R2i + ... Rii + ... Rni)
here,
Kpi ′: Proportional gain calculated using only the detected temperature of the channel with the manipulated variable changed Kpi: Proportional gain calculated taking into account the detected temperature other than the channel with the manipulated variable changed n: Maximum number of channels According to the above, the proportional gain Kpi ′ of the channel i that is the channel is converted to the proportional gain Kpi ′ calculated using the gradient of the detected temperature change of only the channel i, and the gradient Rii of the detected temperature change of the channel i is calculated. By multiplying the value divided by the sum of the gradients of the detected temperature of all other channels (R1i + R2i + ... Rii + ... Rni), the influence of interference with other channels is corrected. Therefore, a more appropriate proportional gain is obtained, and stable control with hunting suppressed is possible.
(8)本発明の温度調節器の更に他の実施形態では、前記チャンネルの数の増加に応じて、各チャンネルの比例ゲインを小さくするようにしている。 (8) In still another embodiment of the temperature controller of the present invention, the proportional gain of each channel is reduced as the number of channels increases.
この実施形態によると、チャンネル数が増えれば増える程、小さな比例ゲインとするので、各チャンネルの比例ゲインが、チャンネル数に応じた干渉の度合いに応じて、より適切なものとなり、チャンネル数に関らず、安定な制御が可能となる。 According to this embodiment, as the number of channels increases, the proportional gain becomes smaller. Therefore, the proportional gain of each channel becomes more appropriate according to the degree of interference according to the number of channels. Therefore, stable control is possible.
(9)本発明の温度調節器の好ましい実施形態では、前記当該チャンネルの比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Kp、Ki、Kdとし、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Kp’、Ki’、Kd’としたときに、Kp’>Kpであって、かつ、Kp’/Kp>Ki’/KiまたはKp’/Kp>Kd’/Kdの関係を満足するものである。 (9) In a preferred embodiment of the temperature controller of the present invention, when the proportional gain, integral gain, and differential gain of the channel are Kp, Ki, Kd, and the manipulated variable of the channel is changed, the channel Kp ′> Kp and Kp ′ / Kp> Ki, where Kp ′, Ki ′, and Kd ′ are the proportional gain, integral gain, and differential gain obtained based on the response of only the detected temperature. The relationship of '/ Ki or Kp' / Kp> Kd '/ Kd is satisfied.
(10)上記(2)または(4)の実施形態では、評価指標に基づきゲインの良否を判定して、前記各チャンネルのゲインを探索するゲイン探索手段を有し、該ゲイン探索手段は、前記当該チャンネルの比例ゲインを、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲインよりも小さな値を探索範囲として探索するようにしてもよい。 (10) In the embodiment of the above (2) or (4), it has gain search means for determining the quality of the gain based on the evaluation index and searching for the gain of each channel, and the gain search means The proportional gain of the channel may be searched as a search range with a value smaller than the proportional gain obtained based on the detected temperature response of only the channel when the operation amount of the channel is changed.
この実施形態によると、各チャンネルの比例ゲインとして、操作量を変化させたチャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲインよりも小さな値が、探索によって得られることになり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。 According to this embodiment, as the proportional gain of each channel, a value smaller than the proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of only the channel whose operation amount is changed is obtained by searching, and hunting or the like is performed. Suppressed and stable control becomes possible.
(11)本発明の温度調節器の他の実施形態では、前記各チャンネルによる制御が、他のチャンネルによる制御に与える影響をなくす又は低減する非干渉化手段を備え、前記非干渉化手段は、各検出温度の差を、干渉を打ち消すように、各チャンネルの入力側および出力側の少なくとも一方側に、フィードバックするようにしてもよい。 (11) In another embodiment of the temperature controller of the present invention, the temperature controller includes a non-interacting unit that eliminates or reduces the influence of the control by each channel on the control by another channel, The difference between the detected temperatures may be fed back to at least one of the input side and the output side of each channel so as to cancel the interference.
非干渉化手段は、各検出温度の差を、各チャンネルの出力側である操作量、あるいは、入力側である偏差や目標温度などにフィードバックするのが好ましい。 The non-interacting means preferably feeds back the difference between the detected temperatures to an operation amount on the output side of each channel, or a deviation or a target temperature on the input side.
この実施形態によると、非干渉化手段によって、干渉を打ち消すので、一層安定な制御が可能となる。 According to this embodiment, since the interference is canceled by the non-interacting means, more stable control is possible.
(12)本発明のゲイン調整装置は、制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの制御量に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの制御装置の前記各チャンネルのゲインを調整する装置において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整するものである。 (12) The gain adjusting apparatus according to the present invention is a control device for a plurality of channels that calculates and outputs a plurality of operation amounts based on control amounts from a plurality of detection units that respectively detect physical states of control targets. In a device that adjusts the gain of each channel, when the manipulated variable of the channel for which the proportional gain is to be obtained is changed, the gain is smaller than the proportional gain obtained based on the response of the control variable of only the channel for which the manipulated variable is changed. The proportional gain of the channel is adjusted to the proportional gain.
本発明のゲイン調整装置によると、各チャンネルの比例ゲインを、操作量を変化させたチャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに調整するので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、安定な制御が可能となる。 According to the gain adjusting device of the present invention, the proportional gain of each channel is adjusted to a proportional gain that is smaller than the proportional gain obtained based on the response of the control amount of only the channel with the manipulated variable changed. Gain becomes more appropriate and stable control becomes possible.
(13)本発明のゲイン調整装置は、制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器の前記各チャンネルのゲインを調整する装置において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整するものである。 (13) A gain adjusting apparatus according to the present invention is a multiple channel temperature controller that calculates and outputs a plurality of manipulated variables based on detected temperatures from a plurality of temperature detecting means that detect temperatures to be controlled, respectively. In the device for adjusting the gain of each of the channels, when the operation amount of the channel for which the proportional gain is to be obtained is changed, the proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of only the channel for which the operation amount has been changed. Also, the proportional gain of the channel is adjusted to a small proportional gain.
本発明のゲイン調整装置によると、各チャンネルの比例ゲインを、操作量を変化させたチャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに調整するので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。 According to the gain adjusting apparatus of the present invention, the proportional gain of each channel is adjusted to a proportional gain smaller than the proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of only the channel with the manipulated variable changed. Gain becomes more appropriate, and stable control with suppressed hunting and the like becomes possible.
(14)本発明のゲイン調整装置は、制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器の前記各チャンネルのゲインを調整する装置において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルの検出温度の応答および当該チャンネル以外のチャンネルの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整するものである。 (14) A gain adjusting apparatus according to the present invention is a multiple channel temperature controller that calculates and outputs a plurality of manipulated variables based on detected temperatures from a plurality of temperature detecting means for detecting temperatures to be controlled, respectively. In the device for adjusting the gain of each channel, when the operation amount of the channel for which the proportional gain is to be obtained is changed, the response of the detection temperature of the channel and the detection temperature of the channel other than the channel when the operation amount is changed The proportional gain of the channel is adjusted to the proportional gain obtained based on the response.
本発明のゲイン調整装置によると、各チャンネルの比例ゲインを当該チャンネルのみならず、他のチャンネルの応答に基づいて求めるので、当該チャンネルのみの応答に基づいて得られる比例ゲインに比べて、チャンネル間の干渉を考慮したより適切な比例ゲインに調整することができ、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。 According to the gain adjusting device of the present invention, the proportional gain of each channel is obtained based on the response of not only the channel but also the other channel. Therefore, it is possible to adjust to a more appropriate proportional gain in consideration of the interference, and it is possible to perform stable control while suppressing hunting and the like.
(15)上記(14)の実施形態では、前記当該チャンネルの比例ゲインを、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに調整してもよい。 (15) In the embodiment of the above (14), the proportional gain of the channel is smaller than the proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of only the channel when the operation amount of the channel is changed. You may adjust to a proportional gain.
この実施形態によると、各チャンネルの比例ゲインを、操作量を変化させたチャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに調整するので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。 According to this embodiment, the proportional gain of each channel is adjusted to a proportional gain that is smaller than the proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of only the channel with the manipulated variable changed. It becomes appropriate, and stable control with suppressed hunting becomes possible.
(16)上記(13)または(15)の実施形態では、前記各チャンネルの比例ゲインを、前記制御対象の干渉が強い程、より小さな比例ゲインに調整するようにしてもよい。
この実施形態によると、制御対象の干渉が強ければ強い程、小さな比例ゲインに調整するので、各チャンネルの比例ゲインが、制御対象の干渉の度合いに応じて、より適切なものとなり、干渉の強い制御対象であっても、安定な制御が可能となる。
(16) In the above embodiment (13) or (15), the proportional gain of each channel may be adjusted to a smaller proportional gain as the interference of the control target is stronger.
According to this embodiment, the stronger the interference of the control object, the smaller the proportional gain is adjusted. Therefore, the proportional gain of each channel becomes more appropriate according to the degree of interference of the control object, and the interference is strong. Even if it is a control target, stable control is possible.
(17)本発明のゲイン調整装置の一つの実施形態では、i番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のj番目のチャンネルの検出温度の変化をPVjiとしたとき、前記当該チャンネルであるi番目のチャンネルの比例ゲインKpiが、以下の式を満足するように調整してもよい。 (17) In one embodiment of the gain adjusting apparatus of the present invention, when the change in detected temperature of the j-th channel when the manipulated variable of the i-th channel is changed is PVji, the channel i is The proportional gain Kpi of the second channel may be adjusted so as to satisfy the following expression.
Kpi ≦ Kpi’×PVii/ (PV1i+PV2i+…PVii+…PVni)
ここで、
Kpi’:操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Kpi :操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
n :最大チャンネル数
この実施形態によると、前記当該チャンネルであるチャンネルiの比例ゲインKpiを、当該チャンネルiのみの検出温度を用いて算出した比例ゲインKpi’に、当該チャンネルiの検出温度の変化PViiを全てのチャンネルの検出温度の変化の総和(PV1i+PV2i+…PVii+…PVni)で割った値を、乗算することにより、他のチャンネルとの間の干渉の影響を補正しているので、より適切な比例ゲインとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
Kpi ≦ Kpi ′ × PVii / (PV1i + PV2i + ... PVii + ... PVni)
here,
Kpi ′: Proportional gain calculated using only the detected temperature of the channel with the manipulated variable changed Kpi: Proportional gain calculated taking into account the detected temperature other than the channel with the manipulated variable changed n: Maximum number of channels According to the above, the proportional gain Kpi ′ calculated using the detection temperature of only the channel i is the proportional gain Kpi ′ of the channel i that is the channel, and the change PVii of the detection temperature of the channel i is the detection temperature of all the channels. Since the influence of interference with other channels is corrected by multiplying by the value divided by the sum of changes (PV1i + PV2i + ... PVii + ... PVni), a more appropriate proportional gain is obtained. Stable control with suppressed hunting and the like becomes possible.
(18)本発明のゲイン調整装置の他の実施形態では、i番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のj番目のチャンネルの検出温度の変化の勾配をRjiとしたとき、前記当該チャンネルであるi番目のチャンネルの比例ゲインKpiが、以下の式を満足するように調整してもよい。 (18) In another embodiment of the gain adjusting apparatus of the present invention, when the gradient of the detected temperature change of the j-th channel when the manipulated variable of the i-th channel is changed is Rji, The proportional gain Kpi of an i-th channel may be adjusted so as to satisfy the following expression.
Kpi ≦ Kpi’×Rii/ (R1i+R2i+…Rii+…Rni)
ここで、
Kpi’:操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Kpi :操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
n :最大チャンネル数
この実施形態によると、前記当該チャンネルであるチャンネルiの比例ゲインKpiを、当該チャンネルiのみの検出温度の変化の勾配を用いて算出した比例ゲインKpi’に、当該チャンネルiの検出温度の変化の勾配Riiを他の全てのチャンネルの検出温度の変化の勾配の総和(R1i+R2i+…Rii+…+Rni)で割った値を、乗算することにより、他のチャンネルとの間の干渉の影響を補正しているので、より適切な比例ゲインとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
Kpi ≦ Kpi ′ × Rii / (R1i + R2i + ... Rii + ... Rni)
here,
Kpi ′: Proportional gain calculated using only the detected temperature of the channel with the manipulated variable changed Kpi: Proportional gain calculated taking into account the detected temperature other than the channel with the manipulated variable changed n: Maximum number of channels According to the above, the proportional gain Kpi ′ of the channel i that is the channel is converted to the proportional gain Kpi ′ calculated using the gradient of the detected temperature change of only the channel i, and the gradient Rii of the detected temperature change of the channel i is calculated. Correct the influence of interference with other channels by multiplying by the value divided by the sum of the gradients of the detected temperature of all other channels (R1i + R2i + ... Rii + ... + Rni). Therefore, a more appropriate proportional gain is obtained, and stable control with hunting and the like suppressed is possible.
(19)本発明の他の実施形態のゲイン調整装置では、前記チャンネルの数の増加に応じて、前記各チャンネルの比例ゲインを小さく調整するようにしてもよい。 (19) In a gain adjustment device according to another embodiment of the present invention, the proportional gain of each channel may be adjusted to be smaller as the number of channels increases.
この実施形態によると、チャンネル数が増えれば増える程、小さな比例ゲインに調整するので、各チャンネルの比例ゲインが、チャンネル数に応じた干渉の度合いに応じて、より適切なものとなり、チャンネル数に関らず、安定な制御が可能となる。 According to this embodiment, as the number of channels increases, the proportional gain is adjusted to be smaller. Therefore, the proportional gain of each channel becomes more appropriate according to the degree of interference according to the number of channels, and the number of channels is increased. Regardless, stable control is possible.
(20)本発明のゲイン調整装置の好ましい実施形態では、前記当該チャンネルの比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Kp、Ki、Kdとし、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Kp’、Ki’、Kd’としたときに、Kp’>Kpであって、かつ、Kp’/Kp>Ki’/KiまたはKp’/Kp>Kd’/Kdの関係を満足するようにゲインを調整するものである。 (20) In a preferred embodiment of the gain adjusting device of the present invention, when the proportional gain, integral gain, and differential gain of the channel are set to Kp, Ki, Kd, and the operation amount of the channel is changed, the channel Kp ′> Kp and Kp ′ / Kp> Ki, where Kp ′, Ki ′, and Kd ′ are the proportional gain, integral gain, and differential gain obtained based on the response of only the detected temperature. The gain is adjusted so as to satisfy the relationship of '/ Ki or Kp' / Kp> Kd '/ Kd.
(21)本発明のゲイン調整装置の他の実施形態では、評価指標に基づきゲインの良否を判定して、前記各チャンネルのゲインを探索するゲイン探索手段を有し、該ゲイン探索手段は、前記当該チャンネルの比例ゲインを、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲインよりも小さな値を探索範囲として探索して、前記比例ゲインを調整してもよい。 (21) In another embodiment of the gain adjusting device of the present invention, the gain adjusting device includes gain search means for determining the quality of the gain based on the evaluation index and searching for the gain of each channel, The proportional gain of the channel is searched as a search range for a value smaller than the proportional gain obtained based on the detected temperature response of only the channel when the manipulated variable of the channel is changed, and the proportional gain is calculated. You may adjust.
この実施形態によると、各チャンネルの比例ゲインとして、操作量を変化させたチャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲインよりも小さな値が、探索によって得られることになり、この得られた比例ゲインに調整することにより、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。 According to this embodiment, as the proportional gain of each channel, a value smaller than the proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of only the channel whose operation amount is changed is obtained by the search. By adjusting to the proportional gain, stable control with hunting and the like suppressed can be achieved.
本発明によれば、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしているので、各チャンネルの比例ゲインが干渉の影響を考慮した適切なものとなり、安定な制御が可能となる。 According to the present invention, when the operation amount of the channel for which the proportional gain is to be obtained is changed, a proportional gain that is smaller than the proportional gain that is obtained based on the response of the control amount only for the channel is used as the proportional gain of the channel. Therefore, the proportional gain of each channel becomes appropriate considering the influence of interference, and stable control is possible.
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本発明に係る温度調節器を用いた温度制御システムの構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a temperature control system using a temperature controller according to the present invention.
この実施形態の温度調節器1は、上述の図13と同様に、例えば、熱板を構成する二つのヒータブロック21,22からなる干渉のある制御対象2の温度を、熱電対等の温度センサ13,13でそれぞれ検出し、SSR15,15を介してヒータ16,16による通電を制御するものであり、2チャンネルの温度制御に適用して説明する。なお、3チャンネル以上にも同様に適用できるものである。
Similarly to FIG. 13 described above, the
この温度調節器1は、制御対象2の2つの制御点の検出温度θ1,θ2と目標温度r1,r2との偏差に基づいて、操作量をそれぞれ演算出力する温度制御手段としてのコントローラC1,C2と、各コントローラC1,C2のゲインを、後述のように調整するゲイン調整手段5とを備えている。
The
各コントローラC1,C2およびゲイン調整手段5等は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。 Each of the controllers C1 and C2, the gain adjusting means 5 and the like are configured by a microcomputer, for example.
各コントローラC1,C2は、PIDコントローラであるが、少なくともP制御を行うコントローラであればよい。 Each of the controllers C1 and C2 is a PID controller, but may be any controller that performs at least P control.
この実施形態の温度調節器1では、干渉の強い制御対象であっても、ハンチング等が生じないように、ゲイン調整手段5によるゲインの調整を次のようにしている。
In the
先ず、図1において、制御対象2と各コントローラC1,C2との間の接続スイッチ7,8を切り、制御対象2を、ゲイン調整手段5側に接続する。
First, in FIG. 1, the connection switches 7 and 8 between the controlled
ゲイン調整手段5のMV設定手段9は、図2に示すように、1チャンネルずつステップ状の操作量U1,U2を順番に加え、ゲイン調整手段5のPV取得手段10は、その時の制御量PV1,PV2を取得する。 As shown in FIG. 2, the MV setting means 9 of the gain adjusting means 5 sequentially adds stepwise operation amounts U1, U2 for each channel, and the PV acquisition means 10 of the gain adjusting means 5 controls the control amount PV1 at that time. , PV2 is acquired.
図3は、チャンネル1にステップ状の操作量を与えたときの具体的な実験結果の一例を示すものであり、U11、U21、PV11、PV21は、上述の図18に対応するものである。
FIG. 3 shows an example of a specific experimental result when a stepped operation amount is given to the
この図3において、チャンネル1の操作量U11=1の入力に対して、チャンネル1の検出温度PV11が、5.2となり、干渉によってチャンネル2の検出温度PV21が、4.7となったことを示している。
In FIG. 3, the detected temperature PV11 of the
このとき、上述の図15に示すようなチャンネル1の応答波形から、チャンネル1の傾きR1=0.50、むだ時間L1=0.70秒が得られる。
At this time, the slope R1 = 0.50 of the
従来では、上述のように、この傾きR1およびむだ時間L1からチャンネル1のコントローラC1のゲインを算出したけれども、この実施形態では、傾きR1をそのままゲインの算出に用いるのではなく、この傾きR1は、真の傾きR1ではなく、見かけの傾きR1’であるとして、次のようにして真の傾きRを求めるものである。
Conventionally, as described above, the gain of the controller C1 of the
以降の説明では、必要に応じて、傾きRを、真の傾きRと見かけの傾きR’とに区別して説明する。 In the following description, the slope R will be described by distinguishing between the true slope R and the apparent slope R ′ as necessary.
ここで、見かけの傾きR’とは、応答波形から得られる傾きであって、チャンネル間の干渉ある場合にその影響を受けている傾きをいう。したがって、上述の従来例で説明した傾きRは、見かけの傾きR’である。 Here, the apparent slope R ′ is a slope obtained from the response waveform and is a slope affected by the interference between channels. Therefore, the inclination R described in the above-described conventional example is an apparent inclination R ′.
一方、真の傾きRとは、見かけの傾きR’を、チャンネル間の干渉の影響をなくす、あるいは、低減するように修正した傾きであり、この実施形態で用いる傾きである。 On the other hand, the true inclination R is an inclination obtained by correcting the apparent inclination R ′ so as to eliminate or reduce the influence of interference between channels, and is an inclination used in this embodiment.
図4は、ステップ応答波形を示しており、実線は、チャンネル間に干渉がない場合を示し、破線は、チャンネル間に干渉がある場合を示している。 FIG. 4 shows a step response waveform, where a solid line indicates a case where there is no interference between channels, and a broken line indicates a case where there is interference between channels.
干渉がある場合には、干渉領域への熱の流出が生じるために、破線で示すように温度上昇の波形がなだらかとなり、本来は、真の傾きR(=K/T)を求めたいのに、見かけの傾きR’(=K/T’)が求まることになる。また、真の傾きRと見かけの傾きR’との関係は、次のようになる。 When there is interference, heat flows out to the interference area, so that the waveform of the temperature rise becomes gentle as shown by the broken line. Originally, the true slope R (= K / T) is to be obtained. The apparent slope R ′ (= K / T ′) is obtained. Further, the relationship between the true slope R and the apparent slope R ′ is as follows.
R=K/T>R’=K/T’
従って、ZN法によるゲイン設計では、比例ゲインKp=1.2/RLは、適正な値よりも大きく見積もられることになる。
R = K / T> R ′ = K / T ′
Therefore, in the gain design by the ZN method, the proportional gain Kp = 1.2 / RL is estimated to be larger than an appropriate value.
そこで、この実施形態では、チャンネル毎に真の傾きRi、無駄時間Liを、次式によって算出する。 Therefore, in this embodiment, the true slope Ri and dead time Li are calculated for each channel by the following equations.
Ri=Ri’×(PV1i+PV2i+…+PVni)/PVii
Li=LI’
i :チャンネル番号
n :最大チャンネル数
PV1i:チャンネルiにステップ入力を与えた時のチャンネル1の制御量(PV1)
上述の図3の実験結果に適用すると、
R1=R1’×(PV11+PV21)/PV11
=0.5×(5.2+4.7)/5.2=0.95
L1=L1’=0.7
となる。
Ri = Ri ′ × (PV1i + PV2i +... + PVni) / PVii
Li = LI '
i: Channel number n: Maximum number of channels PV1i: Control amount of
When applied to the experimental results of FIG.
R1 = R1 ′ × (PV11 + PV21) / PV11
= 0.5 × (5.2 + 4.7) /5.2=0.95
L1 = L1 ′ = 0.7
It becomes.
このように、チャンネル1の真の傾きR1を算出するために、チャンネル1の制御量である検出温度PV11だけでなく、チャンネル2の制御量である検出温度PV21も用いており、干渉を考慮したものとなっている。
Thus, in order to calculate the true slope R1 of the
ここで、上記のようにして見かけの傾きR’から真の傾きRが得られる理由について定性的に説明する。 Here, the reason why the true slope R is obtained from the apparent slope R ′ as described above will be qualitatively explained.
チャンネル数がnのとき,n個間に干渉無く分割された状態の温度上昇の傾きを真のRと定義する。しかし、実際には、n個はつながっているのでi番目のチャンネルに加えた熱流は他のチャンネルに漏れる。そのために,チャンネルiの温度上昇は低下し、他のチャンネルの温度は上昇する。干渉が非常に大きいときには、全てのチャンネルが同じ傾きRで上昇する。そのときの傾きは、チャンネル数分の一になる。 When the number of channels is n, the slope of the temperature rise in a state of being divided without interference between n channels is defined as true R. However, in actuality, since n pieces are connected, the heat flow applied to the i-th channel leaks to other channels. Therefore, the temperature rise of channel i decreases and the temperature of other channels rises. When the interference is very large, all channels rise with the same slope R. The slope at that time is a fraction of the number of channels.
干渉が非常に大きくないときには、加熱するチャンネルの傾きRが最も大きく,その周辺に離れるに従って、傾きRが小さくなる。漏れた熱流による温度上昇R分を全て集めて1つのセルの温度上昇にすれば、真の傾きRを求めることができる。これを意味するものが次の数式である。 When the interference is not very large, the inclination R of the channel to be heated is the largest, and the inclination R decreases as the distance from the periphery increases. If all the temperature rises R due to the leaked heat flow are collected to increase the temperature of one cell, the true slope R can be obtained. This means the following mathematical formula.
Ri=Ri’×(R1i+R2i+…+Rni)/Rii
このままでも良いが、Rの代わりに計測し易い定常温度のPVを使った場合が上記式となる。1次遅れの時定数が揃ってTとして等しいとき、R=K/Tの式からRの比率はKの比率に比例し、MVが一定であれば,PV=K×MVなので、RをPVに置きかえることができ、上述の式が得られることになる。
Ri = Ri ′ × (R1i + R2i +... + Rni) / Rii
This may be left as it is, but the above formula is obtained when PV of steady temperature that is easy to measure is used instead of R. When the time constants of the first order delays are equal and equal to T, the ratio of R is proportional to the ratio of K from the equation R = K / T, and if MV is constant, PV = K × MV, so R is PV And the above formula is obtained.
次に、図5は、チャンネル2の具体的な実験結果の一例を示すものであり、図3に対応するものである。
Next, FIG. 5 shows an example of a specific experimental result of the
チャンネル2についてもチャンネル1と同様に、ステップ応答波形から真の傾きRおよびむだ時間Lを求める。
For
図5に示すように、チャンネル2の操作量U22=1の入力に対して、チャンネル2の検出温度PV22が、5.2となり、チャンネル1の検出温度PV12が、干渉によって4.7となる。
As shown in FIG. 5, with respect to the input of the operation amount U22 = 1 of the
このとき、チャンネル2の応答波形から、傾きR2’=0.50、むだ時間L1’=0.70秒が得られた。
At this time, a slope R2 '= 0.50 and a dead time L1' = 0.70 seconds were obtained from the response waveform of
したがって、チャンネル1と同様に、チャンネル2の真の傾きR2およびむだ時間L2は、
R2=R2’×(PV12+PV22)/PV22
=0.5×(4.7+5.2)/5.2=0.95
L1=L1’=0.7
となる。
Therefore, like
R2 = R2 ′ × (PV12 + PV22) / PV22
= 0.5 × (4.7 + 5.2) /5.2=0.95
L1 = L1 ′ = 0.7
It becomes.
次に、以上のようにして得られた真の傾きRおよびむだ時間Lから、ZN法によって各チャンネルのコントローラC1,C2のゲインを設計する。 Next, from the true slope R and dead time L obtained as described above, the gains of the controllers C1 and C2 of each channel are designed by the ZN method.
チャンネル1のコントローラC1は、
R1=0.95
L1=0.70秒
より、
Kp1=1.2/RL=1.2/(0.50×0.95)=2.5
Ti1=2.0L=2.0×0.7=1.4
Td1=0.5L=0.5×0.7=0.35
となる。
The controller C1 of
R1 = 0.95
From L1 = 0.70 seconds,
Kp1 = 1.2 / RL = 1.2 / (0.50 × 0.95) = 2.5
Ti1 = 2.0L = 2.0 × 0.7 = 1.4
Td1 = 0.5L = 0.5 × 0.7 = 0.35
It becomes.
同様に、チャンネル2のコントローラC2は、
R2=0.95
L2=0.70秒
より、
Kp2=1.2/RL=1.2/(0.50×0.95)=2.5
Ti2=2.0L=2.0×0.7=1.4
Td2=0.5L=0.5×0.7=0.35
となる。
Similarly, the controller C2 of
R2 = 0.95
From L2 = 0.70 seconds,
Kp2 = 1.2 / RL = 1.2 / (0.50 × 0.95) = 2.5
Ti2 = 2.0L = 2.0 × 0.7 = 1.4
Td2 = 0.5L = 0.5 × 0.7 = 0.35
It becomes.
ゲイン調整手段5のゲイン設計手段12は、以上のようにして算出したゲインを各コントローラC1,C2に設定し、その後、制御対象2とゲイン調整手段5との接続を切り離し、各コントローラC1C2と制御対象2とを接続して制御を行なう。
The
図6は、以上のようにしてゲインが調整されたコントローラC1,C2によるステップ応答を示す図であり、上述の図19に対応するものである。 FIG. 6 is a diagram showing step responses by the controllers C1 and C2 whose gains are adjusted as described above, and corresponds to FIG. 19 described above.
この図6に示すように、一方の目標温度を、破線で示すようにステップ状に変化させると、最初は、波形がハンチングしているが、最終的には、目標値に整定している。 As shown in FIG. 6, when one target temperature is changed stepwise as shown by a broken line, the waveform is hunting at first, but is finally set to the target value.
(実施形態2)
図7は、本発明の他の実施形態に係る温度調節器を用いた温度制御システムの構成図である。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a configuration diagram of a temperature control system using a temperature controller according to another embodiment of the present invention.
この実施の形態の温度調節器1−1は、制御対象2のモデルとして、本件出願人が、例えば、特開2004−94939号公報で提案しているフィードバック型のモデル構造を用いるものであり、2チャンネルの温度制御に適用して説明する。
The temperature controller 1-1 of this embodiment uses a feedback type model structure proposed by the present applicant in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-94939, as a model of the
この実施形態の温度調節器1−1は、制御対象2の2つの制御点の検出温度θ1,θ2と、目標温度r1,r2との偏差に基づいて、操作量をそれぞれ演算するコントローラC1,C2とを備えており、かかる構成は、上述の実施形態と同様である。 The temperature regulator 1-1 of this embodiment calculates the operation amount based on the deviation between the detected temperatures θ 1 and θ 2 of the two control points of the control target 2 and the target temperatures r 1 and r 2. Controllers C1 and C2 are provided, and this configuration is the same as that of the above-described embodiment.
この実施形態の温度調節器1−1では、干渉の強い制御対象であっても、ハンチング等が生じないように、各検出温度θ1,θ2の差を、各コントローラC1,C2の出力側にそれぞれフィードバックする非干渉化器F1,F2を備えるとともに、この非干渉化器F1,F2および各コントローラC1,C2のゲインを調整するゲイン調整手段5−1とを備えている。 In the temperature controller 1-1 of this embodiment, the difference between the detected temperatures θ 1 and θ 2 is calculated on the output side of the controllers C1 and C2 so that hunting or the like does not occur even if the object is a control object with strong interference. Are provided with non-interacting elements F1 and F2 for feedback, respectively, and gain adjusting means 5-1 for adjusting the gains of the non-interacting elements F1 and F2 and the controllers C1 and C2.
ここで、制御対象2のモデル構造について簡単に説明する。
Here, the model structure of the controlled
このモデル構造は、上述のように本件出願人が先に提案しているものであって、各チャンネルの温度θ1,θ2の差を、干渉項6を介して入力側に正負を異ならせてそれぞれフィードバックするものであり、H1,H2は、ヒータの発熱度合いを示すものである。
This model structure has been previously proposed by the applicant of the present invention as described above, and the difference between the temperatures θ 1 and θ 2 of the respective channels is made positive and negative on the input side via the
このモデル構造は、熱干渉系の熱モデルであり、温度差があるときに、熱量の移動が生じ、この熱量の移動は、温度差に比例するというフーリエの法則の意味するところと等価である。 This model structure is a thermal model of a thermal interference system, and when there is a temperature difference, the movement of heat occurs, and this movement of heat is equivalent to the meaning of Fourier's law that is proportional to the temperature difference. .
温度差によって、一方のチャンネルから他方のチャンネルへ熱量の移動が生じ、一方のチャンネルは熱量が奪われ(負)、他方のチャンネルには熱量が足される(正)という熱干渉の現象をブロック線図で表したものであり、熱系の制御対象の干渉は、二つの温度があって、温度の差ができたときに、その温度差に比例した熱量の移動が起こるというフーリエの法則を意味しており、このモデル構造を、以下、「温度差モデル」ともいう。 The temperature difference causes a heat transfer from one channel to the other, blocking the heat interference phenomenon where one channel loses heat (negative) and the other channel adds heat (positive). The interference of the control object of the thermal system is a diagram of the Fourier law that when there are two temperatures and there is a difference in temperature, the movement of the heat quantity proportional to the temperature difference occurs. This model structure is hereinafter also referred to as a “temperature difference model”.
この実施形態では、干渉の度合いを表す干渉項6の伝達関数Gβおよび発熱度合いを表す伝達関数H1,H2は、それぞれ次式で示される。
In this embodiment, the transfer function Gβ of the
Gβ=β/(Tβ・s+1)
H1=H2=Hi=hi/(Ti・s+1)
ここで、βは干渉度、Tβは干渉のむだ時間、hiはヒータの発熱量、Tiはむだ時間である。
Gβ = β / (Tβ · s + 1)
H 1 = H 2 = Hi = hi / (Ti · s + 1)
Here, β is the degree of interference, Tβ is the dead time of interference, hi is the amount of heat generated by the heater, and Ti is the dead time.
また、モデル構造の要素Hsiの伝達関数は、Hs1=Hs2=Hsi=gi/(Tsi・s+1)である。 The transfer function of the element Hsi of the model structure is Hs 1 = Hs 2 = Hsi = gi / (Tsi · s + 1).
ゲイン調整手段5−1は、制御対象2の特性を求めるために、ステップ状の操作量を制御対象2に与えるMV設定手段9と、そのときの制御対象2のステップ応答波形を取得するPV取得手段10と、両チャンネルの干渉度合いを求めて各非干渉化器F1,F2の設定を行う干渉度推定手段11と、各コントローラC1,C2のゲインの設定を行なうゲイン設計手段12とを備えている。
The gain adjusting unit 5-1 obtains a step response waveform of the
この実施形態の非干渉化器F1,F2の伝達関数Fu1,Fu2は、それぞれ次式で表される。
The transfer functions Fu 1 and Fu 2 of the
(1)先ず、制御対象2の波形を取得し、見かけの傾きRi’を求める。
(1) First, the waveform of the controlled
すなわち、図7において、制御対象2と各コントローラC1,C2との間の接続スイッチ7,8を切り、制御対象2を、ゲイン調整手段5−1側に接続する。
That is, in FIG. 7, the connection switches 7 and 8 between the controlled
MV設定手段9は、上述の図2に示すように、1チャンネルずつステップ状の操作量U1,U2を加え、PV取得手段10はその時の制御量PV1,PV2を取得する。
As shown in FIG. 2 described above, the
取得したステップ応答波形から、上述のように見かけの傾きR1’が得られるとともに、むだ時間L1が得られる。 From the acquired step response waveform, the apparent slope R1 'is obtained as described above, and the dead time L1 is obtained.
具体的な実験結果の一例を示す。 An example of specific experimental results is shown.
先ず、チャンネル1にステップ入力を与える、すなわち、U11=1、U21=0とすると、各チャンネルの検出温度PVとして、例えば、PV11=2.017、PV21=1.918が得られるとともに、見かけの傾きR1’=0.45、むだ時間L1’=0.85が得られる。
First, when step input is given to
次に、チャンネル2にステップ入力を与える、すなわち、U12=0、U22=1とすると、各チャンネルの検出温度PVとして、例えば、PV12=1.918、PV22=2.107が得られるとともに、見かけの傾きR2’=0.45、むだ時間L2’=0.85が得られる。
Next, when step input is given to
(2)次に、上述の実施形態と同様に、チャンネル毎に真の傾きRi、無駄時間Liを、上述の式によって算出する。 (2) Next, as in the above-described embodiment, the true slope Ri and dead time Li are calculated for each channel by the above-described equations.
すなわち、(1)の実験結果から、チャンネル1の真の傾きR1および無駄時間L1は、
R1=R1’×(PV11+PV21)/PV11
=0.45×(2.017+1.918)/2.017=0.87
L1=L1’=0.85
また、チャンネル2の真の傾きR2および無駄時間L2は、
R2=R2’×(PV12+PV22)/PV22
=0.45×(1.918+2.017)/2.017=0.87
L2=L2’=0.85
(3)次に、以上のようにして得られたチャンネル毎の真の傾きRi、無駄時間Liを用いて、ZN法によって各コントローラC1,C2のゲインを設計する。
上記(2)の結果から、各チャンネルのコントローラC1,C2のゲインは、次のようになる。
That is, from the experimental result of (1), the true slope R1 and dead time L1 of
R1 = R1 ′ × (PV11 + PV21) / PV11
= 0.45 × (2.017 + 1.918) /2.017=0.87
L1 = L1 ′ = 0.85
The true slope R2 and dead time L2 of
R2 = R2 ′ × (PV12 + PV22) / PV22
= 0.45 × (1.918 + 2.017) /2.017=0.87
L2 = L2 ′ = 0.85
(3) Next, the gains of the controllers C1 and C2 are designed by the ZN method using the true slope Ri and the dead time Li obtained for each channel as described above.
From the result of (2) above, the gains of the controllers C1 and C2 of each channel are as follows.
チャンネル1のコントローラC1は、
R1=0.87
L1=0.85
より、
Kp1=1.2/RL=1.2/(0.87×0.85)=1.62
Ti1=2.0L=2.0×0.85=1.7
Td1=0.5L=0.5×0.85=0.425
となる。
The controller C1 of
R1 = 0.87
L1 = 0.85
Than,
Kp1 = 1.2 / RL = 1.2 / (0.87 × 0.85) = 1.62
Ti1 = 2.0L = 2.0 × 0.85 = 1.7
Td1 = 0.5L = 0.5 × 0.85 = 0.425
It becomes.
同様に、チャンネル2のコントローラC2は、
R2=0.87
L2=0.85
より、
Kp2=1.2/RL=1.2/(0.87×0.85)=1.62
Ti2=2.0L=2.0×0.85=1.7
Td2=0.5L=0.5×0.85=0.425
となる。
Similarly, the controller C2 of
R2 = 0.87
L2 = 0.85
Than,
Kp2 = 1.2 / RL = 1.2 / (0.87 × 0.85) = 1.62
Ti2 = 2.0L = 2.0 × 0.85 = 1.7
Td2 = 0.5L = 0.5 × 0.85 = 0.425
It becomes.
以上のようにして、各コントローラC1,C2のゲインが決定される。 As described above, the gains of the controllers C1 and C2 are determined.
(4)次に、非干渉化器F1,F2を設計するために、上述の干渉成分βを同定する。
この干渉成分βは、例えば、本件出願人が先に提案して国際公開されている、WO2006/088072に示されるように、定常特性から得ることができ、例えば、各チャンネルに順番にステップ状の入力を与えたときの各チャンネルの定常状態での出力の変化を計測することにより、求めることができる。
(4) Next, in order to design the non-interacting devices F1 and F2, the above-described interference component β is identified.
This interference component β can be obtained from the steady-state characteristics as shown in, for example, WO 2006/088072, previously proposed and published internationally by the applicant of the present invention. This can be obtained by measuring the change in output in the steady state of each channel when an input is given.
ここで、上記国際公開された出願の内容を引用して干渉成分βの導出の概要を説明する。 Here, the outline of the derivation of the interference component β will be described with reference to the contents of the internationally published application.
図8は、上述のモデル構造を複数チャンネルに適用したものであり、図7の要素Hsiが、図8のモデル要素601〜60nに対応し、干渉項6が、フィードバック要素6112〜61(n−1)nに対応する。また、図8および図9では、θは熱抵抗を示している。
FIG. 8 is an application of the above-described model structure to a plurality of channels. The element Hsi in FIG. 7 corresponds to the
複数(n)のモデル要素601〜60nは、定常ゲインK1〜Knおよび時定数T1〜Tnを用いた一次遅れ系とし、複数(n−1)のフィードバック要素6112〜61(n−1)nは、熱抵抗θ12〜θ(n−1)nによる定値としている。また、入力をP1〜Pn、出力をT1〜Tnとしている。
ここでは、定常特性を考え、定常状態からパラメータを求める。 Here, considering the steady characteristics, the parameters are obtained from the steady state.
熱系の制御対象の伝達関数G(s)を、一次遅れ系とすると、
G(s)=K/(1+Ts)
となる。ここで、Kは定常ゲイン、Tは時定数、sはラプラス変換の演算子である。
When the transfer function G (s) of the control target of the thermal system is a first-order lag system,
G (s) = K / (1 + Ts)
It becomes. Here, K is a steady gain, T is a time constant, and s is an operator of Laplace transform.
定常状態では、s=0なので、
G(s)=K
となる。
Since s = 0 in steady state,
G (s) = K
It becomes.
定常ゲインKは、一定値の熱流(入力)Pと定常温度(出力)Tとを使って
K=T/P
と表すことができる。
The steady gain K is obtained by using a constant heat flow (input) P and steady temperature (output) T, and K = T / P
It can be expressed as.
一方、熱抵抗θは、オームの法則に似せて、熱流Pと温度Tとを用いて
θ=T/P
と表すことができる。
On the other hand, the thermal resistance θ is similar to Ohm's law using the heat flow P and the temperature T: θ = T / P
It can be expressed as.
したがって、定常状態では、
K=θ
と表すことができる。
Therefore, in steady state,
K = θ
It can be expressed as.
したがって、図8のモデル構造において、定常特性(s=0)のみを考えると、モデル要素601〜60nは、時定数T1〜Tnの項が消えるとともに、定常ゲインK1〜Knを熱抵抗θ1〜θnに置き換えることができ、図9に示すように、1入力1出力の熱抵抗θ1〜θnをそれぞれ有する複数(n)のモデル要素601〜60nと、モデル要素601〜60nの出力の差を入力側にフィードバックする熱抵抗θ12〜θ(n−1)nをそれぞれ有する複数(n−1)のフィードバック要素6112〜61(n−1)nとを備えるモデル構造となる。
Therefore, the model structure of Figure 8, when considering only the steady-state characteristics (s = 0), the
図9のモデル構造の各要素のパラメータである熱抵抗θ1〜θn,θ12〜θ(n−1)nを、次のようにして求めるものである。 The thermal resistances θ 1 to θ n and θ 12 to θ (n−1) n , which are parameters of each element of the model structure of FIG. 9, are obtained as follows.
すなわち、第1の入力P1にステップ入力P11を入力したときに、定常状態で計測される各出力T1〜Tnの変化を、T11〜T1nとし、第2の入力P2にステップ入力P22を入力したときに、定常状態で計測される各出力T1〜Tnの変化を、T21〜T2nとし、同様に、第nの入力Pnにステップ入力Pnnを入力したときに、定常状態で計測される各出力T1〜Tnの変化を、Tn1〜Tnnとすると、各要素の熱抵抗θ1〜θn,θ12〜θ(n−1)nは、下記の数3,数4の式で算出することができる。
That is, when the input step input P 11 to the first input P 1, the change in the
なお、制御対象を熱処理盤とすると、ステップ入力P11〜Pnnとしては、熱処理盤を加熱するヒータ出力を想定することができ、定常状態で計測される各出力T1〜Tnの変化であるT11〜Tnnとしては、温度変化を想定することができる。 If the control target is a heat treatment board, the step inputs P 11 to P nn can be assumed to be heater outputs for heating the heat treatment board, and the change in each output T 1 to T n measured in a steady state. as is T 11 through T nn, it can be assumed temperature change.
以上のようにして、各チャンネルに順番にステップ状の入力を与えたときの各チャンネルの定常状態での出力の変化を計測することにより、フィードバック要素、すなわち、図7の干渉項6の熱抵抗である干渉成分を求めることができる。
As described above, by measuring the change in output in the steady state of each channel when step-like input is given to each channel in turn, the feedback element, that is, the thermal resistance of the
この例では、例えば、β1/h1=5.0、β2/h2=5.0が求まる。 In this example, for example, β1 / h1 = 5.0 and β2 / h2 = 5.0 are obtained.
(5)次に、非干渉化器F1,F2を、上述(1),(2)式の伝達関数に従って設計する。なお、この実施形態では、上述のように、定常状態(S=0)が設計する。 (5) Next, the decoupling devices F1 and F2 are designed according to the transfer functions of the above-described equations (1) and (2). In this embodiment, the steady state (S = 0) is designed as described above.
ゲイン設計手段12が、上述のようにして、各コントローラC1,C2のゲインおよび非干渉化器F1,F2を設定し終わったら、ゲイン調整手段5−1は、制御対象2とゲイン調整手段5−1との接続を切り離し、各コントローラC1,C2と制御対象2とを接続して制御を行なう。
When the
図10は、以上のようにして各コントローラC1,C2のゲインが調整されるとともに、非干渉化器F1,F2が設計されたときのステップ応答を示す図であり、この図10では、各チャンネルの波形が重なって不明瞭になるのを避けるために、各チャンネルのステップ応答を(a),(b)に分けてそれぞれ示している。 FIG. 10 is a diagram showing step responses when the gains of the controllers C1 and C2 are adjusted as described above and the non-interactors F1 and F2 are designed. In FIG. In order to avoid obscure the waveforms of FIG. 8, the step response of each channel is shown separately in (a) and (b).
この図10に示すように、最初は、波形がハンチングしているが、最終的には、目標値に整定している。 As shown in FIG. 10, the waveform is hunting at first, but is finally set to the target value.
なお、図11には、図10との比較のため、非干渉化器F1,F2を設けず、各コントローラC1,C2のゲインを上述の実施形態と同様に設計した場合のステップ応答を示している。 For comparison with FIG. 10, FIG. 11 shows step responses when the decoupling devices F1 and F2 are not provided and the gains of the controllers C1 and C2 are designed in the same manner as in the above embodiment. Yes.
非干渉化器F1,F2を設けた図10では、図11に比べて、ハンチングも消え、良好な制御が行なわれていることが確認できる。 In FIG. 10 in which the non-interfering devices F1 and F2 are provided, it can be confirmed that hunting is also eliminated and good control is performed as compared with FIG.
(実施形態3)
図12は、本発明の他の実施形態の図1に対応する構成図であり、この実施形態では、各コントローラC1,C2のゲインの調整を、探索によって行うものである。
(Embodiment 3)
FIG. 12 is a block diagram corresponding to FIG. 1 of another embodiment of the present invention. In this embodiment, the gains of the controllers C1 and C2 are adjusted by searching.
すなわち、この実施形態のゲイン調整手段5−2は、ゲイン探索手段17を有しており、ゲイン探索によって、各コントローラC1,C2のゲインを調整するものである。 That is, the gain adjusting means 5-2 of this embodiment has the gain searching means 17, and adjusts the gains of the controllers C1 and C2 by the gain searching.
上述のように、ステップ応答波形の見かけの傾きR’から算出される比例ゲインKp’は、干渉の影響を除いた真の傾きRから算出される比例ゲインKpよりも大きくなる。 As described above, the proportional gain Kp ′ calculated from the apparent slope R ′ of the step response waveform is larger than the proportional gain Kp calculated from the true slope R excluding the influence of interference.
そこで、この実施形態では、チャンネルiのコントローラの比例ゲインKpiを、見かけの傾きR’から算出される比例ゲインKpi’以下で探索する。 Therefore, in this embodiment, the proportional gain Kpi of the controller of channel i is searched below the proportional gain Kpi ′ calculated from the apparent slope R ′.
先ず、制御対象2のステップ応答波形を取得し、見かけの傾きRi’およびむだ時間を求めるまでの手順は、上述の実施形態と同様である。
First, the procedure from acquiring the step response waveform of the controlled
すなわち、制御対象2と各コントローラC1,C2との間の接続スイッチ7,8を切り、制御対象2を、ゲイン調整手段5−2側に接続する。
That is, the connection switches 7 and 8 between the controlled
MV設定手段9は、1チャンネルずつステップ状の操作量U1,U2を加え、PV取得手段10はその時の制御量PV1,PV2を取得する。 The MV setting means 9 adds stepwise operation amounts U1 and U2 for each channel, and the PV acquisition means 10 acquires the control amounts PV1 and PV2 at that time.
取得したステップ応答波形から、上述のように見かけの傾きR’が得られるとともに、むだ時間Lが得られる。 From the acquired step response waveform, the apparent slope R ′ is obtained as described above, and the dead time L is obtained.
次に、見かけの傾きR’およびむだ時間Lから算出されるゲインを、初期値として設定する。このゲインの設定は、上述の実施形態と同様に、ZN法などの従来の手法を用いて行われる。 Next, a gain calculated from the apparent slope R ′ and the dead time L is set as an initial value. This gain setting is performed using a conventional method such as the ZN method, as in the above-described embodiment.
次に、ゲイン探索手段は、チャンネル1のゲイン候補をコントローラC1に設定する。
Next, the gain searching means sets the
ゲイン探索手段17は、チャンネル1の目標値r1としてステップ状の目標入力を入れる。ゲイン探索手段17は、評価指標としてチャンネル1の偏差平方和(Σ(r1−θ1)2)を計算し、結果を記憶する。
The gain search means 17 inputs a step-like target input as the target value r 1 for
チャンネル1の比例ゲイン候補として0に達するまで比例ゲインを少しずつ小さくなるように変更する。チャンネル1の積分ゲイン、微分ゲインは変更しない。
As a proportional gain candidate for
一連の探索が終了したら、最も偏差平方和が小さくなる比例ゲインをKpとしてチャンネル1のコントローラC1に設定する。
When the series of searches is completed, the proportional gain with the smallest deviation square sum is set as Kp in the controller C1 of the
次に、チャンネル2について、同様の探索を行って最も偏差平方和が小さくなる比例ゲインをKpとしてチャンネル2のコントローラC2に設定する。
Next, for
以上でゲイン探索を終了する。 This completes the gain search.
ここでは、比例ゲインを除々に下げる方法を示したが、GAやPSOなどの他の探索手法により、0〜Kpi’の範囲で最適な比例ゲインを探索しても良い。 Here, the method of gradually decreasing the proportional gain is shown, but an optimal proportional gain may be searched in the range of 0 to Kpi ′ by other search methods such as GA and PSO.
特に、最適な比例ゲイン候補として、真のRいて用いて計算した比例ゲインのまわりでゲイン探索を行えばより効率的なゲイン探索が行える。 In particular, a more efficient gain search can be performed by performing a gain search around the proportional gain calculated using true R as an optimal proportional gain candidate.
上述の各実施形態では、ゲイン調整手段は、温度調節器に内蔵させたけれども、本発明の他の実施形態として、ゲイン調整装置として、温度調節器とは独立の装置として構成し、通信などによって温度調節器に対してゲインを設定するようにしてもよい。 In each of the above-described embodiments, the gain adjusting means is incorporated in the temperature regulator. However, as another embodiment of the present invention, the gain adjusting device is configured as a gain adjusting device and as a device independent of the temperature regulator, and by communication or the like. A gain may be set for the temperature controller.
上述の各実施形態では、制御対象の温度の制御に適用して説明したけれども、本発明は、温度に限らず、圧力、流量、液位などの他の物理量の制御にも適用できるものである。 In each of the above-described embodiments, description has been made by applying to control of the temperature of a control target. However, the present invention is not limited to temperature, and can be applied to control of other physical quantities such as pressure, flow rate, and liquid level. .
本発明は、マルチループタイプの制御装置にも適用できるのは勿論である。 Of course, the present invention can also be applied to a multi-loop type control device.
本発明は、制御対象の状態、例えば、温度状態を制御する温度調節器などの制御装置に有用である。 The present invention is useful for a control device such as a temperature controller for controlling a state of a controlled object, for example, a temperature state.
1 温度調節器
2 制御対象
5,5−1,5−2 ゲイン調整手段
C1,C2 コントローラ
F1,F2 非干渉化器
DESCRIPTION OF
Claims (21)
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとすることを特徴とする制御装置。 In a multi-channel control device that calculates and outputs a plurality of operation amounts based on control amounts from a plurality of detection units that respectively detect physical states of control targets,
When the manipulated variable of the channel for which the proportional gain is to be calculated is changed, a proportional gain smaller than the proportional gain obtained based on the response of the controlled variable only for the channel with the manipulated variable is changed to the proportional gain of the channel. A control device.
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとすることを特徴とする温度調節器。 In a multi-channel temperature controller that calculates and outputs a plurality of manipulated variables based on each detected temperature from a plurality of temperature detecting means that respectively detect the temperature of the controlled object,
When the manipulated variable of the channel for which the proportional gain is to be calculated is changed, a proportional gain smaller than the proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of only the relevant channel whose manipulated variable is changed is the proportional gain of the relevant channel. A temperature controller characterized by:
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルの検出温度の応答および当該チャンネル以外のチャンネルの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとすることを特徴とする温度調節器。 In a multi-channel temperature controller that calculates and outputs a plurality of manipulated variables based on each detected temperature from a plurality of temperature detecting means that respectively detect the temperature of the controlled object,
When the manipulated variable of the channel for which the proportional gain is to be obtained is changed, the proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of the channel that has changed the manipulated variable and the response of the detected temperature of a channel other than the channel is A temperature controller characterized by the proportional gain of the channel.
Kpi ≦ Kpi’×PVii/ (PV1i+PV2i+…PVii+…PVni)
ここで、
Kpi’:操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Kpi :操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
n :最大チャンネル数 When the change in the detected temperature of the j-th channel when the manipulated variable of the i-th channel is changed is PVji, the proportional gain Kpi of the i-th channel, which is the channel, satisfies the following expression. Item 6. The temperature controller according to Item 2, 4 or 5.
Kpi ≦ Kpi ′ × PVii / (PV1i + PV2i + ... PVii + ... PVni)
here,
Kpi ': Proportional gain calculated using only the detected temperature of the channel with the manipulated variable changed Kpi: Proportional gain n calculated with the detected temperature other than the channel with the manipulated variable changed n: Maximum number of channels
Kpi ≦ Kpi’×Rii/ (R1i+R2i+…Rii+…Rni)
ここで、
Kpi’:操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Kpi :操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
n :最大チャンネル数 When the gradient of the change in the detected temperature of the j-th channel when the manipulated variable of the i-th channel is changed is Rji, the proportional gain Kpi of the i-th channel that is the channel satisfies the following equation: The temperature regulator according to claim 2, 4 or 5.
Kpi ≦ Kpi ′ × Rii / (R1i + R2i + ... Rii + ... Rni)
here,
Kpi ′: Proportional gain calculated using only the detected temperature of the channel with the manipulated variable changed Kpi: Proportional gain n calculated with the detected temperature other than the channel with the manipulated variable changed n: Maximum number of channels
前記非干渉化手段は、各検出温度の差を、干渉を打ち消すように、各チャンネルの入力側および出力側の少なくとも一方側に、フィードバックする請求項2〜10のいずれか一項に記載の温度調節器。 Decoupling means for eliminating or reducing the influence of the control by each channel on the control by other channels,
The temperature according to any one of claims 2 to 10, wherein the non-interference means feeds back a difference between the detection temperatures to at least one of the input side and the output side of each channel so as to cancel the interference. Regulator.
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整することを特徴とするゲイン調整装置。 In a device for adjusting the gain of each channel of a control device of a plurality of channels that calculates and outputs a plurality of operation amounts based on control amounts from a plurality of detection units that respectively detect physical states of control targets,
When the manipulated variable of the channel for which the proportional gain is to be calculated is changed, the proportional gain of the channel is set to a proportional gain that is smaller than the proportional gain that is obtained based on the response of the controlled variable of the relevant channel that has changed the manipulated variable. A gain adjusting device for adjusting.
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整することを特徴とするゲイン調整装置。 In an apparatus for adjusting the gain of each channel of a multi-channel temperature controller that calculates and outputs a plurality of manipulated variables based on each detected temperature from a plurality of temperature detecting means that respectively detect the temperatures to be controlled ,
When the operation amount of the channel for which the proportional gain is to be calculated is changed, the proportional gain of the channel is set to a proportional gain that is smaller than the proportional gain that is obtained based on the response of the detected temperature of only the channel that has changed the operation amount. A gain adjusting device for adjusting.
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルの検出温度の応答および当該チャンネル以外のチャンネルの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整することを特徴とするゲイン調整装置。 In an apparatus for adjusting the gain of each channel of a multi-channel temperature controller that calculates and outputs a plurality of manipulated variables based on each detected temperature from a plurality of temperature detecting means that respectively detect the temperatures to be controlled ,
When the manipulated variable of the channel for which the proportional gain is to be calculated is changed, the proportional gain obtained based on the response of the detected temperature of the channel that has changed the manipulated variable and the response of the detected temperature of the channel other than the channel is A gain adjusting device for adjusting a proportional gain of a channel.
Kpi ≦ Kpi’×PVii/ (PV1i+PV2i+…PVii+…PVni)
ここで、
Kpi’:操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Kpi :操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
n :最大チャンネル数 When the change in the detected temperature of the j-th channel when the manipulated variable of the i-th channel is changed is PVji, the proportional gain Kpi of the i-th channel that is the channel satisfies the following expression. The gain adjusting device according to claim 13, 15 or 16, wherein
Kpi ≦ Kpi ′ × PVii / (PV1i + PV2i + ... PVii + ... PVni)
here,
Kpi ': Proportional gain calculated using only the detected temperature of the channel with the manipulated variable changed Kpi: Proportional gain n calculated with the detected temperature other than the channel with the manipulated variable changed n: Maximum number of channels
Kpi ≦ Kpi’×Rii/ (R1i+R2i+…Rii+…Rni)
ここで、
Kpi’:操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Kpi :操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
n :最大チャンネル数 When the gradient of change in the detected temperature of the j-th channel when the manipulated variable of the i-th channel is changed is Rji, the proportional gain Kpi of the i-th channel that is the channel satisfies the following expression: The gain adjusting device according to claim 13, 15 or 16, wherein the gain adjusting device is adjusted so as to.
Kpi ≦ Kpi ′ × Rii / (R1i + R2i + ... Rii + ... Rni)
here,
Kpi ': Proportional gain calculated using only the detected temperature of the channel with the manipulated variable changed Kpi: Proportional gain n calculated with the detected temperature other than the channel with the manipulated variable changed n: Maximum number of channels
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007290617A JP2009116721A (en) | 2007-11-08 | 2007-11-08 | Controller, temperature regulator, and gain regulator |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015064743A (en) * | 2013-09-25 | 2015-04-09 | 株式会社Ihi | Method of setting value of parameter for adjusting controller exerting multi-variable control |
-
2007
- 2007-11-08 JP JP2007290617A patent/JP2009116721A/en active Pending
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