JPH0444102A - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、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、プロセス量のオーバーシ
ュートを効果的に抑制できるようにした調節計に関する
ものである。

〈従来技術〉 第７図は従来公知の調節計の構成概念図を示したもので
ある。

プロセス量の目標設定値であるＴＳＰ及びプロセス量Ｐ
■かＩ）　Ｔ　Ｉ）制御演算部１に入力される。

ＰＩＤ制御演算部１は、目標設定値ＴＳＰとプロセス量
Ｐｖとの偏差に比例、積分、微分演算を施し、制御操作
量を演算して、これを例えば電気炉のようなプＴ７７セ
ス２に出力し、最終的にプロセス量が目標設定値ＴＳＰ
に一致するように制御する。

なお、目標設定値”ｒ　ｓ　ｐを変化率規制部に入力し
て一定割合て増加（または減少）する設定値を得て、こ
の設定値をＰＩＤ制御演算部１に入力するような構成も
ある。

この様な構成の調節計では、プロセス量Ｐ■のオーバー
シュートを防止することが重要である。

ずなわぢ、プＩ：′７セス景は１」標設定値′ｒ’　ｓ
　ｐに漸近して、このＴＳＰを越えないようにしなけれ
はならない。

第８図（Ａ）〜（Ｄ）は制御の一例を表わす波形図であ
り、Ｐ　Ｖはプロセス量、ＯＵＴは操作量の変化を表わ
す。また、時刻しＯで目標設定値′ｒＳＰが印加される
ものとする。目標設定値Ｔ’　Ｓ　Ｐが印加されると、
直ちに制御操作量ＯＵＴが出力され、プロセス量Ｐｖが
漸近的に目標設定値′ＦＳＰに接近する。オペレータは
経験を積むことによってプロセス基Ｐ■の変化の状態か
ら、オーバーシュー１−の有無を判定する事が出来る。

例えば、（Ａ）の場合はオーバーシュー１−する危険性
（ＮＧで表わす）を、（Ｂ）の場合はオーバーシュー１
〜しないこと（Ｇで表わす）を判定づる事が出来る。同
様にして、（Ａ＞、（Ｂ）と異なる時点（Ｃ）、（Ｄ）
においても、（Ｃ）はオーバーシュー１へする危険性を
（ＮＧ）、（Ｄ）はしないこと（Ｇ）を判定することか
出来る。

第９図は第８図より応答の速い例を示す波形図である。

この場合も、オペレータは経験により＜Ａ）、（Ｃ）は
オーバーシュー１への危険性を（ＮＧ）、（Ｂ）、（Ｄ
）はしないこと（Ｇ）を判定することが出来る。オペレ
ータはオーバーシュートする危険性を察知した時は、電
気炉のし−タ電源の電圧を下げる等の処置を行って、オ
ーバーシュー１〜を防止するようにする。

〈発明が解決すべき課題〉 しかしながら、この様な調節計においては、オペレータ
が経験によりプロセス量のオーバーシュートの危険性を
察知するものであるため、オペレータか常についていな
ければならず、省力化が出来ないという課題かあった。

また、オーバーシュー１〜の危険性を察知するには経験
が必要であるため、初心者には扱い難いという課題もあ
った。

この様な課題を解決するための新しい発想に基づく調節
計を提案した（Ｍ願才１．−２６２５３１号）。

この調節計は、目標設定値及びプロセス量が入力される
副制御部を設け、この副制御部によりプロセス量が目標
設定値に整定する状況を監視し、補助設定値を所定の演
算により求め、これを制御演算部に印加することにより
、プロセス量のオーバーシュー１〜を防止するようにし
たちのである。

〈発明の［」的〉 この発明の目的は、この様な副制御部を設ｃ−ｔ、この
副制御部の介入により主制御演算部の動作を修正するよ
うに構成された新しい構成の調節１１において、副制御
部の主制御演算部への介入を、何時開始し、何時停止す
るかを最適のタイミングに決めることにより、プロセス
量のオーバーシュートを防止すると同時に、整定時間を
短縮することができる調節計を提供する事にある。

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、所定の演算を行い
制御操作量をプロセスに出力する主制御演算部を備えた
調節計において、 前記主制御演算部への入力量あるいは出力量を修正する
ことによりプロセス量の整定を改善する副制御部と、 この副制御部の前記主制御演算部への介入動作の開始／
停止を指示する動作指令手段とを設けて構成される。

く作用〉 副制御部は、主制御演算部の動作に介入することにより
その動作を修正させプロセス量のオーバシュー１〜を防
止すると共に、整定時間を短縮する。

動作指令手段は、目標設定値とプロセス量との偏差を第
１の評価量とし、所定時間当りのプロセス量の変化を第
２の評価量とし、第１の評価量と第２の評価量の差量に
関連して、副制御部の主制御演算部への介入開始指令を
行い、第１の評価量と第２の評価量の積量に関連して副
制御部の介入の停止指令を行う。

〈実施例〉 第１図に本発明に係る調節計の一実施例を示ず構成ブロ
ック図である。

第１図において、１は目標設定値’ｒ’　ｓ　ｐ及びプ
ロセス２からのプロセス量ＰＶが入力され、例えば比例
（１：）　）　、積分（Ｉ）、ｆｉ’＆分（Ｄ）などの
所定の制御演算を行って、制御操作ｉ　ｏ　ｕ　”Ｖを
プロセス２に出力するＰＴＤ制御演算部（主制御部）で
ある。

３は目標設定値ＴＳＰ及びプロセス量ＰＶが入力される
副制御部である。この副制御部３は、プロセスｉｐｖが
目標設定値Ｔ’　Ｓ　Ｐに整定する状況を監視し、その
結果に応じて目標設定値ＴＳＰを一時的に変更する補助
設定値ＳＳＰを発生ずる。

また、この補助設定値を除去した時に、必要に応じて制
御操作量ＯＵＴを維持するための補助操作量５ＯＵＴを
破線に示すように制御演算部１に出力したりする。

４はこの発明で特徴としている副制御部３によるＰＩＤ
制御演算部１への介入動作の開始／停止を指示する動作
指令手段である。この動作指令手段４は、目標設定値Ｔ
ＳＰとプロセス基ＰＶとを入力し、これらの偏差を第１
の評価量とし、所定時間当りのプロセス量の変化を第２
の評価量とし、第１の評価量と第２の評価量の差量に関
連して副制御部３に対して介入動作の開始指令を行い、
前記第１の評価量と第２の評価量の積量に関連して介入
動作の停止指令を行うように梠成しである。

この様に構成した調節計の動作を、次に説明する。

ＰＩＤ制御演算部１は、目標設定値ＴＳＰと補助設定１
ｓｓｐとの差（ＴＳＰ−３ＳＰ）と、プロセス２からの
プロセス量Ｐ■を入力し、その偏差ＤＶに対して通常の
ＰＩＤ演算を行う。

副制御部３は、目標設定値’ＶｓＰ（または設定値ＳＰ
）とプロセス量Ｐ■とを入力し、次の〈１）（２）式に
基づいてグ１クセス量Ｐｖのオーバーシュー１〜が起こ
りうるか（ＮＧ）　、起こらないかＣＧ＞を判定する。

ＤＶ≧に−ＤＰＶのときはＧ　・・・・・・・・・（１
）Ｄ　Ｖ　＜　Ｋ・ＤＰＶのときはＮＧ　　・・・・・
・（２）Ｄｖ二目標設定値Ｔ”ＳＰ（または設定値ＳＰ
）とプロセス量ｐｖの偏差 Ｄ　Ｐ　Ｖ　：所定時間ｔＬ当りのプＴ）セス量ｐｖの
変化 に：定数 第２図は制御の一例を示したものであり、Ｐｖはプロセ
ス量、ＯＵＴは操作量、Ｔ　Ｓ　Ｉ）は目標設定値、Ｌ
ＡＧはプロセスに操作量が入力されてからプロセス基か
変化するまでの時間であるプロセスの等価無駄時間を表
わず。Ｋ＝２とすると、（Ａ）の場合はその先端部にお
いて Ｄ　　Ｖ　　＜　　Ｋ　　・　ＤＰＶ であるので前記（２）式から判定はＮＧとなり、オーバ
ーシュートか発生しうる。（Ｂ）はその先端部において
、 ＤＶ＞Ｋ　−ＤＰＶ となり、前記（１）式から判定はＧとなり、オーバーシ
ュートは発生しないと判断される。なお、所定時間ｔＬ
として、プロセスの等価熟駄時間ＬＡＧの１／２を用い
ている。

前記（１）、（２）式の判定は経験則によって導出した
ものである。プロセス量ＰＶが十分に立ち上がっていな
いとき、すなわちＤＶか大きいときは判定は常にＧとな
り、オーバーシュートの危険性はない。

副制御部３は、判定がＮＧのときはＰＩＤ制御演算部１
への設定値を、目標設定値’ｒ　ｓ　ｐから離すように
修正するだめの補助設定値Ｓ　Ｓ　Ｐを一時的に出力す
る準ｒ＋ｉｉｉを行う。また、Ｇの判定のときは目標設
定値Ｔ　Ｓ　Ｐに近付りるように修正した値を−時的に
出力する準備を行う。

第３図は、動作指令手段４の行う動作を示すフローチャ
ートである。

この動作指令手段４は、目標設定１ＴｓＰとプロセス量
ＰＶとを入力しており、はじめに、目標設定値ＴＳＰと
プロセス量Ｐ■との偏差ＤＶを演算する。また、所定時
間当りのプロセス量Ｐ■の変化量ＤＰｖを演算する。こ
こで、偏差ＤＶを第１の評価量、プロセス量Ｐ■の変化
量ＤＰＶを第２の評価量とする（ステップ１）。

次に、第１の評価量ＤＶと、第２の評価量ＤＰＶの差ｊ
ｌｌＤＶｌ−ＩＤＰＶ１を演算し、コノ差量が所定値以
下が判断するくステップ２，３）。

この様な判断は、偏差ＤＶが小さいときにプロセス量の
変化量ＤＰＶが大きい場合は、このままではオーバシュ
ー１〜が大きくなり整定に失敗すると判断している。そ
して、ステップ３において、差量ＩＤＶＩ−ＩＤＰＶＩ
が所定値以下の場合、は、副制御部３の動作指令を行う
フラグをｒｌ。

（オン）とするくステップ４）。

副制御部３は、フラグがオンになったのを受けて、例え
ば補助設定値ＳＳＰをＰＩＤ制御演算部１の入力側に印
加させ、ＰＩＤ制御演算部１への入力量を減少させるな
どして、プロセス制御に介入し、オーバシュートが生じ
るのを防止して、整定時間を短縮させる。

続いて、第１の評価量ＤＶと第２の評価量ＤＰ■の積ｉ
ＤＶネＰＤＶを演算し、この積量か所定値以下か判断す
る（ステップら）。

ステップ５において、積量ＤＶ＊ＰＤＶが所定値以下の
場合、副制御部３の動作指令を行うフラグを［ＯＪ　（
オフ）とする（ステップ６）。

副制御部３は、フラグがオフになったのを受けて、補助
設定値ＳＳＰの出力を停止する。これにより、副制御部
３のＰＩＤ制御演算部１への動作介入か停止する。

第４図は、第１の評価ｉＤＶと第２の評価量ＤＰ■の積
量ＤＶネＰＤＶか所定値以下（例えばゼロ以下）となっ
たと判断され、フラグが「オフ」になる場合の、目標設
定値ＴＳＰとプロセス量Ｐ■の関係を示す波形図である
。

（ａ）は、第１の評価量ＤＶがゼロ、第２の評価量ＤＰ
Ｖもゼロで、プロセス量Ｐ■が整定した場合であり、積
量ＤＶ＊ＰＤＶか所定値以下になったとき、フラグは［
オフＪに設定される。

（ｂンは、第１の評価量ＤＶが（−）、第２の評価量Ｄ
ＰＶが（＋）て゛、プロセス電ｐｖかオーバシュートし
た場合であり、積量ＤＶ＊ＰＤＶが所定値以下（０以下
）になったとき、フラグは「オフ」に設定される。

（ｃ）は、目標設定値ＴＰＳを人為的に変更した場合で
、差量ＩＤＶＩ−ＩＤＰＶＩが所定値以上となって、自
然解消的にフラグは「オフ」になる。

（ｄ）は、外乱によりプロセス量Ｐ■が変化し、ＤＶか
（−）、ＤＰＶが（＋）になった場合であッテ、積ＪＬ
　Ｄ　Ｖ　＊　ｐ　１）　ｙが所定値以下（０以下）に
なったとき、フラグは「オフ」に設定される。

（ｅ）は、（ｄ）と同じく外乱によりプロセス量Ｐ■が
変化した場合であって、ＤＶが（＋）　、　Ｄｐｖが（
−）となり、積量Ｄ■＊ＰＤｖが所定値以下（０以下）
になったとき、フラグは「オフｊに設定される。

（ｆ＞は、途中から、ＤＶが（＋）、ＤＰＶが（−）と
なった場合で、積量ＤＶ＊ＰＤＶが所定値以下（０以下
）になったとき、フラグは「オフ」に設定される。

これらの各状況において、副制御部の動作を指令するフ
ラグはいずれも「オフ」になり、副制御部３による介入
動作が停止し、ＰＩＤ演算制御部１だけによる通常の制
御状態に戻される。

また、副制御部３は次に起きる現象に備えることか可能
となる。

なお、第５図に示すように、プロセス量Ｐｖが目標設定
値ＴＳＰに向かって増加し、やがて整定しようとしてい
るような場合、偏差ＤＶとプロセス量の変化量ＤＰＶと
が共に減少しており、この様な場合には、副制御部３を
動作させるためのフラグをオンにさせることなく整定す
ることとなる。

この様な場合は、副制御部３の動作か必要なかったとい
うことを意味しており、問題はない。

第６図は、本発明を適用した場合のプロセス制御の特性
図である。

プロセス量Ｐ■か目標設定値ＴＳＰに接近する途中（■
）において、副制御部３が動作状態（オン）になり補助
設定値ＳＳＰが印加され、オーバシュートの防止と整定
時間の短縮を行っている。

また、外乱が入りその回復時（■、■）においても、副
制御部３が動作状態（オン）になり補助設定値ＳＳＰが
印加され、回復時間の短縮を行っている。

〈発明の効果〉 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、この
発明によれば、副制御部による制御演算部１への介入動
作の開始と停止のタイミングが最適になり、主制御演算
部への動作の介入が適切に行えるようになり、プロセス
巣のオーバーシュー１〜を効果的に防止すると共に、整
定時間を短縮させる動作を安定に行うことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図に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図は制御の一例を示す制御特性図、第３図
は動作指令手段の行う動作を示すフローチャート、第４
図は第１の評価量と第２の評価量の積１が所定値以下と
なったと判断され、フラグか「オフ」になる場合の目標
設定値とプロセス量の関係を示す波形図、第５図はプロ
セス量が目標設定値に向かって増加し、やがて整定しよ
うとしているような場合の動作を説明するための波形図
、第６図は本発明を適用した場合のプロセス制御の特性
図、第７図は従来公知の調節計の構成概念図、第８図は
制御特性の一例を表わす図、第９図は第８図より応答の
速い例を示す制御特性図である。 １・・・ＰＩＤ制御演算部、２・・・プロセス、３・・
・副制御部、 ４・・・動作指令手段 図 （△） 丁５Ｐ （Ｂ） ５Ｐ （Ｃ） ＴＳρ （Ｄ） ＳＰ ｔ。 ｔ。 −〉時開 ＝１３− 図 （Ａ） ＣＢ） （こ） （Ｄ） ＳＰ ／ ＳＰ ノ

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、所定の演算
   を行い制御操作量をプロセスに出力する主制御演算部を
   備えた調節計において、 前記主制御演算部への入力量あるいは出力量を修正する
   ことによりプロセス量の整定を改善する副制御部と、 この副制御部の前記主制御演算部への介入動作の開始／
   停止を指示する動作指令手段と を設け、 前記動作指令手段は、 目標設定値とプロセス量との偏差を第１の評価量とし、
   所定時間当りのプロセス量の変化を第２の評価量とし、
   前記第１の評価量と第２の評価量の差量に関連して介入
   動作の開始指令を行い、前記第１の評価量と第２の評価
   量の積量に関連して介入動作の停止指令を行うことを特
   徴とする調節計。
2. （２）副制御部の主制御演算部への介入動作として、補
   助設定値をプロセス量の変化量に関連して与え、補助操
   作量を目標設定値とプロセス量との偏差がゼロに至る以
   前に一時的に与えるようにしたことを特徴とする請求項
   第（１）項記載の調節計。
3. （３）副制御部は、プロセスの等価無駄時間を参照し、
   前記補助設定値の大きさを決めるようにしたことを特徴
   とする請求項第（２）項記載の調節計。