JPH0210402A

JPH0210402A - プロセス同定装置

Info

Publication number: JPH0210402A
Application number: JP15923588A
Authority: JP
Inventors: Asao Miyabe; 宮部　朝雄
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1990-01-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、プロセスにステップ状の外乱を与え当該プロ
セスからの応答信号によってプロセスを同定するプロセ
ス同定装置に関する。

（従来の技術）プロセス調節計において、比例（Ｐ）、積分＜１）演算
定数を自動的にチューニングするに際して、プロセスの
性質が全く分からないような場合、はじめにプロセスに
ステップ状の外乱を与えプロセスからの応答信号を観察
し、その応答信号の最大勾配線を求め、この勾配線から
プロセスのむだ時間（Ｌ）や、プロセス応答時間（’Ｉ
’／Ｋ）を算出することが行われている。

第８図は、ＵＳ特許第４，６０２，３２６号公報（特開
昭６１−２４５２０３号公報）に開示されているプロセ
スからのステップ応答の最大勾配線を求める手法を説明
するための図である。

ここで、軌跡１１４はプロセス量Ｐ■を定常状態値Ｎか
ら、Ｎよりも１０％大きな新しい値にステップ状に変化
させた場合のステップ応答で、コード法と呼ばれる技術
により軌跡１１４の屈曲点を決定する。

すなわち、はじめにプロセスが定常状態にある水平軸上
の固定点Ｔｆ（この点はスイップ変化を与える点Ｔ　−
Ｂ　Ｍ　Ｐより１５秒前に相当する）を選定する０次に
、この固定点Ｔｆと軌跡１１４上の点を結ぶ線（例えば
１３０）の勾配を順次計算する。そしてこの線（これを
コードと呼んでいる）の勾配が最大になる点く屈曲点）
１１６を決定する。この屈曲点１１６を決定すると、次
に屈曲点１１６と、軌跡１１４が定常状態値Ｎからその
１％、２％、３％、４％上昇した各点を通過する所定点
１２０．１２２．１２４．１２６を結ぶ線の中から、最
大勾配を有する線（例えば１３２）を探す。

この最大勾配線１３２が求められると、線１３２と水平
軸との交点１３６を求め、点’Ｉ”　−Ｂ　Ｍ　Ｐから
交点１３６までの時間より、プロセスのむだ時間りを、
また、最大勾配線１３２の勾配より時定数（プロセス感
度）ＳＥＮを知るようにしている。

（発明が解決しようとする課題）この様な手順によって、最大勾配線を求め、むだ時間や
、プロセス感度を求める手法は、軌跡１１４がゆっくり
立ち上がるような場合には良いが、軌跡１１４が急速に
立ち上がるようなプロセスの場合には、軌跡１１４が定
常状態値Ｎからその１％、２％、３％、４％上昇した各
点を通過する所定点の通過時間が検出できず、最大勾配
線を正確に検出できないという問題点がある。

本発明は、この様な問題点に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、コード法の技術を用いることを前提とするも
のではなく、プロセスからの応答信号が急速に立ち上が
るような場合でも、プロセスを正確に同定することので
きる装置を実現することにある。

（課題を解決するための手段）第１図は、本発明の基本的な構成を示すブロック図であ
る。図において、１はプロセス（制御対象）、２はこの
プロセスにステップ状の外乱を与えるためのステップ信
号発生部、３はプロセス１からの応答信号を観測し、プ
ロセス１を同定するプロセス同定装置である。

このプロセス同定装置において、３１はプロセス１から
の応答信号の変動量を検出する変動量検出手段、３２は
この変動量検出手段３１によって検出された変動量が所
定の量以上か判断する判断手段、３３は判断手段３２に
おいて変動量が所定の量以下であると判断された場合、
前記信号の最大勾配を当該信号の変動量を基準にして計
算する第１の最大勾配計算手段、３４は判断手段３２に
おいて変動量が所定の量以上であると判断された場合、
応答信号の最大勾配を単位時間を基準にして計算する第
２の最大勾配計算手段である。

（作用）変動量検出手段３１は、プロセス１にステップ状の外乱
を与えた後のプロセス応答信号を観測し、それが急速に
立ち上がる場合は第２の計算手段によって最大勾配が計
算され、それ以外は第１の計算手段によって最大勾配が
計算される。

（実施例）以下図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。

第２図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。ここではＰ、■演算定数をセルフチューニングする
調節計に適用した例を示す。図において、第１図の各部
分に対応するものには同一符号を付しである。

４は比例、積分制御手段で、プロセス１からのプロセス
信号ＰＶと制御目標値Ｓ■との偏差信号を入力し、スイ
ッチＳＷＯを介してプロセス１に操作信号を出力するも
のである。５はＰ、Ｉ演算定数計算部で、スイッチＳＷ
１を介して印加される第１または第２の最大勾配計算手
段３３または３４で計算された最大勾配を示すデータを
入力している。スイッチＳＷＩは、判断手段３２からの
信号によって駆動され、第１または第２の最大勾配計算
手段からのデータを選択して、Ｐ、■演算定数計算部５
に与える。

６は手動調節手段で、プロセス１を手動で制御する時に
用いられる。

スイッチＳＷＯは、モード切り替え用のもので、接点ａ
、ｂ、ｃを有し、スタートアップモードにおいては、接
点ａに接続され、通常の自動制御モードにおいては、接
点すに接続され、手動調節モードにおいては、接点Ｃに
接続される。

この様に構成した装置の主要な動作を次に説明する。

はじめに、スイッチＳＷＯは接点ａに接続され、スター
トアップモードにおかれる。この状態において、ステッ
プ信号発生部２からステップ状に変化する信号をプロセ
ス１に出力する。プロセス１はこのステップ状の外乱入
力により、その性質に応じたステップ応答をする。

第３図は、プロセス１からのステップ応答を示す波形図
である。

ステップ応答法において、プロセス１の同定を行うとき
、そのプロセス応答時間、無駄時間を得るためには、こ
の図において、プロセスからの応答信号Ｐ■に沿って疑
似接線し１、Ｌ２、■、３・・・を引いて、最大勾配を
計算することになる。

ここで、第１の最大勾配計算手段３３は、プロセス応答
信号Ｐ■の変動量を基準にして最大勾配を計算している
。（１）式は、この場合の計算式を示す。

最大勾配＝Ｍｉｎ（Δ’Ｉ’／ｐｖ）　　　・　（１）
ただし、ｐｖはｐｖ変動の基準量で、例えば１％ ΔＴはｐｖがｐｖ量全変動るのに要する時間また、第２の最大勾配計算手段３４は、単位時間を基準
にして最大勾配を計算している。（２）式は、この場合
の計算式を示す。

最大勾配＝Ｍａｘ　（ΔＰＶ／ｌｓ）　　＝−（２）た
だし、ｔｓはサンプリング周期 Δｐｖはｔｓ間におけるｐｖの変動量第４図は、（１）式、（２）式の計算例を説明するため
の図である。プロセス応答信号Ｐｖ上の黒丸点は、その
信号のサンプリング点を示している。

（１）式は、この図において、面積Ｓ１が最も少なくな
る点を最大勾配点とするのであり、（２）式は、面積Ｓ
２が最も大きくなる点を最大勾配点とするものである。

（１）式による計算によれば、１サンプリング周期の間
に、応答信号Ｐｖがｐｖの整数倍以上変動したときは、
第５図に示すように途中のＰ■基準点の通過時間が不明
となり、勾配計算ができないこととなる。

これに対して、（２）式による計算によれば、第６図に
示すように、１サンプリング周期の間のＰＶ変動量が小
さいときは、計算誤差が大きくなる。また、高周波ノイ
ズの影響を受けやすい。

第２図において、変動量演算手段３１、判断手段３２は
、応答信号Ｐ■の変動を監視しており、その変動量が所
定の値より小さい場合、スイッチｓｗｉは第１の最大勾
配計算手段３３の計算結果を選択するように、また、変
動量が所定の値より大きい場合、スイッチＳＷＩは第２
の最大勾配計、算手段３４の計算結果を選択するように
駆動される。ＰＩ定定数計郡部５、第１、第２の最大勾
配計算手段での計算結果をスイッチＳＷ１を介して受け
、最大勾配線からプロセス１のむだ時間（Ｌ）や、時定
数勾配Ｒを算出し、これらから、比例演算パラメータＰ
、積分演算パラメータＩを、例えば（３）式、（４）式
に従って計算し、これらをＰＩＩ御手段４に設定する。

Ｐ＝８３＊　（Ｌ／Ｒ）　　　　　　・・・（３）Ｉ＝
Ｏ１５＊■、　　　　　　　　　・・・（４）ＰＩＩ御
手段４にこの様な演算パラメータが設定された以後は、
スイッチＳＷｏは接点すに接続され、自動制御モードと
なり、そこに設定されたＰＩＩ算パラメータに基づいて
操作信号を演算し、その操作信号をプロセスに出力する
。

第７図は、プロセス同定装置３において、最大勾配計算
を行う場合の動作を示すフローチャートである。このフ
ローはサンプリング周期ｔｓ（例えば０．２秒）に１回
処理されるもので、はじめに、タイマーをカウントアツ
プし、次にプロセス応答信号Ｐ　Ｖ　ノＮ％（Ｎ＝１．
２．３　、・−ｎ％）通過時間を観測する（ステップ１
．２）、続いてプロセス応答信号ＰＶの今回値と前回値
との差が例えば１％より大きいか、小さいか判断する（
ステップ３）。ここで差が１％より小さい場合は、変動
量が小さいと判断してステップ４を実行し、１％より大
きい場合は、変動量が大きいと判断してステップ５を実
行する。続いて、プロセス応答信号の今回値を、次のシ
ーケンスに備えてＰＶ前回値に設定し終了する。

この様なフローを実施することにより、１サンプリング
周期の間に、プロセス応答信号Ｐｖがあらかじめ定めた
所定値以上変動する場合だけ、ステップ５（このステッ
プは第２の最大勾配計算手段３４が行う）か実行され、
それ以外はステップ４（このステップは第１の最大勾配
計算手段３３が行う）が実行されることとなり、精度の
高いプロセスの同定かできる。

なお、上記の実施例において、サンプリング周期ｔｓ、
プロセス応答信号Ｐｖの変動の基準量ＰＶをいずれもあ
らかじめプロセスの性質などに応じて適当な値に定めて
おくことを想定しなか、これらの値は、パラメータとし
てユーザに開放してもよい。また、プロセス応答信号Ｐ
Ｖの変動の基準ｆｆ１ｐｖは、プロセスゲインあるいは
ノイズの大小に応じて調整できるようにしてもよい６（
発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、プロセス
からの応答信号の最大勾配を計算する手段として、プロ
セス応答信号の変動量に応じて、最適なものが選択され
るので、例えば応答信号が急速に立ち上がるような場合
でも、プロセスを正確に同定することのできる装置か提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な構成を示すブロック図、第２
図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第３図は
プロセス１からのステップ応答を示す波形図、第４図は
最大勾配の計算を説明するための図、第５図及び第６図
はそれぞれの最大勾配の計算手法による問題点を説明す
るための図、第７図はプロセス同定装置３において、最
大勾配計算を行う場合の動作を示すフローチャート、第
８図は従来のプロセス同定の一手法を示す図である。第１図・・プロセス・・ステップ信号発生部・・プロセス同定装置１・・・変動量検出手段２・・・判断手段３・・・第１の最大勾配計算手段４・・・第２の最大勾配計算手段第３図第４図第７図

Claims

【特許請求の範囲】プロセスにステップ状の外乱を与え当該プロセスからの
応答信号によってプロセスを同定する装置において、前記応答信号の変動量を検出する変動量検出手段と、この変動量検出手段によって検出された変動量が所定の
量以上か判断する判断手段と、この判断手段において変動量が所定の量以下であると判
断された場合、前記信号の最大勾配を当該信号の変動量
を基準にして計算する第１の最大勾配計算手段と、前記判断手段において変動量が所定の量以上であると判
断された場合、前記信号の最大勾配を単位時間を基準に
して計算する第２の最大勾配計算手段とを設けたことを特徴とするプロセス同定装置。