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(biāo)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(jì)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(jì)出的范圍來決定參數(shù)。
[0035]本發(fā)明的又一方面的實(shí)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(biāo)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)。
[0036]本發(fā)明的又一方面的實(shí)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(biāo)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。
[0037]發(fā)明的效果
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，即使針對非線性較強(qiáng)的控制對象，也能夠通過自動調(diào)諧而適當(dāng)?shù)貨Q定控制參數(shù)。此外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，能夠提供用戶友好的自動調(diào)諧功會K。
【附圖說明】
[0039]圖1是示出本實(shí)施方式的反饋控制系統(tǒng)的示意圖。
[0040]圖2是示出實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式的反饋控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0041]圖3是示出圖2所示的控制對象過程中的操作量以及加熱能力和冷卻能力的特性例的圖。
[0042]圖4是示出圖2所示的控制對象過程中的操作量以及加熱能力和冷卻能力的另一特性例的圖。
[0043]圖5是示出通常的自動調(diào)諧的執(zhí)行時的控制對象的溫度(觀測量)和操作量的時間變化的一例的圖。
[0044]圖6是示出使用通過圖5所示的自動調(diào)諧的執(zhí)行而決定的PID參數(shù)進(jìn)行了反饋控制的情況下的控制對象的溫度(觀測量)和操作量的時間變化的一例的圖。
[0045]圖7是示出本實(shí)施方式的調(diào)節(jié)器的自動調(diào)諧執(zhí)行時的時間波形例的圖。
[0046]圖8是示出本實(shí)施方式的調(diào)節(jié)器的自動調(diào)諧執(zhí)行時的操作量的冷卻能力的特性上的變化的圖。
[0047]圖9是用于說明本實(shí)施方式的調(diào)節(jié)器的自動調(diào)諧的誤差的評價方法的圖。
[0048]圖10是示出實(shí)施方式的調(diào)節(jié)器中執(zhí)行的自動調(diào)諧的處理步驟的流程圖。
[0049]圖11是示出實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式的調(diào)節(jié)器所搭載的自動調(diào)諧功能的控制結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0050]圖12是示出本實(shí)施方式的自動調(diào)諧的各部的時間波形的一例。
[0051]圖13是示出使用通過圖12所示的自動調(diào)諧的執(zhí)行而計(jì)算出的PID參數(shù)得到的控制性能的比較例的圖。
[0052]圖14是示出本實(shí)施方式的調(diào)節(jié)器提供的用戶接口的一例的示意圖。
[0053]圖15是示出本實(shí)施方式的調(diào)節(jié)器提供的用戶接口的另一例的示意圖。
[0054]圖16是示出本實(shí)施方式的變形例I的自動調(diào)諧的各部的時間波形的一例。
[0055]圖17是示出圖2所示的控制對象過程中的加熱能力、冷卻能力與操作量(加熱和冷卻)之間的關(guān)系的一例的圖。
[0056]圖18是用于說明本實(shí)施方式的變形例3的決定參數(shù)的過程的圖。
[0057]圖19是示出通過本變形例的自動調(diào)諧功能來計(jì)算出的PID參數(shù)的誤差率的評價結(jié)果例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]參照圖面詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，對圖中的相同或相當(dāng)部分標(biāo)注相同標(biāo)號，不重復(fù)其說明。
[0059][A.控制對象過程]
[0060]首先，對本實(shí)施方式的調(diào)節(jié)器的控制對象進(jìn)行說明。圖1是示出本實(shí)施方式的反饋控制系統(tǒng)I的示意圖。參照圖1，反饋控制系統(tǒng)I包含調(diào)節(jié)器100、控制對象過程200?？刂茖ο筮^程200包含加熱裝置210和冷卻裝置220作為執(zhí)行器，這些裝置對控制對象230進(jìn)行加熱或冷卻。
[0061]調(diào)節(jié)器100根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，選擇性地決定用于使控制對象230的控制量產(chǎn)生第I變化(冷卻)的第I操作量(冷卻側(cè)的操作量)或用于使控制量產(chǎn)生與第I變化相反的第2變化(加熱)的第2操作量(加熱側(cè)的操作量)，使得從控制對象230取得的觀測量(溫度)與目標(biāo)值一致。即，基本上，不會同時進(jìn)行加熱和冷卻，而選擇性地執(zhí)行加熱裝置210對控制對象230的加熱以及冷卻裝置220對控制對象230的冷卻，使得控制對象230的溫度與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值一致。
[0062]為了實(shí)現(xiàn)這樣的控制，調(diào)節(jié)器100將所反饋的控制對象230的溫度與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，將加熱信號或冷卻信號選擇性地分別輸出到加熱裝置210或冷卻裝置220。S卩，調(diào)節(jié)器100通過控制加熱裝置210和冷卻裝置220，將控制對象230的溫度保持恒定。
[0063]在以下的說明中，在從屬于控制對象230的量中，將以控制目的為代表的量稱作“控制量”，將通過控制對象230中所設(shè)置的溫度傳感器等的檢測部而取得的量稱作“觀測量”。嚴(yán)密地講，“觀測量”被定義為在“控制量”中包含某些誤差的值，但是，如果無視該誤差，則能夠?qū)ⅰ坝^測量”視為控制對象230的“控制量”。因此，在以下的說明中，有時同義地使用“觀測量”和“控制量”。
[0064]圖1所示的控制對象過程200能夠包含任意的過程，典型地，可舉出擠出成型機(jī)中的原料的溫度控制和恒溫槽內(nèi)的溫度控制等。以下，以擠出成型機(jī)中的原料的溫度控制作為一例，說明本實(shí)施方式的詳細(xì)的內(nèi)容，但是，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不限于該過程。
[0065]包含本實(shí)施方式的調(diào)節(jié)器100的反饋控制系統(tǒng)I包含PID控制系統(tǒng)。在本說明書中，“PID控制系統(tǒng)”意味著包含進(jìn)行比例動作(Proport1nal Operat1n:P動作)的比例要素、進(jìn)行積分動作(Integral Operat1n:1動作)的積分要素和進(jìn)行微分動作(DerivativeOperat1n:D動作)的微分要素中的至少一個要素在內(nèi)的控制系統(tǒng)。即，在本說明書中，PID控制系統(tǒng)是如下的概念:除了包含比例要素、積分要素和微分要素中的每種要素的控制系統(tǒng)以外，還包括僅包含一部分控制要素、例如比例要素和積分要素的控制系統(tǒng)(PI控制系統(tǒng))等。
[0066]本實(shí)施方式的調(diào)節(jié)器100具有用于使PID控制系統(tǒng)所需要的控制參數(shù)(以下記為“PID參數(shù)”。)最優(yōu)化的自動調(diào)諧功能。作為該自動調(diào)諧功能，調(diào)節(jié)器100根據(jù)觀測量交替輸出第I操作量(冷卻側(cè)的操作量)和第2操作量(加熱側(cè)的操作量)，根據(jù)通過該交替輸出而取得的響應(yīng)特性來決定PID參數(shù)。即，調(diào)節(jié)器100交替地輸出冷卻側(cè)的操作量和加熱側(cè)的操作量而產(chǎn)生極限循環(huán)，根據(jù)該產(chǎn)生的極限循環(huán)的響應(yīng)特性，決定PID參數(shù)。后面詳細(xì)敘述該自動調(diào)諧功能。
[0067][B.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)]
[0068]接著，對將圖1所示的反饋控制系統(tǒng)I應(yīng)用于擠出成型機(jī)的過程的實(shí)裝例進(jìn)行說明。圖2是示出實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式的反饋控制系統(tǒng)I的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0069]參照圖2，調(diào)節(jié)器100以使得從控制對象過程200測定的溫度(觀測量=P1cessValue;以下記為“PV”。)與所輸入的目標(biāo)值(設(shè)定值:Setting Point ;以下記為“SP”。)一致的方式，輸出操作量(Manipulated Value ;以下記為“MV”。)。調(diào)節(jié)器100輸出加熱所涉及的加熱信號和冷卻所涉及的冷卻信號來作為該操作量。
[0070]具體而言，調(diào)節(jié)器100包含控制部110、由模擬/數(shù)字(Α/D)轉(zhuǎn)換部構(gòu)成的輸入部120、由2個數(shù)字/模擬(D/Α)轉(zhuǎn)換部構(gòu)成的輸出部130、設(shè)定部140、顯示部150。
[0071]控制部110是用于實(shí)現(xiàn)通常的PID控制功能和自動調(diào)諧功能等的運(yùn)算主體，包含CPU (Central Processing Unit:中央處理單元)112、以非易失的方式存儲程序模塊118的閃存(FlashROM(Read Only Memory:只讀存儲器))114、RAM(Random Access Memory:隨機(jī)存取存儲器)116。CPUl 12是處理器，通過執(zhí)行閃存114中所存儲的程序模塊118來實(shí)現(xiàn)后述的處理。此時，執(zhí)行所讀出的程序模塊118所需要的數(shù)據(jù)(PV和SP等)被暫時存儲在RAM116中。也可以構(gòu)成為代替CPU112而使用面向數(shù)字信號處理的DSP(Digital SignalProcessor:數(shù)字信號處理器)。關(guān)于程序模塊118，也可以構(gòu)成為能夠經(jīng)由各種記錄介質(zhì)更新數(shù)據(jù)。因此，程序模塊118本身也能夠包含于本發(fā)明的技術(shù)的范圍中。此外，也可以使用 FPGA (Field-Programmable Gate Array:現(xiàn)場可編程門陣列)、ASIC (Applicat1nSpecific Integrated Circuit:專用集成電路)等來實(shí)現(xiàn)控制部110的全體。
[0072]輸入部120接收來自后述的溫度傳感器的測定信號，將表示其值的信號輸出到控制部110。例如，在溫度傳感器是熱電偶的情況下，輸入部120包含用于檢測在其兩端產(chǎn)生的熱電動勢的電路?；蛘?，在溫度傳感器是電阻測溫體的情況下，輸入部120包含用于檢測在該電阻測溫體中產(chǎn)生的電阻值的電路。并且，輸入部120也可以包含用于去除高頻成分的濾波電路。
[0073]輸出部130根據(jù)由控制部110計(jì)算的操作量，選擇性地輸出加熱信號或冷卻信號。具體而言，包含數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換部的加熱側(cè)輸出部132將表示由控制部110計(jì)算出的操作量的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并作為加熱信號而輸出。另一方面，包含數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換部的冷卻側(cè)輸出部134將表示由控制部110計(jì)算出的操作量的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并作為冷卻信號而輸出。
[0074]設(shè)定部140包含用于受理用戶的操作的按鈕、開關(guān)等，將表示所受理的用戶操作的信息輸出到控制部110。典型地，設(shè)定部140從用戶受理目標(biāo)值(SP)的設(shè)定和自動調(diào)諧的開始指令。
[0075]顯示部150包含顯示器、指示器等，將表示控制部110的處理的狀態(tài)等的信息通知給用戶。
[0076]另一方面，控制對象過程200包含作為控制對象230 (圖1)的一例的擠出成型機(jī)232。擠出成型機(jī)232通過在作為管段的桶236內(nèi)的軸中心設(shè)置的螺釘234的旋轉(zhuǎn)，擠出在其內(nèi)部所插入的原料(例如，塑料)。用于檢測該原料的溫度的溫度傳感器240被設(shè)置在擠出成型機(jī)232的內(nèi)部。作為一例，溫度傳感器240由熱電偶、電阻測溫體(白金電阻溫度計(jì))構(gòu)成。
[0077]在擠出成型機(jī)232中，通過新的原料的插入來吸熱，另一方面，通過螺釘234的旋轉(zhuǎn)使原料移動來發(fā)熱。因此，為了抑制該吸熱反應(yīng)和發(fā)熱反應(yīng)導(dǎo)致的溫度變動，設(shè)置加熱裝置210和冷卻裝置220 (均在圖1中示出)。
[0078]在圖2所示的反饋控制系統(tǒng)I中，作為加熱裝置210的一例，采用在擠出成型機(jī)232的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)熱體的結(jié)構(gòu)。
[0079]更具體而言，加熱裝置210包含固態(tài)繼電器(Solid State Relay:SSR) 212和作為電阻體的電加熱器214。固態(tài)繼電器212控制AC電源與電加熱器214的電連接/電遮斷。更具體而言，調(diào)節(jié)器100輸出具有與操作量對應(yīng)的占空比的PWM信號作為加熱信號。固態(tài)繼電器212根據(jù)來自調(diào)節(jié)器100的PWM信號，將電路設(shè)為接通/斷開(0N/0FF)。將與該電路的接通/斷開(0N/0FF)的比率對應(yīng)的電力供應(yīng)至電加熱器214。被供應(yīng)至電加熱器214的電力變?yōu)闊岫皇┘咏o原料。
[0080]另一方面，冷卻裝置2