JPH03202902A - ２自由度調節装置 - Google Patents
２自由度調節装置Info
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- JPH03202902A JPH03202902A JP1344366A JP34436689A JPH03202902A JP H03202902 A JPH03202902 A JP H03202902A JP 1344366 A JP1344366 A JP 1344366A JP 34436689 A JP34436689 A JP 34436689A JP H03202902 A JPH03202902 A JP H03202902A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的コ
（産業上の利用分野）
本発明は、２自由度形のＰ（比例）Ｉ（積分）Ｄ（微分
）調節装置に係わり、特にＰ１ｍ節手段と２個の１次遅
れ要素を持つ目標値フィルタ手段とを組合わせることに
より、全体として微分動作を生みだし、ＰとＤとの２自
由度化を実現する２自由度調節装置に関する。
）調節装置に係わり、特にＰ１ｍ節手段と２個の１次遅
れ要素を持つ目標値フィルタ手段とを組合わせることに
より、全体として微分動作を生みだし、ＰとＤとの２自
由度化を実現する２自由度調節装置に関する。
（従来の技術）
ＰＩまたはＰＩＤ調節装置は、プロセス制御の有史以来
あらゆる産業分野で店く利用されており、もはや計装分
野ではＰＩＤ調節装置なしには成り立たなくなって来て
いる。
あらゆる産業分野で店く利用されており、もはや計装分
野ではＰＩＤ調節装置なしには成り立たなくなって来て
いる。
従来から種々の調節方式が提案されており、現７１：で
はアナログ式に代わってディジタル式の調節演算方式が
採用されてきているが、ＰＩＤ調節装置の王座は少しも
変わっておらず、プラント運転制御の基盤をなしている
。
はアナログ式に代わってディジタル式の調節演算方式が
採用されてきているが、ＰＩＤ調節装置の王座は少しも
変わっておらず、プラント運転制御の基盤をなしている
。
このようなＰＩＤ、１節の基本式は、
で表される。但し、ＭＶ（ｓ）は操作信号、Ｅ （ｓ）
は偏差、Ｋｒは比例ゲイン、ＴＩは積分時間、Ｔｏは微
分時間、Ｓはラプラス演算子、（１／η）は微分ゲイン
である。この（１）式は偏差信号Ｅ （ｓ）をＰＩＤ、
１１節演算するもので、偏差ＰＩＤ調節と呼ばれている
。
は偏差、Ｋｒは比例ゲイン、ＴＩは積分時間、Ｔｏは微
分時間、Ｓはラプラス演算子、（１／η）は微分ゲイン
である。この（１）式は偏差信号Ｅ （ｓ）をＰＩＤ、
１１節演算するもので、偏差ＰＩＤ調節と呼ばれている
。
通常、王業的に使用するＰＩＤ；ｉ１３節演算方式は、
多品種少量生産その他ユーザの多岐にわたる要望から目
標値ＳＶがステップ的に変化することが多く、この場合
にＤ（微分）動作が働いていると偏差Ｅ （ｓ）が拡大
し、それに伴ってＰＩＤ調節演算出力である操作信号Ｍ
Ｖ（ｓ）が急激な変化を起こす。その結果、制御対象に
ショックを与えたり、或いは目標値追従特性がオーバシ
ュートしたりすることなどから、プロセス値（測定値）
Ｐｖのみについて微分動作を実行する。いわゆる「測定
値微分先行形ＰＩＤＪ！Ｊ節方式」が採用されている。
多品種少量生産その他ユーザの多岐にわたる要望から目
標値ＳＶがステップ的に変化することが多く、この場合
にＤ（微分）動作が働いていると偏差Ｅ （ｓ）が拡大
し、それに伴ってＰＩＤ調節演算出力である操作信号Ｍ
Ｖ（ｓ）が急激な変化を起こす。その結果、制御対象に
ショックを与えたり、或いは目標値追従特性がオーバシ
ュートしたりすることなどから、プロセス値（測定値）
Ｐｖのみについて微分動作を実行する。いわゆる「測定
値微分先行形ＰＩＤＪ！Ｊ節方式」が採用されている。
この測定値微分先行形ｐ ｒ Ｄ：Ｊ３ｆｆｉ方式は、
偏差の急峻な変動およびその拡大を防ぐために、プロセ
ス値ＰＶに対してのみ微分項を働かせて目標値の変動を
焦損する方式であって、下記する（２）式の演算式で表
わすことができる。
偏差の急峻な変動およびその拡大を防ぐために、プロセ
ス値ＰＶに対してのみ微分項を働かせて目標値の変動を
焦損する方式であって、下記する（２）式の演算式で表
わすことができる。
但し、上式においてＰ Ｖ （ｓ）はプロセス値である
。
。
しかし、以上述べたようなＰＩＤ調節は１自由度ＰＩＤ
調節演算方式と呼ばれ、ＰＩＤパラメータが１組しか設
定できない、いわゆる１自由度方式であり、当然外乱抑
制特性と目標値追従特性との両方を同時に最適化させる
ことはできない。
調節演算方式と呼ばれ、ＰＩＤパラメータが１組しか設
定できない、いわゆる１自由度方式であり、当然外乱抑
制特性と目標値追従特性との両方を同時に最適化させる
ことはできない。
般に、ＰＩまたはＰＩＤ制御を用いた制御系においては
、外乱抑制特性と目標値追従特性との両機能を満足させ
る必要がある。前者の外乱抑制特性は外乱が変化したと
きに外乱の影響をいかに最適に抑制するかであり、後者
の目標値追従特性は目標値を変化させたときにプロセス
値がいかに最適に目標値に追従するかを示すものである
。通常のＰＩまたはＰＩＤ制御系は、外乱変化の影響を
最適に抑制するＰＩまたはＰＩＤパラメータ値と目標値
変化に対して最適に追従するＰＩまたはＰＩＤパラメー
タ値とは大きく異なっており、この両者の特性をｌ１ｉ
ｌ ｎ！７に最適化することができず、二律背反の関係
にある。つまり、外乱変化の影響を最適に抑制するよう
にＰＩＤパラメータ値を設定すると目標値追従特性が振
動的となり、逆に目標値変化に対して最適に追従するよ
うにＰＩＤパラメータ値を設定すると外乱抑制特性が非
常に甘くなってしまう。
、外乱抑制特性と目標値追従特性との両機能を満足させ
る必要がある。前者の外乱抑制特性は外乱が変化したと
きに外乱の影響をいかに最適に抑制するかであり、後者
の目標値追従特性は目標値を変化させたときにプロセス
値がいかに最適に目標値に追従するかを示すものである
。通常のＰＩまたはＰＩＤ制御系は、外乱変化の影響を
最適に抑制するＰＩまたはＰＩＤパラメータ値と目標値
変化に対して最適に追従するＰＩまたはＰＩＤパラメー
タ値とは大きく異なっており、この両者の特性をｌ１ｉ
ｌ ｎ！７に最適化することができず、二律背反の関係
にある。つまり、外乱変化の影響を最適に抑制するよう
にＰＩＤパラメータ値を設定すると目標値追従特性が振
動的となり、逆に目標値変化に対して最適に追従するよ
うにＰＩＤパラメータ値を設定すると外乱抑制特性が非
常に甘くなってしまう。
そこで、この種のＰＩＤ調節装置においては、外乱抑制
特性と目標値追従特性とを同時に最適化する技術の出現
が望まれていた。
特性と目標値追従特性とを同時に最適化する技術の出現
が望まれていた。
これに対して、１９６３年、Ｉ ５ｓａｃ、 Ｍ。
Ｈｏｒｏｖｉｔｚによって２組のＰＩＤパラメータをそ
れぞれ独立して設定できる２自由度ＰＩまたはＰＩＤア
ルゴリズム（ＴｗＯＤｃｇｒｃｃｓ Ｐ １（または
Ｐ Ｉ Ｄ ） Ａ ＩｇｏｒｌＬｈａ二以下、２ＤＯ
ＦＰＩＤと総称する）の基本概念が発表され、近年、我
が国でも上記基本概念の下に２ＤＯＦ ＰＩＤが突圧
化されてきており、プラント運転制御の高度化に大きく
貢献しつつある。
れぞれ独立して設定できる２自由度ＰＩまたはＰＩＤア
ルゴリズム（ＴｗＯＤｃｇｒｃｃｓ Ｐ １（または
Ｐ Ｉ Ｄ ） Ａ ＩｇｏｒｌＬｈａ二以下、２ＤＯ
ＦＰＩＤと総称する）の基本概念が発表され、近年、我
が国でも上記基本概念の下に２ＤＯＦ ＰＩＤが突圧
化されてきており、プラント運転制御の高度化に大きく
貢献しつつある。
第６図は従来の２ＤＯＦ ＰＩ調節装置のブロック構
成を示す図である。この装置は、測定値微分先行形ＰＩ
Ｄ調節装置の入力端に目標値フィルタ手段Ｈ（ｓ）を付
加した構成である。この目標値フィルタ手段Ｈ（ｓ）１
は、目標値ＳＶに対して進みまたは遅れをもたせる進み
／遅れ要素１□、目標値ＳＶに対して微分動作を遅らす
シリアル接続された不完全微分要素１２．１３、前記進
み／遅れ要＄１．の出力と不完全微分要素１ｊの出力と
を加算する加算手段１４″Ｊで構成され、この目標値フ
ィルタ手段Ｈ（Ｓ）１からの出力Ｓｖｏを測定値微分先
行形ＰＩＤの偏差演算手段２に供給する。
成を示す図である。この装置は、測定値微分先行形ＰＩ
Ｄ調節装置の入力端に目標値フィルタ手段Ｈ（ｓ）を付
加した構成である。この目標値フィルタ手段Ｈ（ｓ）１
は、目標値ＳＶに対して進みまたは遅れをもたせる進み
／遅れ要素１□、目標値ＳＶに対して微分動作を遅らす
シリアル接続された不完全微分要素１２．１３、前記進
み／遅れ要＄１．の出力と不完全微分要素１ｊの出力と
を加算する加算手段１４″Ｊで構成され、この目標値フ
ィルタ手段Ｈ（Ｓ）１からの出力Ｓｖｏを測定値微分先
行形ＰＩＤの偏差演算手段２に供給する。
この測′）ＪＡ値微分先行形ＰＩＤは、偏差演算手段２
にて目標値フィルタ手段Ｈ（ｓ）１の出力ＳＶ。
にて目標値フィルタ手段Ｈ（ｓ）１の出力ＳＶ。
と制御対象３からの制御量ＰＶとの偏差Ｅを求めた後、
この偏差Ｅを非線形手段４に導入し、ここで不感・ｊｌ
）処理、偏差自乗処理、方向性処理などの非線形処理を
行ってＰＩ調節手段５に導き、前記（２）式の前段側の
ＰＩ調節演算を行う。そして、このＰＩ調節演算手段５
で得られたＰＩ調節演算出力を減算手段６に供給する。
この偏差Ｅを非線形手段４に導入し、ここで不感・ｊｌ
）処理、偏差自乗処理、方向性処理などの非線形処理を
行ってＰＩ調節手段５に導き、前記（２）式の前段側の
ＰＩ調節演算を行う。そして、このＰＩ調節演算手段５
で得られたＰＩ調節演算出力を減算手段６に供給する。
また、制御対象３からの制御量Ｐｖを不完全微分要素７
に導き、ここで前記（２）式の後段側の不完全微分演算
を行い、得られた不完全微分演算出力を減算手段６に導
入する。いわゆる微分バイパスを行う。この減算手段６
では前記ＰＩ調節演算出力から不完全微分演算出力を成
算し、得られた信号を操作信号ＭＶとして加算手段８に
導き、ここで外乱信号りと加算合成して制御対象３に印
加することにより、目標値５Ｖｏ−制御ｆｉＰＶとなる
ように制御する。
に導き、ここで前記（２）式の後段側の不完全微分演算
を行い、得られた不完全微分演算出力を減算手段６に導
入する。いわゆる微分バイパスを行う。この減算手段６
では前記ＰＩ調節演算出力から不完全微分演算出力を成
算し、得られた信号を操作信号ＭＶとして加算手段８に
導き、ここで外乱信号りと加算合成して制御対象３に印
加することにより、目標値５Ｖｏ−制御ｆｉＰＶとなる
ように制御する。
従って、以上のような構成によれば、対外乱抑制制御ア
ルゴリズムＣｏ（ｓ）は、 で表され、一方、対ｌ」標値制御アルゴリズムＣ５（ｓ
）は、 で表される。この式においてαは比例ゲインの２自由度
化係数、γ０は積分時間の２自画度化係数となり、前記
（３）式に基づいて外乱抑制特性が最適となるようにに
、、Ｔ＋ 、Ｔｏを決定した後、さらに前記（４）式に
基づいて目標値追従特性が最適となるような２自由度化
係数α、γ。を決定するので、２自由度化が達成できる
。
ルゴリズムＣｏ（ｓ）は、 で表され、一方、対ｌ」標値制御アルゴリズムＣ５（ｓ
）は、 で表される。この式においてαは比例ゲインの２自由度
化係数、γ０は積分時間の２自画度化係数となり、前記
（３）式に基づいて外乱抑制特性が最適となるようにに
、、Ｔ＋ 、Ｔｏを決定した後、さらに前記（４）式に
基づいて目標値追従特性が最適となるような２自由度化
係数α、γ。を決定するので、２自由度化が達成できる
。
（発明カリｑ決しようとする課題）
しかしながら、以上述べた２ＤＯＦ ＰＩ調節装置は
種々の特長を持っていながら、一方では次のような欠陥
をもっている。
種々の特長を持っていながら、一方では次のような欠陥
をもっている。
■、本来、２自由度化係数αとγ。は相互に関連を持た
なければならないが、従来の制御方式では（４）式に示
すようにαとγ。は全く独立しているので、比例ゲイン
の２自由度化係数αを変えたとき、それに伴って別個に
γ。も変えなければならず、非常に調整に時間がかかる
。
なければならないが、従来の制御方式では（４）式に示
すようにαとγ。は全く独立しているので、比例ゲイン
の２自由度化係数αを変えたとき、それに伴って別個に
γ。も変えなければならず、非常に調整に時間がかかる
。
■、また、この種の計装プラントにおいては、数十〜数
千個の制御ループを使用している場合が多いが、これら
各制御ループにそれぞれ２ＤＯＦＰＩ化のために４個の
時間的要素（進み／遅れ要素１１．不完全微分手段１□
、１．．７）を用いていることになり、コスト的に非常
に高くなり、システム全体の負荷が増大し、またデータ
処理の高速化および低容量化を果たせない問題がある。
千個の制御ループを使用している場合が多いが、これら
各制御ループにそれぞれ２ＤＯＦＰＩ化のために４個の
時間的要素（進み／遅れ要素１１．不完全微分手段１□
、１．．７）を用いていることになり、コスト的に非常
に高くなり、システム全体の負荷が増大し、またデータ
処理の高速化および低容量化を果たせない問題がある。
■、さらに、実際のプラント制御では偏差に対して非線
形処理を行うことが多いが、この非線形処理が簡単、正
確、かつ、自由自作にできない。
形処理を行うことが多いが、この非線形処理が簡単、正
確、かつ、自由自作にできない。
すなわち、実際のプラント制御においては、制御対象３
の特性に応じて偏差Ｅのみでは対応できず、ｐｘ：Ａｒ
ｔ１手段５の入力側に非線形手段４を設けて、偏差信号
Ｅに対して不感シ１）、偏差自乗、方向性、ギャップな
どの非線形処理を多用しているが、不完全微分要素７が
ＰＩ調ｆｆ１ｆ−段５の出力側にバイパスされているの
で、非線形処理の対象外となり、そのため非線形処理が
正確に行えず、これに伴って制御性を低下させている問
題がある。
の特性に応じて偏差Ｅのみでは対応できず、ｐｘ：Ａｒ
ｔ１手段５の入力側に非線形手段４を設けて、偏差信号
Ｅに対して不感シ１）、偏差自乗、方向性、ギャップな
どの非線形処理を多用しているが、不完全微分要素７が
ＰＩ調ｆｆ１ｆ−段５の出力側にバイパスされているの
で、非線形処理の対象外となり、そのため非線形処理が
正確に行えず、これに伴って制御性を低下させている問
題がある。
特に、今後、益々プラント運転制御システムの高精度化
、速応化、最適化、安全化が求められてくるが、これら
の′Ｉｉ請に十分応えるためにもプラントに多用されて
いるファンダメンタルズなＰＩＤの２ＤＯＦ ＰＩＤ
化が必須であり、そのためには以上のような欠陥を除虫
することが要望されている。
、速応化、最適化、安全化が求められてくるが、これら
の′Ｉｉ請に十分応えるためにもプラントに多用されて
いるファンダメンタルズなＰＩＤの２ＤＯＦ ＰＩＤ
化が必須であり、そのためには以上のような欠陥を除虫
することが要望されている。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、比例ゲイン
の２自由度化係数αを変更したとき微分項のゲインも自
動的に変化でき、より少ない時間的要素を用いて負荷の
低減化、高速化処理を可能とする２自由度調節装置を提
供することを目的とする。
の２自由度化係数αを変更したとき微分項のゲインも自
動的に変化でき、より少ない時間的要素を用いて負荷の
低減化、高速化処理を可能とする２自由度調節装置を提
供することを目的とする。
さらに、本発明の他の目的は、微分動作を含めて非線形
処理を正確、簡単、自由自在に行って制御性を向上させ
得る２自由度調節装置を提供することにある。
処理を正確、簡単、自由自在に行って制御性を向上させ
得る２自由度調節装置を提供することにある。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
請求項１に対応する発明は上記課題を解決するために、
目標値を目標値フィルタ手段を通して得られた目標値フ
ィルタ出力と制御対象の制ｇ４量との偏差を受けてＰ（
比例）およびＩ（積分）調節手段がＰ１調節演算を行い
、得られた調節演算出力である操作信号に外乱信号を加
えて前記制御対象に印加する調節装置において、前記目
標値フィルタ手段は、前記目標値に比例ゲインの２自由
度化係数および微分時間の２自由度化係数を乗算する係
数乗算手段と、この係数乗算手段の出力から前記制御対
象の制御量を減算し１次遅れ要素を通すことにより、目
標値および制御量の微分項を共用化する微分項共用化手
段とを備え、微分特１８１の２自由度化を実現する構成
である。
目標値を目標値フィルタ手段を通して得られた目標値フ
ィルタ出力と制御対象の制ｇ４量との偏差を受けてＰ（
比例）およびＩ（積分）調節手段がＰ１調節演算を行い
、得られた調節演算出力である操作信号に外乱信号を加
えて前記制御対象に印加する調節装置において、前記目
標値フィルタ手段は、前記目標値に比例ゲインの２自由
度化係数および微分時間の２自由度化係数を乗算する係
数乗算手段と、この係数乗算手段の出力から前記制御対
象の制御量を減算し１次遅れ要素を通すことにより、目
標値および制御量の微分項を共用化する微分項共用化手
段とを備え、微分特１８１の２自由度化を実現する構成
である。
次に、請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する
発明に、さらに前記目標値に比例ゲインの２自由度化係
数を乗算するゲイン係数乗算手段、目標値から前記ゲイ
ン係数乗算手段の出力を減算して得られた減算出力に１
次遅れを持たせる第１の１次遅れ要素、この第１の１次
遅れ要素の出力を前記ゲイン係数乗算手段の出力に加算
する手段等からなる比例ゲインの２自由度化手段を付加
したものである。
発明に、さらに前記目標値に比例ゲインの２自由度化係
数を乗算するゲイン係数乗算手段、目標値から前記ゲイ
ン係数乗算手段の出力を減算して得られた減算出力に１
次遅れを持たせる第１の１次遅れ要素、この第１の１次
遅れ要素の出力を前記ゲイン係数乗算手段の出力に加算
する手段等からなる比例ゲインの２自由度化手段を付加
したものである。
さらに、請求項３に対応する発明は、制ａＸの微分項を
目標値フィルタ手段に取り込んだとき、偏差演算手段と
Ｐ Ｉ ：１４１１１手段との間に非線形手段を設け、
微分成分をも非線形処理を行う構成である。
目標値フィルタ手段に取り込んだとき、偏差演算手段と
Ｐ Ｉ ：１４１１１手段との間に非線形手段を設け、
微分成分をも非線形処理を行う構成である。
（作用）
従って、請求項１１２の発明においては、以上のような
手段を講じたことにより、目標値フィルタ手段の中の比
例ゲインを２自由度化するための進み／遅れ要素および
微分時間を２自由度化するための不完全微分要素を全て
人力に比例する静的要素と人力に関連して１次遅れで変
化する動的要素とに分解し、目標値フィルタ手段の中に
第１゜第２の１次遅れ要素を設け、目標値、制御量の微
分項を前記第１．第２の１次遅れ要素で共用化し、１、
’ｉＪ時に目標値、制御量のゲインｈ１変の１次遅れを
共用化しつつ、簡１ｉな構成でＰとＤの２自由度化を実
現するものである。
手段を講じたことにより、目標値フィルタ手段の中の比
例ゲインを２自由度化するための進み／遅れ要素および
微分時間を２自由度化するための不完全微分要素を全て
人力に比例する静的要素と人力に関連して１次遅れで変
化する動的要素とに分解し、目標値フィルタ手段の中に
第１゜第２の１次遅れ要素を設け、目標値、制御量の微
分項を前記第１．第２の１次遅れ要素で共用化し、１、
’ｉＪ時に目標値、制御量のゲインｈ１変の１次遅れを
共用化しつつ、簡１ｉな構成でＰとＤの２自由度化を実
現するものである。
さらに、請求項３の発明では、目標値の微分項だけでな
く、制［１の微分項をも目標値フィルタ手段に取り込ん
で１次遅れ要素を通すことにより、微分動作による非線
形処理を適切に行うものである。
く、制［１の微分項をも目標値フィルタ手段に取り込ん
で１次遅れ要素を通すことにより、微分動作による非線
形処理を適切に行うものである。
（：、ｌｊｋ例）
以下、本発明の大施例について図面を参照して説明する
。第１図は本発明の２ＤＯＦ ＰＩＤ調節装置の構成
を示す図である。なお、本装置において第６図と同一部
分には同一７：）号を付して詳しい説明は省略する。こ
の２ＤＯＦ ＰＩＤ調節装置は、目標値ＳＶを受けて
比例ゲインに、と微分時間ＴＯに関して２自由度化する
ための演算処理を行う目標値フィルタ手段１ｏのほか、
この目標値フィルタ手段２０から得られた目標値フィル
タ出力Ｓｖｏと制御量Ｐｖとを受けて偏差演算手段２に
より偏差Ｅ−３Ｖｏ−ＰＶを求めた後、この偏差Ｅを必
要に応じて非線形手段４で非線形処理を行ってＰＩ調節
手段５に導き、ここでＰＩ調節演算を行なって操作信号
ＭＶを得るＰＩアルゴリズム実行部分と、このＰＩアル
ゴリズム実行部分によって得られた操作信号ＭＶに加算
手段８にて外乱信号りを加算して制御対象３に印加し、
５ｖ−ｓｖｏ−ｐｖとなるように制御される制御対象部
分とからなっている。
。第１図は本発明の２ＤＯＦ ＰＩＤ調節装置の構成
を示す図である。なお、本装置において第６図と同一部
分には同一７：）号を付して詳しい説明は省略する。こ
の２ＤＯＦ ＰＩＤ調節装置は、目標値ＳＶを受けて
比例ゲインに、と微分時間ＴＯに関して２自由度化する
ための演算処理を行う目標値フィルタ手段１ｏのほか、
この目標値フィルタ手段２０から得られた目標値フィル
タ出力Ｓｖｏと制御量Ｐｖとを受けて偏差演算手段２に
より偏差Ｅ−３Ｖｏ−ＰＶを求めた後、この偏差Ｅを必
要に応じて非線形手段４で非線形処理を行ってＰＩ調節
手段５に導き、ここでＰＩ調節演算を行なって操作信号
ＭＶを得るＰＩアルゴリズム実行部分と、このＰＩアル
ゴリズム実行部分によって得られた操作信号ＭＶに加算
手段８にて外乱信号りを加算して制御対象３に印加し、
５ｖ−ｓｖｏ−ｐｖとなるように制御される制御対象部
分とからなっている。
前記目標値フィルタ手段１０は、比例ゲインの２自由度
化と微分時間の２自由度化とを実現し、かつ、これらの
２自由度化に際し従来のバイパス構成をとる不完全微分
手段７の微分項を当該目標値フィルタ手段１０に取り込
むとともに、制御量。
化と微分時間の２自由度化とを実現し、かつ、これらの
２自由度化に際し従来のバイパス構成をとる不完全微分
手段７の微分項を当該目標値フィルタ手段１０に取り込
むとともに、制御量。
目標値の微分および目標値の比例ゲイン、微分時間の１
次遅れ等の」（用化を実現するために、次のような構成
としたものである。
次遅れ等の」（用化を実現するために、次のような構成
としたものである。
先ず、比例ゲインの２自由度化構成について述べる。ｌ
：Ｉ標値ＳＶに比例ゲインの２自由化係数αを乗するゲ
イン係数乗算手段１１を有し、ここで係数αを乗算して
滉られた出力は加算手段１２および減算手段１３に送ら
れる。この減算手段１３は目標値ＳＶからゲイン係数乗
算手段１１の出力α・ＳＶを減算し、得られた減算出力
は減算手段１４．１次遅れ要素１５および加算手段１６
に経由して加算手段１２に導入し、この加算手段１２に
て加算手段１６の出力を先のゲイン係数乗算手段１１の
出力に加算合成することにより、比例ゲインの２自由度
化を実現する。
：Ｉ標値ＳＶに比例ゲインの２自由化係数αを乗するゲ
イン係数乗算手段１１を有し、ここで係数αを乗算して
滉られた出力は加算手段１２および減算手段１３に送ら
れる。この減算手段１３は目標値ＳＶからゲイン係数乗
算手段１１の出力α・ＳＶを減算し、得られた減算出力
は減算手段１４．１次遅れ要素１５および加算手段１６
に経由して加算手段１２に導入し、この加算手段１２に
て加算手段１６の出力を先のゲイン係数乗算手段１１の
出力に加算合成することにより、比例ゲインの２自由度
化を実現する。
次に、微分時間の２ａ由度化構成について述べる。前６
己ゲイン係数乗算手段１１のゲイン係数乗算出力を微分
時間の２自由度化係数γを設定してなる目間係数乗算手
段１７に導き、ここでゲイン係数乗算出力に微分時間の
２自由度化係数γを乗算し、得られた時間係数乗算手段
１７の出力を減算手段１８に導入する。この減算手段１
８では時間係数乗算手段１７の出力から制御対象３の制
御１４ Ｐ Ｖを減算した後、除算手段１９に導入する
。
己ゲイン係数乗算手段１１のゲイン係数乗算出力を微分
時間の２自由度化係数γを設定してなる目間係数乗算手
段１７に導き、ここでゲイン係数乗算出力に微分時間の
２自由度化係数γを乗算し、得られた時間係数乗算手段
１７の出力を減算手段１８に導入する。この減算手段１
８では時間係数乗算手段１７の出力から制御対象３の制
御１４ Ｐ Ｖを減算した後、除算手段１９に導入する
。
この除算手段１つの出力は２分岐され、その一方は直接
減算手段２０に導入され、他方は１次遅れ要素２１を経
由して減算手段２１に送られ、ここで先の除算手段１９
の出力から１次遅れ要素２１の出力を減算する。そして
、この減算手段２０の減算出力を２分岐し、その一方は
加算手段１６に直接入力し、他方は減算手段１４で減算
した後、１次遅れ要素１５を経由して加算手段１６に導
く。
減算手段２０に導入され、他方は１次遅れ要素２１を経
由して減算手段２１に送られ、ここで先の除算手段１９
の出力から１次遅れ要素２１の出力を減算する。そして
、この減算手段２０の減算出力を２分岐し、その一方は
加算手段１６に直接入力し、他方は減算手段１４で減算
した後、１次遅れ要素１５を経由して加算手段１６に導
く。
ここで、１次遅れ要素１５の出力と減算手段２０の出力
とを加算合成し、この加算合成値が最終的に前記加算手
段１２にて前記ゲイン係数乗算手段１１の出力と加算し
、目標値フィルタ出力Ｓ Ｖ 。
とを加算合成し、この加算合成値が最終的に前記加算手
段１２にて前記ゲイン係数乗算手段１１の出力と加算し
、目標値フィルタ出力Ｓ Ｖ 。
を得、前記偏差演算手段２に導入する構成となっている
。
。
次に、以上のような目標値フィルタ手段１０の構成を採
用した理由について説明する。従来例である第６図に示
す進み／遅れ要素１１ （第２図ａ）を等価変換すると
、第２図（ｂ）の如く構成となる。つまり、進み／遅れ
要素ＩＩは、 （１＋α・Ｔ１ ・ｓ）／ （１，＋Ｔ＋ ・Ｓ）で
表されるが、この式は（５）式のように置換できる。
用した理由について説明する。従来例である第６図に示
す進み／遅れ要素１１ （第２図ａ）を等価変換すると
、第２図（ｂ）の如く構成となる。つまり、進み／遅れ
要素ＩＩは、 （１＋α・Ｔ１ ・ｓ）／ （１，＋Ｔ＋ ・Ｓ）で
表されるが、この式は（５）式のように置換できる。
と、
・・・（５）
従って、この（５）式を等価的な機能ブロックで表せば
第２図（ｂ）のようになる。
第２図（ｂ）のようになる。
次に、第６図に示す不完全微分要素１３ （第３図ａ）
は、 （Ｔ Ｉ ・ｓ）／（１＋Ｔ＋ ・Ｓ）で表される
が、この式を変形すると ・・・（７） となる。そこで、この式を機能ブロックで表せば第４図
（ｂ）のようになる。
は、 （Ｔ Ｉ ・ｓ）／（１＋Ｔ＋ ・Ｓ）で表される
が、この式を変形すると ・・・（７） となる。そこで、この式を機能ブロックで表せば第４図
（ｂ）のようになる。
従って、第２図ないし第４図の機能ブロックについて目
標値フィルタ手段１０に適用すると、第１図のような構
成となり、このときの対外乱制御アルゴリズムＣｏ（ｓ
）は、 となる。そこで、この式を機能ブロックで表せば第３図
（ｂ）のようになる。従って、この第２図と第３図とか
ら明らかなように１次遅れ要素１５を共用化できる。
標値フィルタ手段１０に適用すると、第１図のような構
成となり、このときの対外乱制御アルゴリズムＣｏ（ｓ
）は、 となる。そこで、この式を機能ブロックで表せば第３図
（ｂ）のようになる。従って、この第２図と第３図とか
ら明らかなように１次遅れ要素１５を共用化できる。
次に、ｆｉＩ６図に示す不完全微分要素７（第４図ａ）
は、 （Ｔｏ−ｓ）／ （１＋η・ＴＤ−８）で表されるが、
この不完全１微分要：Ａ７を変形するとなり、一方、対
目標値制御アルゴリズムＣ５ｖ（Ｓ）は、 ｌ ａ゛ｒ°Ｔ°” Ｓ ＞ ＝Ｋｐ （α＋□＋ ＴＩ ＩＩＳ １＋η・’ｒｏ ＠ｓ となる。その結果、これら（８）式および（９）式とか
ら明らかなように、比例ゲインの２自由度化係数αを変
えたとき、対外乱制御アルゴリズムの比例ゲインに、は
そのままで、対目標値比例ゲインに１・・αを変えるこ
とができ、一方、微分時間の２自由度化係数γを変えた
とき、対外乱制御アルゴリズムの微分時間はそのままで
、対目標値の微分時間のみを変えることができる。つま
り、ＰとＤの完全２自由度化を実現できることになる。
は、 （Ｔｏ−ｓ）／ （１＋η・ＴＤ−８）で表されるが、
この不完全１微分要：Ａ７を変形するとなり、一方、対
目標値制御アルゴリズムＣ５ｖ（Ｓ）は、 ｌ ａ゛ｒ°Ｔ°” Ｓ ＞ ＝Ｋｐ （α＋□＋ ＴＩ ＩＩＳ １＋η・’ｒｏ ＠ｓ となる。その結果、これら（８）式および（９）式とか
ら明らかなように、比例ゲインの２自由度化係数αを変
えたとき、対外乱制御アルゴリズムの比例ゲインに、は
そのままで、対目標値比例ゲインに１・・αを変えるこ
とができ、一方、微分時間の２自由度化係数γを変えた
とき、対外乱制御アルゴリズムの微分時間はそのままで
、対目標値の微分時間のみを変えることができる。つま
り、ＰとＤの完全２自由度化を実現できることになる。
従って、以上のような実施例によれば、目標値および制
御量を除算手段１９および１次遅れ手段２１を経由させ
て目標値、制御量の微分項を共用化し、さらに従来の進
み／遅れ要素１および不完全微分要素１．の１次遅れを
１次遅れ要素１５にて共用化することにより、従来の４
ｐＩの時間要素をその半分である２個に減らすことがで
き、これによってコストの低減化が図れ、かつ、制御シ
ステムの負荷の減少、高速化および低容量化を実現でき
、しかも時間要素の数を半減させつつＰとＤの完全２自
由度化を実現できる。
御量を除算手段１９および１次遅れ手段２１を経由させ
て目標値、制御量の微分項を共用化し、さらに従来の進
み／遅れ要素１および不完全微分要素１．の１次遅れを
１次遅れ要素１５にて共用化することにより、従来の４
ｐＩの時間要素をその半分である２個に減らすことがで
き、これによってコストの低減化が図れ、かつ、制御シ
ステムの負荷の減少、高速化および低容量化を実現でき
、しかも時間要素の数を半減させつつＰとＤの完全２自
由度化を実現できる。
また、比例ゲインの２自由度化係数αと微分時間の２自
由度化係数γがそれぞれ独立設定方式であるので、係数
の設定作業が非常に容易である。
由度化係数γがそれぞれ独立設定方式であるので、係数
の設定作業が非常に容易である。
しかも、比例ゲインの２自由度化係数αを変更したとき
、（９）式に示すように微分項のゲインも自動修正され
、係数の調整が非常に簡単となる。
、（９）式に示すように微分項のゲインも自動修正され
、係数の調整が非常に簡単となる。
さらに、ＰＩ＃節手段の後続にバイパスされていた従来
の不完全微分要素７を除去し、制御量の微分項を目標値
フィルタ手段１０に取り込むことにより、微分成分を的
確に非線形処理を行うことができる。
の不完全微分要素７を除去し、制御量の微分項を目標値
フィルタ手段１０に取り込むことにより、微分成分を的
確に非線形処理を行うことができる。
従って、本発明装置は全面的に２自由度化時代に移行さ
せることが可能であり、種々の産業分野において大きく
貢献させることができる。
せることが可能であり、種々の産業分野において大きく
貢献させることができる。
なお、上記実施例では、ゲイン係数乗算手段１１の出力
に微分時間の２自由度化係数γを乗算するようにしたが
、例えば第５図に示すように目標値ＳＶに微分■、７間
の２自由度化係数γを直接乗算する構成でもよい。従っ
て、このような構成によれば、前記（８）式に対応する
式は全く同一であり、（９）式に対応する式は、 ・・・（１０） となり、比例ゲインの２自由度化係数αを変えたとき、
微分項のゲインは自動修正されなくなるという点が異な
る。
に微分時間の２自由度化係数γを乗算するようにしたが
、例えば第５図に示すように目標値ＳＶに微分■、７間
の２自由度化係数γを直接乗算する構成でもよい。従っ
て、このような構成によれば、前記（８）式に対応する
式は全く同一であり、（９）式に対応する式は、 ・・・（１０） となり、比例ゲインの２自由度化係数αを変えたとき、
微分項のゲインは自動修正されなくなるという点が異な
る。
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施できる。
して実施できる。
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば次のような種々の効
果を奏する。
果を奏する。
先ず、請求項１の発明においては、目標値と制御量との
微分項のノ（相比を図ることができ、これにより時間要
素を減らすことができ、しかもＤの２自由度化を実現で
きる。
微分項のノ（相比を図ることができ、これにより時間要
素を減らすことができ、しかもＤの２自由度化を実現で
きる。
次に、請求項２の発明では、目標値と制御量との微分項
の共用化のみならず、従来の進み／遅れ要素および不完
全微分要素の１次遅れを１次遅れ要素にて共用化でき、
これにより時間要素を半減させてコストの低減化および
負荷の軽減化、処理の高速化が図れ、しかもＰとＤの完
全２自由度化を実現できる。また、比例ゲインの２自由
度化係数の変更により、微分項のゲインを自動修正でき
、係数の：Ｊ８整の簡素化を図ることができる。
の共用化のみならず、従来の進み／遅れ要素および不完
全微分要素の１次遅れを１次遅れ要素にて共用化でき、
これにより時間要素を半減させてコストの低減化および
負荷の軽減化、処理の高速化が図れ、しかもＰとＤの完
全２自由度化を実現できる。また、比例ゲインの２自由
度化係数の変更により、微分項のゲインを自動修正でき
、係数の：Ｊ８整の簡素化を図ることができる。
さらに、請求項３の発明は、Ｐ■のみならず、Ｄについ
ても的確に非線形処理でき、種々の制御に十分対処でき
る。
ても的確に非線形処理でき、種々の制御に十分対処でき
る。
第１図ないし第４図は本発明に係わる２自由度調節装置
の実施例を説明するために示したもので、第１図は２自
由度調節装置の機能ブロック図、第２図ないし第４図は
時間要素の等価食換を示す機能ブロック図、第５図は本
発明装置の変形例を示す目標値フィルタ手段の機能ブロ
ック図、第６図は従来装置の機能ブロック図である。 ２・・・偏差演算子８段、３・・・制御対象、４・・・
非線形手段、５・・・ＰＩ調節手段、８・・・加算手段
、１０・・・目標値フィルタ手段、１１・・・ゲイン係
数乗算手段、１２．１６・・・加算手段、１３，１４，
１８．２０・・・減算手段、１５・・・１次遅れ要素、
１７．１７ａ・・・肋間係数乗算手段、１つ・・・除算
手段、２１・・・１次遅れ要素。 第２図
の実施例を説明するために示したもので、第１図は２自
由度調節装置の機能ブロック図、第２図ないし第４図は
時間要素の等価食換を示す機能ブロック図、第５図は本
発明装置の変形例を示す目標値フィルタ手段の機能ブロ
ック図、第６図は従来装置の機能ブロック図である。 ２・・・偏差演算子８段、３・・・制御対象、４・・・
非線形手段、５・・・ＰＩ調節手段、８・・・加算手段
、１０・・・目標値フィルタ手段、１１・・・ゲイン係
数乗算手段、１２．１６・・・加算手段、１３，１４，
１８．２０・・・減算手段、１５・・・１次遅れ要素、
１７．１７ａ・・・肋間係数乗算手段、１つ・・・除算
手段、２１・・・１次遅れ要素。 第２図
Claims (3)
- （１）目標値を目標値フィルタ手段を通して得られた目
標値フィルタ出力と制御対象の制御量との偏差を受けて
Ｐ（比例）およびＩ（積分）調整手段がＰＩ調節演算を
行い、得られた調節演算出力である操作信号を前記制御
対象に印加する調節装置において、 前記目標値フィルタ手段は、 前記目標値に比例ゲインの２自由度化係数および微分時
間の２自由度化係数を乗算する係数乗算手段と、この係
数乗算手段の出力から前記制御対象の制御量を減算し１
次遅れ要素を通すことにより、目標値および制御量の微
分項を共用化する微分項共用化手段とを備え、微分時間
の２自由度化を実現することを特徴とする２自由度調節
装置。 - （２）目標値を目標値フィルタ手段を通して得られた目
標値フィルタ出力と制御対象の制御量との偏差を受けて
Ｐ（比例）およびＩ（積分）調節手段がＰＩ調節演算を
行い、得られた調節演算出力である操作信号を前記制御
対象に印加する調節装置において、 前記目標値フィルタ手段は、 前記目標値に比例ゲインの２自由度化係数を乗算するゲ
イン係数乗算手段、前記目標値から前記ゲイン係数乗算
手段の出力を減算して得られた減算出力に１次遅れを持
たせる第１の１次遅れ要素、この第１の１次遅れ要素の
出力を前記ゲイン係数乗算手段の出力に加算する手段を
有する比例ゲインの２自由度化手段と、 前記目標値に前記比例ゲインの２自由度化係数および微
分時間の２自由度化係数を乗算する係数乗算手段、この
係数乗算手段の出力から前記制御対象の制御量を減算し
て得られた出力を第２の１次遅れ要素および前記第１の
１次遅れ要素を経由する手段を有する微分時間の２自由
度化手段とを備えたことを特徴とする２自由度調節装置
。 - （３）目標値を目標値フィルタ手段を通して得られた目
標値フィルタ出力と制御対象の制御量との偏差を受けて
Ｐ（比例）およびＩ（積分）調整手段がＰＩ調整演算を
行い、得られた調節演算出力である操作信号を前記制御
対象に印加する調節装置において、 前記目標値フィルタ手段として、前記目標値に比例ゲイ
ンの２自由度化係数および微分時間の２自由度化係数を
乗算する係数乗算手段と、この係数乗算手段の出力から
前記制御対象の制御量を減算し１次遅れ要素を通すこと
により、目標値および制御量の微分項を共用化する微分
項共用化手段とを有し、 少なくとも制御量の微分項を前記目標値フィルタ手段に
取り込んだとき前記偏差に対し非線形処理を行って前記
ＰおよびＩ調節手段に導入する非線形手段を設けたこと
を特徴とする２自由度調節装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1344366A JP2845534B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | ２自由度調節装置 |
| AU62028/90A AU611839B1 (en) | 1989-09-11 | 1990-08-31 | Two degree of freedom controller |
| DE69026324T DE69026324T2 (de) | 1989-09-11 | 1990-09-05 | Regler mit zwei Freiheitsgraden |
| US07/577,558 US5105138A (en) | 1989-09-11 | 1990-09-05 | Two degree of freedom controller |
| EP90117107A EP0417635B1 (en) | 1989-09-11 | 1990-09-05 | Two degree of freedom controller |
| CN 90107699 CN1024953C (zh) | 1989-09-11 | 1990-09-11 | 两自由度控制器 |
| KR1019900014322A KR940003149B1 (ko) | 1989-09-11 | 1990-09-11 | 2자유도 제어기 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1344366A JP2845534B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | ２自由度調節装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03202902A true JPH03202902A (ja) | 1991-09-04 |
| JP2845534B2 JP2845534B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=18368683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1344366A Expired - Lifetime JP2845534B2 (ja) | 1989-09-11 | 1989-12-28 | ２自由度調節装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2845534B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005276169A (ja) * | 2004-02-24 | 2005-10-06 | Omron Corp | 目標値加工装置、温度調節器、制御プロセス実行システム、プロセス制御方法、目標値加工プログラムおよび記録媒体 |
| WO2016084183A1 (ja) * | 2014-11-27 | 2016-06-02 | 理化工業株式会社 | 温度制御装置及び温度制御方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6121892A (ja) * | 1984-07-09 | 1986-01-30 | Tokyo Keiki Co Ltd | シングルル−プ舵取機 |
| JPS61196302A (ja) * | 1985-02-27 | 1986-08-30 | Toshiba Corp | 調節装置 |
| JPS629405A (ja) * | 1985-07-06 | 1987-01-17 | Toshiba Corp | プロセス制御装置 |
| JPS63140301A (ja) * | 1986-12-03 | 1988-06-11 | Fuji Electric Co Ltd | 電動操作端制御装置 |
| JPS63165903A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-07-09 | Toshiba Corp | 適応制御装置 |
| JPH01152504A (ja) * | 1987-12-09 | 1989-06-15 | Toshiba Corp | 制御装置 |
-
1989
- 1989-12-28 JP JP1344366A patent/JP2845534B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6121892A (ja) * | 1984-07-09 | 1986-01-30 | Tokyo Keiki Co Ltd | シングルル−プ舵取機 |
| JPS61196302A (ja) * | 1985-02-27 | 1986-08-30 | Toshiba Corp | 調節装置 |
| JPS629405A (ja) * | 1985-07-06 | 1987-01-17 | Toshiba Corp | プロセス制御装置 |
| JPS63140301A (ja) * | 1986-12-03 | 1988-06-11 | Fuji Electric Co Ltd | 電動操作端制御装置 |
| JPS63165903A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-07-09 | Toshiba Corp | 適応制御装置 |
| JPH01152504A (ja) * | 1987-12-09 | 1989-06-15 | Toshiba Corp | 制御装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005276169A (ja) * | 2004-02-24 | 2005-10-06 | Omron Corp | 目標値加工装置、温度調節器、制御プロセス実行システム、プロセス制御方法、目標値加工プログラムおよび記録媒体 |
| WO2016084183A1 (ja) * | 2014-11-27 | 2016-06-02 | 理化工業株式会社 | 温度制御装置及び温度制御方法 |
| JPWO2016084183A1 (ja) * | 2014-11-27 | 2017-07-13 | 理化工業株式会社 | 温度制御装置及び温度制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2845534B2 (ja) | 1999-01-13 |
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