调节器、控制方法以及控制程序的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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I)、极限循环法(参照专利文献I和专利文献2)等。
[0004]具体而言，日本特开平05-289704号公报(专利文献I)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。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开平05-289704号公报
[0008]专利文献2:日本特开2004-227062号公报
[0009]非专利文献
[0010]非专利文献1: J.G.Ziegler and N.B.Nichols, "Optimum Settings forAutomatic Controllers", TRANSACT1NS OF THE A.S.M.E.，November, 1942
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012]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I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I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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]用于解决问题的手段
[0016]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I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I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I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I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I操作量的大小，并且根据在判断为控制量相对于第I操作量的第I变化具有线性时所取得的响应特性来决定参数。
[0017]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I操作量的大小。
[0018]并且，优选的是，调谐单元根据在紧前的交替输出中输出第I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I操作量的大小，由此决定新的交替输出中的第I操作量的大小。
[0019]优选的是，调谐单元按照依次变更的第I操作量的大小，评价与对应于第I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I操作量的第I变化是否具有线性。
[0020]优选的是，即使没有判断为控制量相对于第I操作量的第I变化具有线性，当第I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。
[0021]本发明的另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I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I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I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。调谐单元根据紧前的交替输出中的输出第I操作量的期间的长度与输出第2操作量的期间的长度之比的η次幂(η > I)，校正该紧前的交替输出中的第I操作量的大小，由此决定新的交替输出中的第I操作量的大小。
[0022]优选的是，调谐单元使用满足1.5 < η < 3.0的η，决定新的交替输出中的第I操作量的大小。
[0023]优选的是，控制对象包括挤出成型机，该挤出成型机包含加热装置和冷却装置，与通过加热装置而在控制对象中产生的加热相关的控制量相对于对应的操作量具有相对较强的线性，与通过冷却装置而在控制对象中产生的冷却相关的控制量相对于对应的操作量具有相对较强的非线性。
[0024]本发明的又一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I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I变化相反的第2变化；以及调谐单元，其根据观测量交替地逐次输出第I操作量和第2操作量，根据通过第I操作量和第2操作量的逐次的交替输出而取得的响应特性来决定参数。调谐单元根据响应特性，估计控制量相对于第I操作量的第I变化能够维持线性的第I操作量的范围，并且根据该估计出的范围来决定参数。
[0025]本发明的又一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I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I变化相反的第2变化；调谐单元，其根据观测量交替输出第I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；以及显示单元，其显示当前正在执行的交替输出的次数。
[0026]本发明的又一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I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I变化相反的第2变化；调谐单元，其根据观测量交替输出第I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；以及显示单元，其显示参数的决定所需要的交替输出完成的时期。
[0027]本发明的又一方面的具有自动调谐功能的调节器中的控制方法包含以下步骤:根据预先设定的参数，选择性地决定第I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I变化相反的第2变化；以及根据观测量交替输出第I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。决定参数的步骤中包含以下步骤:在第I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I操作量的大小，并且根据在判断为控制量相对于第I操作量的第I变化具有线性时所取得的响应特性来决定参数。
[0028]本发明的又一方面的具有自动调谐功能的调节器中的控制方法包含以下步骤:根据预先设定的参数，选择性地决定第I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I变化相反的第2变化；以及根据观测量交替输出第I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。决定参数的步骤中包含以下步骤:根据紧前的交替输出中的输出第I操作量的期间的长度与输出第2操作量的期间的长度之比的η次幂(η > I)，校正该紧前的交替输出中的第I操作量的大小，由此决定新的交替输出中的第I操作量的大小。
[0029]本发明的又一方面的具有自动调谐功能的调节器中的控制方法包含以下步骤:根据预先设定的参数，选择性地决定第I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I变化相反的第2变化；以及根据观测量交替地逐次输出第I操作量和第2操作量，根据通过第I操作量和第2操作量的逐次的交替输出而取得的响应特性来决定参数。决定参数的步骤中包含以下步骤:根据响应特性，估计控制量相对于第I操作量的第I变化能够维持线性的第I操作量的范围，并且根据该估计出的范围来决定参数。
[0030]本发明的又一方面的具有自动调谐功能的调节器中的控制方法包含以下步骤:根据预先设定的参数，选择性地决定第I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I变化相反的第2变化；根据观测量交替输出第I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；以及显示当前正在执行的交替输出的次数。
[0031]本发明的又一方面的具有自动调谐功能的调节器中的控制方法包含以下步骤:根据预先设定的参数，选择性地决定第I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I变化相反的第2变化；根据观测量交替输出第I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；以及显示参数的决定所需要的交替输出完成的时期。
[0032]本发明的又一方面的实现具有自动调谐功能的调节器的控制程序使处理器执行以下步骤:根据预先设定的参数，选择性地决定第I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I变化相反的第2变化；以及根据观测量交替输出第I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。决定参数的步骤中包含以下步骤:在第I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I操作量的大小，并且根据在判断为控制量相对于第I操作量的第I变化具有线性时所取得的响应特性来决定参数。
[0033]本发明的又一方面的实现具有自动调谐功能的调节器的控制程序使处理器执行以下步骤:根据预先设定的参数，选择性地决定第I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I操作量用于使控制对象的控制量产生第I变化，该第2操作量用于使控制量产生与第I变化相反的第2变化；以及根据观测量交替输出第I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。决定参数的步骤中包含以下步骤:根据紧前的交替输出中的输出第I操作量的期间的长度与输出第2操作量的期间的长度之比的η次幂(η > I)，校正该紧前的交替输出中的第I操作量的大小，由此决定新的交替输出中的第I操作量的大小。
[0034]本发明的又一方面的实现具有