JPH02287701A

JPH02287701A - 調節計

Info

Publication number: JPH02287701A
Application number: JP11005789A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Azegami; 畔上　忠; Yoshihide Yasuda; 安田　嘉秀
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1990-11-27
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JP2805821B2

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〉この発明は、プロセスを制御する調節計の改良に関する
ものである。

〈従来技術〉調節計は、設定値とプロセス量の偏差に比例、積分、微
分演算を施して操作量を演算し、この操作量によりプロ
セスを操作することにより、プロセスを制御するもので
あり、プロセスの特性によって種々の演算部の構成を選
択して用いる。

第６図は偏差微分形の演算部であり、設定値ＳＰとプロ
セス量Ｐ■の偏差を偏差演算部１で演算して、この偏差
を積分演算部２、比例演算部３及び微分演算部４に入力
し、これらの演算部２〜４の出力を加算部５で加算して
操作量ＭＶを演算、出力する。この様な演算部の構成で
は、設定値が一定勾配で変化するランプ制御の場合に追
従特性か良いという特徴かある。

第７図はＰ■微分形演算部の構成であり、偏差演算部１
の出力は積分演算部２及び比例演算部３に入力され、微
分演算部４にはプロセス量Ｐ■か入力される。積分演算
部２及び比例′演算部３の出力は加算部５で加算され、
微分演算部４の出力は減算される。この様な構成では、
設定値ＳＰかステップ状に変化したときでもプロセス量
Ｐ■が突変的に変動しないという特徴がある。

第８図はｐｖ比例形の演算部の構成であり、偏差演算部
１の出力は積分演算部２にのみ入力され、比例演算部３
、微分演算部４にはプロセス量ｐｖが入力される。加算
部５で積分演算部２の出力から比例演算部３及び微分演
算部４の出力か減算される。この様な構成では、設定値
ＳＰか急変してもプロセス量Ｐ■のバンプが全く発生し
ないという特徴がある。実際の制御においては、プロセ
スの状態に応じてこれらの演算部の構成を適宜選択して
用いる。

〈発明が解決すべき課題〉しかしながら、単一のプロセスにおいても、その状態に
よって最適な演算部の構成は異なることがある。第６図
〜第８図の演算部の構成は事前に選択する事は出来ても
、制御動作中に変えることは出来ず、最適な制御を実行
することか出来ないという課題があった。

〈発明の目的〉この発明の目的は、制御中でも演算部の構成を疑似的に
任意に選択できる調節計を提供することにある。

く課題を解決する為の手段〉前記課題を解決するために本発明では、設定値とプロセ
ス量の偏差を積分演算部、比例演算部及び微分演算部に
入力してこれらの演算を行い、これらの演算部の出力を
加算して操作量を演算する構成であって、設定値を微分
演算してその変化量を出力する補償微分演算部と、前記
設定値を比例演算してその変化量を出力する補償比例演
算部と、プロセス量と目標設定値の面差を積分演算して
その結果を出力する補償積分演算部とを有し、プロセス
量、設定値及び目標設定値の値によってこれらの補償演
算部の出力を選択して積分演算部の出力に加算するよう
にしたものである。

また、これらの補償演算部の出力に定数を乗じた値を積
分演算部の出力に加算するようにして、中間的なモード
をも実現できるようにしたものである。

く作用〉プロセスの状態に応じて演算部の構成を疑似的にダイナ
ミックに変化させることにより、制御特性の向上を図る
。

〈実施例〉第１図に本発明に係る調節計の一実施例を示す。

なお、第６図と同じ要素には同一符号を付し、説明を省
略する。第１図において、１０は積分演算部であり、演
算部１０１、加算部１０２及びレジスタ１０３から構成
されている。演算部１０１には偏差演算部１で演算され
た設定値ＳＰとプロセス量Ｐ■の偏差が入力され、あら
かじめ設定された積分定数に基づいて演算が実行される
。この演算部１０１の出力は加算部１０２に入力され、
加算部１０２の出力はレジスタ１０３に保持される。

レジスタ１０３の出力は加算部５に入力されると共に、
加算部１０２に入力され、加算される。すなわち、加算
部１０２とレジスタ１０３で累算部を構成し、演算部１
０１と合わせて積分演算が実行される。また、加算部１
０２には後述するスーパバイザ１２から補償出力が入力
され、加算される。偏差演算部１、積分演算部１０、比
例演算部３、微分演算部４及び加算部５で第６図に説明
した調節計と同様のＰＩＤ演算部１１を構成している。

１２はスーパバイザであり、補償出力を演算して加算部
１０２に出力する。以下にこのスーパバイザ１２の構成
を説明する。１３は補償微分演算部であり、演算部１３
１、レジスタ１３２及び減算部１３３で構成されている
。設定値ＳＰは演算部１３１に入力され、微分演算が施
される。この微分演算値はレジスタ１３２に保持される
。すなわち、レジスタ１３２には前回の制御周期におけ
る設定値ＳＰの微分値が保持される。レジスタ１３２の
出力及び演算部１３１の出力は減算部１３３に入力され
、これらの差か演算される。すなわち、補償微分演算部
１３は設定値Ｓ　Ｉ）の前回制御周期の微分値と今回制
御周期の微分値の差を演算して出力する。この差をΔＤ
ｏ、前回制御周期と今回制御周期の設定値ＳＰの微分値
（演算部１３１の出力）をそれぞれり。１、Ｄｃ２とす
ると、ΔＤ　　＝Ｄｏ１−ＤＣ２となる。１４は補償比例演算部であり、演算部１４１、
レジスター４２及び減算部１４３がら構成される。演算
部１４１には設定値ＳＰが入力され、比例演算が施され
る。他の構成は補償微分演算部１３と同じである。すな
わち、補償比例演算部１４は設定値ＳＰの前回制御周期
と今回制御周期の比例値の差を演算して出力する。この
差をΔＰ　、前回制御周期と今回制御周期の設定値ＳＰ
の比例値（演算部１４１の出力）をそれぞれ■〕。１、
Ｐｃ２とすると、 ΔＰ−Ｐｃｌ−Ｐｃ２となる。１５は補償積分演算部であり、面差演算部１５
１及び積分演算部１５２がら構成される。

偏差演算部１５１にはプロセス量Ｐ■及び目標設定値’
ｒ　ｓ　ｐが入力され、これらの偏差を演算する。

偏差演算部１５１の出力は積分演算部１５２に入力され
、積分演算が実行されてΔＫＮ　　が出力される。なお
、目標設定値ＴＳＰとは設定値ＳＰの到達目標値であり
、設定値ＳＰは所定の時間かけて直線的に目標設定値’
ｒ　ｓ　ｐに達するように変化させられる。この所定の
時間は手動またはプログラム設定器で設定される。所定
の時間は０の場合も有りうる。１６はスイッチ群であり
、スイッチ１６１〜１６３が含まれる。これらスイッチ
１６１〜１６３の一方の端子にはそれぞれ補償微分演算
部１３、補償比例演算部１４、補償積分演算部１５の出
力が入力される。１７は監視部であり、目標設定値ＴＳ
Ｐ、設定値ＳＰ及びプロセス量Ｐ■か入力され、これら
の値に基づいてスイッチ群１６の開閉を制御する。１８
は加算部であり、スイッチ１６１〜１６３の他端の出力
を加算する。

加算部１８の出力は加算部１０２に入力される。

次に、この実線例の動作を説明する。この実施例は、ス
イッチ群１６を操作して補償演算部１３〜１５の出力を
選択することにより、疑似的に種々の構成の調節計を実
現するようにしたものである。例えば、スイッチ１６１
のみをオンにして補償微分演算部１３の出力ΔＤｏを加
算部１０２に入力するようにすると、微分演算部４にお
ける設定値ＳＰに対応する項がΔＤ　でキャンセルされ
て、等価的に第７図で示したＰＶ徹分形の動作をする。

また、スイッチ１６１と１６２をオンにして補償微分演
算部１３と補償比例演算部１４の出力ΔＤ。、ΔＰｏの
和を加算部１０２に入力するようにすると、比例演算部
３及び微分演算部４における設定値ＳＰの項がキャンセ
ルされて等価的に第８図に示すＰ■比例形の動作をする
。さらに、積分演算部１０は（ＳＰ−ＰＶ）の偏差を積
分し、補償積分演算部】５は（Ｐ　Ｖ　−’ｆ″ＳＰ）
の１扁差を積分するので、スイッチ１６３をオンにして
出力ΔＫＩ　　を加算部１０２に入力すると、プロセス
量Ｐ■に関する項がキャンセルされて操作量ＭＶは（ｓ
　ｐ　−Ｔ　Ｓ　Ｐ　＞に関する項が現れる。従って、
スイッチ群１６の全てのスイッチをオンにすると、第２
図に示す構成と等価の動作を実現出来る。第２図は設定
値ｓｐと目標設定値ＴＳＰの偏差を偏差演算部１９で演
算し、この偏差を補正積分演算部２０で積分演算し、こ
の積分出力からプロセス量Ｐ■か入力される比例演算部
３及び微分演算部４の出力を加算部５で減算するもので
あり、従来にはない構成である。この構成は、設定値Ｓ
Ｐか目標設定値’Ｔ’　Ｓ　Ｐに近接する事を事前に検
出して設定値ＳＰか飽和する前に整定動作を開始し、プ
ロセス量Ｐ■のオーバーシュートを防止するのに効果が
ある。なお、スイッチ群１６の操作を変えることにより
、曲の構成の調節動作をも実現できる。

第３図及び第４図にこの実施例の効果の一例を示す。横
軸は時間、縦軸は出力の相対的な大きさを表わす。第３
図（Ａ）はスイッチ群１６を全てオフにした場合であり
、第６図の従来例の動作に対応する。Ｐ、Ｉ、Ｄはそれ
ぞれ比例演算部３、積分演算部２、微分演算部４の出力
である。設定値ＳＰが飽和する時点で制御の不良が発生
し、プロセス量Ｐ■にオーバーシュート２１が現れる。

（Ｂ）は時刻ｔ１からｔ２の間でスイッチ群１６を操作
した場合であり、加算部１０２にスーパバイザー２の出
力が加算される。従って、積分演算部１０の出力Ｉが（
Ａ）とは異なり、それに伴って比例演算部３の出力Ｐ及
び微分演算部４の出力りも変化する。その為、プロセス
量にオーバーシュートは発生しない。第４図は補償演算
部１３〜１５の出力ΔＤ　、ΔＰｃ、ΔＫＩＣの変化及
び監視部１７が発生するフラグを表わしたものである。

フラグが０の時はスイッチ１６１〜１６３の全てをオフ
にし、１の時はスイッチ１６１のみをオンにする。さら
に、フラグが２の時は全てのスイッチ１６１〜１６３を
オンにするようにする。

このようにすることにより、設定値Ｓ　Ｐが飽和する前
後で第７図または第２図の構成と等価の動作を行わせる
ことが出来、プロセスｉＰ■のオーバーシュートを防止
出来る。

第５図に本発明の他の実施例を示す。なお、第１図と同
じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。この実施
例は補償微分演算部１３、補償比ｐＡ演算部１４及び補
償積分演算部１５の出力をそれぞれ乗算部２２〜２４に
入力して定数Ｋを乗算し、この乗算結果を加算部１８に
入力するようにしたものである。定数にはゼロの１との
間で適当な値を選択する。このようにすると、ＰＩＤ調
節部１１の出力の一部のみがスーパバイザ１２で補償さ
れるので、第２図あるいは第６〜８図で示した構成の中
間的な効果を実現することが出来る。

なお、乗算部２２〜２４は必ずしも全ての補償演算部１
３〜１５に付属させる必要はない。また、定数には乗算
部毎に異なっていてもよい。

〈発明の効果〉以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、この
発明ではスーパバイザにより補償量を演算し、この補償
量をＰＩＤ演算部の出力に加算することにより、調節部
の構成を疑似的にダイナミックに変化させるようにした
。その為、プロセスの状態に応じて最適の構成を選択で
きるので、より正確な調節動作を実現できるという効果
がある。

特に、ランプ制御から定値制御に移行する段階で、プロ
セス量のオーバーシュートを防止できる点で効果か大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る調節計の一実施例を示す構成図、
第２図は調節部の新規な構成を示すブロック図、第３図
及び第４図は動作を説明する為の特性曲線図、第５図は
他の実施例を示す構成図、第６図〜第８図は、従来の調
節計の構成を示す図である。１０・・・積分演算部、１１・・・ＰＩＤ調節部、１２
・・・スーパバイザ、１３・・・補償微分演算部、１４
・・・補償比例演算部、１５・・・補償積分演算部、１
６・・・スイッチ群、１７・・・監視部、１８・・・加
算部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）設定値とプロセス量の偏差を積分演算する積分演
算部と、前記偏差を比例演算する比例演算部と、前記偏
差を微分演算する微分演算部と、前記設定値を微分演算
してその変化量を出力する補償微分演算部と、前記設定
値を比例演算してその変化量を出力する補償比例演算部
と、プロセス量と目標設定値の偏差を積分演算してその
結果を出力する補償積分演算部とを有し、前記プロセス
量、設定値及び目標設定値の値によって前記補償微分演
算部の出力または前記補償比例演算部の出力または前記
補償積分演算部の出力の内いずれかの出力を選択的に前
記積分演算部の出力に加算するようにしたことを特徴と
する調節計。
（２）前記補償微分演算部、補償比例演算部、補償積分
演算部の出力の少なくとも１つに定数を乗算し、この値
を前記積分演算部の出力に加算するようにしたことを特
徴とする請求の範囲第１項記載の調節計。