JPH0421002A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、温度調整制御、サーボモータ駆動制御等のプ
ロセス制御を行う制御装置に関し、特に二自由度ＰＩＤ
制御装置の如きｎ自由度の線形制御装置を含むプロセス
制御装置に関するものである。

（従来の技術） 温度調整制御、サーボモータ駆動制御等のプロセス制御
を行うプロセス制御装置として、閉ループによるフィー
ドバック制御以外に、制御目標値に基くフィードフォワ
ード制御を行う三自山度ＰＩＤ制御装置の如きｎ自由度
線形制御装置は従来よりよく知られている。

上述の如き二自山度線形制御装置に於ては、制御目標値
Ｒから制御量Ｙへの伝達関数Ｙ／Ｒ＝ＧＲ（Ｓ）と、操
作量Ｕから制御量Ｙへの伝達関数Ｙ　／　Ｕ　＝　Ｇ　
ｔ：　　（ｓ　）とが各々個別に設定され得ることによ
り、制御目標値に対して追随性を高め、外乱に対しては
不感にすることにより、制御１」標値に対する高感度特
性とラインノスル等による外乱に対する低感度特性とを
併せ持つ優れた制御性能が得られる。

（発明か解決しようとする課題） 従来の三自由度の線形制御装置に於て、１−述の如き優
れた制御性能か得られるのは制御対象が線形特性を有し
ている場合であり、非線形特性であれば、制御性能が低
下する場合かある。例えは制御対象の制御量がｌ標値近
傍では変動し易く、制御目標値より離れた領域では変動
し難いといった非線形特性を有していると、従来の三自
由度線彩制御装置に於て、制御目標値より離れた領域に
て所要の制御量の変動か得られるべく、ゲイン設定がさ
れると、制御目標値近傍ではゲインが大きくなり過ぎ、
振動を生じる虞れがある。

これに対し従来の線形制御装置に於ては、多くの場合、
−度ゲインが設定されれば、これは人為的な操作を加え
ない限り変化せず、このため、むだ無駄時間や非線形性
か強い場合には所要の制御性能が得られない場合がある
。

」二連の如き不具合に鑑みてオペレータによる手動操作
により、制御目標値より離れた領域に於けるゲインと制
御目標値近傍に於けるゲインとを各々個別に調整するこ
とが行われているが、しかしこの作業は非常に煩雑なも
のであり、しかもそのゲイン設定は難しく、時間が掛か
り、更にはゲイン切換えのタイミングを見極めることが
難しく、これが適切に行われないと、振動が生じたりす
る等、より一層制御性能が低下する虞れがある。

即ち、従来の二自由度線形制御装置に於ては、固定ゲイ
ンでは、結局、大きい非線形特性に対処できないと云う
ことである。

本発明は、上述の如き不具合に鑑み、むだ時間や非線形
性が強い場合に於ても、人為的操作を必要とすることな
く、即ち人為的なゲイン切換え操作を必要とすることな
く、優れた制御性能を示すプロセス制御装置を提供する
ことを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上述の如き目的は、本発明によれば、ｎ自由度の線形制
御装置と、制御偏差に基いてファジィ推論により前記線
形制御装置の操作量出力ゲインを調整する出力ゲイン調
整用ファジィ制御装置とを有していることを特徴とする
プロセス制御装置によって達成される。

（作用） 上述の如き構成によれば、制御偏差に基いてファジィ推
論により線形制御装置の操作量出力ゲインが適正値に自
動調整される。

（実施例） 以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

第１図は本発明によるプロセス制御装置の基本的構成を
示している。本発明によるプロセス制御装置は、二自由
度の線形制御装置として、比例・微分操作量演算手段１
０と、積分操作量演算手段１２と、フィードフォワード
操作量演算手段１４とを有している。

比例・微分操作量演算手段１０は、制御対象（プラント
）１６よりの制御量Ｙと制御目標値Ｒとの制御偏差ｅを
加え合せ点１８より与えられ、この制御偏差ｅに基いて
比例操作量と微分操作量とを演算し、その合計の操作量
をゲイン設定器２０へ出力するようになっている。

微分操作量演算手段１２は、加え合せ点１６より制御偏
差ｅを与えられ、この制御偏差ｅに基いて積分操作量を
演算し、積分操作量をゲイン設定器２２へ出力するよう
になっている。

フィードフォワード操作量演算手段１４は、制御目標値
Ｒを与えられ、この制御目標値Ｒに基いてフィードフォ
ワード操作量を演算し、フィードフォワード操作量をゲ
イン設定器２４へ出力するようになっている。

ゲイン設定器２０は、比例・微分出力ゲインαを設定さ
れて、出力ゲインαにより出力調整された比例・微分操
作量を加え合せ点２６へ出力し、ゲイン設定器２２は微
分操作量出力ゲインβを設定されて、この出力ゲインβ
により調整された微分操作量を加え合せ点２６へ出力す
るようになっており、もう一つのゲイン設定器２４は、
フィードフォワード操作量出力ゲインγを設定されて、
出力ゲインγにより調整されたフィードフォワード操作
量を加え合せ点２６へ出力するようになっている。

加え合せ点２６は、三つのゲイン設定器２ｏ、２２．２
４よりの各々の操作量を互いに加え合せ、総合の操作量
Ｕを制御対象１６に与えるようになっている。

本発明によるプロセス制御装置は、上述の如き二自由度
線形制御装置以外に、出力ゲインを調整するためのファ
ジィ推論部２８を備えている。ファジイ推論部２８は、
ファジィコンピュータ、或いは一般的なマイクロコンピ
ュータにより構成されていてよ（、制御偏差ｅと微分器
３０より制御偏差ｅの微分値（速度偏差）合を与えられ
、これらを入力要件として、第２図に示されている如き
ファジィルールに従って出力ゲイン修正値であるファジ
ィ推論出力ｆを発生するようになっている。

この場合の入力要件である制御偏差ｅとこれの微分値台
の各々の入力メンバーシップ関数の一例が第３図に示さ
れており、またファジィ推論出力ｆの出力メンバーシッ
プ関数の一例が第４図に示されている。

尚、第２図乃至第４図に示されたファジィルール或いは
メンバーシップ関数に於ては、言語情報として、ＮＢ、
ＮＳ％ＺＲＳＰＳ、ＰＢが用いられており、ＮＢは負に
大きい、ＮＳは負に小さい、ＺＲはおおよそ零、ＰＳは
正に小さい、ＰＢは正に大きいことを示すファジィラベ
ルである。

ファジィ推論部２８が発生するファジィ推論出力ｆはフ
ァジィ推論出力ゲイン設定器３２へ出力される。ファジ
ィ推論出力ゲイン設定器３２は、制御目標値Ｒを与えら
れて制御目標値Ｒに応じて出力ゲインの変動幅を設定す
べく、ファジィ推論出力ゲインＫを制御目標値Ｒに応じ
て定められ、これによりゲイン調整されたファジィ推論
出力Ｋ・ｆを線形操作量出力ゲイン調整器３４へ出力す
るようになっている。

線形操作量出力ゲイン調整器３４はα＝に−ｆ＋１なる
演算を行って線形操作量出力ゲインαを調整し、これを
ゲイン設定器２０へ出力するようになっている。

これによりゲイン設定器２０の出力ゲインαはゲイン調
整器３４により定められる出力ゲインαに可変設定され
るようになる。

出力ゲインαは、ファジィ推論部２８によるファジィ推
論により、制御偏差ｅ及びこれの微分値ｄに応じて定め
られることにより、制御偏差ｅが負に大きく、それの微
分値ｄ、即ち速度偏差が概ね零である場合には、ファジ
ィ推論出力ｆはＰＳとなり、これによってＩぐ（ＰＳ）
だけ線形操作量の、換言すれば閉ループの出力ゲインα
が大きくなって立上りが早くなり、これに対し制御偏差
ｅが負に小さく、速度偏差ｄが正に大きい場合には、フ
ァジィ推論出力ｆはＮＳとなり、閉ループの出力ゲイン
αがＫ（ＮＳ）分だけ小さくなり、これによって制御偏
差に対してやや不感になる。また制御偏差ｅが概ね零で
、速度偏差ｄが正に小さい場合には、ファジィ推論出力
ｆはＮＳとなり、閉ループの出力ゲインαはＫ　（ＮＳ
）分た′け小さくなり、これによってオーバシュートが
小さくなる。

尚、上述の実施例に於ては、出力ゲインαをファジィ推
論により調整するようになっているが、出力ゲインβ、
γについても、同様にファジィ推論により調整されるよ
うになっていてもよい。

−上述の如く、閉ループの出力ゲインαが制御偏差及び
速度偏差に適用して変化することにより、第５図に示さ
れている如く、立上りが早く、しかもオーバシュートが
少なく、振動を生じない理想的な制御特性が得られるよ
うになる。

（発明の効果） 以−にの説明から理解される如く、本発明によるプロセ
ス制御装置に於ては、制御偏差に基いてファジィ推論に
より線形制御装置の操作量出力ゲインが適正値に自動調
整されるから、むだ時間や非線形特性が強い場合に於て
も人為的なゲイン切換え操作を必要とすることなく優れ
た制御性能が得られ、また定常時のりプルを小さく、立
上りを早くできるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプロセス制御装置の一つの実施例
を示すブロック線図、第２図は本発明によるプロセス制
御装置に用いるファジィ推論ルールの一例を示すファジ
ィルールテーブル図、第３図は入力メンバーシップ関数
の一例を示すグラフ、第４図は出力メンバーシップ関数
の一例を示すグラフ、第５図は本発明による場合と従来
による場合の制御応答特性を示すグラフである。 １０・・・比例・微分操作量演算手段 １２・・・積分操作量演算手段 １４・・・フィードフォワード操作量演算手段１６・・
・制御対象 ２０．２２．２４・・・ゲイン設定器 ２８・・・ファジィ推論部 ３４・・・出力ゲイン調整器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ｎ自由度の線形制御装置と、制御偏差に基いてファ
   ジィ推論により前記線形制御装置の操作量出力ゲインを
   調整する出力ゲイン調整用ファジィ制御装置とを有して
   いることを特徴とするプロセス制御装置。