JPH04117501A - ２自由度調節装置 - 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、目標値フィルタ手段を用いた２自由度ＰＩま
たはＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積分。

Ｄ＝微分）調節装置に係わり、特に制御対象への外乱に
対する抑制特性および目標値変化に対する追従特性を同
時に最適化する一方、目標値の変化に対し連応性をもた
せたファジー組合せ形２自由度調節装置に関する。

（従来の技術） 従来の目標値フィルタ形２自由度ＰＩ調節装置は第４図
に示すように構成されている。すなわち、この調節装置
は、目標値Ｓｖを目標値フィルタ手段１に導入し、比例
ゲインを２自由度化する演算処理を行って演算目標値Ｓ
　Ｖ　ｏを得た後、この演算目標値Ｓｖｏと制御対象２
からの制御量Ｐｖとを偏差演算手段３に導いて（ｓｖ、
−ｐｖ）なる演算により偏差Ｅを求める。さらに、偏差
演算手段３で求めた偏差Ｅを、Ｋ、＋１−１／（ＴＩ　
　・Ｓ））なる伝達関数をもつＰｌｊ１節手段４に導き
、ここでＰＩ調節演算を行って操作信号ＭＶを得る。そ
して、この操作信号ＭＶと外乱りとを加算手段５で加算
合成した後、制御対象２に印加することにより演算目標
値５ｖｏ−制御量Ｐｖとなるように制御する構成である
。なお、上式においてに、は比例ゲイン、ＴＩは積分時
間、Ｓはラプラス演算子である。

一方、前記目標値フィルタ手段１は、外部がら導入する
目標値ＳＶに対して比例ゲインの２自由度化係数αを乗
算する乗算手段１’１％前記目標値ＳＶから係数手段１
．の出力を減算する減算手段１２、この減算手段１２の
出力について積分時間を時定数とする１次遅れ演算を行
って出力する１次遅れ要素１９、この１次遅れ要素１．
の出力と前記係数手段１．の出力とを加算合成して演算
目標値Ｓｖｏを得る加算手段１４等によって構成されて
いる。

従って、以上のような制御系におけるＰ■→ＭＶ間の伝
達関数ＣＰＭ（Ｓ）　、Ｓ　Ｖ−Ｍ　Ｖ間の伝達関数Ｃ
ＳＭ（Ｓ）はそれぞれ、 ＣＰＭ（Ｓ）　−ＭＶ／ＰＶ−ＫＰ（１＋１／Ｔ＋−９
）　　　　・・・　（１）Ｃ５Ｍ（Ｓ）　−ＭＶ／５Ｖ
−Ｋｐ（α＋１／Ｔ１・Ｓ）　　　・・・　（２）とな
る。αは比例ゲインの２自由度化係数（０〜１の間で設
定可能な定数）である。ゆえに、外乱抑制特性が最適と
なるようにに、、Ｔ、を決定した後、目標値追従特性が
最適となるように比例ゲインの２自由度化係数αを決定
すれば、２自由度化を達成できる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、以上のような目標値フィルタ形２自由度調整
装置は外乱抑制特性と目標値追従特性とを同時に最適化
できる優れた特長をもっているが、目標値Ｓｖに整定す
るまでに長い時間を要する問題がある。

そこで、この原因について検討すると、目標値フィルタ
手段１の中に少なくとも１段または２段以上の１次遅れ
要素を持っており、目標値Ｓｖをステップ状に変化させ
たとき、そのステップ変化の目標値Ｓｖがその１次遅れ
要素の影響を受けて最終値に達するまでに時間がかかる
ためである。

さらに、１次遅れの影響について第３図の応答特性から
説明する。つまり、第３図は、第４図の装置において目
標値Ｓｖをステップ状に変化させたとき、係数手段１１
の出力である（ＳＭ・α）だけがステップ状に変化する
が、減算手段１□の出力である（ＳＶ・（１−α））は
１次遅れ要素１３の影響を受けて徐々に上昇して目標値
Ｓｖに近づくことになる。

ソコテ、５ｖ−ｘ％５ＶＯ−ｙとし、第４図に示す目標
値フィルタ手段１のディジタル演算式を求める。先ず、
目標フィルタ手段１の伝達関数は、となり、この（３）
式を微分方程式で表すと、となる。ここで、 この 式に対して、 なる関係式を代入すると、 を得ることができる。

さらに、 この式を変形する と、 を得ることができる。

７〜 １の時点において目標値ＳＶがステッ プ状に変化したときは、 ｎ≧２ではＸ。

履ｘ　ａ−１ となるので、 第３図の応答特性は前記 式か り、 のようになる。この（７）式においてΔｔはＴＩに比べ
て非常に小さく、また、（ｘａ−ｙゎ−１）も小さいの
で、開式の後段の値は非常に小さくなる。しかも、出力
ｙ、、、Ｉが入力ｘ、、に接近すればする程Δｙ、の変
化は小さくなる。その結果、出力ｙｆｉは入力Ｘ４に一
致するまでに相当長い時間を要することになる。当然、
この出力ｙ６はＰＩ調節手段４の目標値となっているの
で、整定時間が非常に長くかかってしまう。

本発明は上記実情にかんがみてなされたもので、目標値
の変化に対し従来に較べて応答時間を大幅、かつ、任意
に短縮しうるファジー組合せ形２自由度調節装置を提供
することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、目標値フィルタ手
段が設けられ、この目標値フィルタ手段側から得られる
目標値と制御対象からの制御量との偏差を用いて少なく
ともＰＩ調節演算を実行し、得られた操作信号を前記制
御対象に印加する２自由度調節装置において、前記目標
値フィルタ手段に導入する制御目標値とこの目標値フィ
ルタ手段の演算によって得られる演算目標値との差の絶
対値または差を取り出す手段と、この手段によって取り
出した絶対値または差に対応して所定のメンバーシップ
関数を出力するファジー係数設定手段とを備え、このメ
ンバーシップ関数を用いて前記演算目標値を制御し前記
ＰＩ調節用目標値を得る構成である。

（作用） 従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより
、予め絶対値または差に対応するメンバーシップ関数が
定められ、制御目標値と演算目標値との差の絶対値また
は差を取り出した後、絶対値または差に対応したメンバ
ーシップ関数を前記差の信号に乗算して前記演算目標値
に加算合成し、ＰＩ調節用目標値を得るようにしたので
、ある絶対値または差からメンバーシップ関数を太きく
して応答速度を上げることにより、ＰＩ調節用目標値を
強制的に制御目標値に整定できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図を参照して説明
する。なお、同図において第４図と同一部分には同一符
号を付してその詳しい説明は省略し、以下、専ら従来装
置と比較して異なる部分について説明する。すなわち、
本装置においては、制御目標値入力端と加算手段１４の
出力端との間に減算手段１１を設けとともに、この減算
手段１１の出力側に絶対値手段１２を設け、制御目標値
ＳＶと目標値フィルタ手段１の出力である演算目標値Ｓ
ｖｏとの差δの絶対値１δ１を取り出す構成としたこと
、また予め絶対値に対応してＯ〜１の値を取るメンバー
シップ関数ｍ（δ）が定められ、前記絶対値手段１２か
ら得られる絶対値１δ１に対応したメンバーシップ関数
ｍ（δ）を出力するファジー係数設定手段１３を設けた
こと、さらに前記減算手段１１の出力δとメンバーシッ
プ関数ｍ（δ）とを乗算する乗算手段１４のほか、この
乗算手段１４で得られた乗算値と演算目標値ＳＶｏとを
加算してＰＩ調節用目標値ＳＶａとする加算手段１５が
設けられている。

従って、以上のような実施例の構成によれば、例えば制
御目標値Ｓｖのステップ状の変化に対し、減算手段１１
で制御目標値ＳＶと演算目標値ＳＶＯとの差δ−５Ｖ−
３ＶＯを求めた後、その差δを絶対値手段１２と乗算手
段１４に送出する。

この絶対値手段１２では前記差δの絶対値１δ１を求め
た後、ファジー係数設定手段１３に導入する。

このファジー係数設定手段１３では、前記差δ−（ｓｖ
−ｓｖ。）が本来の２自由度化の機能を阻害しない値例
えばδ２より小さくなつたとき、その差の値δ２から小
さくなるに従って例えば図示する差δ、までの間で例え
ば指数関数的にＯ→１の値を取るメンバーシップ関数ｍ
（δ）を出力し、乗算手段１４に送出する。その結果、
乗算手段１４では減算手段１１から送られてくる徐々に
小さくなる差信号δ（−Ｓ　Ｖ　　Ｓ　Ｖ　ｏ　）の速
度よりも早い速度で大きくなる乗算値ｍ（δ）・δを出
力することから、加算手段１５からはある時点。

つまり所定の差δ２となる時点ｔａから第３図の（ロ）
に示すように応答特性が速くなって制御目標値Ｓ■に整
定することになる。

なお、ファジー係数設定手段１３等は抵抗、コンデンサ
や半導体を用いてハードウェアによって実現してもよい
し、或いはコンピュータを用いてソフトウェア的に実現
してもよい。

次に、本発明の他の実施例について第２図を参照して説
明する。この場合も第４図と同一部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略し、以下、専ら異なる部分だ
けについて説明する。

すなわち、この実施例は、第１図から絶対値手段１２を
除去した構成であり、これに伴ってファジー係数設定手
段１３′は制御目標値ＳＶと演算目標値Ｓ　Ｖ　ｏとの
差の正負の値に対応して別々にメンバーシップ関数ｍ（
δ）を設定する。勿論、この正負のメンバーシップ関数
ｍ（δ）は異なるように設定できる。

次に、以上のように構成された装置の動作について説明
する。この装置でのＰＩ調節用目標値ＳＶａは、 Ｓ　Ｖ　ａ　−Ｓ　Ｖｏ十ｍ　（δ）　　　（ＳＶ−８
Ｖｏ）・・・　（８） で表される。

しかして、今、制御目標値ＳＶがステップ状に変化した
とき、（ＳＶ−８Ｖｏ）の差δが大きく、δ２≦δ　　
　　　　　　　　　　　・・・（９）の関係にあるので
、メンバーシップ関数はｍ（δ）−〇となり、前記（８
）式からＳ　Ｖ　ａ　＝　Ｓ　Ｖ　ｏとなる。つまり、
目標値フィルタ手段１の伝達関数のみで定まるところの
、 がＰＩ調節用目標値として偏差演算手段３に導入される
。従って、この場合には従来装置と全く同じ応答特性が
得られる。

その後、減算手段１１から得られる差δがδ２よりも小
さくなり、 δ１≦δくδ２　　　　　　　　　・・・（１１）の関
係になると、ファジー係数設定手段１３′からのメンバ
ーシップ関数が０くｍ（δ）く１となり、前記（８）式
から、 Ｓ　Ｖ　ａ　−Ｓ　Ｖ０＋ｍ　（δ）ｘ（ＳＶ　　５Ｖ
ｏ）・・・（１２） となり、このＳＶａがＰＩ調節用目標値として偏差演算
手段３に送出される。従って、この場合には差δが差δ
２より小さくなった時点で第３図の（ロ）に示すように
従来の応答特性よりも速い応答特性となり、制御目標値
Ｓｖに近づいていく。

さらに、減算手段１１から得られる差δが小さくなり、 ０≦δくδ１　　　　　　　　　　・・・（１３）の関
係になったとき、メンバーシップ関数がｍ（δ）−１と
なり、前記（８）式から、５Ｖａ−８Ｖ　　　　　　　
　　　　−（１４）となり、制御目標値Ｓｖがそのまま
ＰＩ調節用目標値として偏差演算手段３に送出される。

その結果、ＰＩ調節用目標値は差δ、となった時点ｔｂ
で強制的に制御目標値Ｓ■とするので、従来に比して非
常に短い時間で整定させることができる。

従って、以上のような実施例の構成によれば、目標値フ
ィルタ手段１の演算目標値Ｓｖｏが制御目標値Ｓｖに接
近したとき、つまり両目標値の差が所定値６２以下とな
ったとき、ＰＩ調節用目標値ＳＶａを目標値フィルタ手
段１の演算目標値Ｓｖｏからメンバーシップ関数を用い
て強制的に速く制御目標値ＳＶに移行させるようにした
ので、２自由度の機能に影響を与えることなく目標値追
従時間を大幅に短縮でき、この種の２自由度調節装置の
性能を大きく向上させ得、プラント全体にちりばめるこ
とによりプラント運転特性の向上に大きく貢献できる。

なお、上記実施例では減算手段１１の出力とメンバーシ
ップ関数との乗算値を加算手段１５に供給するようにし
たが、例えば乗算手段１４を省いて乗算値に相当する値
をファジー係数設定手段１３．１３′から出力して加算
手段１５に加えるようにしてもよい。また、ＰＩ調ｊｉ
ｉ５演算について述べたが、ＰＩＤ調節演算でも同様に
適用できることは言うまでもない。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。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、目標値の変化に対
し従来に較べて応答時間を大幅に短縮でき、性能向上に
大きく貢献するファジー組合せ形２自由度調節装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるファジー組合せ形２自由度調節
装置の一実施例を示すブロック構成図、第２図は本発明
装置の他の実施例を示すブロック構成図、第３図は従来
装置と本発明装置を比較するための目標値変化に対する
応答特性図、第４図は従来装置のブロック構成図である
。 １・・・目標値フィルタ手段、２・・・制御対象、３・
・・偏差演算手段、４・・・ＰＩまたはＰＩＤ調節手段
、１１・・・減算手段、１２・・・絶対値手段、１３．
１３′・・・ファジー係数設定手段、１４・・・乗算手
段、 ５・・ 加算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 目標値フィルタ手段が設けられ、この目標値フィルタ手
   段側から得られる目標値と制御対象からの制御量との偏
   差を用いて少なくともＰＩ（Ｐ：比例、Ｉ：積分）調節
   演算を実行し、得られた操作信号を前記制御対象に印加
   する２自由度調節装置において、 前記目標値フィルタ手段に導入する制御目標値とこの目
   標値フィルタ手段の演算によって得られる演算目標値と
   の差の絶対値または差を取り出す手段と、この手段によ
   って取り出した絶対値または差に対応して所定のメンバ
   ーシップ関数を出力するファジー係数設定手段とを備え
   、このメンバーシップ関数を用いて前記演算目標値を制
   御し前記ＰＩ調節用目標値を得ることを特徴とするファ
   ジー組合せ形２自由度調節装置。