JPH04117502A - Ｆｆ／ｆｂ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、ＰＩまたはＰＩＤ（Ｐ：比例。

Ｉ：積分、Ｄ＝微分）によるＦＢ制御と、外乱の影響を
先回りして抑制するＦＦ制御とを組合せたＦ　Ｆ／Ｆ　
Ｂ制御装置に係わり、特に急峻な外乱変化に対して制御
性を改善するＦ　Ｆ／Ｆ　Ｂ制御装置に関する。

（発明が解決しようとする課題） 一般に、この種のＦＦ制御におけるＦＦモデルＧｐ（Ｓ
）の−紋穴は、 −Ｋｐ−ｇｐ　（Ｓ） ・・・　（１） で表すことができる。但し、上式においてＧＰ（Ｓ）は
制御対象伝達関数、ＧＤ（Ｓ）は外乱伝達関数であって
、 ”　（Ｓ）−Ｋ”１＋ａ＋　・Ｓ＋ａ２ａＳ”＋−・・
＋ａ、＊Ｓ’Ｇ・（Ｓ）″に、Ｘ□ヤｂ、−３＋ｂ２−
３’や一＋ｂ、−ｓ・となる。また、Ｋ　ｐ　＝　Ｋ　
ｏ　／　Ｋ　ＰはＦＦゲインであって、そのうちＫＤは
外乱伝達関数ゲイン、Ｋ、は制御対象伝達関数ゲインで
ある。さらに、ｇｐ（Ｓ）はＦＦ単位伝達関数であって
、で表される。Ｓはラプラス演算子である。

さらに、前記（１）式を変形すれば、 Ｇｐ　（ｓ）−に、　［１十 （ｇｐ　（Ｓ）−１１］ が得られる。

なお、 この（３） 式ににおいて前段 下線は静特性補償分、後段下線は動特性補償骨を意味す
る。

第５図は速度形ＰＩ調節演算機能を持つＦＢ制御系と上
記（３）式のＦＦ制御系とを組合せたＦ　Ｆ／Ｆ　Ｂ制
御装置の構成を示す図である。前者のＦＢ制御系は、偏
差演算手段１にて目標値ＳＶと制御対象２からの制御量
Ｐｖとの偏差Ｅを求めた後、この偏差Ｅを速度形ＰＩ調
節手段３に導き、ここで偏差Ｅが零となるような速度形
ＰＩ調節演算を実行し、得られたＰＩ演算出力ΔＣ１を
加算手段４を経由させた後、速度形−位置影信号変換手
段５で位置影信号ＭＶ、に変換し、さらに加算手段６を
通して得られた操作信号を制御対象２に印加し、偏差Ｅ
が零となるようにＦＢ制御を行う。

次に、ＦＦ制御系は、検出された外乱信号りに係数手段
７でＦＦゲインＫＰを乗じてＦＦ信号ＦＦ、を取り出し
て２分岐し、その一方のＦＦ信号ＦＦ、は静特性補償信
号として、差分演算手段８にて差分演算（ＦＦ、−ＦＦ
、、）を行って速度影信号ΔＦＦ、を得た後、前記加算
手段４に導いてＰＩ調節手段３の出力に加算合成する。

他方のＦＦ信号ＦＦ、はＦＦモデル単位伝達関数手段９
を経由させた後、減算手段１０にて関数手段９の出力・
をＦＦ信号ＦＦ、で減算し、得られた減算値をＦＦ制御
の動特性補償信号として前記加算手段６に導いて信号変
換手段５の出力に加算合成し、最終操作信号として制御
対象２に印加する構成である。

（発明が解決しようとする課題） 従って、以上のようなＦ　Ｆ／Ｆ　Ｂ制御装置において
は、全体として外乱の影響を抑制する機能は持っている
が、第４図に示す如く急峻な外乱りが入ったとき、ＦＦ
制御機能が完全に応答するまでの過度状態の間にＦＢ制
御が早く修正し過ぎるために、その制御量は第４図の（
ロ）に示すように乱れて応答時間が長くかかる問題があ
る。

特に、今後のプラント運転の高速化、フレキシブル化お
よび高品質化に対処するとき、以上のような課題を早急
に解決することが要望されている。

本発明は以上のような課題な解決するためになされたも
ので、急峻な外乱変化に伴う過度状態の制御性を容易に
改善しうるＦ　Ｆ／Ｆ　Ｂ制御装置を提供することを目
的とする。

［発明の構成コ （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、目標値と制御対象
からの制御量との偏差に基づいて少なくとも速度形ＰＩ
調節演算を行う調節手段と、外乱が制御量に影響を及ぼ
さないように先回りして外乱の影響と逆影響の操作量を
得るフィードフォワード制御手段とで構成され、これら
両手段の出力を組合せ合成した操作信号を印加して制御
対象を制御するＦＦ（フィードフォワード）／ＦＢ（フ
ィードバック）制御装置において、予め前記制御対象に
近似した特性の制御対象モデルが設けられ、前記フィー
ドフォワード制御手段のフィードフォワード信号を前記
制御対象モデルを通して出力する制御対象モデル手段と
、予め所定の数値に対応してメンバーシップ関数が設定
され、前記制御対象モデル手段の入・出力差の絶対値ま
たは当該入・出力差に応じた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
プ関数を前記調節手段の出力に乗算してなる構成である
。

（作用） 本発明は以上のような手段を講じたことにより、外乱信
号から求めたフィードフォワード信号を制御対象に近似
した特性の制御対象モデル手段を通した後、このフィー
ドフォワード信号と制御対象モデル手段の出力との差に
応じてメンバーシップ関数を出力してＦＢ制御系のＰＩ
調節手段の出力に乗算することにより、外乱変化直後に
メンバーシップ関数によってＦＢ制御を完全に制限し、
前記差が小さくなるにしたがって徐々にＦＢ制御を生か
すことにより、過度状態の制御性を改善することができ
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５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、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、この装置は、係数手段７の出力側或いは入力
側に予め実験等によって得られた制御対象２の特性に近
似する制御対象モデルの単位伝達関数手段１１が設けら
れ、前記フィードフォワード信号ＦＦ、を単位伝達関数
手段１１を通して制御対象２の状態出力を取り出す。さ
らに、単位伝達関数手段１１の出力側に減算手段１２を
設けるとともに、この減算手段１２の出力側に絶対値手
段１３を設け、単位伝達関数手段１１の出力とフィード
フォワード信号ＦＦ、との差δの絶対値δ１を取り出す
構成であること。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１３から得られる絶対値１δ１に応じたメン
バーシップ関数ｍ（δ）を出力するファジー係数設定手
段１４が設けられ、さらにファジー係数設定手段１４で
得られたメンバーシップ関数ｍ（δ）と前記速度形ＰＩ
Ｎ節手段２の出力とを乗算する乗算手段１５が設けられ
ている。

なお、この絶対値手段１３やファジー係数設定手段１４
は抵抗、コンデンサおよび半導体等からなるハードウェ
アで実現してもよく、或いはコンピュータを用いてソフ
トウェアで実現してもよい。

次に、第２図は本発明の他の実施例を示す構成図である
。すなわち、この実施例は、第１図の構成から絶対値手
段１３を除去するとともに、減算手段１２の出力である
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）を設定するファジー係数設定手段２１を設けた構成
である。勿論、正負間でそれぞれ異なるメンバーシップ
関数ｍ（δ）を設定できることは言うまでもない。

次に、以上のような装置の動作について説明する。この
種の制御装置では、第３図に示す如くＦＦ制御手段３１
の外乱補償機能は量、物質収支。

熱収支のバランスをとる「静特性補償分３１ａ」と外乱
補償の進み・遅れを調整する［動特性補償性３１ｂ」と
に大別され、これ、ら２つの補償分が加算手段３２で加
算合成され、さらに加算手段３４にて合成外乱補償分が
目標値Ｓｖと制御量ＰＶとの偏差Ｅを零とするようなＦ
Ｂ制御手段３３の出力とを加算合成し、この合成信号が
操作信号として制御対象２に印加する構成となっている
。

ここで、急峻な外乱が入った場合について考えてみると
、ＦＦ制御で折角外乱を抑制するような予測演算を行っ
て外乱補償分を得た後、制御対象２に印加するものであ
るが、未だ完全に応答していない間にＦＦ制御モデル等
の誤差によって偏差Ｅが生じることから、ＦＢ制御手段
３３が不必要で、かつ、有害な出力信号をＦＦ制御系に
重畳され、その結果、過度的に制御が乱れる。特に、Ｆ
Ｂ制御系の基本は操作信号の妥当性を、操作信号を与え
た結果の応答による偏差によって判断し、さらに次の操
作信号を決定することになる。つまり、従来のＦＢ制御
とＦＦ制御との組合せでは、両者が互いに独立しており
、ＦＢ制御ではＦＦ制御が補償信号を出したことを認識
できず、ＦＦ制御の応答途中の無駄時間や時定数の誤差
による偏差により、不必要、かつ、有害な出力信号をＦ
Ｆ制御に重畳してしまい、結果として過度的に制御が乱
れることになる。

そこで、以上の問題を改善する手段として、急峻な外乱
が発生したときのＦＦ制御動作中にＦＢ制御をメンバー
シップ関数ｍ（δ）で制限し、ＦＦ制御による応答が充
分現われてきてからＦＢ制御を順次生かして、ＦＦ制御
の予測誤差によるズレを補正すればよい。

これを実現するためには例えば第１図に示すδは、 δ−［１−ｇｐ　　（Ｓ）］　　・　ＦＦ、　　　　　
　・・・　（４）となり、ＦＦ信号ＦＦ、がステップ状
に大きさａだけ変化したときにはδは先ずａとなり、そ
の後、制御対象モデルの単位伝達関数ｇｐ（Ｓ）の特性
に従って漸次零になる。このことは、δの大きさを監視
しておけば、ＦＦ制御が応答中であるか否かが分かり、
かつ、δの大きさに応じてＦＢ制御をどの程度生かすか
を決めるメンバーシップ関数ｍ（δ）を出力し、このｍ
（δ）をＦＢ制御、つまり速度形ＰＩ調節手段３の出力
信号ΔＣ０に乗ずればよいことになる。

さらに、以上の関係についてより具体的に説明する。今
、実質のＦＢ制御における乗算手段１５の出力は、 ΔＣ＊　’　＝　ｍ　（δ）・ΔＣ，−（５）で表され
る。

しかして、以上の状態において急峻な外乱の変化があっ
たとき、係数手段７の出力であるＦＦ信号ＦＦ、が直接
および制御対象モデルの単位伝達関数手段１１を通って
減算手段１２に送られる。

ここで、減算手段１２ではＦＦ信号ＦＦ、と単位伝達関
数手段１１の出力との差δを求めた後、絶対値手段１３
によってその差δの絶対値１δ１を取り出し、ファジー
係数設定手段１４に導入する。

しかし、外乱の変化直後は、その差δが大きいことから
、 δ２≦１δ１　　　　　　　　　　　　・・・（６）な
る関係となり、ファジー係数設定手段１４からのメンバ
ーシップ関数がｍ（δ）−〇となるので、ＦＢ制御系の
乗算手段１５の乗算出力は、Δｃ、’−ｏ　　　　　　
　　　　　　・・・（７）となる。従って、この急峻な
外乱変化の直後の場合にはＦ’Ｂ制御が完全に制限され
る。

その後、時間の経過に従って、ＦＦ制御による制御対象
モデルの単位伝達関数手段１１の応答が現われてくると
、減算手段１２からの差δが徐々に小さくなり、 δ、≦１δ１くδ２　　　　　　　　・・・（８）なる
関係になると、ファジー係数設定手段１４からのメンバ
ーシップ関数が０くｍ（δ）く１となるので、ＦＢ制御
系の乗算手段１５の乗算出力は、ΔＣｌ　　−ｍ（δ）
・ΔＣ，・・・（９）となる。従って、このＦＦ制御に
よる応答中、ＦＢ制御は予め定めた「０〜１」のメンバ
ーシップ関数ｍ（δ）に基づいて制限されることになる
。

さらに、ＦＦ制御がほぼ完全に応答しつつある時点では
、減算手段１２の差δが小さくなって、０≦１δ１くδ
１　　　　　　　　・・・（１０）となり、メンバーシ
ップ関数がｍ（δ）−１となるので、ＦＢ制御系の乗算
手段１５の乗算出力は、ΔＣ１１′−ΔＣ８・・・（１
１） となる。従って、この場合にはＦＦ制御がほぼ完全に応
答し終ったので、ＦＢ制御を生かすことになる。

従って、以上のような実施例の構成によれば、例えば外
乱がステップ状に変化したとき、ＦＢ制御のみのときの
操作量ＭＶが第４図の（イ）となり、これに対する制御
量Ｐｖの応答は同図（ａ）となり、また、従来のＦ　Ｆ
／Ｆ　Ｂ制御のときには操作量ＭＶ変化は第４図の（ロ
）となり、これに対する制御量Ｐｖの応答は同図（ｂ）
のようになる。

これに対し、本発明装置では、ＦＦ制御の応答中にはメ
ンバーシップ関数を適宜に設定したファジー係数を用い
てＦＢ制御を制限し、ＦＦ制御がほぼ完全に応答してか
らＦＢ制御を１００％生かすように組合せることにより
、その操作量ＭＶの変化は第４図の（ハ）となり、これ
に対する制御量Ｐｖの応答は同図（ｃ）のようになり、
制御量Ｐｖが従来に比して非常に速い時間で整定する。

因みに、第４図に示す操作量ＭＶ変化の（ロ）と（ハ）
の差（斜線部分）がＦＢ制御による乱れを示している。

なお、上記実施例ではＰＩ調節演算について述べたが、
ＰＩＤ調節演算の場合でも同様に適用できる。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。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、外乱が急峻な変化
をしたときの応答特性を大幅に改善でき、よって今後の
本格的なフレキシブル化に充分に対処でき、超自動化対
応のプラント全体に適用することによりプラント運転特
性の改善に大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるＦ　Ｆ／Ｆ　Ｂ制御装置のブロ
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ＦＦ制御とＦＢ制御との関係を
説明する図、第４図は従来装置と本発明装置とを比較す
るための応答特性図、第５図は従来装置のブロック構成
図である。 １・・・偏差演算手段、２・・・制御対象、３・・・Ｐ
ＩまたはＰＩＤ調節手段、４，６・・・加算手段、５・
・・位置影信号変換手段、７・・・係数手段、８・・差
分演算手段、９・・・ＦＦモデル単位伝達関数手段、１
０・・・減算手段、１１・・・制御対象モデルの単位伝
達関数手段、１２・・・減算手段、１３・・・絶対値手
段、１４・・・ファジー係数設定手段、１５・・・乗算
手段、２１・・・ファジー係数設定手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 目標値と制御対象からの制御量との偏差に基づいて少な
   くとも速度形ＰＩ調節演算を行う調節手段と、外乱が制
   御量に影響を及ぼさないように先回りして外乱の影響と
   逆影響の操作量を得るフィードフォワード制御手段とで
   構成され、これら両手段の出力を組合せ合成した操作信
   号を印加して制御対象を制御するＦＦ（フィードフォワ
   ード）／ＦＢ（フィードバック）制御装置において、予
   め前記制御対象に近似した特性の制御対象モデルが設け
   られ、前記フィードフォワード制御手段のフィードフォ
   ワード信号を前記制御対象モデルを通して出力する制御
   対象モデル手段と、予め所定の数値に対応してメンバー
   シップ関数が設定され、前記制御対象モデル手段の入・
   出力差の絶対値または当該入・出力差に応じたメンバー
   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前記調節手段の出力に乗算す
   るようにしたことを特徴とするＦＦ／ＦＢ制御装置。