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。
[0035]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；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。
[0036]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；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。
[0037]发明的效果
[0038]根据本发明的一个方面，即使针对非线性较强的控制对象，也能够通过自动调谐而适当地决定控制参数。此外，根据本发明的另一方面，能够提供用户友好的自动调谐功會K。
【附图说明】
[0039]图1是示出本实施方式的反馈控制系统的示意图。
[0040]图2是示出实现本实施方式的反馈控制系统的系统结构的示意图。
[0041]图3是示出图2所示的控制对象过程中的操作量以及加热能力和冷却能力的特性例的图。
[0042]图4是示出图2所示的控制对象过程中的操作量以及加热能力和冷却能力的另一特性例的图。
[0043]图5是示出通常的自动调谐的执行时的控制对象的温度(观测量)和操作量的时间变化的一例的图。
[0044]图6是示出使用通过图5所示的自动调谐的执行而决定的PID参数进行了反馈控制的情况下的控制对象的温度(观测量)和操作量的时间变化的一例的图。
[0045]图7是示出本实施方式的调节器的自动调谐执行时的时间波形例的图。
[0046]图8是示出本实施方式的调节器的自动调谐执行时的操作量的冷却能力的特性上的变化的图。
[0047]图9是用于说明本实施方式的调节器的自动调谐的误差的评价方法的图。
[0048]图10是示出实施方式的调节器中执行的自动调谐的处理步骤的流程图。
[0049]图11是示出实现本实施方式的调节器所搭载的自动调谐功能的控制结构的示意图。
[0050]图12是示出本实施方式的自动调谐的各部的时间波形的一例。
[0051]图13是示出使用通过图12所示的自动调谐的执行而计算出的PID参数得到的控制性能的比较例的图。
[0052]图14是示出本实施方式的调节器提供的用户接口的一例的示意图。
[0053]图15是示出本实施方式的调节器提供的用户接口的另一例的示意图。
[0054]图16是示出本实施方式的变形例I的自动调谐的各部的时间波形的一例。
[0055]图17是示出图2所示的控制对象过程中的加热能力、冷却能力与操作量(加热和冷却)之间的关系的一例的图。
[0056]图18是用于说明本实施方式的变形例3的决定参数的过程的图。
[0057]图19是示出通过本变形例的自动调谐功能来计算出的PID参数的误差率的评价结果例的图。
【具体实施方式】
[0058]参照图面详细说明本发明的实施方式。另外，对图中的相同或相当部分标注相同标号，不重复其说明。
[0059][A.控制对象过程]
[0060]首先，对本实施方式的调节器的控制对象进行说明。图1是示出本实施方式的反馈控制系统I的示意图。参照图1，反馈控制系统I包含调节器100、控制对象过程200。控制对象过程200包含加热装置210和冷却装置220作为执行器，这些装置对控制对象230进行加热或冷却。
[0061]调节器100根据预先设定的参数，选择性地决定用于使控制对象230的控制量产生第I变化(冷却)的第I操作量(冷却侧的操作量)或用于使控制量产生与第I变化相反的第2变化(加热)的第2操作量(加热侧的操作量)，使得从控制对象230取得的观测量(温度)与目标值一致。即，基本上，不会同时进行加热和冷却，而选择性地执行加热装置210对控制对象230的加热以及冷却装置220对控制对象230的冷却，使得控制对象230的温度与预先设定的目标值一致。
[0062]为了实现这样的控制，调节器100将所反馈的控制对象230的温度与预先设定的目标值进行比较，将加热信号或冷却信号选择性地分别输出到加热装置210或冷却装置220。S卩，调节器100通过控制加热装置210和冷却装置220，将控制对象230的温度保持恒定。
[0063]在以下的说明中，在从属于控制对象230的量中，将以控制目的为代表的量称作“控制量”，将通过控制对象230中所设置的温度传感器等的检测部而取得的量称作“观测量”。严密地讲，“观测量”被定义为在“控制量”中包含某些误差的值，但是，如果无视该误差，则能够将“观测量”视为控制对象230的“控制量”。因此，在以下的说明中，有时同义地使用“观测量”和“控制量”。
[0064]图1所示的控制对象过程200能够包含任意的过程，典型地，可举出挤出成型机中的原料的温度控制和恒温槽内的温度控制等。以下，以挤出成型机中的原料的温度控制作为一例，说明本实施方式的详细的内容，但是，本发明的应用范围不限于该过程。
[0065]包含本实施方式的调节器100的反馈控制系统I包含PID控制系统。在本说明书中，“PID控制系统”意味着包含进行比例动作(Proport1nal Operat1n:P动作)的比例要素、进行积分动作(Integral Operat1n:1动作)的积分要素和进行微分动作(DerivativeOperat1n:D动作)的微分要素中的至少一个要素在内的控制系统。即，在本说明书中，PID控制系统是如下的概念:除了包含比例要素、积分要素和微分要素中的每种要素的控制系统以外，还包括仅包含一部分控制要素、例如比例要素和积分要素的控制系统(PI控制系统)等。
[0066]本实施方式的调节器100具有用于使PID控制系统所需要的控制参数(以下记为“PID参数”。)最优化的自动调谐功能。作为该自动调谐功能，调节器100根据观测量交替输出第I操作量(冷却侧的操作量)和第2操作量(加热侧的操作量)，根据通过该交替输出而取得的响应特性来决定PID参数。即，调节器100交替地输出冷却侧的操作量和加热侧的操作量而产生极限循环，根据该产生的极限循环的响应特性，决定PID参数。后面详细叙述该自动调谐功能。
[0067][B.系统结构]
[0068]接着，对将图1所示的反馈控制系统I应用于挤出成型机的过程的实装例进行说明。图2是示出实现本实施方式的反馈控制系统I的系统结构的示意图。
[0069]参照图2，调节器100以使得从控制对象过程200测定的温度(观测量=P1cessValue;以下记为“PV”。)与所输入的目标值(设定值:Setting Point ;以下记为“SP”。)一致的方式，输出操作量(Manipulated Value ;以下记为“MV”。)。调节器100输出加热所涉及的加热信号和冷却所涉及的冷却信号来作为该操作量。
[0070]具体而言，调节器100包含控制部110、由模拟/数字(Α/D)转换部构成的输入部120、由2个数字/模拟(D/Α)转换部构成的输出部130、设定部140、显示部150。
[0071]控制部110是用于实现通常的PID控制功能和自动调谐功能等的运算主体，包含CPU (Central Processing Unit:中央处理单元)112、以非易失的方式存储程序模块118的闪存(FlashROM(Read Only Memory:只读存储器))114、RAM(Random Access Memory:随机存取存储器)116。CPUl 12是处理器，通过执行闪存114中所存储的程序模块118来实现后述的处理。此时，执行所读出的程序模块118所需要的数据(PV和SP等)被暂时存储在RAM116中。也可以构成为代替CPU112而使用面向数字信号处理的DSP(Digital SignalProcessor:数字信号处理器)。关于程序模块118，也可以构成为能够经由各种记录介质更新数据。因此，程序模块118本身也能够包含于本发明的技术的范围中。此外，也可以使用 FPGA (Field-Programmable Gate Array:现场可编程门阵列)、ASIC (Applicat1nSpecific Integrated Circuit:专用集成电路)等来实现控制部110的全体。
[0072]输入部120接收来自后述的温度传感器的测定信号，将表示其值的信号输出到控制部110。例如，在温度传感器是热电偶的情况下，输入部120包含用于检测在其两端产生的热电动势的电路。或者，在温度传感器是电阻测温体的情况下，输入部120包含用于检测在该电阻测温体中产生的电阻值的电路。并且，输入部120也可以包含用于去除高频成分的滤波电路。
[0073]输出部130根据由控制部110计算的操作量，选择性地输出加热信号或冷却信号。具体而言，包含数字/模拟转换部的加热侧输出部132将表示由控制部110计算出的操作量的数字信号转换为模拟信号，并作为加热信号而输出。另一方面，包含数字/模拟转换部的冷却侧输出部134将表示由控制部110计算出的操作量的数字信号转换为模拟信号，并作为冷却信号而输出。
[0074]设定部140包含用于受理用户的操作的按钮、开关等，将表示所受理的用户操作的信息输出到控制部110。典型地，设定部140从用户受理目标值(SP)的设定和自动调谐的开始指令。
[0075]显示部150包含显示器、指示器等，将表示控制部110的处理的状态等的信息通知给用户。
[0076]另一方面，控制对象过程200包含作为控制对象230 (图1)的一例的挤出成型机232。挤出成型机232通过在作为管段的桶236内的轴中心设置的螺钉234的旋转，挤出在其内部所插入的原料(例如，塑料)。用于检测该原料的温度的温度传感器240被设置在挤出成型机232的内部。作为一例，温度传感器240由热电偶、电阻测温体(白金电阻温度计)构成。
[0077]在挤出成型机232中，通过新的原料的插入来吸热，另一方面，通过螺钉234的旋转使原料移动来发热。因此，为了抑制该吸热反应和发热反应导致的温度变动，设置加热装置210和冷却装置220 (均在图1中示出)。
[0078]在图2所示的反馈控制系统I中，作为加热装置210的一例，采用在挤出成型机232的内部设置有发热体的结构。
[0079]更具体而言，加热装置210包含固态继电器(Solid State Relay:SSR) 212和作为电阻体的电加热器214。固态继电器212控制AC电源与电加热器214的电连接/电遮断。更具体而言，调节器100输出具有与操作量对应的占空比的PWM信号作为加热信号。固态继电器212根据来自调节器100的PWM信号，将电路设为接通/断开(0N/0FF)。将与该电路的接通/断开(0N/0FF)的比率对应的电力供应至电加热器214。被供应至电加热器214的电力变为热而被施加给原料。
[0080]另一方面，冷却装置2