調(diào)節(jié)器、控制方法以及控制程序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器、該調(diào)節(jié)器的控制方法以及實現(xiàn)該調(diào)節(jié)器的控制程序。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，以PID控制系統(tǒng)為首的反饋控制系統(tǒng)被利用于溫度控制、速度控制、位置控制這樣的各種用途。在這樣的反饋控制系統(tǒng)中，為了提高對目標值的變更的響應(yīng)性和對外部干擾的收斂性，根據(jù)控制對象使比例增益、積分時間、微分時間這樣的控制參數(shù)最優(yōu)化是重要的。
[0003]然而，不具有反饋控制系統(tǒng)的知識的用戶難以對控制參數(shù)進行最優(yōu)化。因此，對這樣的控制參數(shù)自動進行最優(yōu)化的自動調(diào)諧功能被開發(fā)和實用化。作為這樣的自動調(diào)諧功能的代表例，已知有步驟響應(yīng)法、極限靈敏度法(參照非專利文獻I)、極限循環(huán)法(參照專利文獻I和專利文獻2)等。
[0004]具體而言，日本特開平05-289704號公報(專利文獻I)公開了具有加熱和冷卻2種PID運算功能的加熱冷卻調(diào)節(jié)計。該加熱冷卻調(diào)節(jié)計具有加熱和冷卻自動調(diào)諧功能。日本特開2004-227062號公報(專利文獻2)公開了如下的加熱冷卻控制技術(shù)，即適當(dāng)切換向加熱執(zhí)行器輸出操作量的加熱模式和向冷卻執(zhí)行器輸出操作量的冷卻模式，來進行溫度控制。該加熱冷卻控制技術(shù)中包含使操作量振幅產(chǎn)生一定的極限循環(huán)而對控制參數(shù)進行調(diào)整的極限循環(huán)自動調(diào)諧方法。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開平05-289704號公報
[0008]專利文獻2:日本特開2004-227062號公報
[0009]非專利文獻
[0010]非專利文獻1: J.G.Ziegler and N.B.Nichols, "Optimum Settings forAutomatic Controllers", TRANSACT1NS OF THE A.S.M.E.，November, 1942

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問題
[0012]在反饋控制系統(tǒng)中包含非線性要素的情況下，即，在操作量與控制對象中產(chǎn)生的控制量之間的非線性較強的情況下，在自動調(diào)諧功能中，有時無法對控制參數(shù)進行最優(yōu)化。專利文獻I中記載的加熱冷卻調(diào)節(jié)計采用如下結(jié)構(gòu):針對具有非線性的靜特性的控制對象，在冷卻自動調(diào)諧時，使用限制率對操作量的各個級別進行限制。然而，并未公開應(yīng)該將該限制率決定為什么樣的值，不得不根據(jù)控制對象來按照經(jīng)驗或試錯地決定。此外，專利文獻2中記載的加熱冷卻控制裝置采用如下結(jié)構(gòu):產(chǎn)生第I極限循環(huán)和第2極限循環(huán)，根據(jù)其控制響應(yīng)來計算控制參數(shù)。然而，該專利文獻2所記載的結(jié)構(gòu)中，假定加熱側(cè)的加熱能力和冷卻側(cè)的冷卻能力中存在差別的情況，加熱能力和/或冷卻能力各自無法應(yīng)對具有非線性的情況。
[0013]本發(fā)明正是為了解決這樣的課題而完成的，其目的在于，提供針對非線性較強的控制對象也能夠適當(dāng)?shù)剡M行自動調(diào)諧的調(diào)節(jié)器、該調(diào)節(jié)器中的控制方法以及實現(xiàn)該調(diào)節(jié)器的控制程序。
[0014]本發(fā)明的另一目的在于，提高具有用戶友好的自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器、該調(diào)節(jié)器中的控制方法以及實現(xiàn)該調(diào)節(jié)器的控制程序。
[0015]用于解決問題的手段
[0016]本發(fā)明的一個方面的具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器包含:操作量決定單元，其根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；以及調(diào)諧單元，其根據(jù)觀測量交替輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過該交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。調(diào)諧單元在第I操作量和第2操作量的交替輸出中，在每次切換輸出時依次變更第I操作量的大小，并且根據(jù)在判斷為控制量相對于第I操作量的第I變化具有線性時所取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。
[0017]優(yōu)選的是，調(diào)諧單元根據(jù)通過緊前的交替輸出而取得的響應(yīng)特性，來決定新的交替輸出中的第I操作量的大小。
[0018]并且，優(yōu)選的是，調(diào)諧單元根據(jù)在緊前的交替輸出中輸出第I操作量的期間的長度和輸出第2操作量的期間的長度，校正該緊前的交替輸出中的第I操作量的大小，由此決定新的交替輸出中的第I操作量的大小。
[0019]優(yōu)選的是，調(diào)諧單元按照依次變更的第I操作量的大小，評價與對應(yīng)于第I操作量的控制量的變化速度之間的關(guān)系，由此判斷控制量相對于第I操作量的第I變化是否具有線性。
[0020]優(yōu)選的是，即使沒有判斷為控制量相對于第I操作量的第I變化具有線性，當(dāng)?shù)贗操作量和第2操作量的交替輸出被執(zhí)行了預(yù)定的次數(shù)時，調(diào)諧單元也根據(jù)在最終的交替輸出中取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。
[0021]本發(fā)明的另一個方面的具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器包含:操作量決定單元，其根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；以及調(diào)諧單元，其根據(jù)觀測量交替輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過該交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。調(diào)諧單元根據(jù)緊前的交替輸出中的輸出第I操作量的期間的長度與輸出第2操作量的期間的長度之比的η次冪(η > I)，校正該緊前的交替輸出中的第I操作量的大小，由此決定新的交替輸出中的第I操作量的大小。
[0022]優(yōu)選的是，調(diào)諧單元使用滿足1.5 < η < 3.0的η，決定新的交替輸出中的第I操作量的大小。
[0023]優(yōu)選的是，控制對象包括擠出成型機，該擠出成型機包含加熱裝置和冷卻裝置，與通過加熱裝置而在控制對象中產(chǎn)生的加熱相關(guān)的控制量相對于對應(yīng)的操作量具有相對較強的線性，與通過冷卻裝置而在控制對象中產(chǎn)生的冷卻相關(guān)的控制量相對于對應(yīng)的操作量具有相對較強的非線性。
[0024]本發(fā)明的又一方面的具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器包含:操作量決定單元，其根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；以及調(diào)諧單元，其根據(jù)觀測量交替地逐次輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過第I操作量和第2操作量的逐次的交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。調(diào)諧單元根據(jù)響應(yīng)特性，估計控制量相對于第I操作量的第I變化能夠維持線性的第I操作量的范圍，并且根據(jù)該估計出的范圍來決定參數(shù)。
[0025]本發(fā)明的又一方面的具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器包含:操作量決定單元，其根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；調(diào)諧單元，其根據(jù)觀測量交替輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過該交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)；以及顯示單元，其顯示當(dāng)前正在執(zhí)行的交替輸出的次數(shù)。
[0026]本發(fā)明的又一方面的具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器包含:操作量決定單元，其根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；調(diào)諧單元，其根據(jù)觀測量交替輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過該交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)；以及顯示單元，其顯示參數(shù)的決定所需要的交替輸出完成的時期。
[0027]本發(fā)明的又一方面的具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器中的控制方法包含以下步驟:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；以及根據(jù)觀測量交替輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過該交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。決定參數(shù)的步驟中包含以下步驟:在第I操作量和第2操作量的交替輸出中，在每次切換輸出時依次變更第I操作量的大小，并且根據(jù)在判斷為控制量相對于第I操作量的第I變化具有線性時所取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。
[0028]本發(fā)明的又一方面的具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器中的控制方法包含以下步驟:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；以及根據(jù)觀測量交替輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過該交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。決定參數(shù)的步驟中包含以下步驟:根據(jù)緊前的交替輸出中的輸出第I操作量的期間的長度與輸出第2操作量的期間的長度之比的η次冪(η > I)，校正該緊前的交替輸出中的第I操作量的大小，由此決定新的交替輸出中的第I操作量的大小。
[0029]本發(fā)明的又一方面的具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器中的控制方法包含以下步驟:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；以及根據(jù)觀測量交替地逐次輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過第I操作量和第2操作量的逐次的交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。決定參數(shù)的步驟中包含以下步驟:根據(jù)響應(yīng)特性，估計控制量相對于第I操作量的第I變化能夠維持線性的第I操作量的范圍，并且根據(jù)該估計出的范圍來決定參數(shù)。
[0030]本發(fā)明的又一方面的具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器中的控制方法包含以下步驟:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；根據(jù)觀測量交替輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過該交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)；以及顯示當(dāng)前正在執(zhí)行的交替輸出的次數(shù)。
[0031]本發(fā)明的又一方面的具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器中的控制方法包含以下步驟:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；根據(jù)觀測量交替輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過該交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)；以及顯示參數(shù)的決定所需要的交替輸出完成的時期。
[0032]本發(fā)明的又一方面的實現(xiàn)具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器的控制程序使處理器執(zhí)行以下步驟:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；以及根據(jù)觀測量交替輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過該交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。決定參數(shù)的步驟中包含以下步驟:在第I操作量和第2操作量的交替輸出中，在每次切換輸出時依次變更第I操作量的大小，并且根據(jù)在判斷為控制量相對于第I操作量的第I變化具有線性時所取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。
[0033]本發(fā)明的又一方面的實現(xiàn)具有自動調(diào)諧功能的調(diào)節(jié)器的控制程序使處理器執(zhí)行以下步驟:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定第I操作量或第2操作量，使得從控制對象取得的觀測量與目標值一致，其中，該第I操作量用于使控制對象的控制量產(chǎn)生第I變化，該第2操作量用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化；以及根據(jù)觀測量交替輸出第I操作量和第2操作量，根據(jù)通過該交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定參數(shù)。決定參數(shù)的步驟中包含以下步驟:根據(jù)緊前的交替輸出中的輸出第I操作量的期間的長度與輸出第2操作量的期間的長度之比的η次冪(η > I)，校正該緊前的交替輸出中的第I操作量的大小，由此決定新的交替輸出中的第I操作量的大小。
[0034]本發(fā)明的又一方面的實現(xiàn)具有