JPH04102901A - 調節計 - 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」二の利用分野〉 本発明は、電気炉などの温度を制御するのに適する調節
計に関し、さらに詳しくは、積分演算量を適宜修正する
ことで、プロセスの特性変化や、調節計の演算パラメー
タの変更に対して適応性を向上さぜな調節計に関するも
のである。

〈従来技術〉 第８図は従来公知の調節計の構成を示したものである。

プロセス量ＰＶと目標設定値ＳＰとの偏差Ｄ　Ｖが比例
演算部１１と、積分演算部１２に印加され、また、プロ
セス量Ｐｖか微分演算部１３に印加され、各比例、積分
、微分演算部からの信号を、出力演算部１４で加算し、
操作信号ＭＶを得て、これをバルブなどの操作端に出力
している。

いま、目標設定値ＳＰの可変範囲を０〜１００％、対応
するプロセス量の受信範囲を０〜１００％、制御操作量
（操作信号）ＭＶの操作範囲を０〜１００％に規定して
扱うとき、比例演算部１１から操作信号ＭＶへの伝達；
１０ＵＴ１は、（１）式の通りとなる。

０ＵＴ１＝　（ＳＰ−ＰＶ）＊　（１００／ＰＢ）％・
・・（１） ただし、ＰＢは比例帯定数 （１）式において、例えはＰＢ＝１０％とすると（ＳＰ
−ＰＶ）が１０％以上になると制御出力は１００％以上
、すなわち飽和の状態になる。

積分演算部１２は、（ＳＰ−ＰＶ）　の偏差ＤＶと比例
帯定数ＰＢとに対応して、積分時間定数に相当する時間
経過ごとに、（ＳＰ−ＰＶ）＊　（１００／ＰＢ）の１
を積み上げて行く。

ここで、積分演算部１２の内部演算値が１００％、２０
０％、３００％のように積み上がる過積分の状態を防止
する手法として、従来より、出力ドラッキングの手法が
とられている。

この手法は、例えは ＋　（Ｐ）＋（Ｄ））＞＝１１０％ に対して、積分演算部１２に ＣＶ−１１，０−（（Ｐ）−１−（’Ｄ））を伝達して
、（Ｉ　）＝ＣＶの実行を指定するものである。

なお、ここで（Ｐ）、（１）、（Ｄ）は、比例。

積分、微分演算部の演算出力とする。

〈発明が解決すべき課題〉 第９図は、従来装置において、プロセス特性を固定して
、調節計のパラメータの一部を変更した場合の整定特性
の違いを示す線図である。

（ｃ）の特性を規準にして、（（１）、（ｂ）。

（ａ）は、それぞれパラメータ中の積分時間（ＴＩ）を
、２倍、０，５倍、０．２５倍にしたときのプロセス量
Ｐｖ、操作信号（ＭＶ）および積分出力（Ｉ）の傾向を
示しており、（ａ＞はオーバシュートが大きく振動的な
傾向を、（ｄ）はオーバシュートは少ないものの、整定
に時間を要している傾向を示している。

第１０図は、第９図（ａ）〜（ｄ）に継続するパラメー
タ変更の影響を調べた整定時間の違いを示す線図である
。

＜ａ）は第９図（ａ）の時の条件に加えて、さらに微分
時間をも０，５倍にしたものであり、振動が持続傾向を
示している。（ｂ）は第９図（ａ）の特性に準じるもの
で、積分時間を第９図（ｃ）の規準の０．１２５倍にし
たものである。

第１１図は、第９図（ｃ）の規準に対して、比例帯を２
倍にしたときの特性を示したものである。

ここでは、設定値ＳＰの小量変化を与えたときの各特性
を示している。

これらの各種の特性から、従来装置によれば、例えば第
９図（Ｃ）の規準に対する第１１図や、第９図（ｂ）の
ように、パラメータの違いによって立ち上がり時のオー
バシュート量が変動する状況は、パラメータを固定した
状態でのプロセスの特性の変動によっても発生している
。

このことは、例えば熱処理炉の被処理物理量の変動等に
よって、プロセスの特性が変わることである。

本発明は、この様な点に鑑みてなされたもので、その目
的は、パラメータのミスマツチによる影響を低減すると
共に、パラメータのチューニングを容易にし、プロセス
の特性変動があっても、制御特性を良好に保ち、適応性
の高い調節計を実現することにある。

く課題を解決する為の手段〉 前記課題を解決するため本発明は、 目標設定値及びプロセス量を入力し、比例演算。

積分演算、微分演算を行い制御操作量をプロセスに出力
する調節計において、 前記微分演算部からの微分演算結果の変化量を演算する
微分出力変化量演算部と、 前記積分演算部からの積分演算量を前記微分出力変化量
演算部での演算結果に基づいて規制を与える積分演算規
制手段と を設けて構成される。

く作用〉 微分出力変化量演算部は、微分演算結果（Ｄ）を入力し
、これに微分演算を行いその変化量Δ（Ｄ）を求める。

積分演算規制手段は、積分演算部からの出力量の積」１
量Δ（１）を、微分出力変化量演算部からの変化量出力
Δ（Ｄ＞に応じて規制する。

また、この変化量Δ（Ｄ）かある程度以下の場合は、積
分演算部からの出力及の積上１Δ（１）に対する規制は
緩和あるいは解除する。

〈実施例〉 第１図は、本発明に係る調節計の一実施例を示す構成ブ
ロック図である。

第１図において、１は目標設定［ＳＰ及びプロセス２か
らのプ１′１７セス量Ｐ　Ｖか入力され、両者の偏差Ｄ
Ｖをとる差演算回路、２は偏差信号ＤＶを入力し比例演
算を行う比例演算部で、比例演算結果（Ｐ）を出力する
。３は偏差信号ＤＶを入力し積分演算を行う積分演算部
で、積分演算結果（Ｉ）を出力する。４はプロセス量Ｐ
■を入力し微分演算を行う微分演算部で、微分演算結果
（Ｄ）を出力する。５は各演算部２，３．４からの演算
結果を加算する出力演算部で、バルブなどの操作端を制
御する操作信号ＭＶを出力する。

６は微分演算部４からの微分演算結果（Ｄ）の変化量Δ
（Ｄ）を演算する微分出力変化量演算部、７は積分演算
部３からの積分演算量（Ｉ）を微分出力変化量演算部６
での演算結果Δ（Ｄ）に基づいて規制をり−える積分演
算規制手段である。

第２図は、積分演算規制手段７の内部構成を示すブロッ
ク図である。微分出力変化量演算部６からの演算結果Δ
（Ｄ）に応じて出力レベルＬ　Ｖを制限する制限回路７
１と、微分演算量（Ｊ））に応じて係数Ｋ　（−〇〜１
．０）を乗する係数乗算手段７２とを含んで構成されて
いる。

第３図は、制限回路７１に設定されている特性線図であ
る。微分出力変化量演算部６からの演算結果Δ（Ｄ）か
小さい場合、その出力レベルＬ　Ｖか所定値より大きく
ならないように制限するような特性となっている。これ
により、微分演算量の変化Δ（Ｄ）が所定の範囲におい
て、積分演算量の積上量Δ（Ｉ）を規制する（作用■）
。

そして、この変化量Δ（Ｄ）がある程度以下の時は、積
分演算量の積」１量Δ（Ｉ）の規制を緩和するか、もし
くは解除する（作用■）。

第４図は、係数乗算手段７２の特性線図である。

微分演算量（Ｄ）か大きくなるに従って、係数Ｋか、１
．０から次第に小さくなり、（Ｄ）か１００％で、係数
Ｋか０になるような特性となっている。これにより、微
分演算量（Ｄ）の大小に応じて、小／大の係数Ｋを、積
分演算１の積上１Δ（１）に乗じる（作用■）。

この様に構成した装置の動作を、次に説明する。

比例演算部２は、プロセス量Ｐ■と設定値Ｓ　ｌ）の偏
差信号ＤＶに対して、比例演算を行いその演算結果（Ｐ
　）を出力演算部５に出力している。

積分演算部３は、偏差信号ＤＶに対して、積分演算を行
いその演算結果（Ｉ）を積分演算規制手段７を経て、出
力演算部５に出力する。

微分演算部４は、プロセス量Ｐ■に対して微分演算を行
い、その演算結果（Ｄ）を出力演算部５に出力すると共
に、微分出力変化量演算部６に出力する。

積分演算規制手段７は、微分出力変化量演算部６からの
演算結果Δ（■））に基づいて、積分演算量＜１＞に規
制をす・える。また、微分演算結果（Ｄ＞に基づいて、
］、Ｏ〜Ｏの係数Ｋを乗じ、出力演算部５に出力する。

第５図は、本発明を適用した場合の制御特性を示す図で
ある。

（ａ）は、第９図（ａ）に準する特性図で、本発明を適
用することにより、操作、ｔＭＶの−に限飽和時の、積
分演算量（Ｉ）のトラッキングポイントか下げられてい
る。積分演算量（Ｉ）のトラッキングポインｌ〜を下げ
ることにより、積分演算量（Ｉ）の積上量を大きくする
ことが可能となる。

ここで、（ｂ）は、前述した作用■、■、■による効果
を示す特性であり、（ｃ）は前述の作用■、■による効
果を示す特性であり、（ｄ）は前述の作用■による効果
を示す特性である。

これらの各特性の比較から明らかように、（ａ）では微
分演算結果（Ｄ）の立上がりよりも速い変化で、積分演
算結果（］）が立上がっている。

（ｃ）の特性では、積上げ量Δ■のレベルＬＶを規制す
る効果により、微分演算結果（Ｉ））の立−Ｌかりの速
度の範囲で、積分演算結果（１）が立−１，０− 上がっている。

（ｄ）の特性では、係数Ｋを乗することによる効果によ
り、積分演算結果（Ｉ）が微分演算結果（Ｄ）に従って
抑制されている。

これらの各特性から明らかなように、本発明の適用によ
り、プＯセス、ｉ！：ＰＶが設定値ＳＰに向けて整定す
る以前の段階で、積分演算結果（１）の過剰な積み上り
を効果的に抑制することができる。

〈発明の効果〉 第６図は、本発明を適用した場合におけるプロセス量Ｐ
ｖの立上がり特性を示す線図である。第９図（ａ）〜（
ｄ）に示す従来装置の特性と対比すれば明らかなように
、パラメータ変更による影響が、本発明の適用により緩
和されているのか認められる。

第７図は、本発明を適用した場合におけるミスマツチパ
ラメータの場合の各立上がり特性を示す図である。ここ
で、（ａ）、（ｂ）は本発明を適用した場合であり、（
ｃ）、（ｄ）は本発明を適用しない場合である。

＝　１１− 従来装置においては、積分演算結果（Ｉ）が速く立上が
っている状況から、本発明の適用により、積分演算結果
（Ｉ）に対して妥当な介入が実施され、パラメータのミ
スマツチによる影響が軽減されていることが認められて
いる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、パラメー
タのチューニングを容易にし、プロセスの特性変動があ
っても、制御特性を良好に保ち、適応性の高い調節計を
実現することかできる。

【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ブロ
ック図、第２図は積分演算規制手段の内部構成を示すブ
ロック図、第３図および第４図は積分演算規制手段内部
の各特性を示す線図、第５図は本発明を適用した場合の
制御特性を示す線図、第６図は本発明を適用した場合に
おけるプロセス量Ｐ■の立上がり特性を示す線図、第７
図は本発明を適用した場合におりるミスマツチパラメー
タの場合の各立上がり特性を示す線図、第８図は従来公
知の調節計の構成図、第９図は従来装置において、プロ
セス特性を固定して調節計のパラメータの一部を変更し
た場合の整定特性の違いを示す線図、第１０図は第９図
（ａ）〜（ｄ）に継続するパラメータ変更の影響を調べ
た整定時間の違いを示す線図、第１１図は第９図（ｃ）
の規準に対して、比例帯を２倍にしたときの特性を示す
線図である。 １・・・差演算回路、２・・・比例演算部、３・・・積
分演算部、４・・・微分演算部、５・・・出力演算部、 ６・・・微分出力変化量演算部、 ７・・・積分演算規制手段、 乙（Ｄ） Ｒ （Ｄ） ＊ 第 ＴＬ＝ｌＤ　Ｌ／７＝、／／ｑ０４Ｂ　　ＦＢ＝’／、
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ＴＩ不、２５　　　　　７””Ｌ＝Ｔｒｇ、５□チム 図 ＴＴ二Ｓ　　　７Ｄ二１．２５ （Ｃ）　　　　　　　　　　　（ｄ） Ｔｒ＝ＴＬｇ　、２５　　　　　ＴＩ＝ＴＩｉ、５第９ ＴＬ二／（Ｊ　　Ｌ／ｒ＝　、　ｎ’？０４８Ｐβ＝９
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図 ＴＩ＝／Ｄ　　　ＴＤ＝２．５ （Ｃ）（ｄ） ＴＩ＝　７４Ｘ　／　　　　　　　　Ｈ＝−Ｈｚ；ｚル
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Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）目標設定値及びプロセス量を入力し、比例演算、
   積分演算、微分演算を行い制御操作量をプロセスに出力
   する調節計において、 前記微分演算部からの微分演算結果の変化量を演算する
   微分出力変化量演算部と、 前記積分演算部からの積分演算量を前記微分出力変化量
   演算部での演算結果に基づいて規制を与える積分演算規
   制手段と を設けたことを特徴とする調節計。
2. （２）積分演算規制手段は、微分演算結果の変化量の所
   定の範囲内で積分演算量に対して規制を解除もしくは緩
   和することを特徴とする請求項１記載の調節計。
3. （３）積分演算規制手段は、微分演算結果に基づいて積
   分演算量を抑制する係数乗算手段を含むことを特徴とす
   る請求項１記載の調節計。