[发明专利]调节器、控制方法以及控制程序

说明书

技术领域

本发明涉及具有自动调谐功能的调节器、该调节器的控制方法以及实现该调节器的控制程序。

背景技术

当前，以PID控制系统为首的反馈控制系统被利用于温度控制、速度控制、位置控制这样的各种用途。在这样的反馈控制系统中，为了提高对目标值的变更的响应性和对外部干扰的收敛性，根据控制对象使比例增益、积分时间、微分时间这样的控制参数最优化是重要的。

然而，不具有反馈控制系统的知识的用户难以对控制参数进行最优化。因此，对这样的控制参数自动进行最优化的自动调谐功能被开发和实用化。作为这样的自动调谐功能的代表例，已知有步骤响应法、极限灵敏度法(参照非专利文献1)、极限循环法(参照专利文献1和专利文献2)等。

具体而言，日本特开平05-289704号公报(专利文献1)公开了具有加热和冷却2种PID运算功能的加热冷却调节计。该加热冷却调节计具有加热和冷却自动调谐功能。日本特开2004-227062号公报(专利文献2)公开了如下的加热冷却控制技术，即适当切换向加热执行器输出操作量的加热模式和向冷却执行器输出操作量的冷却模式，来进行温度控制。该加热冷却控制技术中包含使操作量振幅产生一定的极限循环而对控制参数进行调整的极限循环自动调谐方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平05-289704号公报

专利文献2:日本特开2004-227062号公报

非专利文献

非专利文献1:J.G.Ziegler and N.B.Nichols,Optimum Settings for Automatic Controllers,TRANSACTIONS OF THE A.S.M.E.,November,1942

发明内容

发明要解决的问题

在反馈控制系统中包含非线性要素的情况下，即，在操作量与控制对象中产生的控制量之间的非线性较强的情况下，在自动调谐功能中，有时无法对控制参数进行最优化。专利文献1中记载的加热冷却调节计采用如下结构：针对具有非线性的静特性的控制对象，在冷却自动调谐时，使用限制率对操作量的各个级别进行限制。然而，并未公开应该将该限制率决定为什么样的值，不得不根据控制对象来按照经验或试错地决定。此外，专利文献2中记载的加热冷却控制装置采用如下结构：产生第1极限循环和第2极限循环，根据其控制响应来计算控制参数。然而，该专利文献2所记载的结构中，假定加热侧的加热能力和冷却侧的冷却能力中存在差别的情况，加热能力和/或冷却能力各自无法应对具有非线性的情况。

本发明正是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于，提供针对非线性较强的控制对象也能够适当地进行自动调谐的调节器、该调节器中的控制方法以及实现该调节器的控制程序。

本发明的另一目的在于，提高具有用户友好的自动调谐功能的调节器、该调节器中的控制方法以及实现该调节器的控制程序。

用于解决问题的手段

本发明的一个方面的具有自动调谐功能的调节器包含：操作量决定单元，其根据预先设定的参数，选择性地决定第1操作量或第2操作量，使得从控制对象取得的观测量与目标值一致，其中，该第1操作量用于使控制对象的控制量产生第1变化，该第2操作量用于使控制量产生与第1变化相反的第2变化；以及调谐单元，其根据观测量交替输出第1操作量和第2操作量，根据通过该交替输出而取得的响应特性来决定参数。调谐单元在第1操作量和第2操作量的交替输出中，在每次切换输出时依次变更第1操作量的大小，并且根据在判断为控制量相对于第1操作量的第1变化具有线性时所取得的响应特性来决定参数。

优选的是，调谐单元根据通过紧前的交替输出而取得的响应特性，来决定新的交替输出中的第1操作量的大小。

并且，优选的是，调谐单元根据在紧前的交替输出中输出第1操作量的期间的长度和输出第2操作量的期间的长度，校正该紧前的交替输出中的第1操作量的大小，由此决定新的交替输出中的第1操作量的大小。

优选的是，调谐单元按照依次变更的第1操作量的大小，评价与对应于第1操作量的控制量的变化速度之间的关系，由此判断控制量相对于第1操作量的第1变化是否具有线性。

优选的是，即使没有判断为控制量相对于第1操作量的第1变化具有线性，当第1操作量和第2操作量的交替输出被执行了预定的次数时，调谐单元也根据在最终的交替输出中取得的响应特性来决定参数。