JP7517874B2 - Control device and control method - Google Patents
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Description
本発明は、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを併用する制御装置および制御方法に関するものである。 The present invention relates to a control device and a control method that combines feedback control and feedforward control.
代表的なフィードバック(Feedback)制御であるPID制御に、フィードフォワード(Feedforward)分を加算する方法(以下、フィードフォワード+フィードバック制御とする)が提案されている(特許文献1参照)。 A method has been proposed in which a feedforward component is added to PID control, which is a typical feedback control (hereinafter referred to as feedforward + feedback control) (see Patent Document 1).
発明者は、このようなフィードフォワード+フィードバック制御を特に図16のような加熱装置に適用する場合において、実用性を向上させるために、操作量MVの下限値OL、上限値OHを通常値に漸近的に収束させる形式のフィードフォワード方法(特許文献2)と、フィードフォワード量MV_Pをゼロに漸近的に収束させる形式のフィードフォワード方法(特許文献3)とを提案した。 In order to improve the practicality of such feedforward + feedback control, particularly when applied to a heating device such as that shown in FIG. 16, the inventors have proposed a feedforward method (Patent Document 2) in which the lower limit value OL and upper limit value OH of the manipulated variable MV asymptotically converge to normal values, and a feedforward method (Patent Document 3) in which the feedforward variable MV_P asymptotically converges to zero.
図16の加熱装置は、処理対象のワークを加熱する熱処理炉100と、電気ヒータ101と、熱処理炉100内の温度を計測する温度センサ102と、熱処理炉100内の温度を制御する温調計103と、電力調整器104と、電力供給回路105と、加熱装置全体を制御するPLC(Programmable Logic Controller)106とから構成される。温調計103は、温度センサ102が計測した温度PV(制御量)が温度設定値SPと一致するように操作量MVを算出する。電力調整器104は、操作量MVに応じた電力を決定し、この決定した電力を電力供給回路105を通じて電気ヒータ101に供給する。
The heating device in FIG. 16 is composed of a
発明者が特許文献3で提案したフィードフォワード+フィードバック制御は、典型的なフィードフォワード制御に近い。図17の制御系のブロック線図を用いて、発明者が特許文献3で提案した技術について説明する。図17のPは制御対象を示している。
The feedforward + feedback control proposed by the inventor in
操作量算出部201は、設定値SPと制御量PVとを入力として、制御量PVが設定値SPと一致するように、例えば以下の伝達関数式のようなPID制御演算を行って操作量MV(本発明では、基本操作量MVとする)を算出する。
MV=(100/Pb){1+(1/Tis)+Tds}(SP-PV)
・・・(1)
Pbは比例帯、Tiは積分時間、Tdは微分時間、sはラプラス演算子である。
The manipulated
MV=(100/Pb) {1+(1/Tis)+Tds}(SP-PV)
... (1)
Pb is the proportional band, Ti is the integral time, Td is the differential time, and s is the Laplace operator.
加算量算出部204は、基本操作量MVに対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値FF_P(FF_P≠0)が入力されると、操作量加算値FF_Pに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量MV_Pを算出する。具体的には、加算量算出部204は、下記のような伝達関数式で操作量加算量MV_Pを算出する。
MV_P={Kxs/(1+Tfs)2}FF_P ・・・(2)
When an operating volume addition value FF_P (FF_P≠0) which is a target value of the addition amount of the feedforward portion for the basic operating volume MV is input, the addition
MV_P={Kxs/(1+Tfs) 2 }FF_P...(2)
式(2)のTfは、操作量加算量MV_Pを徐々に収束させる時間を規定するパラメータである。Kxはフィードフォワードの大きさを規定するパラメータである。操作量加算量MV_Pの変化の1例を図18に示す。図18の例では、操作量加算値FF_P=50%、パラメータTf=100sec.、パラメータKx=275としている。 In equation (2), Tf is a parameter that specifies the time for the manipulated variable addition amount MV_P to gradually converge. Kx is a parameter that specifies the magnitude of the feedforward. An example of the change in the manipulated variable addition amount MV_P is shown in FIG. 18. In the example of FIG. 18, the manipulated variable addition value FF_P = 50%, the parameter Tf = 100 sec., and the parameter Kx = 275.
減算量算出部205は、基本操作量MVに対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値FF_M(FF_M≠0)が入力されると、操作量減算値FF_Mに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量MV_Mを算出する。具体的には、減算量算出部205は、下記のような伝達関数式で操作量減算量MV_Mを算出する。
MV_M={Kxs/(1+Tfs)2}FF_M ・・・(3)
When an operating volume subtraction value FF_M (FF_M ≠ 0) which is a target value of the subtraction amount of the feedforward portion for the basic operating volume MV is input, the subtraction
MV_M={Kxs/(1+Tfs) 2 }FF_M...(3)
式(3)のTfは、操作量減算量MV_Mを徐々に収束させる時間を規定するパラメータである。操作量変更部206は、操作量算出部201で算出された基本操作量MVに、加算量算出部204によって算出された操作量加算量MV_Pを加算し、さらに減算量算出部205によって算出された操作量減算量MV_Mを減算した結果を操作量MV_F(本発明では、実操作量MV_Fとする)として算出する。
MV_F=MV+MV_P-MV_M ・・・(4)
Tf in formula (3) is a parameter that specifies the time for gradually converging the manipulated variable subtraction amount MV_M. The manipulated
MV_F=MV+MV_P-MV_M...(4)
リミット処理部207は、操作量変更部206によって算出された実操作量MV_Fを所定の操作量下限値OL以上の値に制限する下限リミット処理と、実操作量MV_Fを所定の操作量上限値OH以下の値に制限する上限リミット処理とを行なう。このリミット処理部207でリミット処理された実操作量MV_F’が制御対象Pに出力される。
The
特許文献3で提案した技術によれば、基本操作量MVにフィードフォワード分の変更を施して、一定時間経過後にフィードフォワード分を0%に戻すような不連続な制御で発生する不具合を低減することができる。
The technology proposed in
ただし、制御技術の専門家ではない通常のオペレータ(制御技術ユーザ)が、フィードフォワード制御の実行結果を適切に評価できることはほとんどない。フィードフォワード分の操作量加算量(本発明では、特許文献3と区別するため、フィードフォワード量MV_Xとする)は、適切に評価しながら調整されなければならない。フィードフォワード量MV_Xが不適切であれば、フィードフォワード制御の効果は劣化する。しかしながら、制御技術の専門家ではない通常のオペレータにとって、フィードフォワード量MV_Xを適切に調整して、フィードフォワード制御の効果を高めることは困難であった。
However, it is rare for an ordinary operator (control technology user) who is not an expert in control technology to be able to properly evaluate the results of execution of feedforward control. The added amount of the manipulated variable for the feedforward portion (in this invention, to distinguish it from
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、適切なフィードフォワード量を合理的に推定することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a control device and control method that can rationally estimate an appropriate feedforward amount.
本発明の制御装置は、設定値と制御量とを入力として第1の操作量を制御周期毎に算出するように構成された操作量算出部と、外乱の印加前に有意の値となり外乱の印加後に非有意の値となるトリガー変数の入力に応じて、前記外乱の抑制に必要な第1のフィードフォワード量を制御周期毎に算出するように構成されたフィードフォワード算出部と、前記操作量算出部によって算出された前記第1の操作量に前記第1のフィードフォワード量を制御周期毎に加算するように構成されたフィードフォワード実行部と、前記第1の操作量に前記第1のフィードフォワード量を加算した第2の操作量を制御対象に出力するように構成された操作量出力部と、前記トリガー変数が入力された規定の第1の試行期間において前記第1のフィードフォワード量がゼロの状態で前記第1の操作量のみを前記第2の操作量として制御対象に出力させたときの外乱リカバリー応答前の整定時の前記第2の操作量と外乱リカバリーの整定後の前記第2の操作量の差を、ステップ外乱の抑制に必要な第2のフィードフォワード量の算出のための第1のパラメータとして推定するように構成された第1の推定部と、前記第1の試行期間において前記第2のフィードフォワード量が出力されたと仮定したときの前記第2の操作量の整定までの前記第2のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量を前記第1のパラメータに基づいて算出するように構成された総量算出部と、前記第1の試行期間における前記第2の操作量の整定までの前記第2の操作量の各制御周期の変化量の積算値である総量から前記第2のフィードフォワード量の総量を減算し、前記制御周期に前記減算の結果を乗算した値を、インパルス外乱の抑制に必要な第3のフィードフォワード量の算出のための第2のパラメータとして推定するように構成された第2の推定部と、前記トリガー変数が入力された規定の第2の試行期間において前記第2の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第3のフィードフォワード量のうち、前記第2の操作量が操作量上限値を上回る出力飽和または操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出するように構成された無効量算出部と、前記第2の試行期間において前記第2の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記第2の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第2のパラメータに乗算した補正値を、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして推定するように構成された補正部とを備え、前記フィードフォワード算出部は、前記第2の試行期間において前記トリガー変数が入力されたときに、前記第1のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第2のフィードフォワード量と前記第2のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第3のフィードフォワード量との和を前記第1のフィードフォワード量とし、前記第2の試行期間の後に前記トリガー変数が入力されたときに、前記第1のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第2のフィードフォワード量と前記補正部によって推定された前記補正のためのパラメータにより制御周期毎に算出される前記第3のフィードフォワード量との和を前記第1のフィードフォワード量とすることを特徴とするものである。 The control device of the present invention includes a manipulated variable calculation unit configured to calculate a first manipulated variable for each control cycle using a set value and a controlled variable as inputs, a feedforward calculation unit configured to calculate a first feedforward amount required to suppress a disturbance for each control cycle in response to an input of a trigger variable that is a significant value before the disturbance is applied and becomes a non-significant value after the disturbance is applied, a feedforward execution unit configured to add the first feedforward amount to the first manipulated variable calculated by the manipulated variable calculation unit for each control cycle , a manipulated variable output unit configured to output a second manipulated variable obtained by adding the first feedforward amount to the first manipulated variable to a control target, and a disturbance recovery when only the first manipulated variable is output to the control target as the second manipulated variable in a state in which the first feedforward amount is zero during a specified first trial period in which the trigger variable is input. a first estimation unit configured to estimate a difference between the second manipulated variable at the time of settling before a response and the second manipulated variable after settling of disturbance recovery as a first parameter for calculating a second feedforward amount required for suppressing a step disturbance; a total amount calculation unit configured to calculate a total amount that is an integrated value of the second feedforward amount for each control period until the second manipulated variable is settling when it is assumed that the second feedforward amount is output during the first trial period, based on the first parameter; and a total amount calculation unit configured to subtract the total amount of the second feedforward amount from a total amount that is an integrated value of an amount of change in the second manipulated variable for each control period until the second manipulated variable is settling during the first trial period , and to estimate a value obtained by multiplying the control period by a result of the subtraction as a second parameter for calculating a third feedforward amount required for suppressing an impulse disturbance. a reactive amount calculation unit configured to calculate an reactive amount which is an integrated value of the third feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit for each control period until the settling of the second manipulated variable in a specified second trial period in which the trigger variable is input, the reactive amount being an integrated value of the amount which is invalidated due to either output saturation in which the second manipulated variable exceeds an manipulated variable upper limit value or output saturation in which the second manipulated variable falls below an manipulated variable lower limit value; and a calculation unit configured to calculate a ratio between a total amount which is an integrated value of the third feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit for each control period until the settling of the second manipulated variable in the second trial period and a total amount which is an integrated value of the third feedforward amount for each control period that has not been invalidated due to the output saturation, based on the reactive amount, and to calculate a ratio such that a corresponding portion of the invalid amount is allocated within a range of the second manipulated variable that is not invalidated due to the output saturation. and a correction unit configured to estimate a correction value obtained by multiplying the second parameter by a rate as a parameter for correcting the third feedforward amount, wherein the feedforward calculation unit, when the trigger variable is input during the second trial period , sets the first feedforward amount to a sum of the second feedforward amount calculated for each control cycle based on the first parameter and the third feedforward amount calculated for each control cycle based on the second parameter, and, when the trigger variable is input after the second trial period, sets the first feedforward amount to a sum of the second feedforward amount calculated for each control cycle based on the first parameter and the third feedforward amount calculated for each control cycle using the parameter for correction estimated by the correction unit.
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記第3のフィードフォワード量は、前記第2のパラメータをKx2、前記第3のフィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定する時定数をTf、前記時定数を調整する係数をA、前記トリガー変数をFF_X、ラプラス演算子をsとしたとき、[Kx2s/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_Xにより算出されることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記補正部は、前記無効量をFF_N、前記第1の操作量と前記第1、第2、第3のフィードフォワード量との算出周期である前記制御周期をdt、前記比率をRHとしたとき、前記比率RHをKx2/(Kx2-FF_N×dt)により算出し、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして、前記第2のパラメータKx2の補正値をKx2×RHにより算出すると共に前記時定数Tfの補正値をTf×RHにより算出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記第2のフィードフォワード量は、前記第1のパラメータをKx1、前記第2のフィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定する時定数をTf、前記時定数を調整する係数をA、前記トリガー変数をFF_X、ラプラス演算子をsとしたとき、[Kx1/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_Xにより算出されることを特徴とするものである。
Moreover, in one configuration example of the control device of the present invention, the third feedforward amount is calculated by [Kx2s/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X, where the second parameter is Kx2, a time constant defining a time for gradually converging the third feedforward amount is Tf, a coefficient for adjusting the time constant is A, the trigger variable is FF_X, and a Laplace operator is s.
Furthermore, in one configuration example of the control device of the present invention, the correction unit calculates the ratio RH by Kx2/(Kx2-FF_N×dt), where FF_N is the reactive amount, dt is the control period which is a calculation period of the first manipulated variable and the first, second and third feedforward amounts, and RH is the ratio, and calculates, as parameters for correcting the third feedforward amount, a correction value of the second parameter Kx2 by Kx2×RH and a correction value of the time constant Tf by Tf×RH.
Moreover, in one configuration example of the control device of the present invention, the second feedforward amount is calculated by [Kx1/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X, where Kx1 is the first parameter, Tf is a time constant that specifies the time for gradually converging the second feedforward amount, A is a coefficient that adjusts the time constant, FF_X is the trigger variable, and s is a Laplace operator.
また、本発明の制御装置の1構成例は、前記フィードフォワード実行部によって算出された第2の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なうリミット処理部をさらに備え、前記操作量出力部は、前記リミット処理された第2の操作量を制御対象に出力し、前記第1の推定部と前記総量算出部と前記第2の推定部とは、前記リミット処理された第2の操作量を入力として処理を行い、前記無効量算出部は、前記トリガー変数が入力された規定の第2の試行期間において前記リミット処理された第2の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第3のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第2の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出し、前記補正部は、前記第2の試行期間において前記リミット処理された第2の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第2の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第2のパラメータに乗算した補正値を、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして推定することを特徴とするものである。 Moreover, one configuration example of the control device of the present invention further includes a limit processing unit that performs limit processing to limit a second manipulated variable calculated by the feedforward execution unit to a value equal to or greater than the manipulated variable lower limit value and equal to or less than the manipulated variable upper limit value, the manipulated variable output unit outputs the second manipulated variable that has been limited to a control target, the first estimator, the total amount calculator and the second estimator perform processing using the second manipulated variable that has been limited to as an input, and the reactive amount calculator calculates an output saturation or pre-limitation state in which the second manipulated variable before the limit processing exceeds the manipulated variable upper limit value among the third feedforward amounts calculated by the feedforward calculation unit for each control cycle until the second manipulated variable that has been limited to is settling during a specified second trial period in which the trigger variable is input. the correction unit calculates an invalid amount which is an integrated value of the amount invalidated by any of the output saturation below the operating amount lower limit value, and the correction unit calculates a ratio between a total amount which is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit until the second operating amount subjected to the limit processing is settled in the second trial period, and a total amount which is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount which was not invalidated by the output saturation, based on the invalid amount, and estimates a correction value obtained by multiplying the second parameter by the ratio as a parameter for correcting the third feedforward amount so that a corresponding portion of the invalid amount is distributed within a range of the second operating amount before the limit processing which is not invalidated by the output saturation .
また、本発明の制御方法は、設定値と制御量とを入力として第1の操作量を制御周期毎に算出する第1のステップと、外乱の印加前に有意の値となり外乱の印加後に非有意の値となるトリガー変数の入力に応じて、前記外乱の抑制に必要な第1のフィードフォワード量を制御周期毎に算出する第2のステップと、前記第1の操作量に前記第1のフィードフォワード量を制御周期毎に加算する第3のステップと、前記第1の操作量に前記第1のフィードフォワード量を加算した第2の操作量を制御対象に出力する第4のステップと、前記トリガー変数が入力された規定の第1の試行期間において前記第1のフィードフォワード量がゼロの状態で前記第1の操作量のみを前記第2の操作量として制御対象に出力させたときの外乱リカバリー応答前の整定時の前記第2の操作量と外乱リカバリーの整定後の前記第2の操作量の差を、ステップ外乱の抑制に必要な第2のフィードフォワード量の算出のための第1のパラメータとして推定する第5のステップと、前記第1の試行期間において前記第2のフィードフォワード量が出力されたと仮定したときの前記第2の操作量の整定までの前記第2のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量を前記第1のパラメータに基づいて算出する第6のステップと、前記第1の試行期間における前記第2の操作量の整定までの前記第2の操作量の各制御周期の変化量の積算値である総量から前記第2のフィードフォワード量の総量を減算し、前記制御周期に前記減算の結果を乗算した値を、インパルス外乱の抑制に必要な第3のフィードフォワード量の算出のための第2のパラメータとして推定する第7のステップと、前記トリガー変数が入力された規定の第2の試行期間において前記第2の操作量の整定までに前記第2のステップによって制御周期毎に算出された前記第3のフィードフォワード量のうち、前記第2の操作量が操作量上限値を上回る出力飽和または操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出する第8のステップと、前記第2の試行期間において前記第2の操作量の整定までに前記第2のステップによって算出された前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記第2の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第2のパラメータに乗算した補正値を、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして推定する第9のステップとを含み、前記第2のステップは、前記第2の試行期間において前記トリガー変数が入力されたときに、前記第1のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第2のフィードフォワード量と前記第2のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第3のフィードフォワード量との和を前記第1のフィードフォワード量とし、前記第2の試行期間の後に前記トリガー変数が入力されたときに、前記第1のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第2のフィードフォワード量と前記第9のステップによって推定された前記補正のためのパラメータにより制御周期毎に算出される前記第3のフィードフォワード量との和を前記第1のフィードフォワード量とするステップを含むことを特徴とするものである。 The control method of the present invention includes a first step of calculating a first manipulated variable for each control cycle using a set value and a controlled variable as inputs, a second step of calculating a first feedforward amount required for suppressing the disturbance for each control cycle in response to an input of a trigger variable that is a significant value before the application of the disturbance and becomes a non-significant value after the application of the disturbance, a third step of adding the first feedforward amount to the first manipulated variable for each control cycle , a fourth step of outputting a second manipulated variable obtained by adding the first feedforward amount to the first manipulated variable to a control target, and a fourth step of calculating the second manipulated variable at the time of settling before a disturbance recovery response and the second manipulated variable after settling of disturbance recovery when only the first manipulated variable is output to the control target in a state in which the first feedforward amount is zero during a first prescribed trial period in which the trigger variable is input. a fifth step of estimating the difference between the second manipulated variable and the second manipulated variable as a first parameter for calculating a second feedforward amount required to suppress a step disturbance; a sixth step of calculating a total amount which is an integrated value of the second feedforward amount for each control period until the second manipulated variable is settling when it is assumed that the second feedforward amount has been output during the first trial period, based on the first parameter; a seventh step of subtracting the total amount of the second feedforward amount from a total amount which is an integrated value of the amount of change of the second manipulated variable for each control period until the second manipulated variable is settling during the first trial period, and multiplying the result of the subtraction by the control period, as a second parameter for calculating a third feedforward amount required to suppress an impulse disturbance; an eighth step of calculating an invalid amount which is an integrated value of the third feedforward amount calculated in the second step for each control cycle until the second manipulated variable is settling during the second trial period and which is invalidated due to either output saturation in which the second manipulated variable exceeds an upper limit value or output saturation in which the second manipulated variable is below a lower limit value; and calculating a ratio between a total amount which is an integrated value of the third feedforward amount calculated in the second step for each control cycle until the second manipulated variable is settling during the second trial period and a total amount which is an integrated value of the third feedforward amount in each control cycle which is not invalidated due to the output saturation, based on the invalid amount , and calculating a correction value obtained by multiplying the second parameter by the ratio so that a corresponding amount of the invalid amount is distributed within a range of the second manipulated variable which is not invalidated due to the output saturation. and a ninth step of estimating the third feedforward amount as a parameter for correcting the third feedforward amount, wherein the second step includes a step of setting, when the trigger variable is input during the second trial period , the sum of the second feedforward amount calculated for each control cycle based on the first parameter and the third feedforward amount calculated for each control cycle based on the second parameter as the first feedforward amount, and when the trigger variable is input after the second trial period, setting, when the trigger variable is input after the second trial period, the sum of the second feedforward amount calculated for each control cycle based on the first parameter and the third feedforward amount calculated for each control cycle using the parameter for the correction estimated in the ninth step as the first feedforward amount.
また、本発明の制御方法の1構成例において、前記第3のフィードフォワード量は、前記第2のパラメータをKx2、前記第3のフィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定する時定数をTf、前記時定数を調整する係数をA、前記トリガー変数をFF_X、ラプラス演算子をsとしたとき、[Kx2s/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_Xにより算出されることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の1構成例において、前記第9のステップは、前記無効量をFF_N、前記第1の操作量と前記第1、第2、第3のフィードフォワード量との算出周期である前記制御周期をdt、前記比率をRHとしたとき、前記比率RHをKx2/(Kx2-FF_N×dt)により算出し、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして、前記第2のパラメータKx2の補正値をKx2×RHにより算出すると共に前記時定数Tfの補正値をTf×RHにより算出するステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の1構成例において、前記第2のフィードフォワード量は、前記第1のパラメータをKx1、前記第2のフィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定する時定数をTf、前記時定数を調整する係数をA、前記トリガー変数をFF_X、ラプラス演算子をsとしたとき、[Kx1/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_Xにより算出されることを特徴とするものである。
Moreover, in one configuration example of the control method of the present invention, the third feedforward amount is calculated by [Kx2s/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X, where the second parameter is Kx2, a time constant defining a time for gradually converging the third feedforward amount is Tf, a coefficient for adjusting the time constant is A, the trigger variable is FF_X, and a Laplace operator is s.
Furthermore, in one configuration example of the control method of the present invention, the ninth step is characterized in including a step of calculating the ratio RH by Kx2/(Kx2-FF_N×dt), where FF_N is the reactive amount, dt is the control period which is a calculation period of the first manipulated variable and the first, second and third feedforward amounts, and RH is the ratio, and calculating a correction value of the second parameter Kx2 by Kx2×RH and calculating a correction value of the time constant Tf by Tf×RH as parameters for correcting the third feedforward amount.
Moreover, in one configuration example of the control method of the present invention, the second feedforward amount is calculated by [Kx1/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X, where Kx1 is the first parameter, Tf is a time constant that specifies a time for gradually converging the second feedforward amount, A is a coefficient that adjusts the time constant, FF_X is the trigger variable, and s is a Laplace operator.
また、本発明の制御方法の1構成例は、前記第3のステップによって算出された第2の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第10のステップを含み、前記第4のステップは、前記リミット処理された第2の操作量を制御対象に出力するステップを含み、前記第5、第6、第7のステップは、前記リミット処理された第2の操作量を入力として処理を行い、前記第8のステップは、前記トリガー変数が入力された規定の第2の試行期間において前記リミット処理された第2の操作量の整定までに前記第2のステップによって制御周期毎に算出された前記第3のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第2の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出するステップを含み、前記第9のステップは、前記第2の試行期間において前記リミット処理された第2の操作量の整定までに前記第2のステップによって算出された前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第2の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第2のパラメータに乗算した補正値を、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして推定するステップを含むことを特徴とするものである。
Moreover, one configuration example of the control method of the present invention includes a tenth step of performing limit processing to limit the second manipulated variable calculated in the third step to a value equal to or greater than the manipulated variable lower limit value and equal to or less than the manipulated variable upper limit value, the fourth step includes a step of outputting the limit-processed second manipulated variable to a control target, the fifth, sixth, and seventh steps perform processing using the limit-processed second manipulated variable as an input, and the eighth step includes a step of outputting an output saturation where the second manipulated variable before the limit processing exceeds the manipulated variable upper limit value or falls below the manipulated variable lower limit value among the third feedforward amounts calculated in the second step for each control cycle until the limit-processed second manipulated variable is settling during a specified second trial period in which the trigger variable is input. the ninth step includes a step of calculating an invalid amount which is an integrated value of the amount invalidated by any one of the above sums, and the ninth step includes a step of calculating a ratio between a total amount which is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount calculated by the second step until the second operation amount which has been limited processed is settling in the second trial period, and a total amount which is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount which has not been invalidated by the output saturation, based on the invalid amount, and estimating a correction value obtained by multiplying the second parameter by the ratio as a parameter for correcting the third feedforward amount so that a corresponding portion of the invalid amount is distributed within a range of the second operation amount before the limit processing which is not invalidated by the output saturation .
本発明によれば、第1の推定部がステップ外乱の抑制に必要な第2のフィードフォワード量の算出のための第1のパラメータを推定し、第2の推定部がインパルス外乱の抑制に必要な第3のフィードフォワード量の算出のための第2のパラメータを推定し、無効量算出部が第3のフィードフォワード量のうち出力飽和によって無効化された総量である無効量を算出し、補正部がフィードフォワード算出部によって算出された第3のフィードフォワード量の総量と出力飽和によって無効化されなかった第3のフィードフォワード量の総量との比率を無効量に基づいて算出して、出力飽和によって無効化されない第2の操作量の範囲内に無効量の相当分が配分されるように、比率に基づいて第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータを推定することにより、外乱リカバリー制御の実行結果(試行結果)に基づいて、適切な第1のフィードフォワード量を合理的に推定することができる。本発明では、フィードフォワード量が出力飽和の影響を受けて無効化されることを防ぐことができる。その結果、本発明では、フィードフォワード制御の効果を高めることができる。 According to the present invention, the first estimation unit estimates a first parameter for calculating the second feedforward amount required to suppress step disturbances, the second estimation unit estimates a second parameter for calculating the third feedforward amount required to suppress impulse disturbances, the invalid amount calculation unit calculates an invalid amount which is the total amount of the third feedforward amount that has been invalidated due to output saturation, and the correction unit calculates the ratio between the total amount of the third feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit and the total amount of the third feedforward amount that has not been invalidated due to output saturation based on the invalid amount, and estimates a parameter for correcting the third feedforward amount based on the ratio so that a corresponding amount of the invalid amount is distributed within the range of the second operation amount that is not invalidated due to output saturation. This makes it possible to rationally estimate an appropriate first feedforward amount based on the execution result (trial result) of disturbance recovery control. In this invention, it is possible to prevent the feedforward amount from being invalidated due to the influence of output saturation. As a result, this invention makes it possible to enhance the effect of feedforward control.
[発明の原理]
本発明では、特許文献3で提案した技術などが特に適用対象とする外乱リカバリー応答を適用対象とする。適用対象の外乱には、大きく分けてインパルス外乱とステップ外乱の2種類がある。
[Principle of the Invention]
The present invention is applied to a disturbance recovery response, which is particularly applicable to the technique proposed in
インパルス外乱は、外乱リカバリー応答の前後で整定時の実操作量MV_Fにほぼ変化が生じない外乱であり、一時的かつ衝撃のような外乱である。ステップ外乱は、外乱リカバリー応答の前後で整定時の実操作量MV_Fに顕著な変化が生じる外乱であり、整定状態という平衡点自体が変化する外乱である。なお、特許文献3で提案した技術は、インパルス外乱に特に適している。
An impulse disturbance is a disturbance in which the actual operating amount MV_F at settling time changes little before and after the disturbance recovery response, and is a temporary, shock-like disturbance. A step disturbance is a disturbance in which the actual operating amount MV_F at settling time changes significantly before and after the disturbance recovery response, and is a disturbance in which the equilibrium point itself, known as the settling state, changes. The technology proposed in
インパルス外乱のみであれば、フィードバック制御のみによる外乱リカバリー制御(制御量PVを設定値SPに復帰させる制御)での実操作量MV_Fの変化量総量ΔMV_impを目安にフィードフォワード量MV_Xを適正化できる。また、ステップ外乱のみであれば、フィードバック制御のみによる外乱リカバリー応答前後の実操作量差ΔMV_stpを目安にフィードフォワード量MV_Xを適正化できる。特に調整が難しいのは、インパルス外乱とステップ外乱の両方が同時に発生する外乱(本発明では混合外乱とする)である。 If there is only an impulse disturbance, the feedforward amount MV_X can be optimized using the total amount of change ΔMV_imp in the actual operation amount MV_F in disturbance recovery control by feedback control alone (control that returns the control amount PV to the set value SP) as a guide. Also, if there is only a step disturbance, the feedforward amount MV_X can be optimized using the actual operation amount difference ΔMV_stp before and after the disturbance recovery response by feedback control alone as a guide. Disturbances in which both impulse disturbances and step disturbances occur simultaneously (referred to as a mixed disturbance in this invention) are particularly difficult to adjust.
発明者は、鋭意研究の結果、以下の(I)、(II)の手順でフィードフォワード量MV_Xを推定できることを突き止め、(I)、(II)の手順の制御方法を提案した(特願2020-016891)。 As a result of extensive research, the inventors have discovered that the feedforward amount MV_X can be estimated by the following steps (I) and (II), and have proposed a control method that follows steps (I) and (II) (Patent Application No. 2020-016891).
(I)少なくともフィードバック制御による外乱リカバリー制御(またはフィードバック制御のみの外乱リカバリー制御)を実行し、外乱リカバリー応答前後の実操作量差ΔMV_stpを目安にステップ外乱に必要なフィードフォワード量MV_X1を推定する。理論的には、適正なフィードフォワード量MV_X1は、実操作量差ΔMV_stpに比例する。 (I) At least execute disturbance recovery control using feedback control (or disturbance recovery control using only feedback control), and estimate the feedforward amount MV_X1 required for the step disturbance based on the actual control variable difference ΔMV_stp before and after the disturbance recovery response. Theoretically, the appropriate feedforward amount MV_X1 is proportional to the actual control variable difference ΔMV_stp.
(II)上記(I)で実行した外乱リカバリー制御において、実操作量MV_Fの変化量総量ΔMV_allを算出し、(I)で推定したステップ外乱に必要なフィードフォワード量MV_X1の総量MV_X1_allを減算した実操作量MV_Fの変化量総量ΔMV_impを目安にインパルス外乱に必要なフィードフォワード量MV_X2を推定する。理論的には、適正なフィードフォワード量MV_X2は、実操作量MV_Fの変化量総量ΔMV_impに概ね比例する。 (II) In the disturbance recovery control executed in (I) above, the total amount of change ΔMV_all in the actual control variable MV_F is calculated, and the feedforward amount MV_X2 required for the impulse disturbance is estimated based on the total amount of change ΔMV_imp in the actual control variable MV_F obtained by subtracting the total amount of feedforward amount MV_X1 required for the step disturbance estimated in (I) MV_X1_all. Theoretically, the appropriate feedforward amount MV_X2 is roughly proportional to the total amount of change ΔMV_imp in the actual control variable MV_F.
上記の(I)、(II)の手順により、フィードフォワード量MV_Xの概ね適切な推定が可能である。ただし、図18に示したようなフィードフォワード量は実操作量MV_Fを一時的に大きく変動させる動作になるので、実操作量MV_Fの上限値OHあるいは下限値OLを超える出力飽和に至る可能性が高い。このような出力飽和が生じた場合、想定されているフィードフォワード量が確保できなくなる。すなわち、特に調整が難しいのは、インパルス外乱に必要なフィードフォワード量が出力飽和による影響を受けてしまう場合である。 The above steps (I) and (II) make it possible to estimate the feedforward amount MV_X appropriately. However, because the feedforward amount as shown in FIG. 18 causes the actual operation amount MV_F to fluctuate significantly temporarily, there is a high possibility that output saturation will occur that exceeds the upper limit OH or lower limit OL of the actual operation amount MV_F. When such output saturation occurs, the expected feedforward amount cannot be secured. In other words, adjustments are particularly difficult when the feedforward amount required for impulse disturbances is affected by output saturation.
発明者は、鋭意研究の結果、上記の(I)、(II)の手順に以下の(III)の手順を加えることにより、特願2020-016891で提案した制御方法よりも更に適正なフィードフォワード量MV_Xを推定できることを突き止めた。なお、本発明では、外乱印加のタイミングが既知であることにより、フィードフォワード動作を加えるタイミングを、自動決定できることを前提とする。また、本発明では、フィードバック制御として例えばPID制御を採用することにより、コントローラパラメータであるPIDパラメータに基づいて、フィードフォワード量MV_Xを収束させる時間のパラメータTfを、一意的に自動決定できることを前提とする。 As a result of intensive research, the inventors have found that by adding the following procedure (III) to the above procedures (I) and (II), it is possible to estimate a more accurate feedforward amount MV_X than the control method proposed in Japanese Patent Application No. 2020-016891. Note that this invention is premised on the fact that the timing of applying the disturbance is known, and therefore the timing of applying the feedforward operation can be automatically determined. In addition, this invention is premised on the fact that, by employing, for example, PID control as feedback control, the parameter Tf for the time at which the feedforward amount MV_X converges can be automatically and uniquely determined based on the PID parameters, which are controller parameters.
(III) 上記の(I)、(II)の手順で推定したステップ外乱に対するフィードフォワード制御(フィードフォワード量MV_X1)とインパルス外乱に対するフィードフォワード制御(フィードフォワード量MV_X2)とフィードバック制御とで外乱リカバリー制御を再度実行し、出力飽和により無効化されたフィードフォワード量の総量(無効量FF_N)とインパルス外乱に対するフィードフォワード量MV_X2とにより算出される比率RHを目安に、出力飽和により無効化されない実操作量MV_Fの範囲内に無効量FF_Nの相当分が配分されるように、フィードフォワード量MV_X2の補正量MV_X2Hを推定する。 (III) Disturbance recovery control is executed again using the feedforward control for step disturbances (feedforward amount MV_X1) estimated in the above steps (I) and (II), the feedforward control for impulse disturbances (feedforward amount MV_X2), and feedback control, and a correction amount MV_X2H for the feedforward amount MV_X2 is estimated based on the ratio RH calculated from the total amount of feedforward amounts invalidated due to output saturation (invalid amount FF_N) and the feedforward amount MV_X2 for impulse disturbances, so that the equivalent amount of the invalid amount FF_N is distributed within the range of the actual operating amount MV_F that is not invalidated due to output saturation.
すなわち、本発明では、フィードフォワード量MV_Xを特に高精度にするためには、上記のように2回の外乱リカバリー応答を確認すればよい。2回で済むということは、合理的かつ効率的な手順になる。 In other words, in the present invention, in order to make the feedforward amount MV_X particularly accurate, it is sufficient to check the disturbance recovery response two times as described above. The fact that only two times is sufficient makes it a rational and efficient procedure.
[実施例]
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施例に係る制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、設定値SPと制御量PVとを入力として基本操作量MV(第1の操作量)をPID演算により算出する操作量算出部1と、外乱の印加前に有意の値となり外乱の印加後に非有意の値となるトリガー変数FF_Xの入力に応じて、外乱の抑制に必要なフィードフォワード量MV_X(第1のフィードフォワード量)を算出するフィードフォワード算出部2と、操作量算出部1によって算出された基本操作量MVにフィードフォワード量MV_Xを加算して実操作量MV_F(第2の操作量)とするフィードフォワード実行部3とを備えている。
[Example]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a block diagram showing the configuration of a control device according to an embodiment of the present invention. The control device includes a manipulated
また、制御装置は、トリガー変数FF_Xが入力された規定の第1の試行期間において少なくとも基本操作量MVを含む実操作量MV_Fを制御対象に出力させたときの外乱リカバリー応答前後の実操作量差ΔMV_stpに基づいて、ステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量MV_X1(第2のフィードフォワード量)の算出のためのパラメータKx1(第1のパラメータ)を推定するステップ対応推定部4(第1の推定部)と、第1の試行期間においてフィードフォワード量MV_X1が出力されたと仮定したときのフィードフォワード量MV_X1の総量MV_X1_allをパラメータKx1に基づいて算出する総量算出部5と、第1の試行期間における実操作量MV_Fの変化量総量ΔMV_allからフィードフォワード量MV_X1の総量を減算して、この減算結果ΔMV_impに基づいて、インパルス外乱の抑制に必要なフィードフォワード量MV_X2(第3のフィードフォワード量)の算出のためのパラメータKx2(第2のパラメータ)を推定するインパルス対応推定部6(第2の推定部)とを備えている。 The control device also includes a step response estimation unit 4 (first estimation unit) that estimates a parameter Kx1 (first parameter) for calculating a feedforward amount MV_X1 (second feedforward amount) required to suppress a step disturbance based on the actual operation amount difference ΔMV_stp before and after the disturbance recovery response when the actual operation amount MV_F including at least the basic operation amount MV is output to the control object during a specified first trial period in which the trigger variable FF_X is input, and a step response estimation unit 5 (first estimation unit) that estimates a parameter Kx1 (first parameter) for calculating a feedforward amount MV_X1 (second feedforward amount) required to suppress a step disturbance based on the actual operation amount difference ΔMV_stp before and after the disturbance recovery response when the actual operation amount MV_F including at least the basic operation amount MV is output to the control object during a specified first trial period in which the trigger variable FF_X is input, and The system includes a total amount calculation unit 5 that calculates the total amount MV_X1_all of the feedforward amount MV_X1 when the actual operation amount MV_F is equal to or greater than the first trial period based on a parameter Kx1, and an impulse response estimation unit 6 (second estimation unit) that subtracts the total amount of the feedforward amount MV_X1 from the total amount of change ΔMV_all of the actual operation amount MV_F during the first trial period, and estimates a parameter Kx2 (second parameter) for calculating the feedforward amount MV_X2 (third feedforward amount) required to suppress the impulse disturbance based on the subtraction result ΔMV_imp.
さらに、制御装置は、トリガー変数FF_Xが入力された規定の第2の試行期間においてフィードフォワード算出部2によって算出されたフィードフォワード量MV_X2のうち、実操作量MV_Fが操作量上限値OHを上回る出力飽和または操作量下限値OLを下回る出力飽和のいずれかによって無効化された総量である無効量FF_Nを算出する無効量算出部7と、第2の試行期間においてフィードフォワード算出部2によって算出されたフィードフォワード量MV_X2の総量と出力飽和によって無効化されなかったフィードフォワード量MV_X2の総量との比率を無効量FF_Nに基づいて算出し、出力飽和によって無効化されない実操作量MV_Fの範囲内に無効量FF_Nの相当分が配分されるように、比率に基づいてフィードフォワード量MV_X2の補正のためのパラメータを推定するインパルス対応補正部8と、ステップ対応推定部4とインパルス対応推定部6とインパルス対応補正部8の推定結果をフィードフォワード算出部2に設定する推定結果出力部9と、フィードフォワード実行部3で算出された実操作量MV_Fを操作量下限値OL以上で操作量上限値OH以下の値に制限するリミット処理を行なうリミット処理部10と、リミット処理された実操作量MV_F’(第2の操作量)を制御対象に出力する操作量出力部11とを備えている。
図2は本実施例の制御系のブロック線図である。図2のPは制御対象を示している。
Furthermore, the control device includes an invalid
2 is a block diagram of the control system of this embodiment, in which P indicates a controlled object.
次に、本実施例の制御装置の動作を図3、図4を参照して説明する。設定値SP(例えば温度設定値)は、制御装置のオペレータなどによって設定され、操作量算出部1に入力される(図3ステップS100)。 Next, the operation of the control device of this embodiment will be described with reference to Figures 3 and 4. The set value SP (e.g., temperature set value) is set by an operator of the control device, etc., and input to the operation amount calculation unit 1 (Figure 3, step S100).
制御量PV(例えば温度計測値)は、図示しない計測器(例えば被加熱物の温度を計測する温度センサ)によって計測され、操作量算出部1に入力される(図3ステップS101)。 The controlled variable PV (e.g., a temperature measurement value) is measured by a measuring device (not shown) (e.g., a temperature sensor that measures the temperature of the heated object) and input to the manipulated variable calculation unit 1 (step S101 in FIG. 3).
操作量算出部1は、設定値SPと制御量PVとを入力として、制御量PVが設定値SPと一致するように、例えば以下の伝達関数式のようなPID演算を行って基本操作量MVを算出する(図3ステップS102)。
MV=(100/Pb){1+(1/Tis)+Tds}(SP-PV)
・・・(5)
Pbは比例帯、Tiは積分時間、Tdは微分時間、sはラプラス演算子である。
The manipulated
MV=(100/Pb) {1+(1/Tis)+Tds}(SP-PV)
...(5)
Pb is the proportional band, Ti is the integral time, Td is the differential time, and s is the Laplace operator.
フィードフォワード算出部2は、フィードフォワード制御の実行時にフィードフォワード量MV_Xを算出するが、外乱の印加前に1(有意の値)となり外乱の印加後に0(非有意の値)となるトリガー変数FF_Xが0の場合(図3ステップS103においてNO)、フィードバック制御のみでフィードフォワード制御を実行しないものとして、フィードフォワード量MV_Xを0にする(図3ステップS104)。
The
フィードフォワード実行部3は、操作量算出部1によって算出された基本操作量MVに、フィードフォワード算出部2によって算出されたフィードフォワード量MV_Xを加算した結果を実操作量MV_Fとして算出する(図3ステップS105)。
MV_F=MV+MV_X ・・・(6)
The
MV_F=MV+MV_X...(6)
ここでは、MV_X=0なので、MV_F=MVである。リミット処理部10は、フィードフォワード実行部3によって算出された実操作量MV_Fを所定の操作量下限値OL以上の値に制限する下限リミット処理と、実操作量MV_Fを所定の操作量上限値OH以下の値に制限する上限リミット処理とを行なう(図3ステップS106)。
IF MV_F<OL THEN MV_F’=OL ・・・(7)
IF MV_F>OH THEN MV_F’=OH ・・・(8)
つまり、リミット処理部10は、実操作量MV_Fが操作量下限値OLより小さい場合、実操作量MV_F’=OLとし、実操作量MV_Fが操作量上限値OHより大きい場合、実操作量MV_F’=OHとする。
Here, since MV_X = 0, MV_F = MV. The
IF MV_F<OL THEN MV_F'=OL...(7)
IF MV_F>OH THEN MV_F'=OH...(8)
That is, when the actual manipulated variable MV_F is smaller than the manipulated variable lower limit OL, the
操作量出力部11は、リミット処理部10でリミット処理された実操作量MV_F’を制御対象に出力する(図3ステップS107)。実操作量MV_F’の出力先は、ヒータやバルブなどの操作部(不図示)である。ヒータの場合には、実操作量MV_F’の実際の出力先は、ヒータに電力を供給する電力調整器(不図示)となる。
The manipulated
制御装置は、図3のステップS100~S107の処理を例えばオペレータの指示によって制御が終了するまで(図3ステップS108においてYES)、制御周期毎に実行する。 The control device executes steps S100 to S107 in FIG. 3 every control cycle until control is terminated, for example, by an operator's instruction (YES in step S108 in FIG. 3).
次に、トリガー変数FF_Xが1(有意の値)になったときの動作を説明する。本実施例では、外乱印加のタイミングが既知であることにより、フィードフォワード制御の実行のタイミングを自動決定できることを前提としており、本実施例の制御装置が適用されるシステムにおいて、制御中に想定される外乱を抑制するために、外部機器から制御装置に対して規定のタイミングでトリガー変数FF_X=1が自動的に入力されることを前提としている。 Next, we will explain the operation when the trigger variable FF_X becomes 1 (a significant value). In this embodiment, it is assumed that the timing of applying the disturbance is known, and therefore the timing of executing feedforward control can be automatically determined. In a system to which the control device of this embodiment is applied, it is assumed that the trigger variable FF_X = 1 is automatically input from an external device to the control device at a specified timing in order to suppress disturbances that are anticipated during control.
例えば薬品の製造装置において、薬品製造の炉の扉が開くことによって炉内の温度が変動するという状況がある。この場合、炉の温度を制御する制御装置(外部機器)は、炉の扉が開くタイミング(外乱印加のタイミング)よりも前の時点で本実施例の制御装置に対してトリガー変数FF_X=1を送信する。 For example, in a pharmaceutical manufacturing device, there is a situation where the temperature inside the pharmaceutical manufacturing furnace fluctuates when the door of the furnace is opened. In this case, the control device (external device) that controls the temperature of the furnace sends a trigger variable FF_X = 1 to the control device of this embodiment at a point in time before the door of the furnace opens (the timing of applying the disturbance).
同様に、設定値SP(温度設定値)が一定のリフロー炉において、はんだ付けの対象となるプリント基板が定期的に投入されることによって温度が変動するという状況がある。この場合、プリント基板の搬送を制御する制御装置(外部機器)は、リフロー炉にプリント基板が投入されるタイミング(外乱印加のタイミング)よりも前の時点で本実施例の制御装置に対してトリガー変数FF_X=1を送信する。 Similarly, in a reflow furnace with a constant set value SP (temperature set value), there is a situation where the temperature fluctuates due to the periodic introduction of printed circuit boards to be soldered. In this case, the control device (external device) that controls the transportation of the printed circuit boards sends a trigger variable FF_X = 1 to the control device of this embodiment at a point in time prior to the timing at which the printed circuit boards are introduced into the reflow furnace (timing at which the disturbance is applied).
また、外部機器は、外乱の印加が終了した時点から所定時間後にトリガー変数FF_Xを0(非有意の値)にする。このトリガー変数FF_Xを0にするタイミングは、外乱印加後に実操作量MV_F’が整定するタイミングよりも後のタイミングに設定する必要がある。
なお、外乱印加のタイミングに対してトリガー変数FF_Xを1にするタイミングをどの程度前にすべきかについては後述する。
Furthermore, the external device sets the trigger variable FF_X to 0 (insignificant value) a predetermined time after the application of the disturbance ends. The timing for setting the trigger variable FF_X to 0 needs to be set to a timing later than the timing at which the actual manipulated variable MV_F′ is settled after the application of the disturbance.
The extent to which the trigger variable FF_X should be set to 1 relative to the timing of application of the disturbance will be described later.
ステップ対応推定部4は、トリガー変数FF_Xが0から1になったとき(図3ステップS103においてYES)、トリガー変数FF_Xが1になった1回目の外乱リカバリー制御の期間(第1の試行期間)においては(図3ステップS109においてYES)、FF_X=0のときと同様にフィードバック制御のみでフィードフォワード制御を実行しないものとして、フィードフォワード算出部2からフィードフォワード量MV_X=0を出力させる(図3ステップS110)。
When the trigger variable FF_X changes from 0 to 1 (YES in step S103 in FIG. 3), during the first disturbance recovery control period (first trial period) in which the trigger variable FF_X becomes 1 (YES in step S109 in FIG. 3), the step
図3のステップS111~S113の処理は、ステップS105~S107の処理と同じである。そして、ステップ対応推定部4とインパルス対応推定部6とは、フィードフォワード実行部3によって算出されリミット処理部10によって処理された実操作量MV_F’を時刻と共に記憶する(図3ステップS114)。
The processing of steps S111 to S113 in FIG. 3 is the same as the processing of steps S105 to S107. Then, the step
ステップ対応推定部4は、トリガー変数FF_Xが1になった1回目の外乱リカバリー制御において、実操作量MV_F’が整定したと判定した場合(図3ステップS115においてYES)、外乱リカバリー応答前後の実操作量差ΔMV_stpを算出する(図3ステップS116)。実操作量差ΔMV_stpは、ステップS115において整定したと判定したときの実操作量MV_F’の整定値と外乱印加前の実操作量MV_F’(トリガー変数FF_Xが1になる直前の実操作量MV_F’の整定値)との差である。
When the step
そして、ステップ対応推定部4は、ステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量MV_X1の算出のためのパラメータKx1の適正値を次式のように推定する(図3ステップS117)。
Kx1=ΔMV_stp ・・・(9)
すなわち、本実施例では、ステップ対応推定部4は、実操作量差ΔMV_stpをそのままパラメータKx1とする。
Then, the
Kx1=ΔMV_stp...(9)
That is, in this embodiment, the
推定結果出力部9は、ステップ対応推定部4によって推定されたパラメータKx1の値をフィードフォワード算出部2に設定する(図3ステップS118)。このように、推定したパラメータKx1の値をフィードフォワード算出部2に自動設定してもよいし、パラメータKx1の値を画面に表示してオペレータに確認させた上でオペレータが手動でフィードフォワード算出部2に設定してもよい。パラメータKx1の設定により、後述のようにフィードフォワード算出部2がフィードフォワード量MV_X1を逐次的に算出できるようになる。
The estimation
ステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量MV_X1の算出式は次式のようになる。
MV_X1
=[Kx1/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X
・・・(10)
The feedforward amount MV_X1 required for suppressing the step disturbance is calculated as follows:
MV_X1
= [Kx1/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X
...(10)
また、インパルス外乱の抑制に必要なフィードフォワード量MV_X2の算出式は次式のようになる。
MV_X2
=[Kx2s/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X
・・・(11)
The feedforward amount MV_X2 required for suppressing the impulse disturbance is calculated as follows:
MV_X2
= [Kx2s/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X
...(11)
式(10)、式(11)において、Tfはフィードフォワード量MV_X1,MV_X2を徐々に収束させる時間を規定するパラメータ(時定数)である。時定数Tfは、フィードバック制御系などの情報に基づいて事前に設定しておくことができる。 In equations (10) and (11), Tf is a parameter (time constant) that specifies the time for gradually converging the feedforward amounts MV_X1 and MV_X2. The time constant Tf can be set in advance based on information about the feedback control system, etc.
式(10)、式(11)のAは時定数Tfのバランスを調整する係数(Aは0より大きい実数)である。本実施例では、A=1.0としている。
上記のとおり、パラメータKx1は、ステップ対応推定部4によって推定された値であり、基本操作量MVに対するフィードフォワード分の加減算量の実質的に目標値である。式(10)により、フィードフォワード量MV_X1は、ゼロ値からパラメータKx1の値へと徐々に収束する。
In the formulas (10) and (11), A is a coefficient (A is a real number greater than 0) that adjusts the balance of the time constant Tf. In this embodiment, A=1.0.
As described above, the parameter Kx1 is a value estimated by the
また、式(11)のKx2は、インパルス外乱の抑制に必要なフィードフォワード量MV_X2の算出のためのパラメータであり、基本操作量MVに対するフィードフォワード分の加減算量の総量(各制御周期の加減算量の積算値)の実質的に目標値である。式(11)により、フィードフォワード量MV_X2は、その総量(各制御周期の積算値)がパラメータKx2の値に近づいた後に、フィードフォワード量MV_X2自体はゼロ値へと徐々に収束する。
なお、式(10)、式(11)は、フィードフォワード算出部2に記憶されている。
Furthermore, Kx2 in formula (11) is a parameter for calculating the feedforward amount MV_X2 required to suppress impulse disturbances, and is substantially a target value for the total amount of addition and subtraction of the feedforward portion for the basic manipulated variable MV (the integrated value of the addition and subtraction amounts for each control cycle). According to formula (11), after the total amount (the integrated value for each control cycle) of the feedforward amount MV_X2 approaches the value of the parameter Kx2, the feedforward amount MV_X2 itself gradually converges to zero.
It should be noted that the formulas (10) and (11) are stored in the
次に、総量算出部5は、トリガー変数FF_Xが1になった1回目の外乱リカバリー制御においてステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量MV_X1が出力されたと仮定したときの実操作量MV_F’の整定までのフィードフォワード量MV_X1の総量MV_X1_all(各制御周期の加減算量の積算値)を算出する(図3ステップS119)。ステップ対応推定部4によってパラメータKx1の値が推定されたので、トリガー変数FF_Xが1になった時点から出力されるフィードフォワード量MV_X1は、上記の式(10)によって算出することができる。
Next, the total
インパルス対応推定部6は、外乱印加前の実操作量MV_F’(トリガー変数FF_Xが1になる直前の実操作量MV_F’の整定値)に対して、トリガー変数FF_Xが1になった1回目の外乱リカバリー制御における実操作量MV_F’の変化量総量ΔMV_all(各制御周期の変化量の積算値)を、記憶している実操作量MV_F’の時系列データに基づいて算出する(図3ステップS120)。なお、本実施例では、トリガー変数FF_Xが1になった1回目の外乱リカバリー制御の場合、実操作量MV_Fは基本操作量MVのみが含まれる形態としているので、MV_F=MVである。
The impulse
続いて、インパルス対応推定部6は、ステップS120で算出した実操作量MV_F’の変化量総量ΔMV_allから総量算出部5によって算出されたフィードフォワード量MV_X1の総量MV_X1_allを減算した変化量総量ΔMV_impを算出する(図3ステップS121)。
ΔMV_imp=ΔMV_all-MV_X1_all ・・・(12)
Next, the impulse-
ΔMV_imp=ΔMV_all−MV_X1_all (12)
さらに、インパルス対応推定部6は、インパルス外乱の抑制に必要なフィードフォワード量MV_X2の算出のためのパラメータKx2の適正値を次式のように推定する(図3ステップS122)。
Kx2=ΔMV_imp×dt ・・・(13)
Furthermore, the impulse
Kx2=ΔMV_imp×dt...(13)
式(13)において、dtは制御周期(基本操作量MVとフィードフォワード量MV_X1,MV_X2,MV_Xの算出周期)であり、単位はsec.である。 In equation (13), dt is the control period (the calculation period for the basic manipulated variable MV and the feedforward variables MV_X1, MV_X2, and MV_X) in seconds.
推定結果出力部9は、インパルス対応推定部6によって推定されたパラメータKx2の値をフィードフォワード算出部2に設定する(図3ステップS123)。このように、推定したパラメータKx2の値をフィードフォワード算出部2に自動設定してもよいし、パラメータKx2の値を画面に表示してオペレータに確認させた上でオペレータが手動でフィードフォワード算出部2に設定してもよい。パラメータKx2の設定により、フィードフォワード算出部2がフィードフォワード量MV_X2を逐次的に算出できるようになる。
The estimation
ステップS109~S123までの処理が上記の(I)、(II)の手順に相当する処理フローになる。これにより、実用上ほぼ問題ない程度のパラメータKx1,Kx2の適正値を推定することができる。なお、ステップS116~S123の処理は、実操作量MV_F’が整定したときに1回行えばよい。
上記のとおり、外乱印加が終了した後の規定のタイミングでトリガー変数FF_Xは1から0に戻る。
The process from step S109 to step S123 corresponds to the above-mentioned steps (I) and (II). This makes it possible to estimate appropriate values for the parameters Kx1 and Kx2 that are practically acceptable. Note that the process from step S116 to step S123 only needs to be performed once when the actual manipulated variable MV_F' has settled.
As described above, the trigger variable FF_X returns from 1 to 0 at a prescribed timing after the application of the disturbance ends.
次に、フィードフォワード算出部2は、トリガー変数FF_Xが0から1になったとき(ステップS103においてYES)、トリガー変数FF_Xが1になった2回目の外乱リカバリー制御の期間(第2の試行期間)においては(図4ステップS124においてYES)、フィードフォワード+フィードバック制御を実行するため、式(10)によりステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量MV_X1を算出する(図4ステップS125)。このフィードフォワード量MV_X1の算出と同時に、フィードフォワード算出部2は、式(11)によりインパルス外乱の抑制に必要なフィードフォワード量MV_X2を算出する(図4ステップS126)。
Next, when the trigger variable FF_X changes from 0 to 1 (YES in step S103), the
そして、フィードフォワード算出部2は、次式のようにフィードフォワード量MV_X1とMV_X2とを加算したフィードフォワード量MV_Xを算出する(図4ステップS127)。
MV_X=MV_X1+MV_X2 ・・・(14)
Then, the
MV_X=MV_X1+MV_X2...(14)
図4のステップS128~S130の処理は、ステップS105~S107の処理と同じである。そして、無効量算出部7とインパルス対応補正部8とは、フィードフォワード実行部3によって算出されリミット処理部10によって処理された実操作量MV_F’と、フィードフォワード算出部2によって算出されたフィードフォワード量MV_X2,MV_Xとを、時刻と共に記憶する(図4ステップS131)。
The processing in steps S128 to S130 in FIG. 4 is the same as the processing in steps S105 to S107. The reactive
無効量算出部7は、トリガー変数FF_Xが1になった2回目の外乱リカバリー制御において、実操作量MV_F’が整定したときに(図4ステップS132においてYES)、実操作量MV_F’の整定までにフィードフォワード算出部2によって算出されたフィードフォワード量MV_X2のうち、実操作量MV_Fが操作量上限値OHを上回る出力飽和または操作量下限値OLを下回る出力飽和のいずれかによって無効化された総量である無効量FF_Nを算出する(図4ステップS133)。
When the actual control input MV_F' settles during the second disturbance recovery control in which the trigger variable FF_X becomes 1 (YES in step S132 in FIG. 4), the invalid
具体的には、無効量算出部7は、実操作量MV_Fが操作量上限値OHを上回る出力飽和の場合、制御周期毎に得られたフィードフォワード量MV_Xと操作量上限値OHとの差分MV_X-OHのうち正の差分の積算値を無効量FF_Nとすればよい。また、無効量算出部7は、実操作量MV_Fが操作量下限値OLを下回る出力飽和の場合、制御周期毎に得られたフィードフォワード量MV_Xと操作量上限値OHとの差分MV_X-OLのうち負の差分の積算値を無効量FF_Nとすればよい。
Specifically, in the case of output saturation where the actual manipulated variable MV_F exceeds the manipulated variable upper limit value OH, the reactive
なお、出力飽和においては、フィードフォワード量MV_X2だけでなく、基本操作量MVまたはフィードフォワード量MV_X1が部分的に無効化される場合が有り得る。しかしながら、本発明のフィードフォワード+フィードバック制御において出力飽和を生じる実操作量MV_Fの急峻な立ち上がりまたは急峻な立ち下がりの殆どはフィードフォワード量MV_Xによるものであり、さらにその殆どはフィードフォワード量MV_X2によるものである。基本操作量MVとフィードフォワード量MV_X1はフィードフォワード量MV_X2よりも遅れて変化する。したがって、上記のようにフィードフォワード量MV_Xと操作量上限値OH,OLの単純な比較によって無効量FF_Nを簡易的に算出して構わない。 In addition, in the case of output saturation, not only the feedforward amount MV_X2 but also the basic operation amount MV or the feedforward amount MV_X1 may be partially invalidated. However, in the feedforward + feedback control of the present invention, most of the steep rise or fall of the actual operation amount MV_F that causes output saturation is due to the feedforward amount MV_X, and most of that is due to the feedforward amount MV_X2. The basic operation amount MV and the feedforward amount MV_X1 change later than the feedforward amount MV_X2. Therefore, the invalid amount FF_N may be calculated simply by a simple comparison of the feedforward amount MV_X and the operation amount upper limit values OH and OL as described above.
次に、インパルス対応補正部8は、実操作量MV_F’の整定までにフィードフォワード算出部2によって算出されたフィードフォワード量MV_X2の総量Kx2と総量Kx2のうち出力飽和によって無効化されなかったフィードフォワード量MV_X2の総量との比率RHを、無効量FF_Nに基づいて次式のように算出する(図4ステップS134)。
RH=Kx2/(Kx2-FF_N×dt) ・・・(15)
Next, the impulse-
RH=Kx2/(Kx2-FF_N×dt)...(15)
なお、フィードフォワード量MV_X2の総量はフィードフォワード算出部2に設定されているパラメータKx2と一致する。そこで、式(15)の計算では、フィードフォワード量MV_X2の積算で総量を計算するのではなく、パラメータKx2をフィードフォワード量MV_X2の総量としている。
The total amount of the feedforward amount MV_X2 coincides with the parameter Kx2 set in the
そして、インパルス対応補正部8は、出力飽和により無効化されない実操作量MV_Fの範囲内に無効量FF_Nの相当分が配分されるように、フィードフォワード量MV_X2の補正量を推定する。具体的には、インパルス対応補正部8は、比率RHに基づいてパラメータKx2の補正値Kx2Hと時定数Tfの補正値TfHとを推定する(図4ステップS135)。
Kx2H=Kx2×RH ・・・(16)
TfH=Tf×RH ・・・(17)
Then, the
Kx2H=Kx2×RH...(16)
TfH=Tf×RH...(17)
推定結果出力部9は、フィードフォワード算出部2に設定されているパラメータKx2の値を、インパルス対応補正部8によって新たに推定された補正値Kx2Hに更新し、フィードフォワード算出部2に設定されている時定数Tfの値を、インパルス対応補正部8によって新たに推定された補正値TfHに更新する(図4ステップS136)。このようにパラメータKx2と時定数Tfの値を自動更新してもよいし、補正値Kx2H,TfHの値を画面に表示してオペレータに確認させた上でオペレータが手動で更新するようにしてもよい。
The estimation
ステップS124~S136までの処理が上記の(III)の手順に相当する処理フローになる。なお、ステップS133~S136の処理は、実操作量MV_F’が整定したときに1回行えばよい。 The processing from steps S124 to S136 corresponds to the above procedure (III). Note that the processing from steps S133 to S136 only needs to be performed once when the actual manipulated variable MV_F' has stabilized.
トリガー変数FF_Xが1になった3回目以降の外乱リカバリー制御の場合におけるステップS137~S142の処理は、ステップS125~S130と同じなので、説明は省略する。 The processing of steps S137 to S142 in the third or subsequent disturbance recovery control operations in which the trigger variable FF_X becomes 1 is the same as steps S125 to S130, and therefore will not be described here.
図5はフィードフォワード量MV_X1の変化の例を示す図、図6はフィードフォワード量MV_X2の変化の例を示す図、図7はフィードフォワード量MV_Xの変化の例を示す図である。図5~図7の例では、Kx1=20.0、Kx2=3304.0、Tf=15.0sec.としている。なお、前述の総量(各制御周期の積算値)とは、図5~図7における曲線により囲まれる面積に相当する量である。 Figure 5 shows an example of the change in the feedforward amount MV_X1, Figure 6 shows an example of the change in the feedforward amount MV_X2, and Figure 7 shows an example of the change in the feedforward amount MV_X. In the examples of Figures 5 to 7, Kx1 = 20.0, Kx2 = 3304.0, and Tf = 15.0 sec. The total amount (integrated value for each control cycle) mentioned above is the amount equivalent to the area enclosed by the curves in Figures 5 to 7.
以下、シミュレーションにより本実施例の効果を検証する。以下の例では、制御対象を、プロセスゲイン10.0、プロセス時定数400.0sec.、プロセスむだ時間20.0sec.の1次遅れ伝達関数で近似できる制御系とする。すなわち、制御対象のモデル数式Gpは次式のように記述できる。
Gp=10.0exp(-20.0s)/(1+400.0s) ・・・(18)
The effect of this embodiment will be verified by a simulation below. In the following example, the controlled object is a control system that can be approximated by a first-order lag transfer function with a process gain of 10.0, a process time constant of 400.0 sec, and a process dead time of 20.0 sec. In other words, the model equation Gp of the controlled object can be written as follows:
Gp=10.0exp(-20.0s)/(1+400.0s)...(18)
なお、フィーフォワード制御による出力飽和が発生するように、実操作量MV_Fの上限値OHを75%に設定しておく。すなわち、75%を超える分が無効化されるという意味になる。
また、操作量算出部1に設定されるPIDパラメータを、比例帯Pb=60%、積分時間Ti=120.0sec.、微分時間Td=10.0sec.とした。制御周期dtは1.0sec.である。
In addition, the upper limit value OH of the actual manipulated variable MV_F is set to 75% so that output saturation occurs due to the feedforward control, which means that the amount exceeding 75% is invalidated.
The PID parameters set in the operation
フィードフォワード制御の開始タイミング、すなわちトリガー変数FF_Xを0から1にするタイミングは、微分時間Tdに基づいて設定できる。具体的には、外乱印加の時点よりαTd前(係数αは0より大きい実数であり、例えば0.7)であることが妥当である。微分時間Td=10.0sec.の場合、フィードフォワード制御の開始タイミングは、外乱印加の時点より7.0sec.前となる。ただし、係数αは、適宜微調整され得る値である。 The start timing of feedforward control, i.e., the timing at which the trigger variable FF_X changes from 0 to 1, can be set based on the differential time Td. Specifically, it is appropriate that the start timing is αTd before the time point at which the disturbance is applied (the coefficient α is a real number greater than 0, for example 0.7). When the differential time Td = 10.0 sec., the start timing of feedforward control is 7.0 sec. before the time point at which the disturbance is applied. However, the coefficient α is a value that can be fine-tuned as appropriate.
同様に、時定数Tfは、微分時間Tdに基づいて設定できる。具体的には、Tf=βTd(係数βは0より大きい実数であり、例えば0.4)であることが妥当である。微分時間Td=10.0sec.の場合、時定数Tf=4.0sec.となる。ただし、係数βは、適宜微調整され得る値である。 Similarly, the time constant Tf can be set based on the differential time Td. Specifically, it is appropriate for Tf to be βTd (coefficient β is a real number greater than 0, e.g., 0.4). When differential time Td is 10.0 sec., the time constant Tf is 4.0 sec. However, coefficient β is a value that can be fine-tuned as appropriate.
図8~図10は、本実施例の適用対象となる外乱リカバリー応答の例を示す図であり、フィードフォワード制御を実行せずにフィードバック制御のみで温度制御した場合の制御量PVと実操作量MV_F’(=操作量MV)の変化の例を示す図である。 Figures 8 to 10 are diagrams showing examples of disturbance recovery responses to which this embodiment is applied, and are diagrams showing examples of changes in the controlled variable PV and the actual manipulated variable MV_F' (= manipulated variable MV) when temperature control is performed using only feedback control without performing feedforward control.
図8は、100sec.の時点でインパルス外乱が印加された場合のフィードバック制御による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示している。外乱リカバリー応答の前後で整定時の実操作量MV_F’(=操作量MV)は、ほぼ変化していない。 Figure 8 shows the simulation results of the disturbance recovery response by feedback control when an impulse disturbance is applied at 100 seconds. The actual manipulated variable MV_F' (= manipulated variable MV) at the time of settling remains almost unchanged before and after the disturbance recovery response.
図9は、100sec.の時点でステップ外乱が印加された場合のフィードバック制御による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示している。外乱リカバリー応答の前後で整定時の実操作量MV_F’(=操作量MV)に顕著な変化が生じている。 Figure 9 shows the simulation results of the disturbance recovery response by feedback control when a step disturbance is applied at 100 seconds. There is a noticeable change in the actual manipulated variable MV_F' (= manipulated variable MV) during settling before and after the disturbance recovery response.
図10は、100sec.の時点で混合外乱が印加された場合のフィードバック制御による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示している。このシミュレーション結果は、トリガー変数FF_Xが1になった1回目の制御の結果に相当する。混合外乱はステップ外乱を含むため、外乱リカバリー応答の前後で整定時の実操作量MV_F’(=操作量MV)に顕著な変化が生じている。 Figure 10 shows the simulation results of the disturbance recovery response by feedback control when a mixed disturbance is applied at 100 seconds. This simulation result corresponds to the result of the first control when the trigger variable FF_X becomes 1. Because the mixed disturbance includes a step disturbance, a significant change occurs in the actual manipulated variable MV_F' (= manipulated variable MV) at the time of settling before and after the disturbance recovery response.
図10の例では、外乱印加前の実操作量MV_F’=30.0%に対して外乱リカバリー応答後の実操作量MV_F’の整定値が45.0%なので、実操作量差ΔMV_stp=15.0%となる。ステップ対応推定部4は、式(9)によりパラメータKx1=15.0と推定する(図3ステップS117)。
In the example of FIG. 10, the actual control amount MV_F' before the disturbance application is 30.0%, while the set value of the actual control amount MV_F' after the disturbance recovery response is 45.0%, so the actual control amount difference ΔMV_stp = 15.0%. The step
また、図10の例では、実操作量MV_F’の変化量総量ΔMV_allからフィードフォワード量MV_X1の総量を減算した変化量総量ΔMV_imp=768.2%となる。インパルス対応推定部6は、式(13)によりパラメータKx2=768.2と推定する(図3ステップS122)。
In the example of FIG. 10, the total change amount ΔMV_imp obtained by subtracting the total amount of feedforward amount MV_X1 from the total change amount ΔMV_all of the actual manipulated variable MV_F' is 768.2%. The impulse
図11は、100sec.の時点で混合外乱が印加された場合のフィードフォワード制御とフィードバック制御による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示し、図12は、図11の場合のフィードフォワード量MV_Xのシミュレーション結果を示している。これらのシミュレーション結果は、トリガー変数FF_Xが1になった2回目の制御の結果に相当する。 Figure 11 shows the simulation results of the disturbance recovery response by feedforward control and feedback control when a mixed disturbance is applied at 100 sec., and Figure 12 shows the simulation results of the feedforward amount MV_X in the case of Figure 11. These simulation results correspond to the results of the second control when the trigger variable FF_X becomes 1.
トリガー変数FF_Xが1になった1回目の制御により、パラメータKx1=15.0、Kx2=768.2に設定されている。フィードフォワード制御の開始タイミング、すなわちトリガー変数FF_Xを0から1にするタイミングは、外乱印加の時点より7.0sec.前の93sec.の時点になっている。上記のとおり、時定数Tf=4.0sec.である。 The parameters Kx1 = 15.0 and Kx2 = 768.2 are set by the first control when the trigger variable FF_X becomes 1. The timing when the feedforward control starts, i.e., the timing when the trigger variable FF_X changes from 0 to 1, is 93 seconds before the disturbance is applied, 7.0 seconds before. As mentioned above, the time constant Tf = 4.0 seconds.
図11の例では、実操作量MV_F’の変化量総量ΔMV_allからフィードフォワード量MV_X1の総量を減算した変化量総量ΔMV_imp=768.2%となる。また、無効量算出部7は、無効量FF_N=142.3を検出する(図4ステップS133)。
In the example of FIG. 11, the total change amount ΔMV_imp obtained by subtracting the total amount of feedforward amount MV_X1 from the total change amount ΔMV_all of the actual manipulated variable MV_F' is 768.2%. In addition, the invalid
インパルス対応補正部8は、式(15)により比率RH=768.2/(768.2-142.3×1.0)=1.227と算出する(図4ステップS134)。さらに、インパルス対応補正部8は、式(16)によりパラメータKx2の補正値Kx2H=768.2×1.227=942.6と推定し、式(17)により時定数Tfの補正値TfH=4.0×1.227=4.9と推定する(図4ステップS135)。
The
図13は、100sec.の時点で混合外乱が印加された場合のフィードフォワード制御とフィードバック制御による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示し、図14は、図13の場合のフィードフォワード量MV_Xのシミュレーション結果を示している。これらのシミュレーション結果は、トリガー変数FF_Xが1になった1回目、2回目の制御によってKx1=15.0、Kx2=Kx2H=942.6、Tf=TfH=4.9sec.が設定された後に、トリガー変数FF_Xが1になった3回目以降の制御の結果に相当する。 Figure 13 shows the simulation results of the disturbance recovery response by feedforward control and feedback control when a mixed disturbance is applied at 100 sec., and Figure 14 shows the simulation results of the feedforward amount MV_X in the case of Figure 13. These simulation results correspond to the results of the third and subsequent controls in which the trigger variable FF_X becomes 1 after Kx1 = 15.0, Kx2 = Kx2H = 942.6, and Tf = TfH = 4.9 sec. are set by the first and second controls in which the trigger variable FF_X becomes 1.
制御結果の比較としては、図11が出力飽和の影響を受けたフィードフォワード制御による結果を示し、図13が本実施例で補正したフィードフォワード制御による結果を示している。図11の例では、混合外乱により制御量PVが大きく下降するのに対して、図13の例では、混合外乱の影響を抑制できていることが分かる。 To compare the control results, FIG. 11 shows the results of feedforward control affected by output saturation, while FIG. 13 shows the results of feedforward control corrected in this embodiment. In the example of FIG. 11, the control amount PV drops significantly due to the mixed disturbance, whereas in the example of FIG. 13, it can be seen that the effect of the mixed disturbance is suppressed.
なお、本実施例では、設定値SPに対して制御量PVが下降する外乱の例で説明しているが、本発明は設定値SPに対して制御量PVが上昇する外乱にも対応可能である。制御量PVが上昇する外乱が発生した場合には、実操作量差ΔMV_stpと実操作量MV_F’の変化量総量ΔMV_allとフィードフォワード量MV_X1の総量MV_X1_allとパラメータKx1,Kx2とフィードフォワード量MV_X1,MV_X2と無効量FF_Nとが負の値となる。 In this embodiment, an example of a disturbance in which the controlled variable PV decreases relative to the set value SP has been described, but the present invention can also handle a disturbance in which the controlled variable PV increases relative to the set value SP. When a disturbance occurs in which the controlled variable PV increases, the actual controlled variable difference ΔMV_stp, the total amount of change ΔMV_all of the actual controlled variables MV_F', the total amount MV_X1_all of the feedforward amount MV_X1, the parameters Kx1, Kx2, the feedforward amounts MV_X1, MV_X2, and the reactive amount FF_N become negative values.
また、本実施例では、トリガー変数FF_Xが1になった2回目以降の外乱リカバリー制御においてフィードフォワード量MV_X1が0でない場合について説明しているが、MV_X1=0としてもよい。MV_X1=0とするかどうかは外乱に応じて適宜決定すればよい。 In addition, in this embodiment, a case is described in which the feedforward amount MV_X1 is not 0 in the second or subsequent disturbance recovery control in which the trigger variable FF_X becomes 1, but MV_X1 may be set to 0. Whether or not MV_X1 is set to 0 may be appropriately determined depending on the disturbance.
本実施例で説明した制御装置は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図15に示す。 The control device described in this embodiment can be realized by a computer equipped with a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an interface, and a program that controls these hardware resources. An example of the configuration of this computer is shown in FIG. 15.
コンピュータは、CPU300と、記憶装置301と、インタフェース装置(I/F)302とを備えている。I/F302には、例えば温度センサや電力調整器が接続される。このようなコンピュータにおいて、本実施例の制御方法を実現させるためのプログラムは記憶装置301に格納される。CPU300は、記憶装置301に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。
The computer includes a
本発明は、制御装置に適用することができる。 The present invention can be applied to control devices.
1…操作量算出部、2…フィードフォワード算出部、3…フィードフォワード実行部、4…ステップ対応推定部、5…総量算出部、6…インパルス対応推定部、7…無効量算出部、8…インパルス対応補正部、9…推定結果出力部、10…リミット処理部、11…操作量出力部。 1...operational quantity calculation section, 2...feedforward calculation section, 3...feedforward execution section, 4...step response estimation section, 5...total quantity calculation section, 6...impulse response estimation section, 7...reactive quantity calculation section, 8...impulse response correction section, 9...estimation result output section, 10...limit processing section, 11...operational quantity output section.
Claims (10)
外乱の印加前に有意の値となり外乱の印加後に非有意の値となるトリガー変数の入力に応じて、前記外乱の抑制に必要な第1のフィードフォワード量を制御周期毎に算出するように構成されたフィードフォワード算出部と、
前記操作量算出部によって算出された前記第1の操作量に前記第1のフィードフォワード量を制御周期毎に加算するように構成されたフィードフォワード実行部と、
前記第1の操作量に前記第1のフィードフォワード量を加算した第2の操作量を制御対象に出力するように構成された操作量出力部と、
前記トリガー変数が入力された規定の第1の試行期間において前記第1のフィードフォワード量がゼロの状態で前記第1の操作量のみを前記第2の操作量として制御対象に出力させたときの外乱リカバリー応答前の整定時の前記第2の操作量と外乱リカバリーの整定後の前記第2の操作量の差を、ステップ外乱の抑制に必要な第2のフィードフォワード量の算出のための第1のパラメータとして推定するように構成された第1の推定部と、
前記第1の試行期間において前記第2のフィードフォワード量が出力されたと仮定したときの前記第2の操作量の整定までの前記第2のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量を前記第1のパラメータに基づいて算出するように構成された総量算出部と、
前記第1の試行期間における前記第2の操作量の整定までの前記第2の操作量の各制御周期の変化量の積算値である総量から前記第2のフィードフォワード量の総量を減算し、前記制御周期に前記減算の結果を乗算した値を、インパルス外乱の抑制に必要な第3のフィードフォワード量の算出のための第2のパラメータとして推定するように構成された第2の推定部と、
前記トリガー変数が入力された規定の第2の試行期間において前記第2の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第3のフィードフォワード量のうち、前記第2の操作量が操作量上限値を上回る出力飽和または操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出するように構成された無効量算出部と、
前記第2の試行期間において前記第2の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記第2の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第2のパラメータに乗算した補正値を、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして推定するように構成された補正部とを備え、
前記フィードフォワード算出部は、前記第2の試行期間において前記トリガー変数が入力されたときに、前記第1のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第2のフィードフォワード量と前記第2のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第3のフィードフォワード量との和を前記第1のフィードフォワード量とし、前記第2の試行期間の後に前記トリガー変数が入力されたときに、前記第1のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第2のフィードフォワード量と前記補正部によって推定された前記補正のためのパラメータにより制御周期毎に算出される前記第3のフィードフォワード量との和を前記第1のフィードフォワード量とすることを特徴とする制御装置。 a manipulation amount calculation unit configured to calculate a first manipulation amount for each control period using a set value and a control amount as input;
a feedforward calculation unit configured to calculate a first feedforward amount necessary for suppressing a disturbance for each control period in response to an input of a trigger variable that is a significant value before application of the disturbance and is a non-significant value after application of the disturbance;
a feedforward execution unit configured to add the first feedforward amount to the first manipulated variable calculated by the manipulated variable calculation unit for each control period ;
a manipulated variable output unit configured to output a second manipulated variable obtained by adding the first feedforward variable to the first manipulated variable to a control target;
a first estimation unit configured to estimate, as a first parameter for calculating a second feedforward amount necessary for suppressing a step disturbance, a difference between the second manipulated variable at a time of settling before a disturbance recovery response and the second manipulated variable after settling of a disturbance recovery when only the first manipulated variable is output to a control target as the second manipulated variable in a state in which the first feedforward amount is zero during a first prescribed trial period in which the trigger variable is input;
a total amount calculation unit configured to calculate, based on the first parameter, a total amount that is an integrated value of the second feedforward amount for each control period until the second manipulated variable is settled, assuming that the second feedforward amount is output during the first trial period;
a second estimation unit configured to subtract a total amount of the second feedforward amount from a total amount that is an integrated value of an amount of change in each control cycle of the second manipulated variable until the second manipulated variable is settled during the first trial period, and to estimate a value obtained by multiplying the control cycle by a result of the subtraction as a second parameter for calculating a third feedforward amount required to suppress impulse disturbances;
an invalid amount calculation unit configured to calculate an invalid amount which is an integrated value of the third feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit for each control cycle until the second manipulated variable is settling during a specified second trial period in which the trigger variable is input, the invalid amount being invalidated due to either output saturation in which the second manipulated variable exceeds an upper limit value or output saturation in which the second manipulated variable falls below a lower limit value;
a correction unit configured to calculate a ratio between a total amount that is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit until the second manipulated variable is settling during the second trial period and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount that has not been invalidated due to the output saturation, based on the invalid amount, and to estimate a correction value obtained by multiplying the ratio by the second parameter as a parameter for correcting the third feedforward amount so that a corresponding portion of the invalid amount is allocated within a range of the second manipulated variable that is not invalidated due to the output saturation,
the feedforward calculation unit, when the trigger variable is input during the second trial period , sets the first feedforward amount to a sum of the second feedforward amount calculated for each control period based on the first parameter and the third feedforward amount calculated for each control period based on the second parameter, and, when the trigger variable is input after the second trial period, sets the first feedforward amount to a sum of the second feedforward amount calculated for each control period based on the first parameter and the third feedforward amount calculated for each control period using a parameter for correction estimated by the correction unit.
前記第3のフィードフォワード量は、前記第2のパラメータをKx2、前記第3のフィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定する時定数をTf、前記時定数を調整する係数をA、前記トリガー変数をFF_X、ラプラス演算子をsとしたとき、[Kx2s/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_Xにより算出されることを特徴とする制御装置。 2. The control device according to claim 1,
The third feedforward amount is calculated by [Kx2s/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X, where Kx2 is the second parameter, Tf is a time constant that specifies a time for gradually converging the third feedforward amount, A is a coefficient that adjusts the time constant, FF_X is the trigger variable, and s is a Laplace operator.
前記補正部は、前記無効量をFF_N、前記第1の操作量と前記第1、第2、第3のフィードフォワード量との算出周期である前記制御周期をdt、前記比率をRHとしたとき、前記比率RHをKx2/(Kx2-FF_N×dt)により算出し、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして、前記第2のパラメータKx2の補正値をKx2×RHにより算出すると共に前記時定数Tfの補正値をTf×RHにより算出することを特徴とする制御装置。 3. The control device according to claim 2,
the correction unit calculates the ratio RH by Kx2/(Kx2-FF_N×dt), where FF_N is the reactive amount, dt is the control period which is a calculation period of the first manipulated variable and the first, second and third feedforward amounts, and RH is the ratio, and calculates, as parameters for correcting the third feedforward amount, a correction value of the second parameter Kx2 by Kx2×RH and a correction value of the time constant Tf by Tf×RH.
前記第2のフィードフォワード量は、前記第1のパラメータをKx1、前記第2のフィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定する時定数をTf、前記時定数を調整する係数をA、前記トリガー変数をFF_X、ラプラス演算子をsとしたとき、[Kx1/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_Xにより算出されることを特徴とする制御装置。 The control device according to any one of claims 1 to 3,
The second feedforward amount is calculated by [Kx1/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X, where Kx1 is the first parameter, Tf is a time constant that specifies a time for gradually converging the second feedforward amount, A is a coefficient that adjusts the time constant, FF_X is the trigger variable, and s is a Laplace operator.
前記フィードフォワード実行部によって算出された第2の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なうリミット処理部をさらに備え、a limit processing unit that performs limit processing to limit the second manipulated variable calculated by the feedforward execution unit to a value that is equal to or greater than the manipulated variable lower limit value and equal to or less than the manipulated variable upper limit value,
前記操作量出力部は、前記リミット処理された第2の操作量を制御対象に出力し、the operation amount output unit outputs the second operation amount subjected to the limit processing to a control target;
前記第1の推定部と前記総量算出部と前記第2の推定部とは、前記リミット処理された第2の操作量を入力として処理を行い、the first estimator, the total amount calculator, and the second estimator perform processing using the second manipulated variable subjected to the limit process as an input;
前記無効量算出部は、前記トリガー変数が入力された規定の第2の試行期間において前記リミット処理された第2の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第3のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第2の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出し、the invalid amount calculation unit calculates an invalid amount which is an integrated value of the third feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit for each control period until the second manipulated variable subjected to the limit processing is settling during a specified second trial period in which the trigger variable is input, the invalid amount being an integrated value of the amount invalidated due to either output saturation in which the second manipulated variable before the limit processing exceeds the manipulated variable upper limit value or output saturation in which the second manipulated variable before the limit processing falls below the manipulated variable lower limit value;
前記補正部は、前記第2の試行期間において前記リミット処理された第2の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第2の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第2のパラメータに乗算した補正値を、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして推定することを特徴とする制御装置。The control device is characterized in that the correction unit calculates a ratio between a total amount that is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit until the second operation amount that has been limited processed is settling during the second trial period, and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount that has not been invalidated by the output saturation, based on the invalid amount, and estimates a correction value obtained by multiplying the second parameter by the ratio as a parameter for correcting the third feedforward amount so that a corresponding portion of the invalid amount is distributed within a range of the second operation amount before the limit processing that is not invalidated by the output saturation.
外乱の印加前に有意の値となり外乱の印加後に非有意の値となるトリガー変数の入力に応じて、前記外乱の抑制に必要な第1のフィードフォワード量を制御周期毎に算出する第2のステップと、
前記第1の操作量に前記第1のフィードフォワード量を制御周期毎に加算する第3のステップと、
前記第1の操作量に前記第1のフィードフォワード量を加算した第2の操作量を制御対象に出力する第4のステップと、
前記トリガー変数が入力された規定の第1の試行期間において前記第1のフィードフォワード量がゼロの状態で前記第1の操作量のみを前記第2の操作量として制御対象に出力させたときの外乱リカバリー応答前の整定時の前記第2の操作量と外乱リカバリーの整定後の前記第2の操作量の差を、ステップ外乱の抑制に必要な第2のフィードフォワード量の算出のための第1のパラメータとして推定する第5のステップと、
前記第1の試行期間において前記第2のフィードフォワード量が出力されたと仮定したときの前記第2の操作量の整定までの前記第2のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量を前記第1のパラメータに基づいて算出する第6のステップと、
前記第1の試行期間における前記第2の操作量の整定までの前記第2の操作量の各制御周期の変化量の積算値である総量から前記第2のフィードフォワード量の総量を減算し、前記制御周期に前記減算の結果を乗算した値を、インパルス外乱の抑制に必要な第3のフィードフォワード量の算出のための第2のパラメータとして推定する第7のステップと、
前記トリガー変数が入力された規定の第2の試行期間において前記第2の操作量の整定までに前記第2のステップによって制御周期毎に算出された前記第3のフィードフォワード量のうち、前記第2の操作量が操作量上限値を上回る出力飽和または操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出する第8のステップと、
前記第2の試行期間において前記第2の操作量の整定までに前記第2のステップによって算出された前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記第2の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第2のパラメータに乗算した補正値を、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして推定する第9のステップとを含み、
前記第2のステップは、前記第2の試行期間において前記トリガー変数が入力されたときに、前記第1のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第2のフィードフォワード量と前記第2のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第3のフィードフォワード量との和を前記第1のフィードフォワード量とし、前記第2の試行期間の後に前記トリガー変数が入力されたときに、前記第1のパラメータに基づいて制御周期毎に算出した前記第2のフィードフォワード量と前記第9のステップによって推定された前記補正のためのパラメータにより制御周期毎に算出される前記第3のフィードフォワード量との和を前記第1のフィードフォワード量とするステップを含むことを特徴とする制御方法。 A first step of calculating a first manipulated variable for each control cycle using a set value and a controlled variable as input;
a second step of calculating a first feedforward amount necessary for suppressing the disturbance for each control period in response to an input of a trigger variable that is a significant value before the application of the disturbance and is a non-significant value after the application of the disturbance;
a third step of adding the first feedforward amount to the first manipulated variable for each control period ;
a fourth step of adding the first feedforward amount to the first manipulated variable to output a second manipulated variable to a control target;
a fifth step of estimating , as a first parameter for calculating a second feedforward amount necessary for suppressing a step disturbance, a difference between the second manipulated variable at a time of settling before a disturbance recovery response and the second manipulated variable after settling of disturbance recovery when only the first manipulated variable is output to a control target as the second manipulated variable in a state in which the first feedforward amount is zero during a first prescribed trial period in which the trigger variable is input;
a sixth step of calculating, based on the first parameter, a total amount that is an integrated value of the second feedforward amount for each control period until the second manipulated variable is settled, assuming that the second feedforward amount is output during the first trial period;
a seventh step of subtracting a total amount of the second feedforward amount from a total amount that is an integrated value of an amount of change of the second manipulated variable in each control cycle until the second manipulated variable is settling during the first trial period, and estimating a value obtained by multiplying the control cycle by a result of the subtraction as a second parameter for calculating a third feedforward amount required for suppressing impulse disturbances;
an eighth step of calculating an invalid amount, which is an integrated value of the third feedforward amount calculated for each control cycle by the second step until the second manipulated variable is settling during a specified second trial period in which the trigger variable is input, which is invalidated due to either output saturation in which the second manipulated variable exceeds a manipulated variable upper limit value or output saturation in which the second manipulated variable falls below a manipulated variable lower limit value;
a ninth step of calculating, based on the invalid amount, a ratio between a total amount that is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount calculated by the second step until the second manipulated variable is settling during the second trial period and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount that has not been invalidated due to the output saturation, and estimating, as a parameter for correcting the third feedforward amount , a correction value obtained by multiplying the second parameter by the ratio so that a corresponding portion of the invalid amount is allocated within a range of the second manipulated variable that is not invalidated due to the output saturation;
the second step includes a step of setting, when the trigger variable is input during the second trial period , the sum of the second feedforward amount calculated for each control cycle based on the first parameter and the third feedforward amount calculated for each control cycle based on the second parameter as the first feedforward amount, and, when the trigger variable is input after the second trial period, setting, when the trigger variable is input after the second trial period, the sum of the second feedforward amount calculated for each control cycle based on the first parameter and the third feedforward amount calculated for each control cycle using the parameter for correction estimated in the ninth step as the first feedforward amount.
前記第3のフィードフォワード量は、前記第2のパラメータをKx2、前記第3のフィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定する時定数をTf、前記時定数を調整する係数をA、前記トリガー変数をFF_X、ラプラス演算子をsとしたとき、[Kx2s/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_Xにより算出されることを特徴とする制御方法。 7. The control method according to claim 6 ,
The third feedforward amount is calculated by [Kx2s/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X, where Kx2 is the second parameter, Tf is a time constant that specifies the time for gradually converging the third feedforward amount, A is a coefficient that adjusts the time constant, FF_X is the trigger variable, and s is a Laplace operator.
前記第9のステップは、前記無効量をFF_N、前記第1の操作量と前記第1、第2、第3のフィードフォワード量との算出周期である前記制御周期をdt、前記比率をRHとしたとき、前記比率RHをKx2/(Kx2-FF_N×dt)により算出し、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして、前記第2のパラメータKx2の補正値をKx2×RHにより算出すると共に前記時定数Tfの補正値をTf×RHにより算出するステップを含むことを特徴とする制御方法。 8. The control method according to claim 7 ,
the ninth step includes a step of calculating the ratio RH by Kx2/(Kx2-FF_N×dt), where FF_N is the reactive amount, dt is the control period which is a calculation period of the first manipulated variable and the first, second and third feedforward amounts, and RH is the ratio, and calculating a correction value of the second parameter Kx2 by Kx2×RH and a correction value of the time constant Tf by Tf×RH as parameters for correcting the third feedforward amount.
前記第2のフィードフォワード量は、前記第1のパラメータをKx1、前記第2のフィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定する時定数をTf、前記時定数を調整する係数をA、前記トリガー変数をFF_X、ラプラス演算子をsとしたとき、[Kx1/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_Xにより算出されることを特徴とする制御方法。 9. The control method according to claim 6 ,
The second feedforward amount is calculated by [Kx1/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X, where Kx1 is the first parameter, Tf is a time constant that specifies a time for gradually converging the second feedforward amount, A is a coefficient that adjusts the time constant, FF_X is the trigger variable, and s is a Laplace operator.
前記第3のステップによって算出された第2の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第10のステップを含み、a tenth step of limiting the second manipulated variable calculated in the third step to a value equal to or greater than the manipulated variable lower limit value and equal to or less than the manipulated variable upper limit value;
前記第4のステップは、前記リミット処理された第2の操作量を制御対象に出力するステップを含み、the fourth step includes a step of outputting the second manipulated variable subjected to the limit process to a control target;
前記第5、第6、第7のステップは、前記リミット処理された第2の操作量を入力として処理を行い、the fifth, sixth and seventh steps are performed by using the second manipulated variable that has been subjected to the limit process as an input;
前記第8のステップは、前記トリガー変数が入力された規定の第2の試行期間において前記リミット処理された第2の操作量の整定までに前記第2のステップによって制御周期毎に算出された前記第3のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第2の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出するステップを含み、the eighth step includes a step of calculating an invalid amount which is an integrated value of the third feedforward amount calculated for each control cycle by the second step until the second manipulated variable subjected to the limit processing is settling during a specified second trial period in which the trigger variable is input, the invalid amount being an integrated value of the amount invalidated due to either output saturation in which the second manipulated variable before the limit processing exceeds the manipulated variable upper limit value or output saturation in which the second manipulated variable before the limit processing falls below the manipulated variable lower limit value;
前記第9のステップは、前記第2の試行期間において前記リミット処理された第2の操作量の整定までに前記第2のステップによって算出された前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第3のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第2の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第2のパラメータに乗算した補正値を、前記第3のフィードフォワード量の補正のためのパラメータとして推定するステップを含むことを特徴とする制御方法。the ninth step includes a step of calculating, based on the invalid amount, a ratio between a total amount that is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount calculated by the second step until the second operation amount that has been limited processed is settling during the second trial period, and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the third feedforward amount that has not been invalidated due to the output saturation, and estimating a correction value obtained by multiplying the second parameter by the ratio as a parameter for correcting the third feedforward amount so that a corresponding portion of the invalid amount is distributed within a range of the second operation amount before the limit processing that is not invalidated due to the output saturation.
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