JPH02201603A - プロセス制御装置 - Google Patents

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、プロセスの静的な特性を近似する関数演算手
段によるフィードフォワード系を有するプロセス制御装
置の制御性の改善に関する。

〈従来の技術〉 第２図に基づいて従来技術の一例を説明する。

１は制御対象プロセスであり、１０１は制御量ｙのセン
サー、１０２１．・・・１０２ｏは制御量ｙに影響を与
えるプロセス変数Ｘ１．・・・ｘ、のセンサー、Ｕはこ
のプロセスに与えられる操作量であり、例えば流体管路
２から与えられる流体Ｆの流量で表わされる。

３はこの流体Ｆの流量調節計であり、流量センサー４の
測定値ＰＶと設定値Ｓ■の偏差を制御演算した操作出力
ＭＶを流量制御弁５に供給する。

６は関数演算手段であり、プロセス変数測定値Ｘ１．・
・・Ｘ、並びにフィードバック調節計７の操作出力Ｗを
入力し、プロセスの静特性を近似演算した演算出力Ｕを
流量調節計３の設定値ＳＶとして供給する。

７はフィードバック調節計であり、制御量測定値ｙと設
定手段８から供給される制御目標値設定値Ｖの偏差を制
御演算した操作出力Ｗを演算手段６に供給する。

関数演算手段６からの操作ｆ：ｕの供給手段によるルー
ズによってフィードフォワード制御系が形成され、調節
計７にを含むループによりフィードバック制御系が形成
される。

９は、設定値の差分ΔＶの演算手段であり、設定値変更
が直接操作出力Ｗの変化として関数演算手段６に入力さ
れるように構成されている。

このように、制御対象プロセスの静的な特性かある程度
わかっている場合、この静的な特性を近似する関数演算
を調節計の出力側にフィードフォワード的に付与するこ
とにより制御の応答特性を改善することができる。

制御対象プロセスの静的な特性か次式て近似できるとす
る。

ｙ＝ｆ　（ｕ、ｘｌ−ｘ　　、　帽　　　　　　（１）
ここで、　ｙ：制御対象プロセス出力＝制御量１１：制
御対象プロセス人力−操作量 ｘ１・・・ｘ、：プロセス変数 ａ：近似式パラメータ群 である。（１）式をＩ」について解けば、ｕ＝ｇ　（ｙ
、Ｘｌ・・・ｘ　　、　　）　　　　　　　＜２）を得
る。

（２）式は望ましい制御量ｙを得るためのプロセス入力
量Ｕを求める式であり、もしこの式に近似誤差が無けれ
ば（２）式で得られた入力をプＩ７１セスに加えれば理
想的な制御量を得ることができる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、実際には例えプロセスの静特性といえど
も正確に求めることは難しく、一般にかなりの近似誤差
（近似式そのものの誤差プラス近似式中のパラメータ誤
差）を含む。

そこで第２図に示すように（２）式の制御ｆｌａｙの代
わりにフィードバック調節計７を導入し、制御量ｙと制
御目標設定値Ｖの偏差を制御演算した操作出力Ｗを用い
た式、 ｕ＝ｇ　（ｗ、ｘｌ−ｘｏ、　　＞　　　　　　　（３
）による演算を実行する。

もし、関数に近似誤差かなければ次式か調節計７の人、
出力、設定値に関して成立する。

Ｗ（調節計出力）−ｙ（調節計入力）−ｖ（設定値）　
　　　　　　　　　　　　　　　　（４）しかし実際に
は関数に近似誤差か存在するので調節計出力Ｗは」１記
の値からズレを生じ、定常状態において、 ＶＶ　ｆ：ｙ−Ｖ　、　　　ＶＪ　＝　ＶＶ　１１　＋
　ＶＶ　ｅ、　　　　Ｒとなる。つまり、Ｗは関数の近
似誤差に相当する分Ｗ　たけズしてくる。

この近似誤差か大きければ、フィードフォワード的な動
作による適切な制御が困歎となり、最終的にはフィード
バック動作に制御ご依存することとなり、設定値の変化
応答に対しては近似関数演算によるフィードフォワード
制御系か設けられている効果がほとんどなくなるという
結果になる。

本発明はこの様な問題点を解消できる制御装置の提供を
１］的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明の構成上の特徴は、制御対象プロセスの制御量に
対して影響を与えるプロセス変数測定値並びに後述のフ
ィードバック調節計の操作出力に基づいて上記プロセス
の静的特性を近似演算し、その演算出力を操作量として
上記プロセスに与える関数演算手段を有するフィードフ
ォワード制御系と、上記制御量の測定値と設定値の偏差
を制御演算した操作出力を上記関数演算手段に供給する
フィードバック調節計を有するフィードバック制御系と
よりなるプロセス制御装置において、」−記フイードバ
ック調節計の操作出力と上記設定値を入力してその偏差
を制御演算した操作出力により」１記関数演算手段にお
ける近似関数の誤差項並びに上記フィードバック調節計
の操作出力を修正する近似関数補償調節計を具備せしめ
た点にある。

く作用〉 フィードフォワード制御系における関数演算手段は、制
御対象プロセスの制御量に対して影響を与えるプロセス
変数測定値並びにフィードバック調節計の操作出力に基
づいてプロセスの静的特性を近似演算し、その演算出力
を操作量としてプロセスに与える。

フィードバック制御系におＣ−＋る調節計は、制御量の
測定値と設定値の偏差を制御演算した操作出力を関数演
算手段に供給する。

近似関数補償調節計は、フィードバック調節計の操作出
力と設定値を入力してその偏差を制御演算した操作出力
により関数演算手段における近似関数の誤差項並びにフ
ィードバック調節計の操作出力を修正する。

〈実施例〉 第１図に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図で説明した要素と同一要素には同一符号を付して
説明を省略し、本発明の特徴部についての説明を追加す
る。

本発明の特徴は、補償用調節計を導入して上記ズレＷ　
か零となるように近似関数をアジャストする点にある。

このような操作により、関数の近似度は操業中に高まる
と同時に、例えプロセスが経年的に変化してもその変化
に追従してパラメータ修正して行く学習機能を持たせ、
近似度をある範囲で維持することが可能である。

しかし一般にはこの関数形式は複雑な形をしており、ま
た例え論理的に関数の形が明確に求まったとしても、一
般には複数個のパラメータ（係数や定数）を含んでおり
、ｗｏからのみこれらを補修圧するには試行錯誤的な方
法によらざるを得す（開数形式がパラメータに関して線
形結合ならば最少自乗法によって解析的に求められる）
、複雑な信号処理が必要となり、実用的でない。

そこで本発明では上記（３）式を変形し、今回の制御周
期のプロセス入力（操作量）ｕｎを、ｕ　　　＝ｇ（ｗ
　　　、　　ｘ　　　−ｘ　　　、Ｊ）　　＋δ　　　
　（５）ｎ　　　　　　　　　ｎ　　　　　１ｎ　　　
　ｎｎ　　　　　　　　　　ｎで近似演算する。ここで
新たに導入された項δ。

は誤差項であり、全ての関数誤差をこの誤差項にシワ寄
せして、このδ。を近似関数補正調節計により修正し、
Ｗ＝Ｏとなるようにアジヤス１〜する。

１０はこのために設けられる近似関数補正調節計であり
、フィードバック調節計の操作出力Ｗと設定値Ｖを入力
し、その偏差Ｗ。＝Ｖ−ｗを制御演算した操作出力ＭＶ
を発信する。１１は差分演算手段であり、今回の操作出
力ＭＶ、と前回操作出力Ｍ　Ｖ　ｎ−１の差Δδ。を、 Δδ　＝ＭＶ　　−出力ＭＶｏ、　　　　　　　　（６
）ｎｎ で演算し、その出力により関数演算手段６の関数の誤差
項δ。を、 δ　＝δ　十Δδ　　　　　　　　　　　　（７）ｎ　
　　　　ｎ　　　　　　　ｎ のように修正する。

この修正に基づいてフィードバック調節計の操作出力Ｗ
。を次の手順で修正する。１２は差分出力Δδ　に基づ
いてＷ。の修正値Δｗ、を算出する逆関数演算手段であ
り、関数演算手段６と同様パラメータ変数Ｘ１．・・・
Ｘｎを入力している。

先ず、関数演算手段６の近似間数ｇに対する入力Ｗ　が
修正値ΔＷｎたけ修正された場合の誤差項変化Δδ、を
考えると、 Δδ　＝ｇ　（ｗ　　、　ｘｌｎ”・ｘｎｎ”　’ｎ ｇ（ｗｎ　　−八Ｗ　ｎ　　、　　ｘ　１ｒ＋−ｘ　ｎ
ｎ、　　／Ｌ　）となる。これよりΔＷ、を求めると、
逆関数ｆ′を導入して、 Δｗ＝ｆ′　（Δδ　、　ｘｌｏ−ｘ、、、　＃）　　
　（９）ｎｎ となる。逆関数演算手段１２は（９）式を演算し、その
出力Δｗｏをフィードバック調節計７に供給してその操
作出力Ｗ　を、 ｗｎ＝ｗｎ−Δｗｎ　　　　　　　　　　　　（１ｏ）
で修正する。

以上のような関数の誤差項δ。並びに操作出力ｗｏの修
正により設定値Ｖと操作出力Ｗが一致し、ｗｏは零に制
御されることになる。

尚、第１図の実施例で、フィードバック調節計で点線矢
印ＴＲで示したした操作は、フィードバック調節計７が
マニュアル時にその操作出力Ｗで設定値Ｖをトラッキン
グすることを示している。

この場合は、近似関数補償調節計１０もマニュアルモー
ドに切換えられる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、外乱変動（ｘｌ
、・・・Ｘ、）、設定値変更に対してはフィードフォワ
ード的、フィードバック的に制御動作が作用し、近似関
数の誤差に関する設定値とフィードバック調節計の操作
出力の差は補償調節計手段の導入により、近似関数の誤
差項及びフィードバック調節計の操作出力を修正するこ
とにより常に零にすることが可能となる。

これにより、近似関数の近似度をリアルタイムの学習機
能により常にある範囲内に納めることができ、フィード
フォワード制御の効果をフルに発揮させ、プロセス制御
の制御性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図は従来技
術の一例を示す構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御対象プロセスの制御量に対して影響を与えるプロセ
   ス変数測定値並びに後述のフィードバック調節計の操作
   出力に基づいて上記プロセスの静的特性を近似演算し、
   その演算出力を操作量として上記プロセスに与える関数
   演算手段を有するフィードフォワード制御系と、上記制
   御量の測定値と設定値の偏差を制御演算した操作出力を
   上記関数演算手段に供給するフィードバック調節計を有
   するフィードバック制御系とよりなるプロセス制御装置
   において、上記フィードバック調節計の操作出力と上記
   設定値を入力してその偏差を制御演算した操作出力によ
   り上記関数演算手段における近似関数の誤差項並びに上
   記フィードバック調節計の操作出力を修正する近似関数
   補償調節計を具備せしめたことを特徴とするプロセス制
   御装置。