Pid调整辅助装置及方法

专利名称：Pid调整辅助装置及方法
技术领域：
本发明涉及生成控制对象模型并进行控制参数调整的PID调整辅助技术，特别是 涉及在为了比较目标量数据和模型响应波形而进行显示的建模结果上重叠显示目标量数 据的误差范围的PID调整辅助装置及方法。
背景技术：
在生成控制对象模型并进行控制参数调整的PID调整辅助工具中，通过将为了生 成模型而输入的目标量数据(作为目标的控制响应波形的时间序列数据或通过点的坐标 等输入数据)和根据所生成的模型计算出的控制响应波形(后面记载为模型响应波形)作 为建模结果重叠地进行曲线图显示来表示其一致程度，促使用户判断生成模型的妥当性。 此时，如建模的评价函数值等那样，将与目标量数据和模型响应波形之间的差异相对应的 指标显示成数值(参照专利文献1)。此外，用户有时也利用曲线图比例的放大缩小之类的 通用的曲线图显示功能来确认一致程度。无论怎样，用户都能够通过确认目标量数据和模 型响应波形的曲线图的偏差、或者确认指标值是否较小来判断模型的妥当性。但是，如专利文献2所公开的那样，在建模的目标量数据自身具有不确定性这样 的情况下，目标量数据和模型响应波形完全一致未必是最佳的，而在以往却使目标量数据 和模型响应波形尽量一致。专利文献1日本特开2004-038428号公报专利文献2日本特开2006-127079号公报如上所述，在建模的目标量数据自身具有不确定性这样的情况下，目标量数据和 模型响应波形完全一致未必是最佳的。可是，在基于现有技术的模型响应波形的确认方法 中，存在如下问题在目标量数据和模型响应波形之间存在偏差的情况下，用户或者为了使 目标量数据和模型响应波形尽量一致而陷入反复进行重新计算或修改模型算式之类的不 必要的尝试，或者无法判断模型的妥当性从而导致无法转到控制参数的调整操作。

发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供一种通过使用户容易识 别在确认目标量数据和模型响应波形时必须预先考虑的目标量数据的误差范围来降低过 度追求精度的可能性的PID调整辅助装置及方法。本发明的PID调整辅助装置的特征在于，具备误差范围存储单元，其预先存储用 户认可的对控制对象的建模的目标量数据的误差范围；建模结果显示单元，其将上述目标 量数据和根据控制对象模型计算出的控制响应波形即模型响应波形作为建模结果进行曲 线图显示；和误差范围显示单元，其将上述误差范围存储单元中存储的误差范围与上述建 模结果重叠显示。另外，本发明的PID调整辅助装置的特征在于，具备建模结果显示单元，其将控 制对象的建模的目标量数据和根据控制对象模型计算出的控制响应波形即模型响应波形作为建模结果进行曲线图显示；误差范围运算处理单元，其根据上述目标量数据的整体范 围或上述模型响应波形的整体范围确定上述目标量数据的误差范围；和误差范围显示单 元，其将该误差范围运算处理单元所确定的误差范围与上述建模结果重叠显示。另外，在本发明的PID调整辅助装置的一个构成例中，上述误差范围至少包括时 间轴的误差范围和控制量轴的误差范围中的一个。另外，本发明的PID调整辅助装置的一个构成例的特征在于，还具备时间轴修正 误差范围处理单元，其根据与上述建模结果重叠显示的时间轴的上述误差范围的显示位置 来修正该误差范围。另外，本发明的PID调整辅助装置的一个构成例的特征在于，还具备控制量轴修 正误差范围处理单元，其根据与上述建模结果重叠显示的控制量轴的上述误差范围的显示 位置来修正该误差范围。另外，在本发明的PID调整辅助装置的一个构成例中，其特征在于，上述时间轴修 正误差范围处理单元根据上述目标量数据和模型响应波形的从控制开始时到上述时间轴 的误差范围的显示位置为止的时间轴上的经过时间来修正上述时间轴的误差范围。另外，在本发明的PID调整辅助装置的一个构成例中，其特征在于，上述控制量轴 修正误差范围处理单元根据上述控制量轴的误差范围的显示位置处的上述目标量数据的 控制量偏差或模型响应波形的控制量偏差来修正上述控制量轴的误差范围。另外，在本发明的PID调整辅助装置的一个构成例中，其特征在于，在因根据用户 指示放大缩小上述建模结果或变更上述误差范围的显示位置而导致重新描绘时，上述误差 范围显示单元维持之前的上述误差范围来进行重新显示。另外，本发明的PID调整辅助方法的特征在于，包括建模结果显示步骤，将控制 对象的建模的目标量数据和根据控制对象模型计算出的控制响应波形即模型响应波形作 为建模结果进行曲线图显示；和误差范围显示步骤，从误差范围存储单元取得用户认可的 对上述目标量数据的误差范围并将该误差范围与上述建模结果重叠显示。另外，本发明的PID调整辅助方法的特征在于，包括建模结果显示步骤，将控制 对象的建模的目标量数据和根据控制对象模型计算出的控制响应波形即模型响应波形作 为建模结果进行曲线图显示；误差范围运算处理步骤，根据上述目标量数据的整体范围或 上述模型响应波形的整体范围来确定上述目标量数据的误差范围；和误差范围显示步骤， 将在上述误差范围运算处理步骤中决定的误差范围与上述建模结果重叠显示。根据本发明，将误差范围存储单元中存储的误差范围与建模结果重叠显示，由此， 即使通过曲线图的放大操作等来强调了目标量数据和模型响应波形之间的偏差，用户也能 够凭一定的感觉来识别目标量数据和模型响应波形之间的偏差，从而能够减少用户为了过 度提高目标量数据和模型响应波形之间的匹配精度而进行尝试的错误。另外，在本发明中，根据目标量数据的整体范围或模型响应波形的整体范围来决 定目标量数据的误差范围，并将该误差范围与建模结果重叠显示，由此，即使通过曲线图的 放大操作等来强调了目标量数据和模型响应波形之间的偏差，用户也能够凭一定的感觉来 识别目标量数据和模型响应波形之间的偏差，从而能够减少用户为了过度提高目标量数据 和模型响应波形之间的匹配精度而进行尝试的错误。另外，在本发明中，由于无需用户指定 误差范围，所以还能够应对难以指定误差范围的情况。
另外，在本发明中，根据与建模结果重叠显示的时间轴的误差范围的显示位置来 修正该误差范围，由此能够减少用户为了过度提高目标量数据和模型响应波形之间的时间 轴方向的匹配精度而进行尝试的错误。另外，在本发明中，根据与建模结果重叠显示的控制量轴的误差范围的显示位置 来修正该误差范围，由此能够减少用户为了过度提高目标量数据和模型响应波形之间的控 制量轴方向的匹配精度而进行尝试的错误。


图1是表示本发明的第一实施方式涉及的PID调整辅助装置的构成的框图。图2是表示本发明的第一实施方式涉及的PID调整辅助装置的动作的流程图。图3是表示本发明的第一实施方式涉及的PID调整辅助装置的显示例的图。图4是表示本发明的第二实施方式涉及的PID调整辅助装置的构成的框图。图5是表示本发明的第二实施方式涉及的PID调整辅助装置的动作的流程图。图6是对本发明的第二实施方式中响应基准误差范围运算处理部在决定响应基 准误差范围时利用的整体范围进行说明的图。图7是表示本发明的第三实施方式涉及的PID调整辅助装置的构成的框图。图8是表示目标量数据和模型响应波形的显示例的图。图9是表示本发明的第三实施方式涉及的PID调整辅助装置的动作的流程图。图10是表示本发明的第三实施方式涉及的PID调整辅助装置的显示例的图。图11是表示本发明的第四实施方式涉及的PID调整辅助装置的构成的框图。图12是表示目标量数据和模型响应波形的显示例的图。图13是表示本发明的第四实施方式涉及的PID调整辅助装置的动作的流程图。图14是表示本发明的第四实施方式涉及的PID调整辅助装置的显示例的图。图15是表示本发明的第五实施方式涉及的PID调整辅助装置的构成的框图。图16是表示本发明的第五实施方式涉及的PID调整辅助装置的动作的流程图。图17是表示本发明的第五实施方式涉及的PID调整辅助装置的显示例的图。图中符号说明10...认可误差范围存储部；11、22、35、45、58...显示处理部；12、23、36、46、 59. · ·显示部；13、24、37、47、60. · ·操作部；20. · ·响应基准误差范围运算处理部；21. · ·响
应基准误差范围存储部；30...控制量轴误差范围存储部；31、50...修正前时间轴误差 范围存储部；32、51...时间轴误差范围上下限存储部；33、43...修正区间存储部；34、 56...时间轴修正误差范围处理部；40...时间轴误差范围存储部；41、53...修正前控制量 轴误差范围存储部；4254...控制量轴误差范围上下限存储部；44、57...控制量轴修正误 差范围处理部；52...时间轴修正区间存储部；55...控制量轴修正区间存储部。
具体实施例方式发明原理PID参数调整辅助工具等中利用的控制对象建模功能以各种控制对象和控制动作 (控制响应波形)为前提，因此在将控制对象和模型之间的匹配程度进行量化的情况下，利用控制响应波形和模型响应波形的时间上的长度和响应的大小进行量化后的数值的含义 不同。此外，根据用户认可哪种程度的精度而输入了目标量数据的情况不同，目标量数据和 模型响应波形的偏差大小的含义也不同。在整体的响应波形以实质上被标准化后的状态进行显示的情况下，能够凭一定的 感觉来识别重叠显示目标量数据和模型响应波形时的偏差大小。但是，若为了精确地确认 目标量数据和模型响应波形的偏差而进行了放大显示，则难以识别偏差相对较大还是较 小。这时，即使例如将在时间轴上大小为1秒、在温度轴上大小为1°C的框体与目标量数据 和模型响应波形的曲线图一起显示，若如上述那样数值的含义不同，则这样的框也是无用 的。于是，发明者注意到了如下情况，即与提供基于数学上的含义的指标相比，提供以 “认可”为基础的指标更有效。并且想到了如下情况，即，通过导入表示用户自身认可哪种程 度的精度而输入了目标量数据的认可误差范围，并将基于用户指定的认可误差范围的框体 与目标量数据和模型响应波形的曲线图一起显示，从而用户即使在放大曲线图时也不会迷 失自已的识别。此外，还想到了如下情况，即，在用户难以指定认可误差范围的情况下，只要 导入以整体响应波形为基准的响应基准误差范围，则用户即使在放大曲线图时也总能识别 出与模型响应波形整体对应的一定的误差范围。这样，通过导入以“认可”为基础的输入数据的误差范围(认可误差范围或者响应 基准误差范围)，将与该误差范围相对应的区域或者数值进行显示，并且不依赖于曲线图的 显示范围地进行维持，用户能够凭一定的感觉识别目标量数据和模型响应波形的偏差，从 而能够降低因建模操作中的不必要的尝试错误或难以进行妥当性判断而导致的调整操作 中断的可能性。[第一实施方式]下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的第一实施方式 涉及的PID调整辅助装置的构成的框图。PID调整辅助装置由认可误差范围存储部10、显示 处理部11、显示部12和操作部13构成。该认可误差范围存储部10预先存储用户输入的认 可误差范围。该显示处理部11使后述的显示部12显示从外部的控制对象建模装置(未图 示)输入的目标量数据和模型响应波形，并且根据认可误差范围存储部10中存储的认可误 差范围和用户指定的显示位置确定框体的显示位置和形状并将其显示在显示部12上。该 显示部12是液晶显示器等。该操作部13是键盘和鼠标等。显示处理部11和显示部12构 成建模结果显示单元和误差范围显示单元。在本实施方式中，用户指定认可误差范围，并在建模结果画面上显示基于该认可 误差范围的框体或者数值。即使用户进行放大缩小等曲线图操作，也维持操作前的认可误 差范围来进行显示。这里所说的认可误差范围表示测量误差和读取数据时的进位位数等、 相对于目标量数据用户自身认可的数据的粗略的误差范围。在本实施方式中，通过显示认 可误差范围，无论是否进行放大缩小等曲线图操作，均能够凭一定的感觉识别目标量数据 与模型响应波形之间的偏差。接着，对本实施方式的PID调整辅助装置的动作进行具体说明。图2是表示本实 施方式的PID调整辅助装置的动作的流程图，图3的(A) (C)是表示本实施方式的显示 例的图。图3的(A)表示建模结果初始画面，图3的(B)表示将图3的(A)的画面放大了的建模结果画面，图3的(C)表示将图3的(B)的画面放大了的建模结果画面。在图3的 (A) (C)中，300是目标量数据，301是模型响应波形，302是框体。另外，在图3的(B)中 显示了图3的(A)中的用虚线303表示的区域，在图3的(C)中显示了图3的(B)中的用 虚线304表示的区域。PID调整辅助装置从生成控制对象模型并根据所生成的模型计算模型响应波形的 控制对象建模装置取得作为目标的控制响应波形的时间序列数据即目标量数据、和模型响 应波形的数据。由于生成控制对象模型的技术是公知的技术，所以省略了控制对象建模装 置的详细说明。如图3的(A)所示那样，PID调整辅助装置的显示处理部11将目标量数据300和 模型响应波形301显示在显示部12上(图2的步骤S100)。并且，显示处理部11确定以 规定的显示位置的坐标为中心、并且以认可误差范围存储部10中存储的纵轴(控制量轴) 的认可误差范围和横轴(时间轴)的认可误差范围为大小的矩形框(步骤S101)，如图3的 (A)所示那样将框体302显示在显示部12上(步骤SIC)》。这样，如图3的(A)所示那样 的建模结果初始画面被显示。另外，将建模结果初始画面的显示位置的坐标设为规定值，然 后以用户通过点击鼠标等而指定的显示位置的坐标为中心显示框体302即可。在用户对操作部13进行操作来放大或缩小建模结果画面时也进行图2的处理，而 此时维持认可误差范围进行显示。例如在图3的(A)的建模结果初始画面中，将框体302 的大小确定为控制量轴的认可误差范围是5°C、时间轴的认可误差范围是10秒，而在将建 模结果初始画面放大了的图3的(B)的建模结果画面中，框体302所表示的控制量轴的认 可误差范围也是5°C、时间轴的认可误差范围也是10秒。同样，在将图3的(B)的建模结果 画面放大了的图3的(C)的建模结果画面中也维持框体302所表示的认可误差范围。如上所述，在本实施方式中，将基于认可误差范围的框体与目标量数据和模型响 应波形同时显示，由此即使通过曲线图的放大操作等来强调了目标量数据和模型响应波形 之间的偏差，用户也能够凭一定的感觉来识别目标量数据和模型响应波形之间的偏差，从 而能够减少用户为了过度提高目标量数据与模型响应波形之间的匹配精度而进行尝试的 错误(例如模型的重新计算等)。另外，在本实施方式中，框体的形状被设为矩形，但是不限于此，例如也可以是椭 圆形状。此外，也可以将认可误差范围以数值或表的形式显示在建模结果画面上，还可以同 时进行区域显示和数值显示。不论怎样，只要用户能够容易地确认在建模结果的确认操作 中指定的认可误差范围即可。此外，在本实施方式中，对时间轴、控制量轴(在图3的㈧ (C)的例子中为温 度轴)都指定了认可误差范围，但是也可以仅指定其中一方的轴的认可误差范围。在仅对 时间轴或者控制量轴的任意一方指定了认可误差范围的情况下，以直线的宽度或者数值来 显示认可误差范围即可。[第二实施方式]接着，对本发明的第二实施方式进行说明。图4是表示本发明的第二实施方式涉 及的PID调整辅助装置的构成的框图。PID调整辅助装置由响应基准误差范围运算处理部 20、响应基准误差范围存储部21、显示处理部22、显示部23和操作部M构成。该响应基准 误差范围运算处理部20根据模型响应波形等的整体范围来确定响应基准误差范围。该响应基准误差范围存储部21存储响应基准误差范围。该显示处理部22使后述的显示部23显 示目标量数据和模型响应波形，并且根据响应基准误差范围存储部21中存储的响应基准 误差范围和用户指定的显示位置确定框体的显示位置和形状并将其显示在显示部23上。 该显示部23是液晶显示器等。该操作部M是键盘和鼠标等。显示处理部22和显示部23 构成建模结果显示单元和误差范围显示单元。在本实施方式中，响应基准误差范围运算处理部20代替用户确定响应基准误差 范围，并将基于该响应基准误差范围的框体或者数值显示在建模结果画面上。即使用户进 行了放大缩小等曲线图操作，也维持操作前的响应基准误差范围进行显示。这里所说的响 应基准误差范围是相对于目标量数据或模型响应波形的各轴的整体范围设定的范围，具体 来讲，表示整体范围的1/100、1/1000等用户容易识别的范围。在本实施方式中，通过显示 响应基准误差范围，无论是否进行了放大缩小等曲线图操作都能够凭一定的感觉识别目标 量数据和模型响应波形之间的偏差。接着，对本实施方式的PID调整辅助装置的动作进行说明。图5是表示本实施方 式的PID调整辅助装置的动作的流程图。PID调整辅助装置的显示处理部22与第一实施方式同样地将目标量数据和模型 响应波形显示在显示部23上(图5的步骤S200)。接着，响应基准误差范围运算处理部20 确定响应基准误差范围(步骤S201)。图6是对响应基准误差范围运算处理部20在确定响应基准误差范围时利用的整 体范围进行说明的图。响应基准误差范围运算处理部20所利用的整体范围是用户识别建 模结果画面的整体时作为目标的各轴的范围即可。例如如果是控制量轴，则如图6所示那 样，可以将从控制量初始值到控制量设定值SP的阶跃响应宽度作为控制量轴的整体范围， 也可以将控制量的最小值到最大值的控制响应宽度作为控制量轴的整体范围。在图6的例 子中，控制量初始值为100°C，由于控制量设定值SP在时刻10秒的时间点上从100°C变成 200°C，所以阶跃响应宽度为100°C。如果是控制响应R1，则由于控制量(温度)的最小值 为100°C，最大值为200°C，所以控制响应宽度为100°C。此外，如果是控制响应R2，则由于 控制量(温度)的最小值为100°C，最大值为230°C，所以控制响应宽度为130°C。另一方面，如果是时间轴，则可以将从设定值变更时到稳定时的时间宽度作为时 间轴的整体范围，也可以将从设定值变更时到最终数据的时间宽度作为时间轴的整体范 围。在图6的例子中，由于在时刻10秒处控制量设定值SP变更，在140秒处稳定，所以从 设定值变更时到稳定时的时间宽度为130秒。此外，由于最终数据为时刻210秒时的数据， 所以从设定值变更时到最终数据的时间宽度为200秒。对于整体范围，也可以利用用户输入的作为目标量数据的特征量(超越量或稳定 时间等)或时间序列数据来确定，还可以利用模型响应波形的数据来确定。由此，作为利用 目标量数据确定整体范围的情况存在有将阶跃响应宽度作为控制量轴整体范围的情况、 将作为目标的控制响应波形的控制响应宽度作为控制量轴的整体范围的情况、将从设定值 变更时到控制响应波形稳定时的时间宽度作为时间轴的整体范围的情况、将从设定值变更 时到最终数据的时间宽度作为时间轴的整体范围的情况。此外，作为利用模型响应波形的数据来确定整体范围的情况存在有将模型响应 波形的控制响应宽度作为控制量轴的整体范围的情况、将从设定值变更时到控制响应波形稳定时的时间宽度作为时间轴的整体范围的情况、将从设定值变更时到最终数据的时间宽 度作为时间轴的整体范围的情况。无论是利用目标量数据确定整体范围的情况还是利用模型响应波形的数据确定 整体范围的情况，都优选用户能够确认是以目标量数据还是以模型响应波形为基准计算出 了各轴的整体范围。响应基准误差范围运算处理部20在每个轴的整体范围确定之后，将对该整体范 围乘以1/100、1/1000等用户容易识别的系数得到的值确定为响应基准误差范围(步骤 S201)。例如、如果将时间轴的整体范围设为SC_T、将控制量轴的整体范围设为SC_PV，则 响应基准误差范围运算处理部20以如下方式计算时间轴的响应基准误差范围TEW_SC和控 制量轴的响应基准误差范围PVEW_SC。TEff_SC = SC_TXK_T· · .(1)PVEff_SC = SC_PVXK_PV · · · (2)这里，K_T为时间轴误差计算系数，K_PV为控制量轴误差计算系数。作为时间轴误 差计算系数Κ_τ和控制量轴误差计算系数K_PV，如上述那样适当设定1/100、1/1000等用户 容易识别的系数即可。这时，可以使用SC_T、SC_PV的值或者位数来设定。如上述那样，若将控制响应稳定时的时刻设为Tstbl、将控制开始时的时刻设 为Tini、将建模结果中的时间轴最大值设为Tmax，则时间轴的整体范围SC_T可以是 (Tstbl-Tini)，也可以是(Tmax-Tini) 0另外，若将控制量设定值设为SP、将控制开始时 的控制量设为PVini、将控制量最大值设为PVmax，则控制量轴的整体范围SC_PV可以是 (SP-PVini)，也可以是(PVmax-PVini)。响应基准误差范围存储部21存储响应基准误差范围运算处理部20确定的响应基 准误差范围(步骤S202)显示处理部22确定以规定的显示位置的坐标为中心、并且以响应基准误差范围 存储部21中存储的控制量轴的响应基准误差范围和时间轴的响应基准误差范围为大小的 矩形的框体(步骤S20;3)，并将框体显示在显示部23上(步骤S203)。与第一实施方式同样，将建模结果初始画面的显示位置的坐标设为规定值，然后 以用户通过鼠标点击等而指定的显示位置的坐标为中心来显示框体即可。此外，用户对操作部M进行操作来放大或缩小建模结果画面时也进行图5的处 理，而这时显示处理部22与第一实施方式同样地维持响应基准误差范围进行显示。如上所述，在本实施方式中，通过将基于响应基准误差范围的框体与目标量数据 和模型响应波形的曲线图同时显示，能够获得与第一实施方式同样的效果。此外，在本实施 方式中，由于无需用户指定认可误差范围，所以还能够应对难以指定认可误差范围那样的 情况。另外，与第一实施方式同样，框体的形状也可以不是矩形。此外，可以将响应基准 误差范围以数值或表的形式显示在建模结果画面上，也可以同时进行区域显示和数值显示。此外，在本实施方式中，对时间轴和控制量轴都设定了响应基准误差范围，但是也 可以仅设定其中一方的轴的响应基准误差范围。在仅对时间轴或者控制量轴的任意一方设定响应基准误差范围的情况下，用直线的宽度或者数值来显示响应基准误差范围即可。[第三实施方式]接着，对本发明的第三实施方式进行说明。图7是表示本发明的第三实施方式涉 及的PID调整辅助装置的构成的框图。PID调整辅助装置由控制量轴误差范围存储部30、修 正前时间轴误差范围存储部31、时间轴误差范围上下限存储部32、修正区间存储部33、时 间轴修正误差范围处理部34、显示处理部35、显示部36和操作部37构成。该控制量轴误 差范围存储部30存储控制量轴的误差范围。该修正前时间轴误差范围存储部31存储修正 前的时间轴误差范围。该时间轴误差范围上下限存储部32存储时间轴误差范围的最大值 和最小值。该修正区间存储部33存储对时间轴误差范围进行修正的修正区间。该时间轴 修正误差范围处理部34根据修正前时间轴误差范围、时间轴误差范围的最大值和最小值、 时间轴的修正区间以及显示位置，确定修正了时间轴误差范围的时间轴修正误差范围。该 显示处理部35使后述的显示部36显示目标量数据和模型响应波形，并且根据误差范围和 用户指定的显示位置确定框体的显示位置和形状并将其显示在显示部36上。该显示部36 是液晶显示器等。该操作部37是键盘和鼠标等。在本实施方式中，对时间轴的误差范围(认可误差范围或响应基准误差范围)进 行对应于控制状态的修正。通过反映时间轴的误差范围根据控制状态而发生变化的倾向来 对时间轴误差范围进行修正，从而降低了过度追求精度的可能性。并且，在本实施方式中， 在计算修正值时利用了从控制开始时(即控制量设定值变更时)到显示位置的时间轴上的 经过时间。图8的(A)和(B)是对本实施方式的目的进行说明的图，表示了目标量数据和模 型响应波形的显示例。图8的㈧表示建模结果画面，图8的⑶表示将图8的㈧的画 面放大了的建模结果画面。在图8的(A)和(B)中，800是目标量数据，801是模型响应波 形。图8的(B)中显示了图8的(A)中的用虚线803表示的区域。通常的控制响应波形随着时间推移而接近控制量设定值SP，并在控制量设定值 SP附近稳定而达到稳定状态。控制量的变化并不是一样的，而是从控制开始后随着时间的 推移渐渐减小。即、越是接近稳定状态，作为目标的控制响应波形和模型响应波形之间的偏 差的识别变得越细微，而与此相比时间偏差的识别变得相对粗略。由此，根据图8的(B)可 以得知，在控制接近稳定状态的区域，与确认时间的偏差相比，确认控制量的偏差通常更加 重要。在本实施方式中，通过根据经过的时间对时间轴误差范围进行修正来降低过度追求 时间轴方向的精度的可能性。另外，在本实施方式中，假定使用第一实施方式中说明的认可误差范围或者第二 实施方式中说明的响应基准误差范围来作为误差范围。即、在使用第一实施方式中说明的 认可误差范围来作为误差范围的情况下，控制量轴的认可误差范围是控制量轴误差范围存 储部30中存储的控制量轴误差范围，时间轴的认可误差范围是修正前时间轴误差范围存 储部31中存储的修正前时间轴误差范围。此外，在使用第二实施方式中说明的响应基准误差范围来作为误差范围的情况 下，控制量轴的响应基准误差范围是控制量轴误差范围存储部30中存储的控制量轴误差 范围，时间轴的响应基准误差范围是修正前时间轴误差范围存储部31中存储的修正前时 间轴误差范围。但是，在使用响应基准误差范围来作为误差范围的情况下，当然需要第二实施方式中说明的响应基准误差范围运算处理部20。接着，对本实施方式的PID调整辅助装置的动作进行说明。图9是表示本实施方 式的PID调整辅助装置的动作的流程图。PID调整辅助装置的显示处理部35与第一实施方式同样地将目标量数据和模型 响应波形显示到显示部36上(图9的步骤S300)。接着，时间轴修正误差范围处理部34使用修正前时间轴误差范围存储部31中存 储的修正前时间轴误差范围、时间轴误差范围上下限存储部32中存储的时间轴误差范围 的最大值和最小值、以及修正区间存储部33中存储的时间轴的修正区间，并根据显示位置 确定修正了时间轴误差范围后的时间轴修正误差范围(步骤S301)。在本实施方式中，将时间轴的修正区间定义为从修正开始时刻到修正结束时刻。 在这种情况下，时间轴误差范围成为如下的时间轴修正误差范围在修正开始时刻之前的 时间点处被设定为时间轴误差范围的最小值，若超过了修正结束时刻则被设定为时间轴误 差范围的最大值，并且在修正区间内根据从控制开始到误差范围的显示位置为止的时间轴 上的经过时间进行了修正。例如以如下方式确定修正区间、时间轴误差范围的最大值和最小值。即，将修正 开始时刻Tc_START设定成目标量数据或模型响应波形的控制量超过最终值的62. 3%的时 刻。将修正结束时刻Tc_END设定成目标量数据或模型响应波形的控制量达到(SP-O的 时刻。这里，ε是被用于进行稳定判定的、与控制量设定值SP之间的偏差的允许值。将时 间轴误差范围的最小值TEW_min设定成修正前时间轴误差范围存储部31中存储的修正前 时间轴误差范围的1/2的值。将时间轴误差范围的最大值TEWjnax设定成与修正前时间轴 误差范围相同的值。时间轴修正误差范围处理部34针对要显示时间轴误差范围的显示位置的坐标 (pv, t) (pv为控制量轴的坐标、t为时间轴的坐标)，例如以如下方式确定时间轴修正误差 范围 TEW_c(pv，t)。TEff_c (pv, t) = TEW_min(其中，t 彡 Tc_START) · · · (3)TEff_c(pv, t) = {(TEW_max-TEW_min)/(Tc_END-Tc_START)}(t-Tc_START)+TEff_min= {(TEff_max-TEff_min)/(Tc_END_Tc_START)} · t+{(TEff_min · Tc_END_TEW_max · Tc_START)/ (Tc_END_Tc_START)}(其中，Tc_START 彡 t 彡 Tc_END) · · · (4)TEff_c (pv, t) = TEff_max (其中，！"c—END 彡 t)· · · (5)显示处理部35确定以规定的显示位置的坐标为中心、并且以时间轴修正误差范 围处理部34确定的时间轴修正误差范围和控制量轴误差范围存储部30中存储的控制量轴 误差范围为大小的矩形的框体(步骤S3(^)，并将该框体显示到显示部36上(步骤S303)。 与第一实施方式同样，将建模结果初始画面的显示位置的坐标(pv，t)设为规定值，然后以 用户通过鼠标点击等而指定的显示位置的坐标(pv，t)为中心显示框体即可。此外，在用户对操作部37进行操作来放大或者缩小建模结果画面时也进行图9的处理。图10是表示本实施方式的显示例的图。在图10中，1000是目标量数据，1001是 模型响应波形，1002是框体。根据图10的例子可知，框体1002的时间轴方向的大小、即时 间轴修正误差范围在修正区间内根据显示位置变化。如上所述，在本实施方式中，通过对时间轴误差范围进行修正，能够降低用户过度 追求目标量数据和模型响应波形之间的匹配精度的可能性。另外，优选对稳定状态的修正误差范围(在本实施方式中为时间轴误差范围最大 值)预先设定下限值。对于下限值，只要预先适当地设定即可，例如可以根据假定的振荡周 期或振幅来设定。[第四实施方式]接着对本发明的第四实施方式进行说明。图11是表示本发明的第四实施方式涉 及的PID调整辅助装置的构成的框图。PID调整辅助装置由时间轴误差范围存储部40、修正 前控制量轴误差范围存储部41、控制量轴误差范围上下限存储部42、修正区间存储部43、 控制量轴修正误差范围处理部44、显示处理部45、显示部46和操作部47构成。该时间轴 误差范围存储部40存储时间轴的误差范围。该修正前控制量轴误差范围存储部41存储修 正前的控制量轴误差范围。该控制量轴误差范围上下限存储部42存储控制量轴误差范围 的最大值和最小值。该修正区间存储部43存储对控制量轴误差范围进行修正的修正区间。 该控制量轴修正误差范围处理部44根据修正前控制量轴误差范围、控制量轴误差范围的 最大值和最小值、控制量轴的修正区间以及显示位置，确定修正了控制量轴误差范围后的 控制量轴修正误差范围。该显示处理部45使后述的显示部46显示目标量数据和模型响应 波形，并且根据误差范围和用户指定的显示位置确定框体的显示位置和形状并将其显示在 显示部46上。该显示部46是液晶显示器等。该操作部47是键盘和鼠标等。在第三实施方式中对时间轴的误差范围进行了修正，而本实施方式表示了对控制 量轴的误差范围进行修正的例子。即、在本实施方式中，对控制量轴的误差范围(认可误差 范围或响应基准误差范围)进行对应于控制状态的修正。通过反映控制量轴的误差范围根 据控制状态而发生变化的倾向来对控制量轴误差范围进行修正，从而降低了过度追求精度 的可能性。在本实施方式中，在计算修正值时利用了显示位置的控制量偏差，但是在计算修 正值时也能够利用经过时间等反映控制状态的变量。图12的(A)和(B)是对本实施方式的目的进行说明的图，表示了目标量数据和模 型响应波形的显示例。图12的(A)表示建模结果画面，图12的(B)表示将图12的(A)的 画面放大了的建模结果画面。在图12的㈧和⑶中，1200是目标量数据，1201是模型响 应波形。图12的(B)中显示了图12的(A)中的用虚线1202所表示的区域。控制量的变化在控制动作开始附近较大，随着时间的推移渐渐减小。也就是说、越 是靠近控制动作的开始时间点，作为目标的控制响应波形和模型响应波形的控制量的偏差 的识别变得越粗略，而与此相比，时间的偏差的识别变得相对细微。由此，根据图12的(B) 可以得知，在靠近控制动作开始时间点的区域内，与确认控制量的偏差相比，确认控制量变 化的时刻、即时间的偏差通常更为重要。在本实施方式中，通过根据控制量偏差对控制量轴 误差范围进行修正，降低了过度追求控制量轴方向的精度的可能性。另外，在本实施方式中，假定使用第一实施方式中说明的认可误差范围或者第二实施方式中说明的响应基准误差范围作为误差范围。即、在使用第一实施方式中说明的认 可误差范围来作为误差范围的情况下，时间轴的认可误差范围是时间轴误差范围存储部40 中存储的时间轴误差范围，控制量轴的认可误差范围是修正前控制量轴误差范围存储部41 中存储的修正前控制量轴误差范围。此外，在使用第二实施方式中说明的响应基准误差范围作为误差范围的情况下， 时间轴的响应基准误差范围是时间轴误差范围存储部40中存储的时间轴误差范围，控制 量轴的响应基准误差范围是修正前控制量轴误差范围存储部41中存储的修正前控制量轴 误差范围。但是，在使用响应基准误差范围作为误差范围的情况下，当然需要第二实施方式 中说明的响应基准误差范围运算处理部20。接着对本实施方式的PID调整辅助装置的动作进行说明。图13是表示本实施方 式的PID调整辅助装置的动作的流程图。PID调整辅助装置的显示处理部45与第一实施方式同样地将目标量数据和模型 响应波形显示到显示部46上(图13步骤S400)。接着，控制量轴修正误差范围处理部44使用修正前控制量轴误差范围存储部41 中存储的修正前控制量轴误差范围、控制量轴误差范围上下限存储部42中存储的控制量 轴误差范围的最大值和最小值、以及修正区间存储部43中存储的控制量轴的修正区间， 并根据显示位置的控制量偏差确定修正了控制量轴误差范围后的控制量轴修正误差范围 (步骤 S401)。在本实施方式中，将控制量轴的修正区间定义为从修正开始偏差量到修正结束偏 差量。在这种情况下，控制量轴误差范围成为如下的控制量轴修正误差范围在控制量偏差 小于修正结束偏差量的情况下被设定为控制量轴误差范围的最小值，在控制量偏差大于修 正开始偏差量的情况下被设定为控制量轴误差范围的最大值，在修正区间内根据误差范围 的显示位置的控制量偏差进行了修正。例如以如下方式来确定修正区间以及控制量轴误差范围的最大值和最小值。将修 正开始偏差量PVc_START_ δ设为控制量阶跃宽度(即I控制量设定值SP-控制量初始值
)的90%。将修正结束偏差量PVc_END_S设为控制量阶跃宽度的10%。将控制量轴误差 范围的最小值PVEW_min设为与修正前控制量轴误差范围存储部41中存储的修正前控制量 轴误差范围相同的值。将控制量误差范围最大值PVEWjiiax设为修正前控制量轴误差范围 的2倍的值。控制量轴修正误差范围处理部44针对要显示控制量轴误差范围的显示位置的坐 标(pv，t) (pv为控制量轴的坐标、t为时间轴的坐标)，例如以如下方式确定控制量轴修正 误差范围 PVEW_C (pv，t)。PVEff_c (pv, t) = PVEff_max(其中，δ (pv, t) > PVc_START_ δ ) · · · (6)PVEff_c (pv, t) = {(PVEff_min-PVEff_max)/(PVc_END_ δ -PVc_START_ δ )} ( δ (pv, t)-PVc_START_δ )+PVEff_max= {(PVEff_min-PVEff_max)/ (PVc_END_ δ -PVc_START_ δ )} · δ (pV，t)
在算式(6) 算式(8)中，δ (pv,t)是显示位置的坐标(pv，t)处的控制量偏差， 是|SP-VP|。SP是控制量设定值，PV是坐标(pv，t)处的控制量。另外，作为计算控制量偏 差的控制量PV，可以使用目标量数据，也可以使用模型响应波形的数据。显示处理部45确定以规定的显示位置的坐标为中心、并且以时间轴误差范围存 储部40中存储的时间轴误差范围和控制量轴修正误差范围处理部44确定的控制量轴修正 误差范围为大小的矩形的框体(步骤S402)，并将框体显示到显示部46上(步骤S403)。与 第一实施方式同样，将建模结果初始画面的显示位置的坐标(pv，t)设为规定值，然后以用 户通过鼠标点击等而指定的显示位置的坐标(pv，t)为中心显示框体即可。另外，在用户对 操作部47进行操作来放大或者缩小建模结果画面时也进行图13的处理。图14是表示本实施方式的显示例的图。在图14中，1400是目标量数据，1401是 模型响应波形，1402是框体。根据图14的例子可知，框体1402的控制量轴方向的大小、即 控制量轴修正误差范围在修正区间内根据显示位置(准确地讲是显示位置的控制量偏差) 变化。如上所述，在本实施方式中，通过对控制量轴误差范围进行修正，能够降低用户过 度追求目标量数据和模型响应波形之间的匹配精度的可能性。另外，优选对稳定状态的修正误差范围(在本实施方式中为控制量轴误差范围最 小值)预先设定下限值。对于下限值，只要预先适当地设定即可，例如可以根据假定的振荡 周期或振幅来设定。[第五实施方式]接着对本发明的第五实施方式进行说明。图15是表示本发明的第五实施方式涉 及的PID调整辅助装置的构成的框图。PID调整辅助装置由修正前时间轴误差范围存储部 50、时间轴误差范围上下限存储部51、时间轴修正区间存储部52、修正前控制量轴误差范 围存储部53、控制量轴误差范围上下限存储部M、控制量轴修正区间存储部55、时间轴修 正误差范围处理部56、控制量轴修正误差范围处理部57、显示处理部58、显示部59和操作 部60构成。该修正前时间轴误差范围存储部50存储修正前的时间轴误差范围。该时间轴 误差范围上下限存储部51存储时间轴误差范围的最大值和最小值。该时间轴修正区间存 储部52存储对时间轴误差范围进行修正的修正区间。该修正前控制量轴误差范围存储部 53存储修正前的控制量轴误差范围。该控制量轴误差范围上下限存储部M存储控制量轴 误差范围的最大值和最小值。该控制量轴修正区间存储部阳存储对控制量轴误差范围进 行修正的修正区间。该时间轴修正误差范围处理部56根据修正前时间轴误差范围、时间轴 误差范围的最大值和最小值、时间轴的修正区间以及显示位置，确定修正了时间轴误差范 围后的时间轴修正误差范围。该控制量轴修正误差范围处理部57根据修正前控制量轴误差范围、控制量轴误差范围的最大值和最小值、控制量轴的修正区间以及显示位置，确定修 正了控制量轴误差范围后的控制量轴修正误差范围。该显示处理部58使后述的显示部59 显示目标量数据和模型响应波形，并且根据误差范围和用户指定的显示位置确定框体的显 示位置和形状并将其显示在显示部59上。该显示部59是液晶显示器等。该操作部60是 键盘和鼠标等。。本实施方式对第三实施方式和第四实施方式进行了组合，同时进行时间轴误差范 围的修正和控制量轴误差范围的修正。图16是表示本实施方式的PID调整辅助装置的动作的流程图。PID调整辅助装置 的显示处理部58与第一实施方式同样地将目标量数据和模型响应波形显示到显示部59上 (图16步骤S500)。接着，与第三实施方式的时间轴修正误差范围处理部34同样，时间轴修正误差范 围处理部56使用修正前时间轴误差范围存储部50中存储的修正前时间轴误差范围、时间 轴误差范围上下限存储部51中存储的时间轴误差范围的最大值和最小值、以及时间轴修 正区间存储部52中存储的时间轴的修正区间，并根据显示位置确定修正了时间轴误差范 围后的时间轴修正误差范围(步骤S501)。与第四实施方式的控制量轴修正误差范围处理部44同样，控制量轴修正误差范 围处理部57使用修正前控制量轴误差范围存储部53中存储的修正前控制量轴误差范围、 控制量轴误差范围上下限存储部M中存储的控制量轴误差范围的最大值和最小值、以及 控制量轴修正区间存储部阳中存储的控制量轴的修正区间，并根据显示位置的控制量偏 差确定修正了控制量轴误差范围后的控制量轴修正误差范围(步骤S502)。显示处理部58确定以规定的显示位置的坐标为中心、并且以时间轴修正误差范 围处理部56确定的时间轴修正误差范围和控制量轴修正误差范围处理部57确定的控制 量轴修正误差范围为大小的矩形的框体(步骤S50;3)，并将框体显示到显示部59上(步骤 S504)。与第一实施方式同样，将建模结果初始画面的显示位置的坐标(pv，t)设为规定值， 然后以用户通过鼠标点击等而指定的显示位置的坐标(pv，t)为中心显示框体即可。此外， 在用户对操作部60进行操作来放大或者缩小建模结果画面时也进行图16的处理。图17是表示本实施方式的显示例的图。在图17中，1700是目标量数据，1701是 模型响应波形，1702是框体。根据图17的例子可知，框体1702的时间轴方向的大小、即时 间轴修正误差范围在时间轴修正区间内根据显示位置变化，框体1702的控制量轴方向的 大小、即控制量轴修正误差范围在控制量轴修正区间内根据显示位置变化。如上所述，在本实施方式中，通过对时间轴误差范围和控制量轴误差范围进行修 正，能够降低用户过度追求目标量数据和模型响应波形之间的匹配精度的可能性。另外，优选对稳定状态的各轴的修正误差范围(在本实施方式中为时间轴误差范 围最大值、以及控制量轴误差范围最小值)分别预先设定下限值。对于下限值，只要预先适 当地设定即可，例如可以根据假定的振荡周期或振幅来设定。第一至第五实施方式中的PID调整辅助装置能够通过例如具备CPU、存储器以及 接口的计算机和对这些硬件资源进行控制的程序来实现。CPU按照存储器中存储的程序来 执行第一至第五实施方式中说明的处理。本发明能够应用于生成控制对象模型进行控制参数调整的PID调整辅助技术。
权利要求
1.一种PID调整辅助装置，其特征在于，具备误差范围存储单元，其预先存储用户认可的对控制对象的建模的目标量数据的误差范围；建模结果显示单元，其将上述目标量数据和根据控制对象模型计算 出的控制响应波形即模型响应波形作为建模结果进行曲线图显示；和 误差范围显示单元，其将上述误差范围存储单元中存储的误差范围与上述建模结果重 叠显示。
2.—种PID调整辅助装置，其特征在于，具备建模结果显示单元，其将控制对象的建模的目标量数据和根据控制对象模型计算出的 控制响应波形即模型响应波形作为建模结果进行曲线图显示；误差范围运算处理单元，其根据上述目标量数据的整体范围或上述模型响应波形的整 体范围来确定上述目标量数据的误差范围；和误差范围显示单元，其将该误差范围运算处理单元所确定的误差范围与上述建模结果 重叠显示。
3.根据权利要求1或2所述的PID调整辅助装置，其特征在于，上述误差范围至少包括时间轴的误差范围和控制量轴的误差范围中的一个。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的PID调整辅助装置，其特征在于，还具备 时间轴修正误差范围处理单元，其根据与上述建模结果重叠显示的时间轴的上述误差范围的显示位置来修正该误差范围。
5.根据权利要求1至3的任意一项所述的PID调整辅助装置，其特征在于，还具备 控制量轴修正误差范围处理单元，其根据与上述建模结果重叠显示的控制量轴的上述误差范围的显示位置来修正该误差范围。
6.根据权利要求4所述的PID调整辅助装置，其特征在于，上述时间轴修正误差范围处理单元根据上述目标量数据和模型响应波形的从控制开 始时到上述时间轴的误差范围的显示位置为止的时间轴上的经过时间来修正上述时间轴 的误差范围。
7.根据权利要求5所述的PID调整辅助装置，其特征在于，上述控制量轴修正误差范围处理单元根据上述控制量轴的误差范围的显示位置处的 上述目标量数据的控制量偏差或模型响应波形的控制量偏差来修正上述控制量轴的误差 范围。
8.根据权利要求1至3的任意一项所述的PID调整辅助装置，其特征在于，在因根据用户指示放大缩小上述建模结果或变更上述误差范围的显示位置而导致重 新描绘时，上述误差范围显示单元维持之前的上述误差范围来进行重新显示。
9.一种PID调整辅助方法，其特征在于，包括建模结果显示步骤，将控制对象的建模的目标量数据和根据控制对象模型计算出的控 制响应波形即模型响应波形作为建模结果进行曲线图显示；和误差范围显示步骤，从误差范围存储单元取得用户认可的对上述目标量数据的误差范 围，并将该误差范围与上述建模结果重叠显示。
10.一种PID调整辅助方法，其特征在于，包括建模结果显示步骤，将控制对象的建模的目标量数据和根据控制对象模型计算出的控 制响应波形即模型响应波形作为建模结果进行曲线图显示；误差范围运算处理步骤，根据上述目标量数据的整体范围或上述模型响应波形的整体 范围来确定上述目标量数据的误差范围；和误差范围显示步骤，将上述误差范围运算处理步骤中确定的误差范围与上述建模结果 重叠显示。
11.根据权利要求9或10所述的PID调整辅助方法，其特征在于， 上述误差范围至少包括时间轴的误差范围和控制量轴的误差范围中的一个。
12.根据权利要求9至11的任意一项所述的PID调整辅助方法，其特征在于，还包括 时间轴修正误差范围处理步骤，根据与上述建模结果重叠显示的时间轴的上述误差范围的显示位置来修正该误差范围。
13.根据权利要求9至11的任意一项所述的PID调整辅助方法，其特征在于，还包括 控制量轴修正误差范围处理步骤，根据与上述建模结果重叠显示的控制量轴的上述误差范围的显示位置来修正该误差范围。
14.根据权利要求12所述的PID调整辅助方法，其特征在于，上述时间轴修正误差范围处理步骤根据上述目标量数据和模型响应波形的从控制开 始时到上述时间轴的误差范围的显示位置为止的时间轴上的经过时间来修正上述时间轴 的误差范围。
15.根据权利要求13所述的PID调整辅助方法，其特征在于，上述控制量轴修正误差范围处理步骤根据上述控制量轴的误差范围的显示位置处的 上述目标量数据的控制量偏差或模型响应波形的控制量偏差来修正上述控制量轴的误差 范围。
16.根据权利要求9至11的任意一项所述的PID调整辅助方法，其特征在于， 在因根据用户指示放大缩小上述建模结果或变更上述误差范围的显示位置而导致重新描绘时，上述误差范围显示步骤维持之前的上述误差范围来进行重新显示。
全文摘要
本发明涉及PID调整辅助装置及方法，目的在于降低过度追求精度的可能性。PID调整辅助装置具备认可误差范围存储部(10)，其预先存储用户认可的对控制对象的建模的目标量数据的认可误差范围；显示处理部(11)，其将目标量数据和根据控制对象模型计算出的控制响应波形即模型响应波形作为建模结果在显示部(12)上进行曲线图显示，并且将认可误差范围存储部(10)中存储的认可误差范围与建模结果重叠显示。
文档编号G05B13/04GK102141777SQ20111003143
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月26日 优先权日2010年1月28日
发明者三浦真由美 申请人:株式会社山武