控制参数调整方法及控制参数调整系统的制作方法_4

文档序号:9308502阅读:来源:国知局
阈值,判断L/T的值是否超过该阈值。超过的情况下,判断部1233不向控制参数同定 处理转移,将重新考虑PID控制这一情况向操作终端13通知。这里,所谓重新考虑PID控 制例如意味着:替代现状的控制器而采用徒劳时间补偿型Smith补偿的控制器、或者被公 知为对徒劳时间鲁棒的Dahlin控制器等控制器等。
[0102] 由此,在仅通过PID控制不能预计到充分的控制性能的改善的情况下,通过改良 PID控制回路的控制器自身或者变更控制器,能够增加节能、省成本以及风险降低的效果。
[0103] 控制参数同定部1232使用由工艺模型同定部1231同定的工艺参数,同定控制参 数。在该同定中,能够使用采用工艺模型的工艺参数的任意的同定手法。
[0104]例如,在非专利文献6中,记载了针对式(4)所示的工艺模型的各种控制参数的调 整法。本实施方式中,可以采用其中的任一种方法。其中被认为特别有希望的方法是北森 提出的局部的模型匹配法(北森法)、或者MC调整法(内部模型调整法)。但是,北森法 不是必须将式(4)设为对象的调整法。因此,以下,表示将式(4)设为对象、适用除去了D 成分的PI控制的情况的北森法的具体的计算式。
[0105] 首先,作为步骤1,为了决定PI控制器的比例增益Kp和积分定数TI的值,将式(4) 的工艺模型用式(5)的形式近似表现。这里,式(5)称作仅传递函数的分母具有拉普拉斯 算子S的多项式的分母序列表现。
[0106][式5]
[0107]
[0108] 另外,式(5)中,使用
[0109] [式 6]
[0110]
(6)
[0111] 的关系式。
[0112] 接着,作为步骤2,定义参照模型。这是为了使式(5)的分母序列表现与参照模型 的阶跃响应一致而调整PI控制的参数。参照模型表示为
[0113] [式 7]
[0114]
rn
[0115] 式(7)的r。~r3的值从图3所示的No. 1~No. 5的某个值中选择。
[0116] 接着,作为步骤3,以使对式(5)所示的工艺模型进行了PI控制的反馈控制系统与 式(7)所示的参照模型的响应波形一致的方式,决定PI控制的比例增益Kp、积分常数TI、 以及规定参照模型的响应速度的可调整参数t。当决定了比例增益Kp、积分常数TI以及可 调整参数t,能够得到以下的关系式。
[0117][式8]
[0123] 控制参数同定部1232通过进行以上所示的式(4)~式(10)的计算,同定PID控 制回路的控制参数。
[0124] 此外,为了比较,以下还示出将式⑷设为对象的頂C调整法。
[0125] 在頂C调整法中,从以下式求取比例增益Kp、积分定数TI以及可调整参数t。
[0126][式11]
[0127] 比例增益:
M:}
[0128][式12]
[0129]积分常数:TI=T+L/2 (12)
[0130][式 13]
[0131]可调整参数:t=max(l. 7L,0. 2T) (13)
[0132] 控制参数同定部1232通过进行以上所示的式(11)~式(13)的计算,同定PID控 制回路的控制参数。
[0133] 接着,说明同定部123采用直接法同定控制参数的情况。直接法在工艺参数的同 定困难的情况下采用。本实施方式中,由于目的在于调整PID控制的控制参数,所以并不 一定需要同定工艺模型。因此,采用称作IterativeFeedbackTuning(IFT)或Virtual ReferenceFeedbackTuning(VRFT)的手法,从闭回路数据直接同定控制参数。采用该方法 不需要工艺模型同定部1231。由此,在关于PID控制回路仅存在施加了PID控制的状态下 的时间序列数据的情况下,也能够不进行控制响应试验地调整控制参数。此外,在难以从来 自PID控制回路的控制响应的数据同定工艺参数等条件差的情况下,能够与从工艺参数求 取控制参数相比高精度地直接同定控制参数。但是,对于控制参数的调整者而言,也还是存 在希望在某种程度上把握表示工艺侧的响应的工艺增益K、时间常数T以及徒劳时间L的值 的情况,所以优选采用能够算出工艺参数的间接法。
[0134] 同定部123在通过间接法同定了控制参数的情况下,除了同定的控制参数以外, 还将由工艺模型同定部1231同定的工艺参数向操作终端13发送。此外,在通过直接法同 定了控制参数的情况下,同定部123将同定的控制参数经由通信网络向操作终端13发送。
[0135] 操作终端13是笔记本电脑、平板电脑、智能手机或专用终端等,其实施方式没有 限制。操作终端13在PID控制参数的调整员以及/或者工厂设备管理者、操作员位于从实 际的工厂设备11 一 1~11 一N以及支援服务器12在物理上远离的位置的情况下携带。操 作终端13具备显示部131、输入部132以及更新处理部133。
[0136] 显示部131接收从支援服务器12发送的信息,显示接收到的信息。显示部131的 具体显示例示于图4以及图5。
[0137] 显示部131如图4所示那样,显示由工艺模型同定部1231同定的工艺参数的同定 结果(标称值(nominalvalue))。此时,显示部131优选与同定结果一起一并还显示工艺 参数的最大值以及最小值。为了显示最大值以及最小值,工艺模型同定部1231预先对多个 时间序列数据重复工艺参数的同定。并且,工艺模型同定部1231估计同定的工艺参数的幅 度。
[0138] 此外,显示部131显示由控制参数同定部1232同定的控制参数的同定结果(最适 值)。此时,优选与同定结果一起还将控制参数的现状的值比较显示。
[0139] 此外,显示部131如图5的下段所示那样,显示PI控制参数的稳定区域、现状的控 制参数的值、以及所同定的控制参数的值。图5下段的左图是将适用了PI控制时的稳定区 域用比例增益Kp与积分时间TI的关系表示的图,空白的区域相当于稳定区域。另外,稳定 区域中由四角围住的区域限定表示在稳定区域中也优选的参数值的范围。此外,图5下段 的右图是将适用了PI控制时的稳定区域用比例增益Kp与积分增益KI的关系表示的图,空 白的区域相当于稳定区域。此外,在图5下段的左右图中,X标记表示现状的控制参数的 值,〇标记表示同定的控制参数的值。通过这样显示,能够在视觉上识别现状的控制参数和 同定的控制参数的优劣程度。
[0140] 此外,显示部131如图5的上段所示那样显示PID控制回路的阶跃响应波形。图5 上段的左图表示基于现状的控制参数的阶跃响应波形,图5上段的右图表示基于同定出的 控制参数的阶跃响应波形。另外,图5上段的阶跃响应波形表示针对式(4)所示的模型的 响应波形。通过这样显示,能够在视觉上识别控制性能得以改善。
[0141] 调整员一边参照在显示部131上显示的显示内容,一边判断是否采用被同定的控 制参数。在决定为采用被同定的控制参数的情况下,调整员向输入部132输入表示将工厂 设备11 一 1~11 一N中的控制参数更新为被同定的控制参数的更新指示。此外,调整员 观察显示部131的显示内容,判断为需要进一步的微调的情况下,将在图4中作为最适值显 示的控制参数通过输入部132变更。并且,调整员向输入部132输入表示将工厂设备11一 1~11 一N中的控制参数更新为变更后的控制参数的更新指示。
[0142] 更新处理部133在更新指示被向输入部132输入的情况下,与输入的更新指示一 起,将所同定的控制参数经由通信网络向工厂设备11 一 1~11 一N的参数设定部115发 送。
[0143] 如以上那样,第一实施方式的控制参数调整系统中,工厂设备11 一 1~11 一N经 由通信网络而与支援服务器12连接。即,支援服务器12起到经由通信网络而与工厂设备 连接的云服务器的作用。所谓云的构造,作为代替以往的监视控制系统的廉价的监视控制 系统的结构而受到关注。实际上,实现使用云服务器的监视服务以及信息提供服务的企业 也在增加。本实施方式的支援服务器12接收与由工厂设备11 一 1~11 一N计测的操作 量、计测值、目标值以及干扰有关的PID控制数据集的时间序列数据。并且,支援服务器12 通过接收到的时间序列数据,同定工厂设备11 一 1~11 一N中的PID控制回路的控制参 数。由此,能够使用包括支援服务器12的云的构造,来支援PID控制参数的调整。
[0144] 此外,第一实施方式中,使PID调整者携带操作终端13而接收由支援服务器12同 定的控制参数以及/或者工艺参数。由此,操作终端13的使用者无论场所和时间如何,随 时随地都能够监视工厂设备的控制状态,调整PID控制参数。
[0145] 因而,根据本实施方式的控制参数调整方法,在工艺中使用的系统中,能够以更少 的现场的人数、并且通过工厂设备的相关知识不丰富者等调整PID控制参数。即,确立有效 率地调整PID控制参数的构造,实现现场调整员的调整工数的削减以及在无调整员的情况 下由工厂设备管理者、运转者自身进行的PID控制参数的有效率的最优调整。因此,实现兼 顾节能、省成本运用和风险降低的工厂设备运用。
[0146]另外,第一实施方式中,以在控制参数的调整后不对操作量的值设置限制的情况 为例进行了说明。但是不限于此。例如,在PID控制回路111具有级联构造的情况下,在控 制参数的调整时,同定部123也可以对下位的操作量预先设定上限值以及下限值。PID控 制回路的控制性能差的情况下,其理由是基于操作量的变动的情况也较多。这样的现象在 PID控制回路具有级联构造的情况下被确认。例如,在水处理工艺中实施D0浓度固定控制 的情况下,当为了使控制性能良好而调整D0浓度固定控制的控制参数时,有作为操作量的 风量的值与调整前相比较大变化的情况。作为D0浓度固定控制的操作量即风量的下位的 PID控制而以级联构造插入有阀开度一风量的PID控制的情况下,通过风量的较大变化,阀 开度也较大变化。当阀较大地向闭方向动作,则有开度成为0的情况,这使工厂设备不稳定 化。相反当阀开度急剧向开方向动作,则作为阀特性而在某个值以上的开度下,尽管风量不 增加,为了打开阀,也有闭操作变迟的情况。为了避免这样的现象,也有故意使控制调整缓 和的情况。因此,若直接反映所同定的控制参数,则反而会有工厂设备不稳定化的情况。为 了避免这样的现象,对同定部123,在控制参数的调整前,预先设定阀开度的最大值以及最 小值,或者预先保持从最大值偏离几%的值和从最小值偏离几%的值。并且,在进行控制参 数的调整时,同定部123将该值设定为阀开度的上下限值。由此,能够防止在调整了控制参 数的情况下阀及栗等设备过剩动作而工厂设备不稳定化的情况。即,能够在将工厂设备保 持为稳定的状态下实现控制参数的调整。
[0147] 此外,在第一实施方式中,以支援服务器12向操作终端13发送控制参数以及/或 者工艺参数、操作终端13的操作者更新工厂设备11 一 1~11 一N的控制参数的情况为例 进行了说明。但是不限于此。例如也可以是,同定部123在完成了对工厂设备11 一 1~ 11 一N的控制参数的更新的基础上,向操作终端13发送控制参数以及/或者工艺参数,促 使调整员以及工厂设备管理者、操作员进行确认。在采用这样的结构的情况下,虽然存在由 推迟确认带来的若干风险,但能够大致自动地更新控制参数。
[0148](第二实施方式)
[0149]图6是表示第二实施方式的控制参数调整系统20的功能结构的框图。
[0150] 控制参数调整系统20具备工厂设备11 一 1~11 一N以及云服务器21。
[0151] 云服
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