オートチューニング（Self tuning）機能

オートチューニング（Self tuning）機能#

温度コントローラであるTF4110の温度コントローラFB_CTRL_TempControllerを用いた設備の立ち上げ手順、及びプログラムの実装について記述します。

公開先のGithubリポジトリ

サンプルプログラム：TF4110_Sample_v3　は下記のGithubから取得できます。

Beckhoff-JP/TF4110_TemperatureControlSample

チューニングの流れ#

チューニング開始#

  • FB_CTRL_TempControllerの入力変数eCtrlModeをE_CTRL_MODE.eCTRL_MODE_TUNEにセットしてファンクションブロックを実行するとチューニングを開始します。

  • チューニング中に不要なアラームが出ないようにアラームを抑制します。FB_CTRL_TempControllerの入出力変数sControllerParameterの構造体メンバーであるdwAlarmSupp（ST_CTRL_TempCtrlParameterのパラメータ参照）にビットマスクを設定してください。

チューニング中の動作#

  • まず、固定の待ち時間20秒（sControllerParameterのtTuneStabilisationで設定）が経過します。この待ち時間の間、温度が\(\pm1^\circ\text{C}\)以内に収まり安定していることを確認します。温度がこの範囲外になった場合、待ち時間が再び開始されます。

  • 待ち時間経過後、制御値fYTuneによってステップ応答を実行します。温度が設定値の80％に達していない間は、変曲点を用いたチューニング手法により、PIDコントローラのプロセスパラメータを決定します。

  • また、安全上の理由により、設定値の\(80\%\)に達した後は、制御は閉ループ制御に切り替わります。

  • チューニングが正常に終了すると、eCtrlStateはeCTRL_STATE_TUNEDに設定され、スタンバイモードに入ります。推定パラメータによる閉ループ操作は、制御モードをe_CTRL_MODE_ACTIVEに設定することで有効になります。

  • 調整されたパラメータは、FB_CTRL_TempControllerの (VAR_OUTPUT)sParaControllerInternalで取得することが可能です。このパラメータをPERSISTENT変数で保持しておくことで、PC再起動後も保持された値が再現されます。

チューニング完了後#

  • チューニングモードで調整されたパラメータを保持しておき、制御モードをe_CTRL_MODE_ACTIVEで制御実行するとチューニングされたPIDパラメータで温度制御を行うことができます。

    • PERSISTENT変数で保持しておいたsParaControllerInternalをsParaControllerExternalに代入。

    • bSelCtrlParameterSetをTRUEにする。

  • 必要な場合は、PIDパラメータを手動で微調整します。

    挙動

    fTuneKp

    fTuneTn

    fTuneTv

    fTuneTd

    10%〜20%のオーバーシュートを伴う高速な設定

    1.2

    2.0

    0.42

    0.25

    オーバーシュートを抑えた低速な設定

    1.0

    2.5

    0.42

    0.25

    極めて小さなオーバーシュートを伴う、ほぼ漸近的な設定

    0.5

    3.0

    1.0

    0.25

サンプルプログラムでの動作確認#

サンプルプログラムでは、制御方法に示すセルフチューニングのプログラム例を紹介しています。温度シミュレータも含まれていますので、オフラインで動作を確認することができます。

MAINプログラム

セルフチューニングと通常モードを切り替え、チューニングで得られたパラメータをPERSISTENT変数に格納し、通常制御時のパラメータに反映するプログラムが格納されています。

FB_TemperatureController ファンクションブロック

ST_CTRL_TempCtrlParameterの設定済み構造体変数を作成し、FB_CTRL_TempControllerをラッピングするファンクションブロックです。

FB_Process

温度シミュレータです

次のとおり操作してください。

  1. タスクのサイクル周期を表す変数tTaskCycleTimeを、PLCのサイクル周期と同じ値に設定する。

  2. チューニングモードでプログラムを実行する。

    MAIN.bTuningMode := TRUE;
MAIN.bStart := TRUE;

  3. グローバル変数Scope_VariablesのfW_Scope,fX_Scope,fY_Scope,CtrlMode,CtrlStateをYT Scopeチャートで記録します。

    ../_images/image4.png

    図 9.1 セルフチューニング開始～出力制御開始まで#

    ../_images/image6.png

    図 9.2 出力制御開始～TUNEDまで#

  4. セルフチューニングが完了（fbTempController.eCtrlStateがE_CTRL_State.eCTRL_STATE_TUNEDとなる）すると、MAINプログラムに以下の3行があるため、自動的にアクティブモードに切り替わり、目標温度への調整を行います。

    リスト 9.1 MAINプログラム : TUNEDになったら自動的にチューニングモードからアクティブモードに切り替えるプログラム行#
    IF fbTempController.eCtrlState = E_CTRL_State.eCTRL_STATE_TUNED THEN
 bTuningMode := FALSE;
END_IF

    チューニングされたパラメータは TPERSISTENT 変数宣言したPIDパラメータstParaControllerExternalに反映され、アクティブモードにおいてもこのパラメータが使用されていることを確認してください。

    注釈

    オートチューニング完了後に自動的にアクティブモードへの切り替えを行わない場合は、上記3行を無効化してください。

  5. TwinCATをConfigModeにし、再度ActiveConfigurationしプログラムをRUNさせたあと、以下のメモリ状態にして最初からアクティブモードで温調を行います。このときセルフチューニングされたパラメータが反映され、正常に温調が完了することを確認してください。

    MAIN.bTuningMode := FALSE;
MAIN.bStart := TRUE;

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