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JP7674806B2 - Control device and control method - Google Patents

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JP7674806B2 JP2019048486A JP2019048486A JP7674806B2 JP 7674806 B2 JP7674806 B2 JP 7674806B2 JP 2019048486 A JP2019048486 A JP 2019048486A JP 2019048486 A JP2019048486 A JP 2019048486A JP 7674806 B2 JP7674806 B2 JP 7674806B2
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Description

本発明は、例えば電気炉、流量系や化学反応系などの制御対象の温度、流量、湿度、圧力などの物理量を目標値に制御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 for controlling physical quantities such as temperature, flow rate, humidity, and pressure of a controlled object, such as an electric furnace, a flow rate system, or a chemical reaction system, to target values.

例えば電気炉では、炉内温度と目標値を比較し、その偏差に応じて演算を行ってヒータなどの加熱手段を制御する制御装置として調節計が一般的に知られている。 For example, in electric furnaces, regulators are commonly known as control devices that compare the furnace temperature with a target value and perform calculations based on the deviation to control heating means such as heaters.

ところで、ディジタル式の調節計では、制御対象に応じたPID定数の自動算出と設定を行うオートチューニング機能を搭載している。このオートチューニング機能では、調節計を一時的にオンオフ調節計として用い、オン/オフ動作により100%と0%の操作量を交互に出力して制御対象に発生するハンチングの周期と振幅の値からPID定数を算出するリミットサイクル法を採用している。 Digital controllers are equipped with an auto-tuning function that automatically calculates and sets the PID constants according to the controlled object. This auto-tuning function employs the limit cycle method, in which the controller is temporarily used as an on-off controller, and the on/off operation alternately outputs 100% and 0% manipulated variable to calculate the PID constants from the period and amplitude of the hunting that occurs in the controlled object.

なお、本件出願人は、上述したリミットサイクル法として、下記特許文献1に開示されるように、設定値付近でのサイクリング(リミットサイクル)波形からPID定数を求め、操作量を決定する制御装置を提案している。 As an example of the limit cycle method described above, the present applicant has proposed a control device that determines the manipulated variable by finding a PID constant from a cycling (limit cycle) waveform near a set value, as disclosed in the following Patent Document 1.

特開平7-13608号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-13608

しかしながら、上述したリミットサイクル法では、PID定数が適切に決定されていない場合、制御量が目標値を超過するオーバシュートという現象が発生する。このオーバシュートが発生すると、制御対象(例えば、製造品)に過大なストレスをかけてしまい、歩留りが悪化してしまうという問題があり、オーバシュートの抑制が望まれていた。 However, in the limit cycle method described above, if the PID constants are not determined appropriately, a phenomenon called overshooting occurs, in which the controlled variable exceeds the target value. When this overshooting occurs, excessive stress is placed on the controlled object (e.g., the manufactured product), causing a problem of reduced yield, and so there is a need to suppress the overshooting.

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、オーバシュートを抑制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している。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide a control device and control method that can suppress overshoot.

上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載された制御装置は、制御対象の制御量を操作量により変化させて前記制御量を目標値に一致させる制御装置であって、
前記目標値よりも小さく設定される少なくとも2つの中途目標値に前記制御量が到達するように前記中途目標値が大きくなる順序で少なくとも2回のPID制御を行い、該PID制御を前記制御量が前記中途目標値に到達した後に安定するまでの第1の所定時間だけ継続する第1制御手段と、
前記第1制御手段により前記PID制御ごとの前記制御量が前記中途目標値に到達した後の前記第1の所定時間内における操作量の平均値を平均操作量として算出する第1算出手段と、
前記第1算出手段が算出した前記PID制御ごとの平均操作量から作成する関数式の近似線上の前記目標値に対応する操作量を前記制御量が前記目標値に到達するときの推定操作量として算出する第2算出手段と、
前記推定操作量を用いて制御を行う第2制御手段と、
前記第2制御手段が第2の所定時間にわたり制御を行った後に前記制御量が前記目標値に一致するように操作量を微調整制御する第3制御手段と、
を具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a control device according to a first aspect of the present invention is a control device that changes a control amount of a controlled object according to an operation amount, and causes the control amount to coincide with a target value,
a first control means for performing PID control at least twice in order of increasing intermediate target values so that the controlled variable reaches at least two intermediate target values that are set smaller than the target value, and for continuing the PID control for a first predetermined time until the controlled variable becomes stable after reaching the intermediate target values;
a first calculation means for calculating an average manipulated variable as an average manipulated variable within the first predetermined time after the controlled variable for each of the PID control by the first control means has reached the intermediate target value;
a second calculation means for calculating a manipulation amount corresponding to the target value on an approximation line of a function equation created from an average manipulation amount for each of the PID control calculated by the first calculation means, as an estimated manipulation amount when the controlled amount reaches the target value;
A second control means for performing control using the estimated manipulated variable;
a third control means for finely adjusting the manipulated variable so that the controlled variable coincides with the target value after the second control means has performed control for a second predetermined time;
The present invention is characterized by comprising:

請求項に記載された制御装置は、請求項の制御装置において、
前記微調整制御が積分制御であることを特徴とする。
The control device according to claim 2 is the control device according to claim 1 ,
The fine adjustment control is characterized in that it is integral control.

請求項3に記載された制御方法は、制御対象の制御量を操作量により変化させて前記制御量を目標値に一致させる制御方法であって、
前記目標値よりも小さく設定される少なくとも2つの中途目標値に前記制御量が到達するように前記中途目標値が大きくなる順序で少なくとも2回のPID制御を行い、該PID制御を前記制御量が前記中途目標値に到達した後に安定するまでの第1の所定時間だけ継続するステップと、
前記PID制御ごとの前記制御量が前記中途目標値に到達した後の前記第1の所定時間内における操作量の平均値を平均操作量として算出するステップと、
前記PID制御ごとの前記平均操作量から作成する関数式の近似線上の前記目標値に対応する操作量を前記制御量が前記目標値に到達するときの推定操作量として算出するステップと、
前記推定操作量を用いて制御を行うステップと、
前記近似線上の前記目標値に対応する操作量で第2の所定時間にわたり制御を行った後に前記制御量が前記目標値に一致するように操作量を微調整制御するステップと、
を含むことを特徴とする。
A control method according to claim 3 is a control method for changing a control amount of a controlled object based on an operation amount to make the control amount coincide with a target value, comprising the steps of:
performing PID control at least twice in order of increasing intermediate target values so that the controlled variable reaches at least two intermediate target values that are set smaller than the target value, and continuing the PID control for a first predetermined time until the controlled variable is stabilized after reaching the intermediate target values;
calculating an average value of an operation amount within the first predetermined time after the control amount for each of the PID control has reached the intermediate target value as an average operation amount;
calculating a manipulated variable corresponding to the target value on an approximation line of a function equation created from the average manipulated variable for each of the PID control as an estimated manipulated variable when the controlled variable reaches the target value;
performing control using the estimated manipulated variable;
a step of performing control for a second predetermined time with a manipulated variable corresponding to the target value on the approximation line, and then fine-tuning the manipulated variable so that the controlled variable coincides with the target value;
The present invention is characterized by comprising:

請求項に記載された制御方法は、請求項の制御方法において、
前記微調整制御が積分制御であることを特徴とする。
The control method according to claim 4 is the control method according to claim 3 , further comprising:
The fine adjustment control is characterized in that it is integral control.

本発明によれば、目標値に対応する推定操作量を算出して制御した後、制御量が目標値に一致するように操作量を微調整制御することでオーバシュートを抑制することができる。 According to the present invention, after calculating and controlling an estimated manipulated variable corresponding to a target value, overshooting can be suppressed by fine-tuning the manipulated variable so that the controlled variable coincides with the target value.

本発明に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a control device according to the present invention; 本発明に係る制御装置および制御方法によるチューニングと制御のタイミングチャートの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a timing chart of tuning and control by the control device and control method according to the present invention.

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。 The following describes in detail the embodiment of the present invention with reference to the attached drawings.

図1に示すように、本実施の形態の制御装置1は、例えば電気炉、流量系や化学反応系などの制御対象の温度、流量、湿度、圧力などの物理量を制御量とし、この制御量を操作量により変化させて制御量を目標値に一致させる調節計であり、チューニングと制御を実行するための構成として操作表示部2、記憶部3、制御部4を備えて概略構成される。 As shown in FIG. 1, the control device 1 of this embodiment is a regulator that uses physical quantities such as temperature, flow rate, humidity, and pressure of a controlled object such as an electric furnace, flow rate system, or chemical reaction system as control quantities, and changes the control quantities according to the manipulated variables to match the control quantities with target values, and is generally configured with an operation and display unit 2, a memory unit 3, and a control unit 4 as components for performing tuning and control.

ここでは、図1に示すように、例えばヒータなどの加熱手段11や温度センサ12が炉内に設置された電気炉13を制御対象とし、温度センサ12が検出する炉内温度(制御量PV)が目標温度(目標値SV)に一致するように操作量MVでアクチュエータ(不図示)を駆動して加熱手段11を制御する場合を例にとって説明する。 As shown in FIG. 1, the control target is an electric furnace 13 having a heating means 11 such as a heater and a temperature sensor 12 installed inside the furnace, and the heating means 11 is controlled by driving an actuator (not shown) with a manipulated variable MV so that the furnace temperature detected by the temperature sensor 12 (controlled variable PV) coincides with a target temperature (target value SV).

操作表示部2は、装置前面に設けられる各種キー、液晶やLEDなどの表示器を備えて構成される。操作表示部2は、チューニングの開始の指示、チューニング開始時のPID定数、目標値SV、複数の中途目標値(例えば目標値SVに対して負荷率60%の中途目標値SV1と負荷率80%の中途目標値SV2)、後述する所定時間T1,T2,T3の設定を行う。また、操作表示部2は、設定画面の表示の他、目標値SVや制御量PVの表示、プログラムパターンなどの各種データ、バーグラフ表示やトレンド表示などの各種モニタ表示を行う。 The operation and display unit 2 is equipped with various keys provided on the front of the device, and displays such as LCD and LED. The operation and display unit 2 issues an instruction to start tuning, sets the PID constant at the start of tuning, the target value SV, multiple intermediate target values (for example, an intermediate target value SV1 with a load rate of 60% and an intermediate target value SV2 with a load rate of 80% relative to the target value SV), and the predetermined times T1, T2, and T3 described below. In addition to displaying the setting screen, the operation and display unit 2 also displays the target value SV and the controlled variable PV, various data such as program patterns, and various monitor displays such as bar graphs and trends.

記憶部3は、操作表示部2の操作により設定された設定値(PID定数、目標値SV、中途目標値SV1,SV2、所定時間T1,T2,T3)、後述する推定操作量MV3、式(1)による近似線などを含め、電気炉13の炉内温度の制御に関わる各種情報を記憶する。 The memory unit 3 stores various information related to the control of the temperature inside the electric furnace 13, including the set values (PID constants, target value SV, intermediate target values SV1, SV2, and predetermined times T1, T2, and T3) set by operating the operation display unit 2, the estimated operation amount MV3 described below, and the approximation line according to formula (1).

制御部4は、操作表示部2の操作により設定された設定値、記憶部3に記憶された各種情報、電気炉13の温度センサ12が検出する炉内温度に基づいて制御装置1を統括制御するものである。制御部4は、チューニングを実行するための構成として、第1制御手段4a、第1算出手段4b、第2算出手段4cを備え、目標値SVに一致するように制御量PVを調整する制御を実行するための構成として、第2制御手段4d、第3制御手段4eを備える。 The control unit 4 controls the control device 1 based on the set values set by the operation of the operation display unit 2, various information stored in the memory unit 3, and the temperature inside the electric furnace detected by the temperature sensor 12 of the electric furnace 13. The control unit 4 includes a first control means 4a, a first calculation means 4b, and a second calculation means 4c as a configuration for performing tuning, and includes a second control means 4d and a third control means 4e as a configuration for performing control to adjust the control amount PV so that it coincides with the target value SV.

第1制御手段4aは、操作表示部2の操作により設定された複数の中途目標値に制御量PVが到達するように中途目標値が大きくなる順序で操作量MVによりアクチュエータを駆動して加熱手段11を制御する。 The first control means 4a drives the actuator with the operation amount MV in the order of increasing intermediate target values to control the heating means 11 so that the control amount PV reaches the multiple intermediate target values set by the operation of the operation display unit 2.

具体的に、例えば目標値SVに対して負荷率60%の中途目標値SV1と負荷率80%の中途目標値SV2が設定されている場合、第1制御手段4aは、まず負荷率60%の中途目標値SV1に電気炉13の温度センサ12の温度(制御量PV)が到達するように操作量MVでアクチュエータを駆動して加熱手段11をPID制御する。その後、第1制御手段4aは、負荷率80%の中途目標値SV2に電気炉13の温度センサ12の温度(制御量PV)が到達するように操作量MVでアクチュエータを駆動して加熱手段11をPID制御する。なお、アクチュエータの駆動による加熱手段11の制御は、PID制御に限定されるものではない。 Specifically, for example, when an intermediate target value SV1 with a load rate of 60% and an intermediate target value SV2 with a load rate of 80% are set for the target value SV, the first control means 4a first drives the actuator with the manipulated variable MV to PID-control the heating means 11 so that the temperature (controlled variable PV) of the temperature sensor 12 of the electric furnace 13 reaches the intermediate target value SV1 with a load rate of 60%. After that, the first control means 4a drives the actuator with the manipulated variable MV to PID-control the heating means 11 so that the temperature (controlled variable PV) of the temperature sensor 12 of the electric furnace 13 reaches the intermediate target value SV2 with a load rate of 80%. Note that the control of the heating means 11 by driving the actuator is not limited to PID control.

第1算出手段4bは、第1制御手段4aにより制御量PVがそれぞれの中途目標値に到達した後の所定時間内における操作量MVの平均値を平均操作量として算出する。 The first calculation means 4b calculates the average operation amount as the average operation amount, which is the average value of the operation amount MV within a predetermined time after the control amount PV reaches each intermediate target value by the first control means 4a.

具体的に、例えば目標値SVに対して負荷率60%の中途目標値SV1と負荷率80%の中途目標値SV2が設定されている場合、第1算出手段4bは、制御量PVが目標値SVに対して負荷率60%の中途目標値SV1に到達した後の所定時間T1内における操作量MVの平均値を平均操作量MV1として算出する。また、第1算出手段4bは、制御量PVが目標値SVに対して負荷率80%の中途目標値SV2に到達した後の所定時間T2内における操作量MVの平均値を平均操作量MV2として算出する。 Specifically, for example, if an intermediate target value SV1 with a load rate of 60% and an intermediate target value SV2 with a load rate of 80% are set for the target value SV, the first calculation means 4b calculates as the average operation amount MV1 the average value of the operation amount MV within a predetermined time T1 after the control amount PV reaches the intermediate target value SV1 with a load rate of 60% for the target value SV. The first calculation means 4b also calculates as the average operation amount MV2 the average value of the operation amount MV within a predetermined time T2 after the control amount PV reaches the intermediate target value SV2 with a load rate of 80% for the target value SV.

なお、所定時間T1は、制御量PVが目標値SVに対して負荷率60%の中途目標値SV1に到達して安定するまでの時間に設定される。また、所定時間T2は、制御量PVが目標値SVに対して負荷率80%の中途目標値SV2に到達して安定するまでの時間に設定される。 The predetermined time T1 is set to the time until the controlled variable PV reaches an intermediate target value SV1 with a load rate of 60% relative to the target value SV and stabilizes. The predetermined time T2 is set to the time until the controlled variable PV reaches an intermediate target value SV2 with a load rate of 80% relative to the target value SV and stabilizes.

第2算出手段4cは、第1算出手段4bが算出した平均操作量に基づく近似線上の目標値SVに対応する操作量MVを、制御量PVが目標値SVに到達するときの推定操作量として算出する。 The second calculation means 4c calculates the operation amount MV corresponding to the target value SV on the approximation line based on the average operation amount calculated by the first calculation means 4b as an estimated operation amount when the control amount PV reaches the target value SV.

具体的に、例えば目標値SVに対して負荷率60%の中途目標値SV1と負荷率80%の中途目標値SV2が設定されている場合、第2算出手段4cは、第1算出手段4bが算出した2つの平均操作量MV1,MV2から1次関数の式(1):y=5(MV2-MV1)x+MV2-4(MV2-MV1)を作成する。この1次関数の式(1)は、2つの平均操作量MV1=0.6×a+b、MV2=0.8×a+bとしたとき、a=5(MV2-MV1)、b=MV2-4(MV2-MV1)をy=ax+bに代入することにより作成される。そして、この1次関数の式(1)による近似線上の目標値SVに対応する操作量MVを、制御量PVが目標値SVに到達するときの推定操作量MV3として算出する。 Specifically, for example, when an intermediate target value SV1 with a load factor of 60% and an intermediate target value SV2 with a load factor of 80% are set for the target value SV, the second calculation means 4c creates a linear function formula (1): y = 5 (MV2-MV1) x + MV2-4 (MV2-MV1) from the two average operation amounts MV1 and MV2 calculated by the first calculation means 4b. This linear function formula (1) is created by substituting a = 5 (MV2-MV1) and b = MV2-4 (MV2-MV1) into y = ax + b when the two average operation amounts MV1 = 0.6 x a + b and MV2 = 0.8 x a + b. Then, the operation amount MV corresponding to the target value SV on the approximation line according to this linear function formula (1) is calculated as the estimated operation amount MV3 when the control amount PV reaches the target value SV.

なお、上述した近似線は、2つの平均操作量MV1,MV2から作成される1次関数の式(1)で示されるが、1次関数の式(1)のみに限定されるものではない。例えば中途目標値が3つ以上設定される場合、これら3つ以上の中途目標値から作成される2次関数の式で示される近似線を用いれば、さらに精度の向上を図ることができる。 The above-mentioned approximation line is represented by equation (1), which is a linear function created from the two average operation amounts MV1 and MV2, but is not limited to equation (1), which is a linear function. For example, when three or more intermediate target values are set, the accuracy can be further improved by using an approximation line represented by an equation, which is a quadratic function created from these three or more intermediate target values.

第2制御手段4dは、第2算出手段4cにて算出した固定値による推定操作量MV3でアクチュエータを駆動して加熱手段11を制御する。 The second control means 4d drives the actuator with the estimated operation amount MV3 based on the fixed value calculated by the second calculation means 4c to control the heating means 11.

第3制御手段4eは、第2制御手段4dが推定操作量MV3で所定時間T3にわたり加熱手段11の制御を行った後、制御量PVが目標値SVに一致するように推定操作量MV3に加えて積分制御により操作量MVを微調整し、アクチュエータを駆動して加熱手段11を制御する。 After the second control means 4d controls the heating means 11 with the estimated operation amount MV3 for a predetermined time T3, the third control means 4e fine-tunes the operation amount MV by integral control in addition to the estimated operation amount MV3 so that the control amount PV coincides with the target value SV, and drives the actuator to control the heating means 11.

次に、上記のように構成される制御装置1によるチューニングと制御の方法について図2を参照しながら説明する。 Next, the tuning and control method using the control device 1 configured as described above will be explained with reference to Figure 2.

まず、操作表示部2の操作によりPID定数を任意に設定するとともに、目標値SV、操作量MV、中途目標値を設定する。ここでは、中途目標値として、目標値SVの負荷率60%が中途目標値SV1、目標値SVの負荷率80%が中途目標値SV2に設定されているものとする。 First, the PID constants are set arbitrarily by operating the operation display unit 2, and the target value SV, the operation amount MV, and the intermediate target value are set. Here, the intermediate target values are set as follows: a load factor of 60% of the target value SV is set as intermediate target value SV1, and a load factor of 80% of the target value SV is set as intermediate target value SV2.

上記設定を終え、操作表示部2の操作によりチューニングを開始すると、制御部4の第1制御手段4aは、図2の区間(イ)に示すように、電気炉13の炉内温度が目標値SVの負荷率60%の中途目標値SV1=0.6×SV[%]となるように操作量MVでアクチュエータを駆動して加熱手段11をPID制御する。このPID制御は、制御量PVによって操作量MVが設定され、制御量PVが中途目標値SV1に到達後、所定時間T1だけ継続する。 After completing the above settings, when tuning is started by operating the operation display unit 2, the first control means 4a of the control unit 4 drives the actuator with the manipulated variable MV to PID-control the heating means 11 so that the temperature inside the electric furnace 13 reaches an intermediate target value SV1 = 0.6 x SV [%] with a load factor of 60% of the target value SV, as shown in section (a) of Figure 2. This PID control sets the manipulated variable MV according to the controlled variable PV, and continues for a predetermined time T1 after the controlled variable PV reaches the intermediate target value SV1.

そして、制御部4の第1算出手段4bは、制御量PVが中途目標値SV1に到達した後の所定時間T1内における操作量MVの平均値を平均操作量MV1として算出する。具体的には、所定時間T1のサンプリング数をn1とすると、平均操作量MV1=Σ(MVn1)/n1[%]として算出される。 Then, the first calculation means 4b of the control unit 4 calculates the average value of the operation amount MV within a predetermined time T1 after the control amount PV reaches the intermediate target value SV1 as the average operation amount MV1. Specifically, if the number of samples in the predetermined time T1 is n1, the average operation amount MV1 is calculated as Σ(MVn1)/n1 [%].

次に、制御部4の第1制御手段4aは、図2の区間(ロ)に示すように、電気炉13の炉内温度が目標値SVの負荷率80%の中途目標値SV2=0.8×SV[%]となるように操作量MVでアクチュエータを駆動して加熱手段11をPID制御する。このPID制御は、制御量PVによって操作量MVが設定され、制御量PVが中途目標値SV2に到達後、所定時間T2だけ継続する。 Next, the first control means 4a of the control unit 4 drives the actuator with the manipulated variable MV to PID-control the heating means 11 so that the temperature inside the electric furnace 13 reaches an intermediate target value SV2 = 0.8 x SV [%], which is a load factor of 80% of the target value SV, as shown in section (b) of Figure 2. This PID control sets the manipulated variable MV based on the controlled variable PV, and continues for a predetermined time T2 after the controlled variable PV reaches the intermediate target value SV2.

そして、制御部4の第1算出手段4bは、制御量PVが中途目標値SV2に到達した後の所定時間T2内における操作量MVの平均値を平均操作量MV2として算出する。具体的には、所定時間T2のサンプリング数をn2とすると、平均操作量MV2=Σ(MVn2)/n2[%]として算出される。 Then, the first calculation means 4b of the control unit 4 calculates the average value of the operation amount MV within a predetermined time T2 after the control amount PV reaches the intermediate target value SV2 as the average operation amount MV2. Specifically, if the number of samples in the predetermined time T2 is n2, the average operation amount MV2 is calculated as Σ(MVn2)/n2 [%].

次に、制御部4の第2算出手段4cは、平均操作量MV1,MV2から1次関数の近似線を作成する。具体的には、MV1=0.6×a+b、MV2=0.8×a+bとすると、a=5(MV2-MV1)、b=MV2-4(MV2-MV1)となる。このa,bをy=ax+bに代入し、y=5(MV2-MV1)x+MV2-4(MV2-MV1)からなる1次関数の式(1)による近似線を作成する。 Next, the second calculation means 4c of the control unit 4 creates an approximation line of a linear function from the average operation amounts MV1 and MV2. Specifically, if MV1 = 0.6 x a + b and MV2 = 0.8 x a + b, then a = 5 (MV2 - MV1) and b = MV2 - 4 (MV2 - MV1). These a and b are substituted into y = ax + b, and an approximation line is created using the linear function equation (1) consisting of y = 5 (MV2 - MV1) x + MV2 - 4 (MV2 - MV1).

そして、制御部4の第2算出手段4cは、作成した1次関数の式(1)による近似線上の目標値SVに対応する操作量MVを、制御量PVが目標値SVに到達するときの推定操作量MV3として算出する。すなわち、1次関数の式(1)より、推定操作量MV3=5(MV2-MV1)+MV2-4(MV2-MV1)[%]となるので、第1算出手段4bにて算出した平均操作量MV1,MV2を代入することにより推定操作量MV3を算出する。 Then, the second calculation means 4c of the control unit 4 calculates the operation amount MV corresponding to the target value SV on the approximation line according to the created linear function equation (1) as the estimated operation amount MV3 when the control amount PV reaches the target value SV. That is, according to the linear function equation (1), the estimated operation amount MV3 = 5 (MV2 - MV1) + MV2 - 4 (MV2 - MV1) [%] is obtained, and the average operation amounts MV1 and MV2 calculated by the first calculation means 4b are substituted to calculate the estimated operation amount MV3.

そして、制御部4の第2制御手段4dは、図2の区間(ハ)に示すように、操作量MVを推定操作量MV3として所定時間T3だけ出力を継続し、推定操作量MV3でアクチュエータを駆動して加熱手段11を制御する。 Then, as shown in section (c) of FIG. 2, the second control means 4d of the control unit 4 continues to output the operation amount MV as the estimated operation amount MV3 for a predetermined time T3, and drives the actuator with the estimated operation amount MV3 to control the heating means 11.

さらに、制御部4の第3制御手段4eは、図2の区間(ニ)に示すように、推定操作量MV3による制御が所定時間T3を経過すると、推定操作量MV3に加えて積分制御を開始し、操作量MVを微調整制御する。これにより、オーバシュートを抑制した状態で制御量PVが目標値SVに一致するように制御が実行される。 Furthermore, as shown in section (d) of FIG. 2, when the control based on the estimated operation amount MV3 has elapsed for a predetermined time T3, the third control means 4e of the control unit 4 starts integral control in addition to the estimated operation amount MV3, thereby fine-tuning the operation amount MV. As a result, control is performed so that the control amount PV coincides with the target value SV while suppressing overshooting.

ところで、上述した実施の形態では、制御対象として電気炉13の炉内温度を目標値SVに制御する制御装置のチューニングと制御を例にとって説明したが、これに限定されるものではない。例えば流量系や化学反応系などにおける流量、湿度、圧力などの物理量を目標値に制御する制御装置のチューニングと制御として用いることもできる。 In the above-described embodiment, the tuning and control of a control device that controls the temperature inside the electric furnace 13 to a target value SV has been described as an example of a control target, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be used as tuning and control of a control device that controls physical quantities such as flow rate, humidity, and pressure in a flow rate system or chemical reaction system to target values.

このように、本実施の形態によれば、チューニングと制御により、目標値に対応する推定操作量を算出して制御した後、制御量が目標値に一致するように操作量を微調整制御するので、オーバシュートを抑制して制御量が目標値を超えずにチューニングと制御を行うことが可能となる。 In this way, according to this embodiment, after the estimated manipulated variable corresponding to the target value is calculated and controlled through tuning and control, the manipulated variable is fine-tuned so that the controlled variable matches the target value, so that overshooting is suppressed and tuning and control can be performed without the controlled variable exceeding the target value.

以上、本発明に係る制御装置および制御方法の最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。 The above describes the best mode for the control device and control method according to the present invention, but the present invention is not limited to the description and drawings of this mode. In other words, it goes without saying that all other modes, examples, and operational techniques that are made by those skilled in the art based on this mode are included in the scope of the present invention.

1 制御装置
2 操作表示部
3 記憶部
4 制御部
4a 第1制御手段
4b 第1算出手段
4c 第2算出手段
4d 第2制御手段
4e 第3制御手段
11 加熱手段
12 温度センサ
13 電気炉(制御対象)
REFERENCE SIGNS LIST 1 Control device 2 Operation display unit 3 Memory unit 4 Control unit 4a First control means 4b First calculation means 4c Second calculation means 4d Second control means 4e Third control means 11 Heating means 12 Temperature sensor 13 Electric furnace (controlled object)

Claims (4)

制御対象の制御量を操作量により変化させて前記制御量を目標値に一致させる制御装置であって、
前記目標値よりも小さく設定される少なくとも2つの中途目標値に前記制御量が到達するように前記中途目標値が大きくなる順序で少なくとも2回のPID制御を行い、該PID制御を前記制御量が前記中途目標値に到達した後に安定するまでの第1の所定時間だけ継続する第1制御手段と、
前記第1制御手段により前記PID制御ごとの前記制御量が前記中途目標値に到達した後の前記第1の所定時間内における操作量の平均値を平均操作量として算出する第1算出手段と、
前記第1算出手段が算出した前記PID制御ごとの平均操作量から作成する関数式の近似線上の前記目標値に対応する操作量を前記制御量が前記目標値に到達するときの推定操作量として算出する第2算出手段と、
前記推定操作量を用いて制御を行う第2制御手段と、
前記第2制御手段が第2の所定時間にわたり制御を行った後に前記制御量が前記目標値に一致するように操作量を微調整制御する第3制御手段と、
を具備することを特徴とする制御装置。
A control device that changes a control amount of a control target according to an operation amount to make the control amount coincide with a target value,
a first control means for performing PID control at least twice in order of increasing intermediate target values so that the controlled variable reaches at least two intermediate target values that are set smaller than the target value, and for continuing the PID control for a first predetermined time until the controlled variable becomes stable after reaching the intermediate target values;
a first calculation means for calculating an average manipulated variable as an average manipulated variable within the first predetermined time after the controlled variable for each of the PID control by the first control means has reached the intermediate target value;
a second calculation means for calculating a manipulation amount corresponding to the target value on an approximation line of a function equation created from an average manipulation amount for each of the PID control calculated by the first calculation means, as an estimated manipulation amount when the controlled amount reaches the target value;
A second control means for performing control using the estimated manipulated variable;
a third control means for finely adjusting the manipulated variable so that the controlled variable coincides with the target value after the second control means has performed control for a second predetermined time;
A control device comprising:
前記微調整制御が積分制御であることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 The control device according to claim 1, characterized in that the fine adjustment control is integral control. 制御対象の制御量を操作量により変化させて前記制御量を目標値に一致させる制御方法であって、
前記目標値よりも小さく設定される少なくとも2つの中途目標値に前記制御量が到達するように前記中途目標値が大きくなる順序で少なくとも2回のPID制御を行い、該PID制御を前記制御量が前記中途目標値に到達した後に安定するまでの第1の所定時間だけ継続するステップと、
前記PID制御ごとの前記制御量が前記中途目標値に到達した後の前記第1の所定時間内における操作量の平均値を平均操作量として算出するステップと、
前記PID制御ごとの前記平均操作量から作成する関数式の近似線上の前記目標値に対応する操作量を前記制御量が前記目標値に到達するときの推定操作量として算出するステップと、
前記推定操作量を用いて制御を行うステップと、
前記近似線上の前記目標値に対応する操作量で第2の所定時間にわたり制御を行った後に前記制御量が前記目標値に一致するように操作量を微調整制御するステップと、
を含むことを特徴とする制御方法。
A control method for changing a control amount of a control target based on an operation amount to make the control amount coincide with a target value, comprising the steps of:
performing PID control at least twice in order of increasing intermediate target values so that the controlled variable reaches at least two intermediate target values that are set smaller than the target value, and continuing the PID control for a first predetermined time until the controlled variable is stabilized after reaching the intermediate target values;
calculating an average value of an operation amount within the first predetermined time after the control amount for each of the PID control has reached the intermediate target value as an average operation amount;
calculating a manipulated variable corresponding to the target value on an approximation line of a function equation created from the average manipulated variable for each of the PID control as an estimated manipulated variable when the controlled variable reaches the target value;
performing control using the estimated manipulated variable;
a step of performing control for a second predetermined time with a manipulated variable corresponding to the target value on the approximation line, and then fine-tuning the manipulated variable so that the controlled variable coincides with the target value;
A control method comprising:
前記微調整制御が積分制御であることを特徴とする請求項3に記載の制御方法。 The control method according to claim 3, characterized in that the fine adjustment control is integral control.
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