JP2010066852A - Method of tuning control parameter - 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コントローラの制御パラメータを調整するチューニング方法に関する。 The present invention relates to a tuning method for adjusting a control parameter of a controller that controls a physical state such as temperature and pressure of a controlled object.
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).
前記熱板に、複数のヒータおよび複数の温度センサを配設して複数の制御点、すなわち、複数チャンネルの温度制御を行なう場合に、熱板の各制御点が熱的に連続しているために、各チャンネル間の熱的な干渉が生じる。
例えば、PID制御を行う温度調節器では、PID制御パラメータをチャンネル毎に決定するために、順番に各チャンネルのチューニングを行うのであるが、上述のように各チャンネル間に干渉がある多変数制御系においては、正しくチューニングを行うのが困難であり、熟練者のノウハウによるチューニングに頼らざるを得ず、チューニングに時間を要するという課題がある。 For example, in a temperature controller that performs PID control, tuning of each channel is performed in order to determine a PID control parameter for each channel. However, it is difficult to perform tuning correctly, and it is necessary to rely on tuning based on the know-how of an expert, and there is a problem that it takes time for tuning.
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、多変数制御系のコントローラの制御パラメータを調整するチューニング方法において、干渉を考慮したチューニングを可能にするとともに、チューニングに要する時間を短縮することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and in a tuning method for adjusting control parameters of a controller of a multivariable control system, enables tuning in consideration of interference and requires tuning. The purpose is to shorten the time.
(1)本発明の制御パラメータのチューニング方法は、複数の入出力を有する多変数制御系のコントローラの制御パラメータのチューニング方法であって、チューニング用信号を制御対象に印加し、前記チューニング用信号に対応する前記制御対象の応答を計測し、前記チューニング用信号と前記応答とに基づいて、前記応答が参照モデルの応答に近くなるように前記コントローラの制御パラメータを算出するものである。 (1) A control parameter tuning method according to the present invention is a tuning method of a control parameter of a controller of a multivariable control system having a plurality of inputs and outputs, and a tuning signal is applied to a control target, and the tuning signal is applied to the tuning signal. The control target response is measured, and the control parameter of the controller is calculated based on the tuning signal and the response so that the response is close to the response of the reference model.
多変数制御系とは、或るチャンネルの操作量が他のチャンネルの制御量に影響を及ぼす制御系をいい、すなわち、多数の操作量が影響を及ぼし合う制御系をいう。 The multivariable control system refers to a control system in which an operation amount of a certain channel affects the control amount of another channel, that is, a control system in which a large number of operation amounts affect each other.
コントローラは、PID制御を行うコントローラが好ましい。 The controller is preferably a controller that performs PID control.
本発明の制御パラメータのチューニング方法では、前記チューニング用信号と前記応答とに基づいて、前記応答が参照モデルの応答に近くなるように前記コントローラの制御パラメータを算出するものであり、入出力データを用いて、閉ループの応答が参照モデルの応答に近くなるようにコントローラの制御パラメータを求める、VRFT(Virtual Reference Feedback Tuning)を用いて制御パラメータを算出するものである。 In the control parameter tuning method of the present invention, based on the tuning signal and the response, the control parameter of the controller is calculated so that the response is close to the response of the reference model. The control parameters are calculated by using VRFT (Virtual Reference Feedback Tuning), in which the control parameters of the controller are obtained so that the response of the closed loop is close to the response of the reference model.
参照モデルとして、非干渉化したモデルを用いることによって、干渉を考慮した制御パラメータを算出することができる。 By using a non-interacting model as a reference model, it is possible to calculate a control parameter considering interference.
このように干渉を考慮して制御パラメータを算出できるので、従来のように、熟練者のノウハウによるチューニングに頼ることなく、効率的にチューニングを行うことが可能となり、チューニングに時間を短縮することができる。 Since control parameters can be calculated in consideration of interference in this way, it is possible to perform tuning efficiently without relying on tuning based on expert know-how as in the past, which can shorten tuning time. it can.
(2)本発明の制御パラメータのチューニング方法の一つの実施形態では、前記チューニング用信号を、チャンネル毎に順番に前記制御対象に印加して前記応答を計測するものである。 (2) In one embodiment of the control parameter tuning method of the present invention, the tuning signal is applied to the control target in order for each channel, and the response is measured.
従来では、チャンネル毎に順番にチューニングを行う際に、他のチャンネルの影響を少なくするために、十分に時間間隔を明けて、次のチャンネルのチューニングに移行する必要があったけれども、この実施形態では、上述のように干渉を考慮して制御パラメータを算出できるので、従来のように時間間隔を十分に取る必要がなく、チューニングに要する時間を一層短縮することができる。 Conventionally, when tuning is performed in order for each channel, it has been necessary to set a sufficient time interval to shift to the tuning of the next channel in order to reduce the influence of other channels. Then, since the control parameter can be calculated in consideration of interference as described above, it is not necessary to take a sufficient time interval as in the prior art, and the time required for tuning can be further shortened.
(3)本発明の制御パラメータのチューニング方法の他の実施形態では、前記チューニング用信号が、パルス状の操作信号である。 (3) In another embodiment of the control parameter tuning method of the present invention, the tuning signal is a pulsed operation signal.
パルス状の操作信号の印加時間は、計測されるむだ時間の定数倍の時間とするのが好ましく、この定数は、例えば、2以上5以下の定数であるのが好ましい。 The application time of the pulsed operation signal is preferably set to be a constant multiple of the measured dead time. For example, this constant is preferably a constant of 2 or more and 5 or less.
チャンネル毎に、順番にパルス状の操作信号を印加する場合に、次のチャンネルの操作信号の印加のタイミングは、その前のチャンネルの操作量の印加によって生じる次のチャンネルの制御量の下降時の傾きが、上昇時の傾き定数倍になった時点とするのが好ましく、この定数は、例えば、1/10以上1/2以下の定数であるのが好ましい。 When a pulsed operation signal is applied in order for each channel, the timing of application of the operation signal of the next channel is the time when the control amount of the next channel generated by application of the operation amount of the previous channel decreases. It is preferable to set the slope at the time when the slope becomes the slope constant times when rising, and this constant is preferably, for example, a constant of 1/10 or more and 1/2 or less.
この実施形態によると、チューニング用信号としてパルス状の操作信号を印加して制御パラメータを算出することができる。 According to this embodiment, a control parameter can be calculated by applying a pulsed operation signal as a tuning signal.
(4)本発明の制御パラメータのチューニング方法の更に他の実施形態では、前記チューニング用信号が、前記コントローラの運転開始または前記コントローラに対する目標値の変更に伴う操作信号である。 (4) In still another embodiment of the control parameter tuning method of the present invention, the tuning signal is an operation signal that accompanies a start of operation of the controller or a change of a target value for the controller.
この実施形態によると、コントローラの運転開始あるいは目標値変更に対応する操作信号をチューニング用信号として制御パラメータを算出できる。 According to this embodiment, the control parameter can be calculated using the operation signal corresponding to the start of operation of the controller or the change of the target value as a tuning signal.
なお、本発明の他の実施形態として、リミットサイクルのオンオフ操作量をチューニング用信号としてもよい。 As another embodiment of the present invention, the limit cycle on / off operation amount may be used as a tuning signal.
(5)本発明の制御パラメータのチューニング方法の他の実施形態では、前記参照モデルが、制御量の差を、干渉項を介して操作量側にフィードバックするモデルを含むようにしてもよい。 (5) In another embodiment of the control parameter tuning method of the present invention, the reference model may include a model that feeds back a control amount difference to an operation amount side through an interference term.
制御量の差を、干渉項を介して操作量側にフィードバックするモデルは、二つの制御量の差を、干渉項を介して、対応する二つの操作量に正負を異ならせてそれぞれフィードバックするモデルであるのが好ましい。 The model that feeds back the control amount difference to the manipulated variable side via the interference term is a model that feeds back the difference between the two control amounts via the interference term with the corresponding two manipulated variables being different in sign. Is preferred.
この実施形態によると、制御量の差を、干渉項を介して操作量側にフィードバックするモデルを含む参照モデルを用いて制御パラメータを算出することができる。 According to this embodiment, a control parameter can be calculated using a reference model including a model that feeds back a control amount difference to an operation amount side via an interference term.
本発明によれば、チューニング用信号とその応答とに基づいて、前記応答が参照モデルの応答に近くなるように制御パラメータを算出する、すなわち、入出力データを用いて、閉ループの応答が参照モデルの応答に近くなるようにコントローラの制御パラメータを求める、VRFT(Virtual Reference Feedback Tuning)を用いて制御パラメータを算出するものであり、参照モデルとして、非干渉化したモデルを用いることによって、干渉を考慮した制御パラメータを算出することができる。
これによって、従来のように試行錯誤的に制御パラメータを調整する必要がなく、また、チャンネル毎に順番にチューニング用信号を制御対象に印加する際の印加の時間間隔を短くすることが可能となり、チューニングに要する時間を短縮することができる。
According to the present invention, the control parameter is calculated based on the tuning signal and its response so that the response is close to the response of the reference model, that is, the input and output data is used to determine whether the closed-loop response is the reference model. The control parameter is calculated by using VRFT (Virtual Reference Feedback Tuning), which obtains the control parameter of the controller so as to be close to the response, and interference is taken into consideration by using a non-interfering model as a reference model. The control parameter thus calculated can be calculated.
As a result, it is not necessary to adjust the control parameters by trial and error as in the prior art, and it becomes possible to shorten the application time interval when applying the tuning signal to the control target in order for each channel. The time required for tuning can be shortened.
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本発明の一つの実施形態の温度調節器を備える温度制御システムの概略構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a temperature control system including a temperature controller according to one embodiment of the present invention.
この実施形態の温度調節器1は、制御対象2の2つの制御点に対応する2つの検出温度θ1,θ2を、制御量として2チャンネルの温度制御を行うものである。
The
この温度調節器1は、図示しない2つの温度センサからの各検出温度θ1,θ2と目標温度SP1,SP2との偏差に基づいて、操作量をそれぞれ演算する第1,第2のPID制御部3,4と、各PID制御部3,4に対してPID制御パラメータを算出してそれぞれ設定するチューニング手段5とを備えており、各PID制御部3,4の制御出力を、第1,第2の切替スイッチ8,9を介して制御対象2に与え、図示しない2つのヒータの通電を制御するものである。
The
チューニング手段5は、チューニング時に後述のチューニング用信号を発生して第1,第2の切替スイッチ8,9を介して制御対象2に印加するチューニング用信号発生部6と、このチューニング用信号および制御対象2からの検出温度θ1,θ2に基づいて、後述のように演算を行ってPID制御パラメータを算出するパラメータ算出部7とを備えている。
The tuning means 5 generates a tuning signal to be described later at the time of tuning and applies it to the controlled
上記PID制御部3,4、チューニング手段5および切替スイッチ8,9等は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
The PID control units 3 and 4, the tuning means 5, the
この実施形態では、干渉のある複数チャンネルの制御系である多変数制御系において、干渉を考慮したチューニングを行うとともに、チューニングに要する時間を短縮するために、次のようにしている。 In this embodiment, in a multivariable control system, which is a control system for a plurality of channels with interference, tuning is performed in consideration of interference, and the time required for tuning is shortened as follows.
すなわち、この実施形態では、制御対象の入出力データのみを用いて、希望する入出力特性へコントローラを調整する手法であるVRFT(Virtual Reference Feedback Tuning)を用いて各PID制御部3,4のPID制御パラメータを算出するものである。 That is, in this embodiment, the PID of each PID control unit 3 and 4 using VRFT (Virtual Reference Feedback Tuning), which is a method of adjusting the controller to a desired input / output characteristic using only the input / output data to be controlled. The control parameter is calculated.
しかも、制御対象2として、本件出願人が、例えば、特開2004−94939号公報などで提案しているフィードバック型のモデル構造(以下「温度差モデル」ともいう)を用いている。
Moreover, as the
ここで、制御対象のモデルである温度差モデルについての理論的な説明を行う。 Here, a theoretical explanation of the temperature difference model, which is a model to be controlled, will be given.
まず、議論を簡単にするために、図2に示す2つの微小な均質セル10−1,10−2で構成される熱板を考え、それぞれにヒータ11−1,11−2が接続されているとする。 First, in order to simplify the discussion, a hot plate composed of two small homogeneous cells 10-1 and 10-2 shown in FIG. 2 is considered, and heaters 11-1 and 11-2 are connected to the hot plates, respectively. Suppose that
この場合、各セル10−1,10−2において、温度分布が一様とみなすことができ、熱板を2つの集中熱容量モデルとして扱うことができると仮定する。 In this case, it is assumed that the temperature distribution can be regarded as uniform in each of the cells 10-1 and 10-2, and the heat plate can be handled as two concentrated heat capacity models.
各セル10−1,10−2が、体積Viの均質な物体であるとすると、セルの内部エネルギーの変化は、エネルギー保存の法則から次式で記述される。 Assuming that each of the cells 10-1 and 10-2 is a homogeneous object having a volume Vi, the change in the internal energy of the cell is described by the following equation from the law of energy conservation.
cρVi(dθi/dt)=−Qi∞−Qij+Hiui …(1)
ここで、Qi∞はセルiの表面から空気への熱伝達による熱流、Qijはセルiからセルjへの熱流であり、θiはセルiの温度[K]、cとρはそれぞれセルの比熱[J/(Kg・K)]と密度[Kg/m3]、uiはヒータへの入力[%]、Hi[W/%]はuiからヒータ発熱量への変換係数である。
cρVi (dθi / dt) = − Qi ∞− Qij + Hiui (1)
Where Qi ∞ is the heat flow due to heat transfer from the surface of cell i to the air, Qij is the heat flow from cell i to cell j, θi is the temperature [K] of cell i, and c and ρ are the specific heat of the cell, respectively. [J / (Kg · K)] and density [Kg / m 3 ], ui is an input [%] to the heater, and Hi [W /%] is a conversion coefficient from ui to the heating value of the heater.
次に、セルjからセルiへの熱流Qijは、フーリエの法則より、
Qij=−Asλ{(θj−θi)/d} …(2)
となる。ここで、λ[W/(m・K)]は熱伝導率、As[m2]は断面積、d[m]はヒータ間の距離である。
Next, the heat flow Qij from the cell j to the cell i is based on Fourier law:
Qij = −Asλ {(θj−θi) / d} (2)
It becomes. Here, λ [W / (m · K)] is the thermal conductivity, As [m 2 ] is the cross-sectional area, and d [m] is the distance between the heaters.
また、セルiの表面から空気への熱伝達による熱流をQi∞は、ニュートンの冷却法則より、
Qi∞=−Aihi(θi−θ∞) …(3)
となる。ここで、Aiおよびhi[W/(m2・K)]はそれぞれセルiの表面積および熱伝達率である。また、θ∞はセルの周辺温度であり、0℃としても一般性を失わない。
上記(1)〜(3)より、制御対象のブロック線図は、図3で表される。
Also, Qi∞ is the heat flow due to heat transfer from the surface of cell i to the air, according to Newton's cooling law,
Qi∞ = −Aihi (θi−θ∞) (3)
It becomes. Here, Ai and hi [W / (m 2 · K)] are the surface area and the heat transfer coefficient of the cell i, respectively. Further, θ∞ is the ambient temperature of the cell, and generality is not lost even at 0 ° C.
From the above (1) to (3), the block diagram to be controlled is represented in FIG.
同図において、各ブロックの伝達関数は、次式で表される。
Hsi=Ki/(1+sTi) …(4)
Ki=1/αi=1/hiAi …(5)
Ti=Ei/αi=cρVi/hiAi …(6)
β=λAs/d …(7)
Ei=cρVi、β=λAs/d 、αi=hiAi …(8)
ここで、Eは熱容量を表し、βはセル間の熱抵抗の逆数を、αiはセルから周囲温度への熱抵抗の逆数を表す。
In the figure, the transfer function of each block is expressed by the following equation.
Hsi = Ki / (1 + sTi) (4)
Ki = 1 / αi = 1 / hiAi (5)
Ti = Ei / αi = cρVi / hiAi (6)
β = λAs / d (7)
Ei = cρVi, β = λAs / d, αi = hiAi (8)
Here, E represents the heat capacity, β represents the reciprocal of the thermal resistance between the cells, and αi represents the reciprocal of the thermal resistance from the cell to the ambient temperature.
図3に示す制御対象のモデルは、出力温度の差(温度差)を、干渉項βを介してフィードバックする構造を有しており、熱系における熱的干渉を陽に表すモデルとなる。 The model to be controlled shown in FIG. 3 has a structure that feeds back an output temperature difference (temperature difference) via an interference term β, and is a model that explicitly represents thermal interference in the thermal system.
この実施形態では、制御対象2のモデルとして、上述の図1に示すように、この温度差モデルを用いるものである。なお、図1の実施形態では、制御対象にむだ時間要素e−Lisを含めている。
In this embodiment, this temperature difference model is used as the model of the
この実施形態では、温度差モデルへ上述のVRFTを適用するものであり、以下、VRFTの適用について説明する。 In this embodiment, the above-described VRFT is applied to a temperature difference model, and application of VRFT will be described below.
温度差モデルは、図3に示すように相互干渉が干渉項βで陽に表されていることから、出力の温度差を利用して図4のようにフィードバックを施せば、入力から出力までの特性は、下記の(9)式のように非干渉化される。 In the temperature difference model, as shown in FIG. 3, since the mutual interference is explicitly expressed by the interference term β, if feedback is applied as shown in FIG. The characteristic is made non-interfering as shown in the following equation (9).
(9)式のような形で非干渉化できれば、u1によってθ1を、u2によってθ2をそれぞれ独立に制御することができる。 If non-interference in the form such as (9), the theta 1 by u 1, can be controlled independently of theta 2 by u 2.
図4に示す非干渉化系にVRFTを適用する。希望する制御系の入出力特性伝達関数(参照モデル)をMとする。このとき、非干渉化が目的なので参照モデルMは下記のように対角行列とする。 VRFT is applied to the non-interacting system shown in FIG. Let M be the input / output characteristic transfer function (reference model) of the desired control system. At this time, since non-interference is intended, the reference model M is a diagonal matrix as follows.
このように非干渉化した参照モデルとすることにより、対角行列となって演算処理が容易となる。 By using the non-interfering reference model in this way, it becomes a diagonal matrix and the arithmetic processing becomes easy.
制御対象(プラント)の入出力データをu=[u1,u2]T、θ=[θ1,θ2]Tとし、θを参照モデルの出力とみなすとする。Mがθを出力するための仮想
の参照入力(virtual reference)rチルダは次のように求められる。
Assume that the input / output data of the control target (plant) is u = [u 1 , u 2 ] T , θ = [θ 1 , θ 2 ] T, and θ is regarded as the output of the reference model. A virtual reference r tilde for M to output θ is determined as follows.
次に、この信号rチルダを図4のフィードバック系の参照入力に、θをそのときの出力と考えると、仮想的な操作量uチルダは、 Next, assuming that this signal r tilde is the reference input of the feedback system in FIG. 4 and θ is the output at that time, the virtual manipulated variable u tilde is
となる。(11)式より、 It becomes. From equation (11)
となる。但し、Β=[β1,−β2]Tである。この仮想操作量uチルダと実際の操作量uが近ければ、図4に示すフィードバック系は、参照モデルMに近いとみなせる。つまり、uチルダとuが近くなるように制御パラメータBを選べば、フィードバック系は参照モデルに近くなると考えられる。これが、VRFTの基本的な考え方である。 It becomes. However, Β = [β 1 , −β 2 ] T. If the virtual operation amount u tilde is close to the actual operation amount u, the feedback system shown in FIG. That is, if the control parameter B is selected so that u tilde and u are close to each other, the feedback system is considered to be close to the reference model. This is the basic concept of VRFT.
これから、制御パラメータBを求める問題は、次の評価式Jを最小化することで求められる。 From this, the problem of obtaining the control parameter B can be obtained by minimizing the following evaluation formula J.
また、この評価式の零化条件は次式となる。 Further, the zeroing condition of this evaluation formula is as follows.
参照モデルとして与えるMiiがプラント伝達関数であることが分る。しかし、このような伝達関数を与えるのは困難であるため、Miiを次式のように、未知パラメータK,Tで構成する。 It can be seen that M ii given as a reference model is a plant transfer function. However, since it is difficult to give such a transfer function, M ii is composed of unknown parameters K and T as shown in the following equation.
これを用いて評価式を最小化するKi,Ti,βiを、ガウスニュートン法により求める。但し、Hsiは最小位相系であるとする。 Using this, Ki, Ti, and βi that minimize the evaluation formula are obtained by the Gauss-Newton method. However, Hsi is assumed to be a minimum phase system.
なお、この実施形態では、(16)式の高次を省略し、
Mii=K0/(T1s+T0)
としている。
In this embodiment, the higher order of equation (16) is omitted,
M ii = K 0 / (T 1 s + T 0 )
It is said.
以上のように、制御対象の入出力データをu=[u1,u2]T、θ=[θ1,θ2]Tに基づいて、Miiを算出できる、したがって、上述の(4)式の定常ゲインKiおよび時定数Tiを求めることができ、これによって、Ziegler−Nichols法を用いて、各PID制御部3,4のPID制御パラメータである比例ゲインKp、積分時間TI、微分時間TDを次式のように算出できる。
As described above, based on the input and output data of the control object u = [u 1, u 2 ] T, θ = [
Kp=1.2/RL
TI=2.0L
TD=0.5L
ここで、Rは、最大傾きであり、上記定常ゲインKiおよび時定数Tiから、R=Ki/Tiとして算出される。また、Lは、むだ時間であり、チューニング時の入出力データの計測によって得ることができる。
Kp = 1.2 / RL
T I = 2.0L
T D = 0.5L
Here, R is the maximum inclination, and is calculated as R = Ki / Ti from the steady gain Ki and the time constant Ti. L is a dead time, and can be obtained by measuring input / output data during tuning.
この実施形態では、図1のチューニング手段5によってチューニング用信号として、図5(a)に示すパルス状の操作量MVを、チャンネル毎に順番に印加し、そのときの制御対象2の応答PVを取得し、このチューニング時の入出力データに基づいて、上述のVRFTの手順に従って各チャンネルの定常ゲインKiおよび時定数Tiを算出し、また、応答波形から計測されるむだ時間Lを用いて、Ziegler−Nichols法を用いて、各PID制御部3,4の制御パラメータである比例ゲインKp、積分時間TI、微分時間TDを算出し、各PID制御部3,4にそれぞれ設定するものである。なお、図5では、第1のチャンネルch1を実線で、第2のチャンネルch2を一点鎖線で示している。
In this embodiment, the pulsed manipulated variable MV shown in FIG. 5A is applied in turn for each channel as a tuning signal by the tuning means 5 in FIG. 1, and the response PV of the
また、この実施形態では、各チャンネルのパルス状の操作量MVの印加時間を、図6に示すように、計測される各チャンネルのむだ時間の定数倍としている。この定数倍は、例えば、2倍以上5倍以下が好ましい。 In this embodiment, the application time of the pulsed manipulated variable MV of each channel is a constant multiple of the dead time of each channel to be measured, as shown in FIG. The constant multiple is preferably 2 times or more and 5 times or less, for example.
この実施形態では、図6の第1のチャンネルch1に示すように、パルス状の操作量を印加する時間を、操作量印加後に1℃上昇するまでの時間L11の2倍の時間としている。 In this embodiment, as shown in the first channel ch1 of Figure 6, the time for applying a pulsed operation amount is set to 2 times the time L 11 until the 1 ℃ increased after operation amount applied.
これによって、制御対象の特性である応答波形の傾きを含むデータを得ることができる。 As a result, data including the slope of the response waveform that is the characteristic of the control target can be obtained.
また、第2のチャンネルch2のパルス状の操作量の印加のタイミングは、第1のチャンネルch1のパルス状の操作量の印加によって生じる第2のチャンネルch2のPVの下降時の傾きR22が、上昇時の傾きR21の定数倍になた時点としている。この定数倍は、1/10以上1/2以下であるのが好ましい。図6では、1/3としている。 The application timing of the pulsed manipulated variable of the second channel ch2 is such that the slope R 22 when the PV of the second channel ch2 descends due to the application of the pulsed manipulated variable of the first channel ch1 is: is a name was time constant multiple of the slope R 21 at the time of rising. This constant multiple is preferably 1/10 or more and 1/2 or less. In FIG. 6, it is set to 1/3.
これによって、第1のチャンネルch1のチューニングの影響を低減して、第2のチャンネルch2にパルス状の操作量を印加したときの応答について、制御対象の特性である傾きを含むデータを得ることができるとともに、チューニングに要する時間を短縮することができる。 As a result, it is possible to reduce the influence of tuning of the first channel ch1 and obtain data including a slope that is a characteristic of the control target with respect to a response when a pulsed manipulated variable is applied to the second channel ch2. In addition, the time required for tuning can be reduced.
図7は、この実施形態の動作説明に供するフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of this embodiment.
チューニングを開始し、1チャンネルずつチューニング用信号であるパルス状の操作量MVを順番に制御対象2に印加して最終のチャンネルまでの入出力データを取得し(ステップn1,n2)、取得した入出力データに基づいて、上述のVRFTの手順に従ってPID制御パラメータを算出し(ステップn3)、算出したPID制御パラメータを、各PID制御部3,4にそれぞれ設定して終了する。
Tuning is started, and a pulsed manipulated variable MV, which is a tuning signal for each channel, is sequentially applied to the controlled
ここで、この実施形態で用いたVRFTの有効性の確認結果について説明する。 Here, the confirmation result of the effectiveness of VRFT used in this embodiment will be described.
制御対象として、図8に示す2チャンネルのアルミニウム製の熱板を想定し、図3に示した制御系を構成した。これに対して、VRFTを適用し、Miiおよび非干渉化パラメータβiを求めた。シミュレーションに用いたプラントパラメータを表1に示す。但し、Hi=1とする。 A control system shown in FIG. 3 was configured assuming a two-channel aluminum hot plate shown in FIG. 8 as a control target. On the other hand, VRFT was applied to obtain M ii and decoupling parameter βi. Table 1 shows the plant parameters used in the simulation. However, Hi = 1.
また、構造が既知であるとしてMiiを次式で与え、ガウス・ニュートン法によりパラメータ学習を行った。 Also, assuming that the structure is known, M ii is given by the following equation, and parameter learning is performed by the Gauss-Newton method.
用いた入出力データを図9に示す。この入出力データを用いてVRFTにより得られたパラメータを表2に示す。 The input / output data used is shown in FIG. Table 2 shows the parameters obtained by VRFT using this input / output data.
誤差0.1%以内の精度で制御対象のモデルが正しく学習されていることが分る。 It can be seen that the model to be controlled is correctly learned with an accuracy within an error of 0.1%.
上述の実施形態では、むだ時間Lは、チューニング時に計測したが、計測できない場合には、次のようにして算出してもよい。 In the above-described embodiment, the dead time L is measured at the time of tuning. However, if the dead time L cannot be measured, it may be calculated as follows.
上述の(14)式で与えられる評価関数Jが零となる時、Mii、βiは(15)式で与えられた。つまり、Hsiにむだ時間が存在する場合、次式のようにMiiにむだ時間e−Lisを付加することでパラメータは正しく学習される。 When the evaluation function J given by the above equation (14) becomes zero, M ii and βi are given by the equation (15). That is, if there is a dead time in Hsi, the parameter by adding a dead time e -Lis to M ii by the following equation is correctly learned.
したがって、評価式は、次式となる。 Therefore, the evaluation formula is as follows.
但し、Eは次式で与えられる。 However, E is given by the following equation.
これによって、むだ時間Lを算出することができる。 Thereby, the dead time L can be calculated.
上述の実施形態では、第2のチャンネルch2のパルス状の操作量の印加のタイミングを、第1のチャンネルch1のパルス状の操作量の印加によって生じる第2のチャンネルch2のPVの下降時の傾きR22が、上昇時の傾きR21の定数倍になた時点としたけれども、本発明の他の実施形態として、図10に示すように、全チャンネルのむだ時間がほぼ等しい場合、例えば、各チャンネルのヒータ容量、各チャンネルのヒータから温度センサまでの距離がほぼ等しいような場合には、第2のチャンネルch2のパルス状の操作量の印加のタイミングを、第1のチャンネルch1のパルス状の操作量の印加によって生じる第2のチャンネルch2のPVがピークとなった時点としてよい。 In the above-described embodiment, the application timing of the pulsed manipulated variable of the second channel ch2 is the slope of the PV drop of the second channel ch2 caused by the application of the pulsed manipulated variable of the first channel ch1. Although it is assumed that R 22 has reached a constant multiple of the rising slope R 21 , as another embodiment of the present invention, as shown in FIG. When the heater capacity of the channel and the distance from the heater of each channel to the temperature sensor are substantially equal, the application timing of the pulsed manipulated variable of the second channel ch2 is set to the pulsed form of the first channel ch1. It may be a point in time when the PV of the second channel ch2 generated by the application of the operation amount reaches a peak.
これによって、チューニングに要する時間を、一層短縮することができる。 As a result, the time required for tuning can be further reduced.
上述の実施形態では、チューニング用信号としてパルス状の操作量を順番に印加したけれども、本発明の他の実施形態として、図11に示すように、チャンネル毎に順番に目標値SPを変更したときの操作信号をチューニング用信号としてチューニングを行ってもよいし、チャンネル毎に順番に運転を開始したときの操作信号をチューニング用信号としてチューニングを行ってもよい。 In the above-described embodiment, pulsed manipulated variables are sequentially applied as tuning signals. However, as another embodiment of the present invention, when the target value SP is changed sequentially for each channel as shown in FIG. Tuning may be performed using the operation signal as a tuning signal, or tuning may be performed using the operation signal when the operation is started in turn for each channel.
この場合、第1のチャンネルch1の目標値の変更から第2のチャンネルch2の目標値変更までの時間間隔は、上述の図6と同様に、むだ時間の定数倍とすればよい。 In this case, the time interval from the change of the target value of the first channel ch1 to the change of the target value of the second channel ch2 may be a constant multiple of the dead time as in FIG.
また、本発明の他の実施形態として、図12に示すように、間隔を明けて1チャンネルずつオンオフのリミットサイクルを実行してもよい。 Further, as another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 12, an on / off limit cycle may be executed channel by channel at intervals.
上述の実施形態では、2チャンネルに適用して説明したけれども、3チャンネル以上にも同様に適用できるものである。 Although the above embodiment has been described by applying to two channels, it can be similarly applied to three or more channels.
本発明は、温度制御に限らず、圧力、流量、速度あるいは液位などの他の物理状態の制御に用いるコントローラの制御パラメータの調整に適用することもできる。 The present invention is not limited to temperature control, and can also be applied to adjustment of control parameters of a controller used for controlling other physical states such as pressure, flow rate, speed, or liquid level.
本発明は、複数チャンネルの温度制御などに有用である。 The present invention is useful for temperature control of a plurality of channels.
1 温度調節器
2 制御対象
3,4 第1,第2のPID制御部
5 チューニング手段
6 チューニング用信号発生部
7 パラメータ算出部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
チューニング用信号を制御対象に印加し、前記チューニング用信号に対応する前記制御対象の応答を計測し、前記チューニング用信号と前記応答とに基づいて、前記応答が参照モデルの応答に近くなるように前記コントローラの制御パラメータを算出することを特徴とする制御パラメータのチューニング方法。 A method for tuning a control parameter of a controller of a multivariable control system having a plurality of inputs and outputs,
A tuning signal is applied to the control target, a response of the control target corresponding to the tuning signal is measured, and the response is close to a reference model response based on the tuning signal and the response. A control parameter tuning method comprising calculating a control parameter of the controller.
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