JP7544516B2 - 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17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. 17, 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 amount MV_P asymptotically converges to zero.
図17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. 17 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18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18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19に示す。図19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. 19. In the example of FIG. 19, the manipulated variable addition amount 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。特に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、適切に診断しながら修正されなければならない。言うまでもなく、フィードフォワード量MV_Xに対し外乱が変化すれば、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を適切に修正して、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 feedforward control. In particular, 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、フィードフォワード量の妥当性を合理的に診断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 diagnose the validity of the 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、ステップ外乱の抑制に必要な第1のフィードフォワード量とインパルス外乱の抑制に必要な第2のフィードフォワード量との和を第3のフィードフォワード量として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3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3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有意の値になっ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、前記第1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し、推定した第1のパラメータを第1の診断指標とするように構成された第1の推定部と、前記第1の推定部によって推定された値と同じ前記第1のパラメータが前記フィードフォワード算出部に設定済みで前記トリガー変数が有意の値になったときに設定済みの前記第1のパラメータに基づいて前記第1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1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算出するように構成された総量算出部と、前記トリガー変数が有意の値になった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1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、前記第2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し、推定した第2のパラメータを第2の診断指標と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有意の値になった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2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、前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標とするように構成された補正部と、前記第1の診断指標と前記補正後の第2の診断指標とを提示するように構成された診断指標提示部とを備え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, for each control cycle, a sum of a first feedforward amount required to suppress a step disturbance and a second feedforward amount required to suppress an impulse disturbance in response to an input of a trigger variable that is a significant value before the application of the disturbance and a non-significant value after the application of the disturbance , as a third feedforward amount, a feedforward execution unit configured to add the third 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 third feedforward amount to the first manipulated variable to a controlled object, and a first estimation unit configured to estimate a difference between the second manipulated variable at the time of settling before a disturbance recovery response when a trigger variable becomes a significant value and the second manipulated variable after settling of the disturbance recovery as a first parameter for calculating the first feedforward amount, and to use the estimated first parameter as a first diagnostic index; a total amount calculation unit configured to calculate a total amount that is an integrated value of the first feedforward amount for each control period until the second manipulated variable becomes set, assuming that the same first parameter as the value estimated by the first estimation unit has been set in the feedforward calculation unit and that the first feedforward amount has been output based on the set first parameter when the trigger variable becomes a significant value; a second estimation unit configured to subtract a total amount of the first 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, estimate a value obtained by multiplying the control cycle by a result of the subtraction as a second parameter for calculating the second feedforward amount, and use the estimated second parameter as a second diagnostic index ; an invalid amount calculation unit configured to calculate an invalid amount that is an integrated value of an amount of the second feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit for each control cycle until the second manipulated variable is settling during a period in which the trigger variable becomes significant, the invalid amount being an integrated value of an amount of the second feedforward amount that 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 correction unit configured to calculate a ratio between a total amount that is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit until the settling of the second manipulated variable during a period when the value of the second feedforward amount becomes a value of 100%, and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount that is not invalidated by the output saturation, based on the invalid amount , estimate a correction value obtained by multiplying the second diagnostic index by the ratio so that a corresponding portion of the invalid amount is distributed within a range of the second manipulated variable that is not invalidated by the output saturation, and use the estimated value as a corrected second diagnostic index; and a diagnostic index presentation unit configured to present the first diagnostic index and the corrected second diagnostic index.
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算出部に設定されている前記第1のパラメータを前記第1の診断指標の値に修正し、前記フィードフォワード算出部に設定されている前記第2のパラメータを前記補正後の第2の診断指標の値に修正し、前記フィードフォワード算出部に設定されている、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、時定数の補正値に修正するように構成された修正部をさらに備え、前記補正部は、前記補正後の第2の診断指標を算出すると共に、前記時定数に前記比率を乗算した値を前記時定数の補正値として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2のパラメータをKx2、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、[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、前記補正後の第2の診断指標として、前記第2のパラメータKx2の補正値をKx2×RHにより算出し、前記時定数Tfに前記比率RHを乗算した値Tf×RHを前記時定数Tfの補正値として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1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1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, one configuration example of the control device of the present invention further includes a correction unit configured to correct the first parameter set in the feedforward calculation unit to the value of the first diagnostic index, correct the second parameter set in the feedforward calculation unit to the value of the corrected second diagnostic index, and correct a time constant set in the feedforward calculation unit that specifies the time for the second feedforward amount to gradually converge to a correction value of the time constant, and the correction unit calculates the corrected second diagnostic index and calculates a value obtained by multiplying the time constant by the ratio as the correction value of the time constant .
Moreover, in one configuration example of the control device of the present invention, the second 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 second 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, calculates a correction value of the second parameter Kx2 by Kx2×RH as a second diagnostic index after the correction , and calculates a value Tf×RH obtained by multiplying the time constant Tf by the ratio RH as the correction value of the time constant Tf .
Moreover, in one configuration example of the control device of the present invention, the first 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 first 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、前記無効量と、前記トリガー変数が有意の値になった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との比率を、第3の診断指標として算出するように構成された指標比率算出部をさらに備え、前記診断指標提示部は、前記第1の診断指標と前記補正後の第2の診断指標に加えて前記第3の診断指標を提示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有意の値になった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2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前記無効量を算出し、前記補正部は、前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標と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の推定部と前記指標比率算出部とは、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有意の値になった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2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前記無効量を算出し、前記補正部は、前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標とすることを特徴とするものである。
In addition, one configuration example of the control device of the present invention further includes an index ratio calculation unit configured to calculate, as a third diagnostic index, the ratio between the invalid amount and a total amount, which is the integrated value of each control cycle of the second feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit until the second operating amount is settled during the period in which the trigger variable becomes a significant value, and the diagnostic index presentation unit is characterized in that it presents the third diagnostic index in addition to the first diagnostic index and the corrected second diagnostic index.
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 calculation unit and the second estimator perform processing using the second manipulated variable that has been limited to as an input, and the invalid amount calculation unit calculates, during a period in which the trigger variable becomes a significant value, a value that is in the range of 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 among the second feedforward amounts calculated by the feedforward calculation unit for each control cycle until the second manipulated variable that has been limited to a settling state during the period in which the trigger variable becomes a significant value. the correction unit calculates the invalid amount, which is an integrated value of the amount invalidated by either one of the above, and the correction unit calculates a ratio between a total amount, which is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit until the settling of the second operation amount subjected to the limit processing during a period in which the trigger variable becomes significant, and a total amount, which is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount that was not invalidated by the output saturation, based on the invalid amount, and estimates the correction value, which is obtained by multiplying the second diagnostic index by the ratio, as a value for correcting the second 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, and sets the estimated value as the second diagnostic index after correction.
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 calculation unit, the second estimator, and the index ratio calculation unit perform processing using the second manipulated variable that has been limited to an input, and the invalid amount calculation unit calculates, during a period in which the trigger variable becomes a significant value, 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 among the second feedforward amounts calculated by the feedforward calculation unit for each control cycle until the second manipulated variable that has been limited to a settling time during which the trigger variable becomes a significant value. the correction unit calculates, based on the invalid amount, a ratio between a total amount that is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit until the settling of the second operation amount that has been limited during a period in which the trigger variable becomes a significant value, and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount that has not been invalidated due to the output saturation, and estimates the correction value obtained by multiplying the second diagnostic index by the ratio 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, and sets the estimated value as the second diagnostic index after correction.
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、ステップ外乱の抑制に必要な第1のフィードフォワード量とインパルス外乱の抑制に必要な第2のフィードフォワード量との和を第3のフィードフォワード量として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3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3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有意の値になっ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、前記第1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し、推定した第1のパラメータを第1の診断指標とする第5のステップと、前記第5のステップで推定した値と同じ前記第1のパラメータが設定済みで前記トリガー変数が有意の値になったときに設定済みの前記第1のパラメータに基づいて前記第1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1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算出する第6のステップと、前記トリガー変数が有意の値になった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1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、前記第2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し、推定した第2のパラメータを第2の診断指標とする第7のステップと、前記トリガー変数が有意の値になった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2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、前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標とする第9のステップと、前記第1の診断指標と前記補正後の第2の診断指標とを提示する第10のステップと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 sum of a first feedforward amount required to suppress a step disturbance and a second feedforward amount required to suppress an impulse disturbance as a third feedforward amount 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 a non-significant value after the application of the disturbance, a third step of adding the third feedforward amount to the first manipulated variable for each control cycle , a fourth step of outputting a second manipulated variable obtained by adding the third feedforward amount to the first manipulated variable to a controlled object, and a disturbance recovery response when the trigger variable becomes a significant value. a fifth step of estimating a difference between the second manipulated variable at the time of the previous settling and the second manipulated variable after the settling of disturbance recovery as a first parameter for calculating the first feedforward amount, and using the estimated first parameter as a first diagnostic index ; a sixth step of calculating a total amount which is an integrated value of the first feedforward amount for each control period until the second manipulated variable is settling, assuming that the same first parameter as the value estimated in the fifth step has already been set and the first feedforward amount has been output based on the already set first parameter when the trigger variable becomes a significant value; a seventh step of subtracting a total amount of the first feedforward amount from a total amount which is an integrated value of an amount of change in a control cycle , estimating a value obtained by multiplying the result of the subtraction by the control cycle as a second parameter for calculating the second feedforward amount, and setting the estimated second parameter as a second diagnostic index ; an eighth step of calculating an invalid amount which is an integrated value of an amount of the second feedforward amount calculated for each control cycle by the second step until the second manipulated variable is settling during a period in which the trigger variable becomes significant, the invalid amount being an integrated value of an amount of the second manipulated variable invalidated due to either output saturation in which the second manipulated variable exceeds an upper limit value of the manipulated variable or output saturation in which the second manipulated variable falls below a lower limit value of the manipulated variable; a ninth step of calculating a ratio between a total amount, which is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount calculated by the second step until the second manipulated variable is settling, and a total amount, which is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount that has not been invalidated by the output saturation, based on the invalid amount, and estimating a correction value obtained by multiplying the second diagnostic index by the ratio so that a corresponding portion of the invalid amount is distributed within a range of the second manipulated variable that is not invalidated by the output saturation , as a value for correcting the second feedforward amount, and setting the estimated value as a corrected second diagnostic index; and a tenth step of presenting the first diagnostic index and the corrected second diagnostic index.
また、本発明の制御方法の1構成例は、前記第2のステップにおいて前記第1のフィードフォワード量を算出するために設定されている前記第1のパラメータを前記第1の診断指標の値に修正し、前記第2のステップにおいて前記第2のフィードフォワード量を算出するために設定されている前記第2のパラメータを前記補正後の第2の診断指標の値に修正し、前記第2のステップにおいて前記第2のフィードフォワード量を算出するために設定されている、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、時定数の補正値に修正する第11のステップをさらに含み、前記第9のステップは、前記補正後の第2の診断指標を算出すると共に、前記時定数に前記比率を乗算した値を前記時定数の補正値として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2のパラメータをKx2、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、[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、前記補正後の第2の診断指標として、前記第2のパラメータKx2の補正値をKx2×RHにより算出し、前記時定数Tfに前記比率RHを乗算した値Tf×RHを前記時定数Tfの補正値として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1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1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, one configuration example of the control method of the present invention further includes an eleventh step of correcting the first parameter set for calculating the first feedforward amount in the second step to the value of the first diagnostic index, correcting the second parameter set for calculating the second feedforward amount in the second step to the value of the corrected second diagnostic index, and correcting a time constant that is set for calculating the second feedforward amount in the second step and that specifies the time for gradually converging the second feedforward amount, to a correction value of the time constant, and the ninth step is characterized in including a step of calculating the corrected second diagnostic index and calculating a value obtained by multiplying the time constant by the ratio as the correction value of the time constant .
Moreover, in one configuration example of the control method of the present invention, the second 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 second 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 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, calculating a correction value of the second parameter Kx2 by Kx2×RH as the second diagnostic index after the correction , and calculating a value Tf×RH obtained by multiplying the time constant Tf by the ratio RH as the correction value of the time constant Tf .
Moreover, in one configuration example of the control method of the present invention, the first feedforward amount is calculated by [Kx1/{(1+ATfs)(1+(2.0-A)Tfs)}]FF_X, where the first parameter is Kx1, a time constant defining a time for gradually converging the first 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.
また、本発明の制御方法の1構成例は、前記無効量と、前記トリガー変数が有意の値になった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との比率を、第3の診断指標として算出する第12のステップと、前記第3の診断指標を提示する第13のステップとをさらに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12のステップをさらに含み、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のステップと前記第6のステップと前記第7のステップとは、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、前記第8のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった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2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前記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、前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標と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14のステップをさらに含み、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のステップと前記第6のステップと前記第7のステップと前記第12のステップとは、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、前記第8のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった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2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前記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、前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標とするステップを含むことを特徴とするものである。
Furthermore, one configuration example of the control method of the present invention is characterized in that it further includes a twelfth step of calculating, as a third diagnostic index, the ratio between the invalid amount and a total amount which is the integrated value of each control cycle of the second feedforward amount calculated by the second step until the second manipulated variable is settling during the period in which the trigger variable becomes a significant value, and a thirteenth step of presenting the third diagnostic index.
Moreover, one configuration example of the control method of the present invention further includes a twelfth 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 step, the sixth step, and the seventh step include a step of performing processing using the limit-processed second manipulated variable as an input, and the eighth step includes a step of outputting a second feedforward amount calculated in the second step for each control cycle until the limit-processed second manipulated variable is settling during a period in which the trigger variable becomes significant, the second manipulated variable before the limit processing being limited due to either output saturation exceeding the manipulated variable upper limit value or output saturation falling below the manipulated variable lower limit value. the ninth step includes a step of calculating the invalid amount, which is an integrated value of the second feedforward amount that has been invalidated by the output saturation, based on the invalid amount, a ratio between a total amount that is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount calculated in the second step until the settling of the second manipulated variable that has been limited during a period in which the trigger variable becomes significant, and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount that has not been invalidated by the output saturation, and estimating the correction value obtained by multiplying the second diagnostic index by the ratio as a value for correcting the second feedforward amount so that a corresponding portion of the invalid amount is distributed within a range of the second manipulated variable before the limit processing that is not invalidated by the output saturation, and setting the estimated value as the corrected second diagnostic index.
Moreover, one configuration example of the control method of the present invention further includes a fourteenth 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 step, the sixth step, the seventh step, and the twelfth step include a step of performing processing using the limit-processed second manipulated variable as an input, and the eighth step includes a step of outputting a value of the second feedforward variable calculated in the second step for each control cycle until the limit-processed second manipulated variable is settling during a period in which the trigger variable becomes significant, the output saturation in which the second manipulated variable before the limit processing exceeds the manipulated variable upper limit value or the output saturation in which the second manipulated variable falls below the manipulated variable lower limit value. the ninth step includes a step of calculating the invalid amount, which is an integrated value of the amount invalidated by any of the above, and 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 second feedforward amount calculated by the second step until the settling of the second operation amount that has been limited during a period in which the trigger variable becomes a significant value, and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount that has not been invalidated by the output saturation, and estimating the correction value obtained by multiplying the second diagnostic index by the ratio as a value for correcting the second 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, and setting the estimated value as the corrected second diagnostic index.
本発明によれば、第1の推定部と総量算出部と第2の推定部と無効量算出部と補正部と診断指標提示部とを設けることにより、外乱リカバリー制御の実行結果に基づいて、ステップ外乱の抑制に必要な第1のフィードフォワード量とインパルス外乱の抑制に必要な第2のフィードフォワード量の診断指標を得ることができ、第1のフィードフォワード量と第2のフィードフォワード量の妥当性を合理的に診断することができる。 According to the present invention, by providing a first estimation unit, a total amount calculation unit, a second estimation unit, a reactive amount calculation unit, a correction unit, and a diagnostic index presentation unit, it is possible to obtain diagnostic indexes for the first feedforward amount required to suppress step disturbances and the second feedforward amount required to suppress impulse disturbances based on the results of execution of disturbance recovery control, and it is possible to rationally diagnose the validity of the first feedforward amount and the second feedforward amount.
また、本発明では、修正部を設けることにより、適応的な再調整機能を実現することができる。 In addition, the present invention provides a correction unit, making it possible to realize an adaptive readjustment function.
[発明の原理1]
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。
[
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 the time of settling hardly changes 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 the time of settling 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。 (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 manipulated variable difference ΔMV_stp before and after the disturbance recovery response.
(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。 (II) In the disturbance recovery control executed in (I) above, the total amount of change ΔMV_all in the actual manipulated 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 manipulated 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.
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19の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。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、特に診断が難しいのは、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. 19 results in an operation that temporarily fluctuates the actual operation amount MV_F significantly, 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 output saturation occurs, the expected feedforward amount cannot be secured. In other words, it is particularly difficult to diagnose a case where the feedforward amount required for an impulse disturbance is affected by output saturation.
発明者は、鋭意研究の結果、以下の(III)、(IV)、(V)の手順でフィードフォワード量MV_Xについてほぼ適正な監視・診断および再調整が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。すなわち、本発明では、再現性が得られずに変化するのは外乱の極性および大きさのみとする。 After extensive research, the inventors have discovered that the feedforward amount MV_X can be monitored, diagnosed, and readjusted approximately appropriately by following the steps (III), (IV), and (V) below. 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. This invention is also 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. In other words, in this invention, it is only the polarity and magnitude of the disturbance that change without achieving reproducibility.
(III)ステップ外乱とインパルス外乱に対するフィードフォワード制御とフィードバック制御により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に基づきステップ外乱に必要なフィードフォワード量MV_X1の適正さを診断する指標を算出する。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。 (III) Disturbance recovery control is performed using feedforward control and feedback control for step disturbances and impulse disturbances, and an index is calculated to diagnose the appropriateness of the feedforward amount MV_X1 required for the step disturbance based on the actual operation amount difference ΔMV_stp before and after the disturbance recovery response. Theoretically, the appropriate feedforward amount MV_X1 is proportional to the actual operation amount difference ΔMV_stp.
(IV)上記(III)の手順で求めた診断指標に基づいて想定できる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に基づき、インパルス外乱に必要なフィードフォワード量MV_X2の適正さを診断する指標を算出する。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。 (IV) An index for diagnosing the appropriateness of the feedforward amount MV_X2 required for the impulse disturbance is calculated based on the total amount of change ΔMV_imp of the actual control amount MV_F obtained by subtracting the total amount of feedforward amount MV_X1 required for the step disturbance that can be assumed based on the diagnostic index obtained in the procedure (III) above. Theoretically, the appropriate feedforward amount MV_X2 is roughly proportional to the total amount of change ΔMV_imp of the actual control amount MV_F.
(V)上記(III)の手順で実行した外乱リカバリー制御において、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範囲内に無効量FF_Nの相当分が配分されるように、上記(IV)の手順で求めた診断指標であるフィードフォワード量MV_X2の補正量を補正後の診断指標として算出する。 (V) In the disturbance recovery control executed in the procedure (III) above, the correction amount of the feedforward amount MV_X2, which is the diagnostic index obtained in the procedure (IV) above, is calculated as a corrected diagnostic index, 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 a range that is not invalidated due to output saturation.
上記の(III)、(IV)、(V)の手順により、フィードフォワード量MV_X(MV_X1+MV_X2H)の妥当性を合理的に診断できる。実用上は、外乱リカバリー制御と監視を繰り返す中で、統計的に信頼性のある判定を行ない、必要に応じてフィードフォワード量MV_Xを適宜修正するのが好ましい。 The above steps (III), (IV), and (V) allow a rational diagnosis of the validity of the feedforward amount MV_X (MV_X1+MV_X2H). In practice, it is preferable to make a statistically reliable judgment while repeating disturbance recovery control and monitoring, and to appropriately correct the feedforward amount MV_X as necessary.
[発明の原理2]
上記のように汎用性を考えて出力飽和を想定した場合、ステップ外乱に必要なフィードフォワード量MV_X1とインパルス外乱に必要なフィードフォワード量MV_X2を個別に監視対象とするだけではなく、無効量FF_Nに関する比率RXも監視対象とするのが好ましい。これにより、フィードフォワード制御の有効性の変化も監視することができる。
[
As described above, when output saturation is assumed with versatility in mind, it is preferable to monitor not only the feedforward amount MV_X1 required for a step disturbance and the feedforward amount MV_X2 required for an impulse disturbance individually, but also the ratio RX regarding the reactive amount FF_N, which makes it possible to monitor changes in the effectiveness of the feedforward control.
[第1の実施例]
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は本発明の第1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。本実施例は、上記発明の原理1に対応する例である。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、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1のフィードフォワード量)と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2のフィードフォワード量)との和をフィードフォワード量MV_X(第3のフィードフォワード量)として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。
[First embodiment]
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 a first embodiment of the present invention. This embodiment corresponds to the above-mentioned
また、制御装置は、トリガー変数FF_Xが有意の値になっ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、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(第1のパラメータ)を第1の診断指標として推定するステップ対応推定部4(第1の推定部)と、ステップ対応推定部4によって推定された値と同じパラメータKx1がフィードフォワード算出部2に設定済みでトリガー変数FF_Xが有意の値になったときに設定済みのパラメータKx1に基づ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を算出する総量算出部5と、トリガー変数FF_Xが有意の値になった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MV_X1_allを減算した結果ΔMV_impに基づいて、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(第2のパラメータ)を第2の診断指標として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 correspondence estimation unit 4 (first estimation unit) that estimates a parameter Kx1 (first parameter) for calculating the feedforward amount MV_X1 as a first diagnostic index based on the actual operation amount difference ΔMV_stp before and after the disturbance recovery response when the trigger variable FF_X becomes a significant value, and a parameter Kx1 that is the same as the value estimated by the step
さらに、制御装置は、トリガー変数FF_Xが有意の値になった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、トリガー変数FF_Xが有意の値になった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補正後の第2の診断指標として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とインパルス対応補正部8の推定結果を出力する推定結果出力部9と、第1の診断指標と補正後の第2の診断指標をオペレータに対して提示する診断指標提示部10と、診断指標に基づきフィードフォワード算出部2の設定を修正する適応修正部11とを備えている。
Furthermore, the control device includes an invalid
さらに、制御装置は、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12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13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 is equipped with a
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12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12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13は、リミット処理部12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
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12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S108)。
The step
制御装置は、図3のステップS100~S108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S109においてYES)、制御周期毎に実行する。 The control device executes steps S100 to S108 in FIG. 3 for each control cycle until control is terminated, for example, by an operator's instruction (YES in step S109 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。 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, 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 as printed circuit boards to be soldered are periodically inserted. 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 inserted 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.
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)、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、下記の式(9)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S110)。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、下記の式(10)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S111)。
When the trigger variable FF_X changes from 0 to 1 (YES in step S103), the
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
・・・(9)
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
... (9)
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
・・・(10)
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
...(10)
式(9)、式(10)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 (9) and (10), 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(9)、式(10)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。
パラメータKx1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(9)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 (9) and (10), 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.
The parameter Kx1 is a parameter for calculating the feedforward amount MV_X1 required for suppressing the step disturbance, and is substantially a target value of the amount of addition or subtraction of the feedforward portion with respect to the basic manipulated variable MV. According to the formula (9), the feedforward amount MV_X1 gradually converges from zero to the value of the parameter Kx1.
また、式(10)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(10)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。式(9)、式(10)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 (10) is a parameter for calculating the feedforward amount MV_X2 required to suppress impulse disturbances, and is essentially a target value for the total amount of additions and subtractions of the feedforward components to the basic operating amount MV (the integrated value of the additions and subtractions for each control cycle). According to formula (10), 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 a zero value. Formulas (9) and (10) are stored in the
次に、フィードフォワード量MV_X1,MV_X2の算出後、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S112)。
MV_X=MV_X1+MV_X2 ・・・(11)
Next, after calculating the feedforward amounts MV_X1 and MV_X2, the
MV_X=MV_X1+MV_X2...(11)
なお、本実施例では、少なくともインパルス外乱対応のフィードフォワード制御とフィードバック制御で外乱リカバリー制御を実行すればよく、ステップ外乱対応のフィードフォワード制御を実行しなくてもよい。パラメータKx1が0で、パラメータKx2が0以外の値に設定されている場合、フィードフォワード量MV_X1が0になるので、外乱リカバリー制御として、インパルス外乱対応のフィードフォワード制御とフィードバック制御とが実行される。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 this embodiment, it is sufficient to execute disturbance recovery control using at least impulse disturbance-responsive feedforward control and feedback control, and it is not necessary to execute feedforward control for step disturbances. When parameter Kx1 is set to 0 and parameter Kx2 is set to a value other than 0, the feedforward amount MV_X1 becomes 0, so that impulse disturbance-responsive feedforward control and feedback control are executed as disturbance recovery control. Whether or not to set MV_X1 = 0 can be determined appropriately depending on the disturbance.
図4のステップS113~S115の処理は、ステップS105~S107の処理と同じである。ステップ対応推定部4とインパルス対応推定部6と無効量算出部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12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S116)。
こうして、制御装置は、トリガー変数FF_Xが1のときに、ステップS100~S102,S110~S116の処理を制御周期毎に実行する。
The processing in steps S113 to S115 in Fig. 4 is the same as the processing in steps S105 to S107. The
In this manner, when the trigger variable FF_X is 1, the control device executes the processes of steps S100 to S102 and S110 to S116 for each control period.
次に、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4ステップS117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4ステップS118)。実操作量差ΔMV_stpは、ステップS117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。
Next, 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の適正値を診断指標Kx1newとして推定する(図4ステップS119)。
Kx1new=ΔMV_stp ・・・(12)
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をそのまま診断指標Kx1newとする。
Then, the
Kx1new=ΔMV_stp...(12)
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診断指標Kx1newの値を診断指標提示部10と適応修正部11とに出力する。診断指標提示部10は、ステップ対応推定部4によって推定された診断指標Kx1newの値をオペレータに対して提示する(図4ステップS120)。
The estimation
適応修正部11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Kx1の値を、ステップ対応推定部4によって推定された診断指標Kx1newの値に修正する(図4ステップS121)。
The
ただし、適応修正部11によるパラメータKx1の自動修正は本発明において必須の構成要件ではない。例えば診断指標提示部10によって画面に表示された診断指標Kx1newの値をオペレータに確認させた上でオペレータが手動でパラメータKx1の値を修正してもよい。あるいは、統計的に信頼性のある判定を行なうために、パラメータKx1の修正自体は一旦保留してもよい。
However, automatic correction of the parameter Kx1 by the
次に、総量算出部5は、ステップ対応推定部4によって推定された値と同じパラメータKx1がフィードフォワード算出部2に設定済みでトリガー変数FF_Xが1になったときに設定済みのパラメータKx1に基づ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4ステップS122)。
Next, the total
つまり、トリガー変数FF_Xが1になり、実操作量MV_F’が整定した後にステップ対応推定部4によって診断指標Kx1newが推定されるので、トリガー変数FF_Xが1になった時点では診断指標Kx1newと同じ値のパラメータKx1がフィードフォワード算出部2に設定されていない可能性がある。これに対して、総量算出部5は、トリガー変数FF_Xが1になる前に診断指標Kx1newと同じ値のパラメータKx1がフィードフォワード算出部2に設定されており、トリガー変数FF_Xが1になったときにステップS110の処理によりフィードフォワード量MV_X1が算出され出力されると仮定したときの実操作量MV_F’の整定までの総量MV_X1_allを算出する。
In other words, since the diagnostic index Kx1new is estimated by the step
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4ステップS123)。
The impulse
続いて、インパルス対応推定部6は、ステップS123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4ステップS124)。
ΔMV_imp=ΔMV_all-MV_X1_all ・・・(13)
Next, the impulse-
ΔMV_imp=ΔMV_all−MV_X1_all (13)
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の適正値を診断指標Kx2newとして推定する(図4ステップS125)。
Kx2new=ΔMV_imp×dt ・・・(14)
Furthermore, the impulse
Kx2new=ΔMV_imp×dt...(14)
式(14)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。
次に、無効量算出部7は、トリガー変数FF_Xが1になった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、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S126)。
In the formula (14), dt is a control period (a calculation period of the basic manipulated variable MV and the feedforward variables MV_X1, MV_X2, and MV_X) and is expressed in seconds.
Next, in the disturbance recovery control in which the trigger variable FF_X becomes 1, when the actual control input MV_F' settles, 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S127)。
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と一致するので、式(15)の計算では、フィードフォワード量MV_X2の積算で計算するのではなく、Kx2を総量としている。
Note that the total amount of the feedforward amount MV_X2 is equal to 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の補正量を補正後の診断指標として算出する。より具体的には、インパルス対応補正部8は、インパルス対応推定部6によって推定された診断指標Kx2newと比率RHとに基づいてパラメータKx2の補正値Kx2Hを式(16)により推定する。また、インパルス対応補正部8は、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と比率RHとに基づいて時定数Tfの補正値TfHを式(17)により推定する(図4ステップS128)。
Kx2H=Kx2new×RH ・・・(16)
TfH=Tf×RH ・・・(17)
Then, the impulse
Kx2H=Kx2new×RH...(16)
TfH=Tf×RH...(17)
推定結果出力部9は、インパルス対応補正部8によって推定された補正後の診断指標Kx2H,TfHの値を診断指標提示部10と適応修正部11とに出力する。
診断指標提示部10は、インパルス対応補正部8によって推定された診断指標Kx2H,TfHの値をオペレータに対して提示する(図4ステップS129)。
The estimation
The diagnostic
適応修正部11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によって推定された診断指標Kx2Hに修正し、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によって推定された診断指標TfHに修正する(図4ステップS130)。
The
パラメータKx1の場合と同様に、適応修正部11によるパラメータKx2と時定数Tfの自動修正は本発明において必須の構成要件ではない。例えば診断指標提示部10によって画面に表示された診断指標Kx2H,TfHの値をオペレータに確認させた上でオペレータが手動でパラメータKx2と時定数Tfの値を修正してもよい。あるいは、統計的に信頼性のある判定を行なうために、パラメータKx2と時定数Tfの修正自体は一旦保留してもよい。
なお、ステップS118~S130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。
As in the case of the parameter Kx1, the automatic correction of the parameter Kx2 and the time constant Tf by the
The processes of steps S118 to S130 need only be performed once when the actual manipulated variable MV_F' has stabilized.
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は、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。この図8は、フィードフォワード制御を行なわない場合の参考例を示しており、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。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 8 shows an example of the change 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 feedforward control. This Figure 8 shows a reference example when feedforward control is not performed, and shows the simulation results of the disturbance recovery response by feedback control when a mixed disturbance is applied at 100 seconds. Because the mixed disturbance includes a step disturbance, there is a noticeable change in the actual manipulated variable MV_F' (= manipulated variable MV) at the time of settling before and after the disturbance recovery response.
図9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10は、図9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。図9、図10の例では、フィードフォワード算出部2にパラメータKx1=15.0、Kx2=870.5、時定数Tf=4.6sec.が予め設定されていた場合を示している。
Figure 9 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 10 shows the simulation results of the feedforward amount MV_X in the case of Figure 9. The examples of Figures 9 and 10 show the case where the parameters Kx1 = 15.0, Kx2 = 870.5, and time constant Tf = 4.6 sec. are preset in the
図9、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(12)により診断指標Kx1new=15.0と推定する(図4ステップS119)。
In the example of Figures 9 and 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9、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=752.4%となる。インパルス対応推定部6は、式(14)により診断指標Kx2new=752.4と推定する(図4ステップS125)。無効量算出部7は、無効量FF_N=118.1%と算出する(図4ステップS126)。
In the example of Figures 9 and 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 752.4%. The impulse
インパルス対応補正部8は、式(15)により比率RH=870.5/(870.5-118.1×1.0)=1.157と算出する(図4ステップS127)。さらに、インパルス対応補正部8は、式(16)により補正後の診断指標Kx2H=752.4×1.157=870.5と推定し、式(17)により補正後の診断指標TfH=4.0×1.157=4.6sec.と推定する(図4ステップS128)。
The impulse-
図9、図10の例では、フィードフォワード算出部2に予め設定されていたパラメータKx1,Kx2,Tfの値と推定した診断指標Kx1new,Kx2H,TfHの値とが等しい。このため、オペレータは、フィードフォワード量MV_Xが適正と診断することができる。
In the example of Figures 9 and 10, the values of the parameters Kx1, Kx2, and Tf that were previously set in the
図11は、100sec.の時点で図9、図10の場合よりも印加量の多い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ている。図9、図10と同様に、図11の例では、フィードフォワード算出部2にパラメータKx1=15.0、Kx2=870.5、時定数Tf=4.6sec.が予め設定されていた場合を示している。図9、図10の場合よりも外乱印加量が増加しており、かつ外乱印加前の整定時の実操作量MV_F’も高いので、制御結果も図9とは異なる。
Figure 11 shows the simulation results of the disturbance recovery response by feedforward control and feedback control when a mixed disturbance with a larger amount of application than in Figures 9 and 10 is applied at 100 sec. As in Figures 9 and 10, the example in Figure 11 shows a case where the parameters Kx1 = 15.0, Kx2 = 870.5, and time constant Tf = 4.6 sec. are preset in the
図11の例では、外乱印加前の実操作量MV_F’=35.0%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55.0%なので、実操作量差ΔMV_stp=20.0%となる。ステップ対応推定部4は、式(12)により診断指標Kx1new=20.0と推定する(図4ステップS119)。
In the example of FIG. 11, the actual control amount MV_F' before the disturbance application is 35.0%, while the set value of the actual control amount MV_F' after the disturbance recovery response is 55.0%, so the actual control amount difference ΔMV_stp = 20.0%. The step
また、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=768.3%となる。インパルス対応推定部6は、式(14)により診断指標Kx2new=768.3と推定する(図4ステップS125)。無効量算出部7は、無効量FF_N=220.0%と算出する(図4ステップS126)。
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 768.3%. The impulse
インパルス対応補正部8は、式(15)により比率RH=870.5/(870.5-220.0×1.0)=1.342と算出する(図4ステップS127)。さらに、インパルス対応補正部8は、式(16)により補正後の診断指標Kx2H=768.3×1.342=1031.0と推定し、式(17)により補正後の診断指標TfH=4.0×1.342=5.4sec.と推定する(図4ステップS128)。
The impulse-
図11の例では、外乱印加量の増加と外乱印加前の整定時の実操作量MV_F’の上昇に伴い、フィードフォワード算出部2に予め設定されていたパラメータKx1,Kx2,Tfの値よりも推定した診断指標Kx1new,Kx2H,TfHの値が大きくなる。このため、オペレータは、フィードフォワード量MV_Xを増加させるのが妥当と診断することができる。
In the example of FIG. 11, as the amount of disturbance applied increases and the actual operating amount MV_F' at the time of settling before the disturbance is applied increases, the values of the estimated diagnostic indexes Kx1new, Kx2H, and TfH become larger than the values of the parameters Kx1, Kx2, and Tf that were preset in the
図12は、100sec.の時点で図9、図10の場合よりも印加量の少ない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ている。図9、図10と同様に、図12の例では、フィードフォワード算出部2にパラメータKx1=15.0、Kx2=870.5、時定数Tf=4.6sec.が予め設定されていた場合を示している。図9、図10の場合よりも外乱印加量が減少しており、かつ外乱印加前の整定時の実操作量MV_F’も低いので、制御結果も図9とは異なる。
Figure 12 shows the simulation results of the disturbance recovery response by feedforward control and feedback control when a mixed disturbance is applied at 100 sec. with a smaller amount than in Figures 9 and 10. As in Figures 9 and 10, the example in Figure 12 shows a case where the parameters Kx1 = 15.0, Kx2 = 870.5, and time constant Tf = 4.6 sec. are preset in the
図12の例では、外乱印加前の実操作量MV_F’=22.5%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35.0%なので、実操作量差ΔMV_stp=12.5%となる。ステップ対応推定部4は、式(12)により診断指標Kx1new=12.5と推定する(図4ステップS119)。
In the example of FIG. 12, the actual control amount MV_F' before the disturbance application is 22.5%, while the set value of the actual control amount MV_F' after the disturbance recovery response is 35.0%, so the actual control amount difference ΔMV_stp = 12.5%. The step
また、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=720.3%となる。インパルス対応推定部6は、式(14)により診断指標Kx2new=720.3と推定する(図4ステップS125)。無効量算出部7は、無効量FF_N=89.4%と算出する(図4ステップS126)。
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 720.3%. The impulse
インパルス対応補正部8は、式(15)により比率RH={870.5/(870.5-89.4)}×1.0=1.114と算出する(図4ステップS127)。さらに、インパルス対応補正部8は、式(16)により補正後の診断指標Kx2H=720.3×1.114=802.4と推定し、式(17)により補正後の診断指標TfH=4.0×1.114=4.5sec.と推定する(図4ステップS128)。
The impulse-
図12の例では、外乱印加量の減少と外乱印加前の整定時の実操作量MV_F’の下降に伴い、フィードフォワード算出部2に予め設定されていたパラメータKx1,Kx2,Tfの値よりも推定した診断指標Kx1new,Kx2H,TfHの値が小さくなる。このため、オペレータは、フィードフォワード量MV_Xを減少させるのが妥当と診断することができる。
In the example of FIG. 12, as the amount of disturbance applied decreases and the actual operating amount MV_F' at the time of settling before the disturbance is applied decreases, the values of the estimated diagnostic indicators Kx1new, Kx2H, and TfH become smaller than the values of the parameters Kx1, Kx2, and Tf that were preset in the
以上のように本実施例では、フィードフォワード量MV_X1とフィードフォワード量MV_X2の診断指標を得ることができ、フィードフォワード量MV_X1とフィードフォワード量MV_X2の妥当性を合理的に診断することができる。また、本実施例では、診断指標に基づいてパラメータKx1,Kx2,Tfを修正する適応修正部11を設けることにより、適応的な再調整機能を実現することができる。
As described above, in this embodiment, diagnostic indices for the feedforward amounts MV_X1 and MV_X2 can be obtained, and the validity of the feedforward amounts MV_X1 and MV_X2 can be reasonably diagnosed. In addition, in this embodiment, an adaptive readjustment function can be realized by providing an
[第2の実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図13は本発明の第2の実施例に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例は、上記発明の原理2に対応する例である。本実施例の制御装置は、操作量算出部1と、フィードフォワード算出部2と、フィードフォワード実行部3と、ステップ対応推定部4と、総量算出部5と、インパルス対応推定部6と、無効量算出部7と、インパルス対応補正部8と、推定結果出力部9と、診断指標提示部10aと、リミット処理部12と、操作量出力部13と、無効量FF_Nとトリガー変数FF_Xが有意の値になった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の総量との比率RXを、第3の診断指標として算出する指標比率算出部14とを備えている。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of a control device according to the second embodiment of the present invention, and the same components as those in FIG. 1 are given the same reference numerals. This embodiment is an example corresponding to the above-mentioned
次に、本実施例の制御装置の動作を図14を参照して説明する。トリガー変数FF_Xが0のままで、フィードバック制御のみが実行される場合の動作は図3に示したとおりであるので、説明は省略する。
トリガー変数FF_Xが1になったときのステップS110~S119の処理は第1の実施例と同じである。
Next, the operation of the control device of this embodiment will be described with reference to Fig. 14. The operation when the trigger variable FF_X remains at 0 and only the feedback control is executed is as shown in Fig. 3, so the description will be omitted.
The processes in steps S110 to S119 when the trigger variable FF_X becomes 1 are the same as those in the first embodiment.
診断指標提示部10aは、第1の実施例と同様にステップ対応推定部4によって推定された診断指標Kx1newの値をオペレータに対して提示する(図14ステップS120a)。本実施例では、オペレータが診断指標Kx1newの経時的変化に基づいて、統計的な信頼性も含めて何らかの判断が行ない易いように、診断指標Kx1newを時系列のグラフで表示する。
The diagnostic
トリガー変数FF_Xが1になったときのステップS122~S128の処理は第1の実施例と同じである。
診断指標提示部10aは、インパルス対応補正部8によって推定された診断指標Kx2H,TfHの値をオペレータに対して提示する(図14ステップS129a)。上記と同様に、診断指標提示部10aは、診断指標Kx2H,TfHを時系列のグラフで表示する。
The processes in steps S122 to S128 when the trigger variable FF_X becomes 1 are the same as those in the first embodiment.
The diagnostic
指標比率算出部14は、無効量算出部7によって算出された無効量FF_Nと実操作量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との比率RXを、さらに診断指標として算出する(図14ステップS131)。
RX=FF_N×dt/Kx2 ・・・(19)
The index
RX=FF_N×dt/Kx2 (19)
上記で説明したとおり、式(19)の計算では、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をフィードフォワード量MV_X2の総量としている。
第1の実施例に示した比率RHでも問題ないが、比率RHはフィードフォワード制御のパラメータを補正するための数値になるので、フィードフォワード量MV_X2が無効になる度合として直感的に理解しやすい比率RXを採用するのが好ましい。
As described above, in the calculation of equation (19), the parameter Kx2 set in the
Although there is no problem with the ratio RH shown in the first embodiment, since the ratio RH is a value for correcting the parameters of the feedforward control, it is preferable to employ the ratio RX, which is easy to intuitively understand as the degree to which the feedforward amount MV_X2 becomes invalid.
診断指標提示部10aは、指標比率算出部14によって算出された診断指標RXの値をオペレータに対して提示する(図14ステップS132)。上記と同様に、診断指標提示部10aは、診断指標RXを時系列のグラフで表示する。
ステップS118,S119,S120a,S122~S128,S129a,S131,S132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 diagnostic
The processes of steps S118, S119, S120a, S122 to S128, S129a, S131, and S132 need to be performed once when the actual manipulated variable MV_F' has stabilized.
本実施例では、第1の実施例で説明した適応修正部11が無い構成で説明しているが、本実施例に適応修正部11を追加しても構わない。本実施例に適応修正部11を追加した場合、原理的には外乱印加量が増加したり減少したりしても適正なフィードフォワード制御が維持されることになる。適応修正部11を追加した場合であっても、各診断指標の経時的変化は、適応修正部11が無い場合とほぼ同じ数値が算出される。したがって、適応修正部11の有無が、外乱印加量の変化と外乱の性質の変化とを監視する機能に影響を与えることはない。
In this embodiment, the configuration described in the first embodiment does not include the
比率RXの算出式として式(19)を採用した場合、最小値RX=0.0から最大値RX=1.0の指標になり、数値が小さいほどフィードフォワードが理想的な変化パターンで適用されているという意味になる。出力飽和によりフィードフォワード量が影響を受ける場合、図11、図12のように外乱自体の変化だけではなく、外乱印加前の整定時の実操作量MV_F’(平衡点)の変化によっても、比率RXが変化する。例えば図17のような加熱装置であれば、加熱装置全体の温まり具合が放熱特性という形で比率RXの変化の要因になり得る。 When formula (19) is used to calculate the ratio RX, it becomes an index ranging from a minimum value RX = 0.0 to a maximum value RX = 1.0, and the smaller the value, the more ideal the change pattern of the feedforward is applied. When the feedforward amount is affected by output saturation, the ratio RX changes not only due to changes in the disturbance itself as in Figures 11 and 12, but also due to changes in the actual operating amount MV_F' (equilibrium point) at the time of settling before the disturbance is applied. For example, in the case of a heating device as shown in Figure 17, the degree of warmth of the entire heating device can be a factor in changes in the ratio RX in the form of heat dissipation characteristics.
上記のように、診断指標の経時的な変化の原因が何らかの不具合であると考えられるアプリケーションにおいては、各診断指標の管理範囲を予め設定し、管理範囲から外れたときにアラームを発報するアラーム出力部を第1、第2の実施例に追加するようにしてもよい。適応修正部11を追加している場合は、原理的には適正なフィードフォワード制御が維持されることになるが、適応修正部11を追加していない場合は不具合の有無に関係なく制御性能に悪影響が現れる可能性が高いので、アラーム出力部を必ず設置することが好ましい。
As described above, in applications where the cause of the change in diagnostic index over time is thought to be some kind of malfunction, the management range of each diagnostic index may be set in advance, and an alarm output unit that issues an alarm when the index falls outside the management range may be added to the first and second embodiments. If the
図15は、比率RXの提示例を示す図である。図15の例では、画面150に、比率RXがグラフ表示されている。グラフの横軸は、トリガー変数FF_Xが1になったときから0になるまでの外乱リカバリー制御を1回として数えた回数である。本実施例のようなグラフ表示は、外乱リカバリー制御が繰り返し行われるようなアプリケーションにおいて、特に有効に活用できる。
Figure 15 is a diagram showing an example of the presentation of the ratio RX. In the example of Figure 15, the ratio RX is displayed as a graph on the
第1、第2の実施例では、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 the first and second embodiments, an example of a disturbance in which the controlled variable PV decreases relative to the set value SP is 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.
第1、第2の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16に示す。 The control device described in the first and second embodiments 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. 16.
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、第1、第2の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第1、第2の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、10,10a…診断指標提示部、11…適応修正部、12…リミット処理部、13…操作量出力部、14…指標比率算出部。 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...estimated result output section, 10, 10a...diagnostic index presentation section, 11...adaptive correction section, 12...limit processing section, 13...operational quantity output section, 14...index ratio calculation section.
Claims (16)
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、ステップ外乱の抑制に必要な第1のフィードフォワード量とインパルス外乱の抑制に必要な第2のフィードフォワード量との和を第3のフィードフォワード量として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3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3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有意の値になっ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、前記第1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し、推定した第1のパラメータを第1の診断指標とするように構成された第1の推定部と、
前記第1の推定部によって推定された値と同じ前記第1のパラメータが前記フィードフォワード算出部に設定済みで前記トリガー変数が有意の値になったときに設定済みの前記第1のパラメータに基づいて前記第1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1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算出するように構成された総量算出部と、
前記トリガー変数が有意の値になった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1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、前記第2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し、推定した第2のパラメータを第2の診断指標と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有意の値になった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2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、
前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標とするように構成された補正部と、
前記第1の診断指標と前記補正後の第2の診断指標とを提示するように構成された診断指標提示部とを備え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, for each control period, a sum of a first feedforward amount necessary to suppress a step disturbance and a second feedforward amount necessary to suppress an impulse disturbance, in response to an input of a trigger variable that is a significant value before application of the disturbance and a non-significant value after application of the disturbance;
a feedforward execution unit configured to add the third 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 third feedforward variable to the first manipulated variable to a control target;
a first estimation unit configured to estimate a difference between the second manipulated variable at a time of settling before a disturbance recovery response when the trigger variable becomes a significant value and the second manipulated variable after settling of the disturbance recovery as a first parameter for calculating the first feedforward amount, and to use the estimated first parameter as a first diagnostic index;
a total amount calculation unit configured to calculate a total amount which is an integrated value of the first feedforward amount for each control period until the second manipulated variable is settled, on the assumption that the first parameter equal to the value estimated by the first estimation unit has already been set in the feedforward calculation unit and the first feedforward amount has been output based on the already set first parameter when the trigger variable becomes a significant value;
a second estimation unit configured to subtract a total amount of the first 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 settled during a period in which the trigger variable becomes a significant value, estimate a value obtained by multiplying the control cycle by a result of the subtraction as a second parameter for calculating the second feedforward amount, and use the estimated second parameter as a second diagnostic index;
an invalid amount calculation unit configured to calculate an invalid amount which is an integrated value of the second feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit for each control cycle until the second manipulated variable is settling during a period in which the trigger variable becomes a significant value, the invalid amount being an integrated value of the amount invalidated due to either output saturation in which the second manipulated variable exceeds an upper limit value of a manipulated variable or output saturation in which the second manipulated variable falls below a lower limit value of a manipulated variable;
a correction unit configured to calculate, based on the invalid amount, a ratio between a total amount that is an integrated value of each control period of the second feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit until the second manipulated variable is settling during a period in which the trigger variable becomes a significant value, and a total amount that is an integrated value of each control period of the second feedforward amount that is not invalidated due to the output saturation, estimate a correction value obtained by multiplying the second diagnostic index 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, as a value for correcting the second feedforward amount, and set the estimated value as the corrected second diagnostic index;
a diagnostic index presenting unit configured to present the first diagnostic index and the corrected second diagnostic index.
前記フィードフォワード算出部に設定されている前記第1のパラメータを前記第1の診断指標の値に修正し、前記フィードフォワード算出部に設定されている前記第2のパラメータを前記補正後の第2の診断指標の値に修正し、前記フィードフォワード算出部に設定されている、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、時定数の補正値に修正するように構成された修正部をさらに備え、
前記補正部は、前記補正後の第2の診断指標を算出すると共に、前記時定数に前記比率を乗算した値を前記時定数の補正値として算出することを特徴とする制御装置。 2. The control device according to claim 1,
a correction unit configured to correct the first parameter set in the feedforward calculation unit to a value of the first diagnostic index, to correct the second parameter set in the feedforward calculation unit to a value of the corrected second diagnostic index, and to correct a time constant set in the feedforward calculation unit, the time constant defining a time for gradually converging the second feedforward amount, to a correction value of the time constant ;
The control device , wherein the correction unit calculates the second diagnostic index after the correction and calculates a value obtained by multiplying the time constant by the ratio as a correction value of the time constant .
前記第2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、[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。 3. The control device according to claim 1,
The second 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 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、前記補正後の第2の診断指標として、前記第2のパラメータKx2の補正値をKx2×RHにより算出し、前記時定数Tfに前記比率RHを乗算した値Tf×RHを前記時定数Tfの補正値として算出することを特徴とする制御装置。 4. The control device according to claim 3,
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, calculates a correction value of the second parameter Kx2 by Kx2×RH as a second diagnostic index after the correction , and calculates a value Tf×RH obtained by multiplying the time constant Tf by the ratio RH as the correction value of the time constant Tf .
前記第1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1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 4,
The control device is characterized in that the first 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 first feedforward amount, A is a coefficient that adjusts the time constant, FF_X is the trigger variable, and s is a Laplace operator.
前記無効量と、前記トリガー変数が有意の値になった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との比率を、第3の診断指標として算出するように構成された指標比率算出部をさらに備え、
前記診断指標提示部は、前記第1の診断指標と前記補正後の第2の診断指標に加えて前記第3の診断指標を提示することを特徴とする制御装置。 The control device according to any one of claims 1 to 5,
an index ratio calculation unit configured to calculate, as a third diagnostic index, a ratio between the invalid amount and a total amount that is an integrated value of the second feedforward amount for each control period calculated by the feedforward calculation unit until the second manipulated variable is settled during a period in which the trigger variable becomes a significant value,
The control device, wherein the diagnostic index presenting unit presents the third diagnostic index in addition to the first diagnostic index and the corrected second diagnostic index.
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有意の値になった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2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前記無効量を算出し、
前記補正部は、前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標とすることを特徴とする制御装置。 The control device according to any one of claims 1 to 5,
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,
the operation amount output unit outputs the second operation amount subjected to the limit processing to a control target;
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;
the invalid amount calculation unit calculates the invalid amount as an integrated value of the second feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit for each control cycle until the second manipulated variable subjected to the limit processing is settling during a period in which the trigger variable becomes a significant value, 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;
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 second feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit until the settling of the second operation amount that has been limited during a period in which the trigger variable becomes a significant value, and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount that has not been invalidated by the output saturation, based on the invalid amount, estimates the correction value obtained by multiplying the second diagnostic index by the ratio 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, and sets the estimated value as the second diagnostic index after correction.
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の推定部と前記指標比率算出部とは、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有意の値になった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2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前記無効量を算出し、
前記補正部は、前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標とすることを特徴とする制御装置。 7. The control device according to claim 6,
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,
the operation amount output unit outputs the second operation amount subjected to the limit processing to a control target;
the first estimator, the total amount calculator, the second estimator, and the index ratio calculator perform processing using the second manipulated variable subjected to the limit process as an input;
the invalid amount calculation unit calculates the invalid amount as an integrated value of the second feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit for each control cycle until the second manipulated variable subjected to the limit processing is settling during a period in which the trigger variable becomes a significant value, 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;
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 second feedforward amount calculated by the feedforward calculation unit until the settling of the second operation amount that has been limited during a period in which the trigger variable becomes a significant value, and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount that has not been invalidated by the output saturation, based on the invalid amount, estimates the correction value obtained by multiplying the second diagnostic index by the ratio 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, and sets the estimated value as the second diagnostic index after correction.
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、ステップ外乱の抑制に必要な第1のフィードフォワード量とインパルス外乱の抑制に必要な第2のフィードフォワード量との和を第3のフィードフォワード量として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3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3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有意の値になっ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、前記第1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し、推定した第1のパラメータを第1の診断指標とする第5のステップと、
前記第5のステップで推定した値と同じ前記第1のパラメータが設定済みで前記トリガー変数が有意の値になったときに設定済みの前記第1のパラメータに基づいて前記第1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1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算出する第6のステップと、
前記トリガー変数が有意の値になった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1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、前記第2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し、推定した第2のパラメータを第2の診断指標とする第7のステップと、
前記トリガー変数が有意の値になった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2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、
前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標とする第9のステップと、
前記第1の診断指標と前記補正後の第2の診断指標とを提示する第10のステップと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, for each control period, a sum of a first feedforward amount necessary to suppress a step disturbance and a second feedforward amount necessary to suppress an impulse disturbance 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 third feedforward amount to the first manipulated variable for each control period;
a fourth step of outputting a second manipulated variable obtained by adding the third feedforward variable to the first manipulated variable to a control target;
a fifth step of estimating a difference between the second manipulated variable at the time of settling before a disturbance recovery response when the trigger variable becomes a significant value and the second manipulated variable after settling of the disturbance recovery as a first parameter for calculating the first feedforward amount, and setting the estimated first parameter as a first diagnostic index;
a sixth step of calculating a total amount which is an integrated value of the first feedforward amount for each control period until the second manipulated variable is settled, on the assumption that the first parameter equal to the value estimated in the fifth step has already been set and the first feedforward amount has been output based on the already set first parameter when the trigger variable becomes a significant value;
a seventh step of subtracting a total amount of the first 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 settled during a period in which the trigger variable becomes a significant value, estimating a value obtained by multiplying the control cycle by a result of the subtraction as a second parameter for calculating the second feedforward amount, and setting the estimated second parameter as a second diagnostic index;
an eighth step of calculating an invalid amount, which is an integrated value of the second feedforward amount calculated for each control cycle by the second step until the second manipulated variable is settling during a period in which the trigger variable becomes significant, 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 period of the second feedforward amount calculated in the second step until the second manipulated variable is settled during a period in which the trigger variable becomes a significant value and a total amount that is an integrated value of each control period of the second feedforward amount that is not invalidated due to the output saturation, estimating a correction value obtained by multiplying the second diagnostic index by the ratio so that a corresponding portion of the invalid amount is distributed within a range of the second manipulated variable that is not invalidated due to the output saturation, as a value for correcting the second feedforward amount, and setting the estimated value as the corrected second diagnostic index;
and a tenth step of presenting the first diagnostic index and the corrected second diagnostic index.
前記第2のステップにおいて前記第1のフィードフォワード量を算出するために設定されている前記第1のパラメータを前記第1の診断指標の値に修正し、前記第2のステップにおいて前記第2のフィードフォワード量を算出するために設定されている前記第2のパラメータを前記補正後の第2の診断指標の値に修正し、前記第2のステップにおいて前記第2のフィードフォワード量を算出するために設定されている、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、時定数の補正値に修正する第11のステップをさらに含み、
前記第9のステップは、前記補正後の第2の診断指標を算出すると共に、前記時定数に前記比率を乗算した値を前記時定数の補正値として算出するステップを含むことを特徴とする制御方法。 10. The control method according to claim 9,
an eleventh step of correcting the first parameter set for calculating the first feedforward amount in the second step to a value of the first diagnostic index, correcting the second parameter set for calculating the second feedforward amount in the second step to a value of the corrected second diagnostic index, and correcting a time constant set for calculating the second feedforward amount in the second step, the time constant defining a time for gradually converging the second feedforward amount, to a correction value of the time constant ;
The ninth step of the present invention is a control method characterized in that it includes a step of calculating the corrected second diagnostic index and calculating a value obtained by multiplying the time constant by the ratio as a correction value of the time constant .
前記第2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、[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。 11. The control method according to claim 9 or 10,
The second 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 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、前記補正後の第2の診断指標として、前記第2のパラメータKx2の補正値をKx2×RHにより算出し、前記時定数Tfに前記比率RHを乗算した値Tf×RHを前記時定数Tfの補正値として算出するステップを含むことを特徴とする制御方法。 12. The control method according to claim 11,
the ninth step includes the steps 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; calculating a correction value of the second parameter Kx2 by Kx2×RH as the second diagnostic index after the correction ; and calculating a value Tf×RH obtained by multiplying the time constant Tf by the ratio RH as the correction value of the time constant Tf .
前記第1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1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。 13. The control method according to claim 9, further comprising:
the first 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 first feedforward amount, A is a coefficient that adjusts the time constant, FF_X is the trigger variable, and s is a Laplace operator.
前記無効量と、前記トリガー変数が有意の値になった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との比率を、第3の診断指標として算出する第12のステップと、
前記第3の診断指標を提示する第13のステップとをさらに含むことを特徴とする制御方法。 14. The control method according to claim 9, further comprising:
a twelfth step of calculating, as a third diagnostic index, a ratio between the invalid amount and a total amount, which is an integrated value of the second feedforward amount calculated in the second step for each control period until the second manipulated variable is settled during a period in which the trigger variable becomes significant;
and a thirteenth step of presenting the third diagnostic index.
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12のステップをさらに含み、
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のステップと前記第6のステップと前記第7のステップとは、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、
前記第8のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった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2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前記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、前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標とするステップを含むことを特徴とする制御方法。 14. The control method according to claim 9,
a twelfth 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,
the fourth step includes a step of outputting the second manipulated variable subjected to the limit process to a control target;
the fifth step, the sixth step, and the seventh step perform processing using the second manipulated variable that has been subjected to the limit process as an input;
the eighth step includes a step of calculating an invalid amount which is an integrated value of the second 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 period in which the trigger variable becomes a significant value, 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;
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 second feedforward amount calculated by the second step until the settling of the second operation amount that has been limited during a period in which the trigger variable becomes a significant value and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount that has not been invalidated due to the output saturation, estimating the correction value obtained by multiplying the second diagnostic index by the ratio 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, as a value for correcting the second feedforward amount, and setting the estimated value as the corrected second diagnostic index.
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14のステップをさらに含み、
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のステップと前記第6のステップと前記第7のステップと前記第12のステップとは、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、
前記第8のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった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2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前記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、前記トリガー変数が有意の値になった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と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第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の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第2のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第2の診断指標とするステップを含むことを特徴とする制御方法。 15. The control method according to claim 14,
a fourteenth 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,
the fourth step includes a step of outputting the second manipulated variable subjected to the limit process to a control target;
the fifth step, the sixth step, the seventh step, and the twelfth step perform processing using the second manipulated variable that has been subjected to the limit process as an input;
the eighth step includes a step of calculating an invalid amount which is an integrated value of the second 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 period in which the trigger variable becomes a significant value, 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;
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 second feedforward amount calculated by the second step until the settling of the second operation amount that has been limited during a period in which the trigger variable becomes a significant value and a total amount that is an integrated value of each control cycle of the second feedforward amount that has not been invalidated due to the output saturation, estimating the correction value obtained by multiplying the second diagnostic index by the ratio 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, as a value for correcting the second feedforward amount, and setting the estimated value as the corrected second diagnostic index.
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