(57)【要約】【課題】制御動作中に制御対象が持続振動を起こした場合でも持続振動状態を短時間で抑えることが可能なデジタルＰＩＤ制御回路を提供する。【解決手段】ＰＩＤ制御演算用の各定数を自動的に算出し、ＰＩＤ制御動作を行うためのＰＩＤ演算用ＣＰＵ１と、制御対象３の状態を確認するための状態監視用ＣＰＵ５を個別にもち、更に、振動時に持続振動を収めようと、ＰＩＤ演算式各定数を自動的に再設定する機能を設けることで、制御動作中に持続振動が発生した場合でも、即時に持続振動状態を検知、回避する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルＰＩＤ制御装置において、ＰＩＤ演算用定数を算出してＰＩＤ制御を行うＰＩＤ演算用ＣＰＵと、制御対象の持続振動を常時監視する状態監視用ＣＰＵを備え、前記ＰＩＤ演算用ＣＰＵは前記状態監視用ＣＰＵに対して状態通知要求を送信して前記制御対象における持続振動の発生を確認し、制御動作中の前記制御対象に持続振動が発生している場合はＰＩＤ演算用定数を再演算することを特徴とするデジタルＰＩＤ制御回路。
【請求項２】
請求項１記載のデジタルＰＩＤ制御回路において、外部端末から前記状態通知要求を受信すると、前記制御対象の状態を前記外部端末に送信する通信制御部を有することを特徴とするデジタルＰＩＤ制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、限界感度法によりＰＩＤ演算式の各定数（比例／積分／微分）を算出して制御対象を駆動するデジタルＰＩＤ制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のデジタルＰＩＤ制御回路では、例えば、ＰＩＤ演算式の制御定数を決定するために持続振動を起こさないで、制御定数を自動設定する方式があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−７０６号公報
また、制御前に各種条件下でのＰＩＤ最適定数全てを測定してその結果を記憶し、記憶したデータ群から制御対象の状況に応じて、最適と思われるデータから最適値を呼び込み、最適値を設定する方式があった（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献２】特開平１１−３２７６０１号公報
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のデジタルＰＩＤ制御回路では、ＰＩＤ制御中に制御対象が定常発振をおこしているか等の異常状態を確認する手段が無いため、ＰＩＤ制御中に定常発振が起こった場合、すぐに検知する事が出来ないという問題点があった。
【０００５】
また、定常発振が起こった場合に、自動的にＰＩＤ演算用各定数の最適値を再算出する機能が無いため、人手により調査を行い、再調整する必要があるという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、本発明は、制御動作中に制御対象が持続振動を起こした場合でも持続振動状態を短時間で抑えることが可能なデジタルＰＩＤ制御回路を提供することを目的とする。
【０００７】
また本発明の他の目的は、ネットワーク経由で外部端末から制御対象の状態確認を行うことが可能なＰＩＤ制御回路を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、デジタルＰＩＤ制御装置において、ＰＩＤ演算用定数を算出してＰＩＤ制御を行うＰＩＤ演算用ＣＰＵと、制御対象の持続振動を常時監視する状態監視用ＣＰＵを備え、前記ＰＩＤ演算用ＣＰＵは前記状態監視用ＣＰＵに対して状態通知要求を送信して前記制御対象における持続振動の発生を確認し、制御動作中の前記制御対象に持続振動が発生している場合はＰＩＤ演算用定数を再演算することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、外部端末から前記状態通知要求を受信すると、前記制御対象の状態を前記外部端末に送信する通信制御部を有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明のデジタルＰＩＤ制御回路にかかわる第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【００１１】
図１に示すように第１の実施形態のデジタルＰＩＤ制御回路は、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１と、Ｄ／Ａ変換器２と、制御対象３と、Ａ／Ｄ変換器４と、状態監視用ＣＰＵ５と、Ａ／Ｄ変換器６と、ＥＥＰＲＯＭ７と、切り替えＳＷ８と、メモリ−９とを備える。
【００１２】
ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１は、ＰＩＤ演算式がプログラムされ、ＰＩＤ演算と各定数（比例／積分／微分）の最適値を算出するとともに、Ｄ／Ａ変換器２、Ａ／Ｄ変換器４、ＥＥＰＲＯＭ７の制御を行う。Ｄ／Ａ変換器２は、制御対象３に対してＰＩＤ演算用ＣＰＵ１からの演算結果を出力し、制御対象３を駆動する。
【００１３】
Ａ／Ｄ変換器４は、制御対象３の制御結果をＰＩＤ演算用ＣＰＵ１に対して、フィードバックする。ＥＥＰＲＯＭ７は、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１がＰＩＤ演算時に使用する各定数を格納する。Ａ／Ｄ変換器６は、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１の制御周期よりも高速で制御対象３の状態と、Ｄ／Ａ変換器２の出力を読み込む。
【００１４】
メモリー９は、Ａ／Ｄ変換器６が読み込んだデータや制御対象３の状態、ＰＩＤ演算用各定数を格納する。状態監視用ＣＰＵ５は、Ａ／Ｄ変換器６が読み込んだデータから制御対象３の周期を演算により算出し、その演算結果から定常発振を起こしていないかの判断と、Ａ／Ｄ変換器６とメモリ−９の制御を行う。
【００１５】
切り替えＳＷ８は、動作モード（調整モード／運用モード）の切り替えを行う。切り替えＳＷ８が調整モードの場合には、Ａ／Ｄ変換器４で制御対象３の現在値を読み取り、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１で初期のＰＩＤ演算用各定数の算出を行う。更に、Ａ／Ｄ変換器６がＡ／Ｄ変換器４より高速で制御対象３の状態をモニタし、採取したデータをメモリー９に蓄積する。この蓄積されたデータを状態監視用ＣＰＵ５で演算を行い、持続振動の有無検出を行う。その演算結果をＰＩＤ演算用ＣＰＵ１に通知する構成となっている。
【００１６】
切り替えＳＷ８が運用モードの場合には、状態監視用ＣＰＵ５の動作に変わりはないが、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１では、初期のＰＩＤ演算用各定数の算出を行う変わりに、通常ＰＩＤ制御動作と、持続振動発生時のＰＩＤ演算用各定数の再演算を行う構成となっている。
【００１７】
次に、第１の実施形態のデジタルＰＩＤ制御回路の動作について、図面を参照して詳細に説明する。図２は、第１の実施形態の動作を示すフローチャート図である。
【００１８】
まず始めに、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１の動作について図１、図２を参照して詳細に説明する。ＰＩＤ演算用定数の設定が完了していない場合は、切り替えＳＷ８を調整モードに手動でセットする。また、定数の設定が完了している場合は、切り替えＳＷ８を運用モードに手動でセットする。動作開始後、切り替えＳＷ８の状態を確認する（Ｓ１）。切り替えＳＷ８が調整モード側に切り替えられている場合、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１は、周知技術である限界感度法を採用し、ＰＩＤ演算式の各定数（比例／積分／微分）を算出する。
【００１９】
まず、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１内部にプログラムされているＰＩＤ演算式を比例項のみの演算式とする（Ｓ２）。次に比例項の定数を最小値に設定し（Ｓ３）、Ａ／Ｄ変換器４を動作させ制御対象３の現在値を読み込む（Ｓ４）。Ａ／Ｄ変換器４から読み込んだ値をＰＩＤ演算式に代入し、演算を行い制御対象３に与える制御量を算出する（Ｓ５）。
【００２０】
算出された制御量をＤ／Ａ変換器２に対して出力すると、Ｄ／Ａ変換器２は制御対象３を駆動する（Ｓ６）。持続振動を確認するには、ある程度の時間が必要となるため、監視タイマーの動作状態を確認し（Ｓ７）、動作していない場合は監視タイマーを動作させる（Ｓ８）。動作している場合は、タイマーがオーバーフローしているかどうかの確認を行い（Ｓ９）、タイマ−がオーバーフロ−していない場合は、Ｓ４〜Ｓ９迄の動作を繰り返し行う。
【００２１】
又、このタイマー値はＰＩＤ制御周期より長い時間を任意に設定する。タイマーがオ−バ−フローした場合、状態監視用ＣＰＵ５に対して現在の制御対象３の状態通知要求を行う（Ｓ１０）。状態監視用ＣＰＵ５から通知された状態の確認を行い（Ｓ１１）、持続振動していない場合は、比例項の定数を増加させて（Ｓ１２）、Ｓ４に戻り、Ｓ１２迄の動作を繰り返し行う。
【００２２】
持続振動をしている場合は、状態監視用ＣＰＵ５に対してその時の周期の通知要求を行う（Ｓ１３）。状態監視用ＣＰＵ５から通知された周期と、最終的に設定した比例定数から、周知技術である限界感度法を採用して最適な各定数を算出する（Ｓ１４）。算出後、ＥＥＰＲＯＭ７（Ｓ１５）に各値を保存する。
【００２３】
切り替えＳＷ８が運用モード側に切り替えられている場合、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１は、ＰＩＤ演算用の各定数をＥＥＰＲＯＭ７から読み込み（Ｓ１６）、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１にプログラムされたＰＩＤ演算式に代入すると同時に、状態監視用ＣＰＵ５にも転送する（Ｓ１７）。
【００２４】
次に、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１はＡ／Ｄ変換器４を動作させ、制御対象３の現状値を読み込み（Ｓ１８）、その値を元にＰＩＤ演算を行い、制御対象３に与える制御量を演算する（Ｓ１９）。制御量の算出が完了すると、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１はＤ／Ａ変換器２に制御量を出力し、Ｄ／Ａ変換器２が制御対象３を駆動する（Ｓ２０）。
【００２５】
制御対象３を駆動後、状態監視用ＣＰＵ５に対して制御対象３の持続振動の有無を確認するための状態通知要求を行う（Ｓ２１）。状態監視用ＣＰＵ５から通知された内容を確認し（Ｓ２２）、持続振動を起こしていない場合Ｓ１８に戻り、Ｓ２２迄の動作を繰り返し行う。
【００２６】
持続振動を起こしている場合、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１にプログラムされているＰＩＤ演算式を比例項のみとし（Ｓ２３）、その比例定数を減少させ（Ｓ２４）、再度Ａ／Ｄ変換器４を動作させ、制御対象３の現在値を読み込む（Ｓ２５）。その値を元に再度演算を行い、制御対象３に与える制御量を演算する（Ｓ２６）。
【００２７】
制御量の算出が完了すると、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１はＤ／Ａ変換器２に制御量を出力し、Ｄ／Ａ変換器２が制御対象３を駆動する（Ｓ２７）。ここで、再度状態監視用ＣＰＵ５に対して制御対象３の持続振動の有無を確認するための状態通知要求を行う（Ｓ２８）。
【００２８】
状態監視用ＣＰＵ５から通知された内容を確認し（Ｓ２９）、持続振動が引き続き起こっている場合は、Ｓ２４に戻りＳ２９の動作を繰り返し行う。持続振動が収まった場合は、状態監視用ＣＰＵ５に対して、持続振動時の周期通知要求を行う（Ｓ２９）。状態監視用ＣＰＵ５から通知された周期と、最終的に設定した比例定数から最適な各定数を再度算出する（Ｓ３１）。算出後、Ｓ１７に戻り通常制御を行う。
【００２９】
次に、状態監視用ＣＰＵ５の動作について詳細に説明する。図３は、第１の実施形態における状態監視用ＣＰＵ５の動作を示すフローチャート図である。図６は、非持続振動時のＡ／Ｄ変換器６の測定値の一例を示す説明図である。図７は、持続振動時のＡ／Ｄ変換器６の測定値の一例を示す説明図である。
【００３０】
状態監視用ＣＰＵ５は、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１と同時に制御を開始する。状態監視用ＣＰＵ５は、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１からの各種定数をメモリー９に格納し（Ｓ３２）、Ａ／Ｄ変換器６を動作させ、制御対象３の状態を詳細に読み込み（Ｓ３３）、読み込んだ全データを一回メモリ−９に書き込む（Ｓ３４）。状態監視用ＣＰＵ５はメモリー９に蓄積された上記データの演算を行い（Ｓ３５）、持続振動が観測されたかどうかを確認する（Ｓ３６）。
【００３１】
状態監視用ＣＰＵ５の持続振動有無の判定には、正常制御時に制御対象３は振幅が時間と共に小さくなっていき、最終的にある一定値（振幅無し）となり、異常（持続振動）時、制御対象３は振幅がある時間経過しても等しいままであるという特性を利用して判定する。
【００３２】
要するに最大値１＞最大値２・・・＞最大値ｎ、最小値１＜最小値２・・＜最小値ｍの関係式が成り立つ時、制御対象３は正常と判断できる。（図６）
同様に、最大値１＝最大値２・・・＝最大値ｎ、最小値１＝最小値２・・・最小値ｍの関係式が成り立つ時、制御対象３は持続振動と判断できる。（図７）
持続振動が確認されなかった場合は、メモリー９にその情報のみを書き込む（Ｓ３８）。持続振動が確認された場合は、メモリー９にその情報を書き込むと同時に、持続振動の周期も書き込む（Ｓ３７）。周期は、最大値間の時間から簡単に求めることが可能である。メモリー９が一杯となった場合、古いデータから消去しその部分に上書きする。
【００３３】
こうした一連の動作が終了すると、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１からの状態通知要求を確認し（Ｓ３９）、無ければＳ３３からの制御を繰り返し行う。状態通知要求があった場合は、状態監視用ＣＰＵ５は制御対象３の状態をメモリー９から読み込み、通知（Ｓ４０）する。次にＰＩＤ演算用ＣＰＵ１からの周期通知要求を確認し（Ｓ４１）、周期通知要求が無い場合は、Ｓ３３からの制御を繰り返し（Ｓ４１）、周期通知要求があった場合は、メモリー９から算出した周期を読み込み、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１に対して通知する（Ｓ４２）。通知後、再びＳ３３からの制御を行う。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図４は、本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図５は、第２の実施形態における状態監視用ＣＰＵ５の動作を示すフローチャート図である。
【００３５】
図４において、第２の実施形態では、外部端末１２からネットワーク１３経由でデジタル制御装置１１に対してデータ送信要求を行うと、通信制御部１０がこの要求信号を受け、現在の制御対象３の状態、ＰＩＤ演算式の各定数及び持続振動時の周期を、メモリー９から読み込み外部端末１２に対して送信する構成となっている。
【００３６】
次に、第２の実施形態の動作について図４，５を参照して詳細に説明する。なお、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１の動作は、第１の実施形態と同様なため、その詳細な説明は省略する。状態監視用ＣＰＵ５は、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１から転送された各種定数をメモリー９に格納し（Ｓ４３）、Ａ／Ｄ変換器６を動作させ、制御対象３の状態を詳細に読み込み（Ｓ４４）、読み込んだ全データを一回メモリー９に書き込む（Ｓ４５）。状態監視用ＣＰＵ５はメモリー９に蓄積された上記データの演算を行い（Ｓ４６）、持続振動が観測されたかどうかを確認する（Ｓ４７）。
【００３７】
状態監視用ＣＰＵ５の持続振動有無の判定には、正常制御時に制御対象３は振幅が時間と共に小さくなっていき、最終的にある一定値（振幅無し）となり、異常（持続振動）時、制御対象３は振幅がある時間経過しても等しいままであるという特性を利用する。
【００３８】
要するに、最大値１＞最大値２・・・＞最大値ｎ、最小値１＜最小値２・・・＜最小値ｍの関係式が成り立つ時、制御対象３は正常と判断できる（図６）。
【００３９】
同様に、最大値１＝最大値２・・・＝最大値ｎ、最小値１＝最小値２・・・＝最小値ｍの関係式が成り立つ時、制御対象３は持続振動と判断できる（図７）。
【００４０】
持続振動が確認されなかった場合は、メモリー９にその情報のみを書き込む（Ｓ４９）。持続振動が確認された場合は、メモリー９にその情報を書き込むと同時に持続振動の周期も書き込む（Ｓ４８）。周期は、最大値間の時間から簡単に求めることが可能である。メモリー９が一杯となった場合、古いデータから消去し、その部分に上書きする。
【００４１】
こうした一連動作が終了すると、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１からの状態通知要求を確認し（Ｓ５０）、無ければＳ４４からの制御を繰り返し行う。状態通知要求があった場合は、状態監視用ＣＰＵ５は制御対象３の状態をメモリー９から読み込み、通知（Ｓ５１）する。次に、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１からの周期通知要求を確認し（Ｓ５２）、周期通知要求が無い場合は、Ｓ４４からの制御を繰り返し行う。周期通知要求があった場合は、メモリー９から算出した周期を読み込み、ＰＩＤ演算用ＣＰＵ１に対して通知する（Ｓ５３）。
【００４２】
通信制御部１０に埋め込まれている、ネットワーク（インターネット）用プロトコル通信機能を用いて、外部端末１２からネットワーク１３経由で送信されるデータ送信要求を受信すると（Ｓ５４）、通信制御部１０はメモリー９から必要データを読み込み、送信する（Ｓ５５）。送信完了後、Ｓ４４からの制御を行う。
【００４３】
また、通信を実現するためには、状態確認用専用ソフトウェアを外部端末１２にインストールする必要があるが、専用ソフトは購入時等に添付する等の手段を用いて予め提供する。
【００４４】
【発明の効果】
第１の効果は、動作信頼性向上ができることである。その理由は、ＰＩＤ制御動作中、常に制御対象の状態を監視し、持続振動が発生した場合、この持続振動が収まるＰＩＤ演算式用各定数の最適値を自動的に算出し、算出後その定数でＰＩＤ制御動作を継続して行うため、持続振動状態を最短で抑えることができるからである。
【００４５】
第２の効果は、保守工数の削減ができることである。その理由は、遠隔地から制御対象の状態を外部端末操作だけで、現地まで行かずに確認できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるＰＩＤ演算用ＣＰＵの動作を示すフローチャート図である。
【図３】第１の実施形態における状態監視用ＣＰＵの動作を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態における状態監視用ＣＰＵの動作を示すフローチャート図である。
【図６】非持続振動時のＡ／Ｄ変換器６の測定値を示す説明図である。
【図７】持続振動時のＡ／Ｄ変換器６の測定値を示す説明図である。
【符号の説明】
１    ＰＩＤ演算用ＣＰＵ
２    Ｄ／Ａ変換器
３    制御対象
４    Ａ／Ｄ変換器
５    状態監視用ＣＰＵ
６    Ａ／Ｄ変換器
７    ＥＥＰＲＯＭ
８    切り替えＳＷ
９    メモリ−
１０  通信制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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