JPH0312702A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はプロセス制御装置に関するものであり、特にフ
ィードフォワード制御機能及びフィードバック制御機能
を併せ持つものに関する。

（従来の技術） ボイラプラントにおける主蒸気圧力の制御について、第
３図を参照して説明する。ボイラ１の内部に給水バイブ
３より供給された水２が入っており、火炉６により加熱
されて蒸発した蒸気がダクト４内を矢印の方向に通過す
る。このドラム１内の圧力である主蒸気圧力を制御する
には、圧力計７で直接圧力を測定し、目標値に一致させ
るように火炉６への燃料や空気流量を調節するフィード
バック制御だけでなく、フィードフォワード制御も行わ
れる。このフィードフォワード制御は、ダクト４内の主
蒸気流量を外乱として検出し、この外乱が主蒸気圧力に
与える影響を見越して燃料や空気流量を：Ａ整するとい
うものである。ここで主蒸気流量は、圧力計５によりダ
クト４内の圧力を測定することによって求めることがで
きる。

このような制御系における制御特性を、第４図に示す。

ここで外乱は上述したように主蒸気流量の変化であり、
フィードフォワード制御によって対応する。これに対し
その他の外乱としては、燃料・空気流量制御系の不調や
、火炉６のバーナの不調などが相当し、フィードバック
制御によって系の安定化が図られるべきものである。そ
して操作量は、フィードバック制御による操作量とフィ
ードフォワード制御による操作量とが加算されたものが
燃料・空気流量制御系に与えられる。

しかしここで、外乱としての主蒸気流量の変化の影響が
、ドラム４内の主蒸気圧力に現われるまでには時間的な
遅れが存在する。これはプロセス内において、外乱検出
位置と、主蒸気圧力検出位置との間に距離が存在するこ
となどが原因となっている。従って外乱を検出した後、
直ちに操作量を演算して燃料・空気流量制御系に出力し
たのでは、却って操作量自体が制御量を変動させて制御
性を乱し、系の安定化を遅らせることとなる。

このような問題を解決するために従来は、第５図の実線
で示された操作量のように、フィードフォワード制御に
よる操作量が所定値以上である場合には、斜線部分のフ
ィードバック制御による操作量を加算することなくフィ
ードフォワード制―による操作量のみを燃料・空気流量
制御系に出力していた。このようにして、必要量以上の
操作量を与えすぎないようにして制御量の変動を防いで
いた。

しかしこのような制御を行った場合には、外乱発生後フ
ィードバック制御によって安定化が図られるべきその他
の外乱が発生した場合にこれに対応することができず、
第５図に示されたような制御量の変動を招いていた。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように従来は、外乱が検出されてから制御量に影
響が現われる以前の段階で、フィードフォワード制御に
よって与えている操作量自体か招く制御量の変動を、有
効に押えることかできなかった。

本発明は上記事情に鑑み、フィードフォワード制御を行
う場合における操作量が招く系の不安定化を防ぎ、制御
性を向上させるプロセス制御装置の提供を目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のプロセス制御装置は、プロセス制御系に生じた
外乱が制御量に対して与えるこの影響に対応した第１の
操作量を出力するフィードフォワード制御部と所定の目
標値と前記制御量との差である制御偏差に基づいて、第
２の操作量を出力するフィードバック制御部とを備えた
プロセス制御装置において、前記外乱が検出されてから
、この外乱の影響が前記制御量に現われるまでの時間（
以下遅れ時間という）が経過する以前の段階で、検出さ
れた前記外乱を示す信号に前記遅れ時間を考慮した補正
及び係数補正を行うシュミレーション演算によって前記
第１の操作量が前記制御量を変動させて生じる制御変動
量を求めて出力する制御変動量演算部と、 出力された前記制御変動量を制御値とし、所定の値を目
標値としてＰＩＤ演算を行って前記制御変動量に対応し
た第３の操作量を求めるＰＩＤ演算部と、前記第１の操
作量と前記第２の操作量とが加算され前記第３の操作量
が減算された値を出力する演算部とを備えたことを特徴
としている。

（作　用） 制御変動量演算部において、検出された外乱を示す信号
に対し、遅れ時間を考慮した補正及び係数補正が行われ
、シミュレーション演算によって制御変動量が求まる。

次にＰＩＤ演算部において、この制御変動量を制御値と
し、所定の値を目標値としてＰＩＤ演算が行われて、制
御変動量に対応した第３の操作量が求まる。演算部にお
いて、フィードフォワード制御部により求められた第１
の操作量から第３の操作量を減算することによって、遅
れ時間が経過する以前の段階で第１の操作量が生じさせ
る制御ｍの変動が防止される。さらにこれから第２の操
作量を加えることによって、フィードバック制御により
対応すべき外乱が生じた場合にも対応することができる
。

（実施例） 本発明の一実施例によるプロセス制御装置について、そ
の構成を示した第１図を参照して説明する。従来の場合
と同様に、制御量は主蒸気圧力であり、外乱は主蒸気流
量である。

まず、フィードフォワード制御により行う静特性補償及
び動特性補償について説明する。静特性補償は比例動作
により行うものであり、外乱をＤ　としてとらえる。こ
の外乱Ｄ　は、第３図にＤｎ おける圧力計５が測定した圧力を用いて図示されていな
い主蒸気流量演算部が主蒸気流量を求め、安定時に対す
る差分Ｄ　として比例動作部２２に与えられる。比例動
作部２２において、外乱Ｄ０に比例定数に１を掛けてに
１・Ｄ　として静特性補償部２３に出力する。静特性補
償部２３では、一定周期毎に行われる演算サイクルにお
ける前回までの値に１・Ｄｎ−１に対する今回の増減分
に１（Ｄ、−Ｄｎ−１）を求め、静特性補償用操作量に
１・ΔＤ　として加算部１７に与える。

これに対し、動特性補償は次のような演算要素によって
行われる。比例動作部２２よりに１・Ｄ　が動特性補償
部３１に与えられ、微分時間をＴｄ、ラプラス演算子を
ＳとしたＴｄ−Ｓ／（１十Ｔｄ　−Ｓ）なる伝達関数を
用いて微分動作による演算が行われる。この演算結果を
Ｅ　とすると、このＥ　が不感帯設定部３２に与えられ
る。ここでＥ　の絶対値が所定値以内の場合にはゼロの
値が、所定値を超える場合にはＥ　の値が動特性補供用
操作量として加算要素１８に与えられる。

このような静特性補償用操作ｆＡ　Ｋ　１・ΔＤ　と動
特性補償用操作ｆｆ１Ｅ　　とを合計したものであるＫ
ｌ−ΔＤ　　＋Ｅ　　を、フィードフォワード制御ｎ による第１の操作量として、外乱Ｄ　検出時から遅れ時
間が経過する以前の段階で燃料・空気流量制御系１３に
直接与えたのでは、上述したように制御量の変動を招く
ため、以下の演算によってかかる変動の発生を防止する
。これは、第１の操作量自体が招く制ｇ！Ｊ量の変動量
をシミュレーション演算により求めて、この変動量に対
応した第３の操作量を求めて第１の操作量から減算する
というものである。

検出された外乱Ｄ　が制御変動二演算部４２に与えられ
、伝達関数１／　（１＋Ｔ　−Ｓ）を用いて遅れ時間を
考慮した遅れ補正、及び比例乗数に２を掛けることによ
る係数補正が行われ、この演算部 結果をに２・Ｄ　　とする。このに２・Ｄ　＊が、Ｄｎ 第１の操作量によってもたらされる制御量の変動量をシ
ミュレーション演算により求めたものである。この制御
量変動量に２・Ｄ　＊が圧力変化量検出部４３に与えら
れ、ここで前回までの変動量＊ に２・Ｄ　　　に対する今回の変動ＨＫ２・−１ ＊ Ｄ　　の増減分に２・　＜　Ｄ＊’　　　ｏ　＊ｎ　　
　　　　　　　　　ｎ　　　　ｎ−１）が求められる。

この増減分に２・　（Ｄ＊　−Ｄ＊ｎ　　　　ｎ−１） は、制御量たる主蒸気圧力の第１の操作量が招いた変動
量に相当するものであり、ＰＩＤ演算部４４に与えられ
る。このＰＩＤ演算部４４において、所定値（ここでは
０）を目標値ＳＶとし、Ｋ２・（Ｄ”　　−Ｄ” 。　　　。−１）を制御値ｐｖとして ＰＩＤ演算を行い、第３の操作量ΔＭＶ＊　が出力され
る。

このようにして求めた第１の操作量及びこれから差し引
くべき第３の操作量と、次のフィードバック制御による
加算されるべき第２の操作量とを用いて最終的な操作量
の算出が行われる。プロセス１４から圧力計５によって
主蒸気圧力が検出され、これを制御値Ｐｖとする。しか
しこの場合、この値は外乱Ｄ　がプロセス１４に影響を
与えたことによって変動するため、この影響分が減算要
素１６により差し引かれて比較要素１５に与えられる。

比較要素１５では、主蒸気圧力の目標値Ｓｖと、外乱の
影響分が考慮されたＰＶとを比較し、この両者の差であ
る制御偏差ｅを出力する。

ＰＩＤ演算要索１ｌにおいて、前回までの制御量に対す
る今回の増加分ΔＣが演算されて減算要素４５に出力さ
れる。減算要素４５において、この増加分ΔＣから上述
したＰＩＤ演算要索４ｄからの第３の操作量ΔＭＶ本　
が差し引かれた直ΔＭＶ　　（−ΔＣ−ΔＭＶ本　）が
加算要素ｎ　　　　　　　　　ｎ　　　　　　　　　　
　ｎ１７に与えられる。加算要素１７において、この値
ΔＭＶ　　と静特性補償部２３からの出力Ｋ　トロ ΔＤ　とが加算されて、値ΔＭＶ　　’　　（−へ〇Ｉ
＋ｎロ ーΔＭＶ”　　＋に１・ΔＤ　）が積算部１２に出口ｎ 力される。積算部１２では、前回までの操作量Ｍ　Ｖ　
ｎ−１に今回の増減分ΔＭＶ０’が加算されて今回まで
の操作ｆｆｉＭＶ　　’が加算部１８に出力される。加
算部１８において、この出力ＭＶ　　’　にさらに上述
した不感帯設定要素３２からの動特性補償用操作量Ｅ　
が加算されて、最終的な操作量ＭＶ’　十Ｅ　　として
、燃料・空気流量制御系ｎ　　　　　　　ｎ １３に出力される。燃料・空気流量制御系１３では、こ
の操作ｉＭＶ’＋Ｅ　　に基・づいて燃料灰ｎ　　　　
　　　　ｎ び空気の流量の制御が行われる。

このような制御を行った場合の制御特性は第２図に示さ
れるようなものとなる。上述したように従来の制御装置
では、第５図の実線で示された操作量のように、フィー
ドフォワード制御による操作量が所定値以上の場合には
フィードバック制御による操作量を加算せずにフィード
フォワード制御による操作量のみとしていた。このため
、フィードバック制御により対応すべきその他の外乱が
発生した場合に制御性が悪化していた。これに対し本実
施例では第２図の実線で示された操作量のように、フィ
ードフォワード制御による第１の操作量から第３の操作
量を差しづ巨）たものに、その他の外乱発生後にこれに
対応すべくフィードバック制御によって求められた第２
の操作量（斜線部）が加算されるため、制御量の変動が
低く抑えられて制御性が向上する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のプロセス制御装置は、外乱
が検出されてからこの外乱の影響が制御量に現われる以
前の段階で、フィードフォワード制御による第１の操作
量自体が生じさせる制御量の変動量をシミュレーション
演算によって求め、この変動量に対応した第３の操作量
を求めて第１の操作量から差し引くことにより、制御量
の変動を有効に押えることができる。さらにフィードバ
ック制御により対応すべきその他の外乱か生じた場合に
おいて、フィードバック制御により求めた第２の操作量
を加算して最終的な操作量とするため、その他の外乱へ
の対応が可能であり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図は本発明の一実施例によるプロセス制御装置の構
成を示すブロック図、第２図は同装置の制御特性を示す
特性曲線図、第３図は本発明の適用が可能なボイラプラ
ントの構成図、第４図は同装置の制御特性を示す特性曲
線図、第５図は同装置の制御特性を示す特性曲線図であ
る。 １・・・ドラム、２・・・水、３・・・給水バイブ、４
・・・ダクト、５．７・・・圧力計、６・・・火炉、１
１・・・ＰＩＤ演算部、１２・・・積算部、１３・・・
燃料・空気流量制御系、１４・・・プロセス、１５，１
６，１７．１８・・・加算部、２２・・・比例動作部、
２３・・・静特性補償部、３１・・・動特性補償部、３
２・・・不感帯設定部、４２・・・制御変動量演算部、
４３・・・圧力変化量検出部、４４・・・ＰＩＤ演算部
、４５・・・減算要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プロセス制御系に生じた外乱が制御量に対して与える影
   響に対応した第１の操作量を出力するフィードフォワー
   ド制御部と、所定の目標値と前記制御量との差である制
   御偏差に基づいて、第２の操作量を出力するフィードバ
   ック制御部とを備えたプロセス制御装置において、 前記外乱が検出されてから、この外乱の影響が前記制御
   量に現われるまでの時間（以下遅れ時間という）が経過
   する以前の段階で、 検出された前記外乱を示す信号に前記遅れ時間を考慮し
   た補正及び係数補正を行うシミュレーション演算によっ
   て前記第１の操作量が前記制御量を変動させて生じる制
   御変動量を求めて出力する制御変動量演算部と、 出力された前記制御変動量を制御値とし、所定の値を目
   標値としてＰＩＤ演算を行い前記制御変動量に対応した
   第３の操作量を求めるＰＩＤ演算部と、前記第１の操作
   量と前記第２の操作量とが加算され前記第３の操作量が
   減算された値を出力する演算部とを備えたことを特徴と
   したプロセス制御装置。