控制装置以及控制方法.docx

控制装置以及控制方法专利名称：控制装置以及控制方法技术领域：本发明涉及过程控制技木，尤其涉及一种能够降低以下风险的控制装置以及控制方法，该风险是指进行使控制动作趋向不稳定的參数设定背景技术：作为能够使设定值SP变更时的跟踪特性和常规状态时的干扰抑制特性独立(分离)来进行调整的PID控制手法，已知有ニ自由度PID控制(例如參照专利文献I)例如关于加热炉的温度控制，由于设定值SP变更时升温幅度大，因此产生上冲(オーバーシュ一卜)时，在过渡到装置的工作状态之前会产生时间的损失因此，对抑制上冲加以重视地 调整PID參数另ー方面，在常规状态(工作状态)下，对将加热炉内的温度的混乱抑制到最低限度加以重视地调整PID參数现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利公开2001-350503号公报发明内容发明要解决的课题作为具有上述那样的温度控制功能的PID控制装置的温度调节计从制造温度调节计的调节计厂商被贩卖到制造加热炉等的装置厂商，再从装置厂商被贩卖给装置使用者由于这样的过程，会产生没有控制的专业知识的操作者不得不调整温度调节计的PID參数的状況本来，PID參数调整需要很多专业的知识，因此在上述的状况下会伴随有发生控制系统的不稳定化的风险。

风险大对控制技术的提供者侧和接受者侧来说都会造成不便本发明正是为了解决上述课题而作出的，其目的在于提供如下这样的控制装置以及控制方法，其在从控制的专家侧向控制的非专家侧提供控制装置的过程中，能够降低进行如控制动作不稳定化那样的參数设定的可能解决课题的手段本发明的控制装置，其特征在于，包括储存在设定值SP的变更的过渡响应时有效的操作量上限值OHs的过渡操作量上限值存储単元；储存在常规运转时有效的操作量上限值OHg的常规操作量上限值存储単元；检测设定值SP的变更的设定值变更检测单元；检测控制量PV的过渡响应的结束的过渡响应结束检测单元；操作量上限值切换単元，所述操作量上限值切换单元在从设定值SP的变更时刻到过渡响应的结束时刻为止的过渡响应时间段将所述操作量上限值OHs设定为控制运算所使用的操作量上限值0H，在所述过渡响应时间段以外的常规运转时间段将所述操作量上限值OHg设定为控制运算所使用的操作量上限值OH ;和控制运算单元，所述控制运算单元将设定值SP和控制量PV作为输入，并通过控制运算计算操作量MV，执行将该操作量MV限制为所述操作量上限值OH以下的上限处理，将上限处理后的操作量MV输出给控制对象。

又，在本发明的控制装置的一个构成例中，其特征在于，在控制量PV达到了设定值SP的附近时，所述过渡响应结束检测单元判断过渡响应已结束又，在本发明的控制装置的一个构成例中，其特征在于，在从所述控制运算单元输出的操作量MV下降到比所述操作量上限值OHs小的值时，所述过渡响应结束检测单元判断过渡响应已结束又，在本发明的控制装置的一个构成例中，其特征在于，在从设定值SP的变更时刻起经过了一定时间时，所述过渡响应结束检测单元判断过渡响应已结束又，本发明的控制装置的一个构成例，其特征在于，还具有过渡操作量上限值选择 単元，在检测到设定值SP的变更时，所述过渡操作量上限值选择单元从所述过渡操作量上限值存储単元所存储的操作量上限值OHs中选择与变更后的设定值SP相对应的操作量上限值OHs，所述过渡操作量上限值存储単元存储有多个由设定值SP的范围和与该设定值SP的范围相对应的操作量上限值OHs构成的组，所述操作量上限值切换単元在所述过渡响应时间段将所述过渡操作量上限值选择単元所选择的操作量上限值OHs设定为控制运算所使用的操作量上限值0H又，在本发明的控制装置的ー个构成实例中，其特征在于，在所述操作量上限值OHg被设定为比所述操作量上限值OHs低的值的情况下，所述操作量上限值切换単元在所述过渡响应时间段也将所述操作量上限值OHg设定为控制运算所使用的操作量上限值0H。

又，本发明的控制方法，其特征在于，具有以下步骤检验设定值SP的变更的设定值变更检测步骤；检测控制量PV的过渡响应的结束的过渡响应结束检测步骤；操作量上限值切换步骤，在从设定值SP的变更时刻到控制量PV的过渡响应的结束时刻为止的过渡响应时间段将过渡响应时有效的操作量上限值OHs设定为控制运算所使用的操作量上限值0H，在所述过渡响应时间段以外的常规运转时间段将常规运转时有效的操作量上限值OHg设定为控制运算所使用的操作量上限值OH ;和控制运算步骤，将设定值SP和控制量PV作为输入，并通过控制运算计算操作量MV，执行将该操作量MV限制为所述操作量上限值OH以下的上限处理，将上限处理后的操作量MV输出给控制对象发明的效果采用本发明，在从设定值SP的变更时刻到过渡响应的结束时刻为止的过渡响应时间段，将过渡响应时有效的操作量上限值OHs设定为控制运算所使用的操作量上限值0H，在过渡响应时间段以外的常规运转时间段，将常规运转时有效的操作量上限值OHg设定为控制运算所使用的操作量上限值0H，由此可以在过渡响应时间段抑制上冲的产生，还可以在常规运转时间段避免操作量上限值OHs对干扰抑制造成不良影响因此，采用本发明，在从控制的专家侧向控制的非专家侧提供控制装置的过程中，能够降低进行如控制动作不稳定化那样的參数设定的可能。

图I是示出本发明的第I实施形态所涉及的控制装置的构成的框图图2是示出本发明的第I实施形态所涉及的控制装置的动作的流程图图3是示出现有的控制装置以及本发明的第I实施形态所涉及的控制装置的设定值跟踪动作的图图4是示出本发明的第2实施形态所涉及的控制装置的构成的框图图5是示出本发明的第2实施形态所涉及的控制装置的设定值跟踪动作的图图6是示出本发明的第3实施形态所涉及的控制装置的构成的框图图7是示出本发明的第3实施形态所涉及的控制装置的设定值跟踪动作的图图8是示出本发明的第4实施形态所涉及的控制装置的构成的框图图9是示出本发明的第4实施形态所涉及的控制装置的动作的流程图图10是示出本发明的第4实施形态所涉及的控制装置的设定值跟踪动作的图符号说明I…设定值输入部、2…控制量输入部、3，3c…过渡操作量上限值存储部、4…常规操作量上限值存储部、5…设定值变更检测部、6，6a，6b…过渡响应结束检测部、7，7c 操作量上限值切换部、8…控制运算部、9…过渡操作量上限值选择部具体实施例方式[发明的原理]主要在加热炉等的温度控制中，在升温时将加热能力(操作量MV)设成最大进行升温，其后，在温度PV稳定为温度设定值SP之后，过渡到加热处理等的本工作状态。

过渡到本工作状态后的控制的作用为抑制干扰在变更温度设定值SP进行升温的阶跃响应时抑制上冲是很重要的，但阶跃响应是操作量MV为最大的类型的响应因此，发明者着眼于以下方面，即，将作为规定该操作量MV的最大值的參数的操作量上限值OH利用于调整參数是有效的，且不会像PID參数那样成为不稳定化的主要原因，因此也不会发生控制动作不稳定化的风险而且，发明者还想到以下内容将操作量上限值OH分离为用于阶跃响应的操作量上限值OHs和用于抑制干扰的操作量上限值OHg，自动地进行切換，使得在抑制阶跃响应的上冲的局面下，PID运算利用操作量上限值OHs，在抑制上冲的局面结束之后，PID运算利用操作量上限值OHg，由此可以避免为阶跃响应而调整了的操作量上限值OH不适合抑制干扰从而造成不良影响[第I实施形态]以下，參照附图对本发明的实施形态进行详细说明图I是示出本发明的第I实施形态所涉及的控制装置的构成的框图控制装置具有取得设定值SP的设定值输入部I ;取得控制量PV的控制量输入部2 ;储存基于设定值SP变更的过渡响应时有效的操作量上限值OHs的过渡操作量上限值存储部3 ;储存常规运转时有效的操作量上限值OHg的常规操作量上限值存储部4 ;检测设定值SP的变更的设定值变更检测部5 ;检测控制量PV的过渡响应结束的过渡响应结束检测部6 ;操作量上限值切换部7，其在从设定值SP的变更时刻到过渡响应的结束时刻为止的过渡响应时间段将操作量上限值OHs设定为控制运算所使用的操作量上限值0H，在过渡响应时间段以外的常规运转时间段将操作量上限值OHg设定为控制运算所使用的操作量上限值OH ;和控制运算部8，该控制运算部8将设定值SP和控制量PV作为输入，并通过控制运算计算操作量MV，执行将该操作量MV限制为操作量上限值OH以下的上限处理，将上限处理后的操作量MV输出给控制对象。

以下，对本实施形态的控制装置的动作进行说明图2是示出控制装置的动作的流程图设定值SP例如由使用加热炉等的控制对象的使用者来设定，该设定值SP通过控制装置的设定值输入部I被输入至设定值变更检测部5、过渡响应结束检测部6和控制运算部8控制量PV例如通过测量加热炉内的温度的温度传感器取得，该控制量PV通过控制装置的控制量输入部2被输入至过渡响应结束检测部6和控制运算部8设定值变更检测部5根据预先被规定的设定值SP的变更幅度△ SP判断设定值SP是否已发生变更(图2步骤S100)在设定值SP相对于其之前的值变更了变更幅度A SP以上的情况下，设定值变更检测部5判断设定值SP已被变更 在设定值SP的变更已被设定值变更检测部5检测到时(步骤SlOO中为是)，操作量上限值切换部7将被储存在过渡操作量上限值存储部3中的操作量上限值OHs作为控制运算所使用的操作量上限值OH = OHs,并对控制运算部进行设定(步骤S101)通过该设定，在以后的控制运算中，如后述那样持续使用操作量上限值OH = OHs直到过渡响应结束被检测出为止控制运算部8根据从设定值输入部I输入的设定值SP与从控制量输入部2输入的控制量PV的偏差进行周知的PID控制运算，算出操作量MV以使得设定值SP和控制量PV一致(步骤S102)。

此时，控制运算部8在操作量MV向控制对象输出之时，在操作量MV比操作上限值OH大的情况下，进行上限处理，即使得操作量MV = OH并予以输出通过这样的控制运算部8的控制动作，控制量PV向接近设定值SP的方向变化过渡响应结束检测部6判断控制量PV的过渡响应是否已经结束(步骤S103)过渡响应结束检测部6在设定值SP与控制量PV的偏差的绝对值在被预先设定的设定值附近判定阈值Rp以内时，判断控制量PV已到达设定值附近，从而判断过渡响应已结束关于设定值附近判定阈值RP，采用OH = OHs作为操作量上限值OH进行预先试行控制，根据控制运算部8所算出的操作量MV从操作量上限值OHs充分下降时的设定值SP与控制量PV的偏差预先求出即可操作量上限值切换部7在过渡响应结束被过渡响应结束检测部6检测到时(步骤S103中为是)，将被储存在常规操作量上限值存储部4中的操作量上限值OHg作为控制运算所使用的操作量上限值OH = OHg并将其设定到控制运算部8中(步骤S104)通过该设定，在以后的控制运算中，持续使用操作量上限值OH = OHg直到检测到设定值SP的变更为止在每个控制周期dt反复进行以上那样的步骤SlOO S104的处理，直到例如根据使用者的指令结束控制为止(步骤S105中为是)。

接着，对本实施形态的效果进行说明本实施形态是基于即便变更操作量上限值PID控制也不会发生不稳定化这样的性质的PID控制能够通过适当地调整比例帯、积分时间、微分时间这三个PID參数得到良好的控制特性但是，例如想要控制上冲，减小比例带的话，虽然能够控制上沖，但同时持续振荡(日文ハンチング;英文hunting)的危险性变高对于积分时间、微分时间，不谨慎设定的话，也会发生持续振荡另ー方面，由于只变更操作量上限值，控制不会不稳定化，因此对于产生上冲的控制系统适用OH = OHs作为操作量上限值0H，通过缩小操作上限量0H，能够可靠地抑制上沖而且，调整的參数事实上仅仅是OHs，因此即便在通过反复试验确定操作量上限值OHs的情况下，也能够远比PID參数的调整简单地进行调整但是，在干扰响应时缩小操作量上限值O。