JPH0580804A - 調節計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】幅広いプロセスに対応することが可能となり、
炉内の被処理物の物量や配置などの違いがあっても最適
制御を行うことができるようにする。 【構成】ステップ応答の立ち上がり特性に関わる勾配
（Ｒ）の単位時間当りの遷移量の最大量（ＤＲ）を求め
る勾配最大量検出手段と、この最大量検出手段で得られ
た最大量（ＤＲ）と勾配（Ｒ）とを用いて加速所要時間
（Ａ）を演算する加速所要時間計算手段とを設け、微分
演算（微分時間）パラメータを前記加速所要時間（Ａ）
の比例量として採用するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理用のバッチ炉な
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、バッチ毎の炉内の被処理物の物量や配置などの
違いによって生ずるいわゆるプロセスの特性変動に対処
するための適応方式の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来公知の調節計の構成概念図
である。１はプロセス量ＰＶとその目標設定値ＳＰとを
入力し、ＰＩＤ制御演算を行うＰＩＤ制御演算部、２は
炉等の対象プロセスで、制御演算部１からの制御出力Ｍ
Ｖによって制御されている。３はプロセス量ＰＶを入力
し、その応答状況に応じて制御演算部１に設定するＰＩ
Ｄパラメータを演算し、それらを設定するパラメータ演
算部である。このパラメータ演算部３において、Ｌ，Ｒ
はプロセス量ＰＶの無駄時間，勾配を表す記号で、これ
らを各ブロック３１，３２で検出し、それに基づいて比
例帯（ＰＢ），積分時間（ＴＩ），微分時間（ＴＤ）な
どの各パラメータを各ブロック３５，３６，３７で計算
する。

【０００３】制御演算部１は、スタート／ストップ指令
手段４からのスタート指令を受け、プロセス２へ最大出
力（ＭＶ＝１００％）を出力し、炉の昇温を行う。パラ
メータ演算部３は、昇温過程でのプロセス量ＰＶの変化
（ステップ応答）から、制御に最適のパラメータを計算
し、それらを制御演算部１に提供する。これにより制御
演算部１は、プロセス２の状況に応じた最適なパラメー
タに従って制御演算を行い、プロセスを制御することが
できる。

【０００４】図４（ａ）〜（ｄ）は、従来装置における
ステップ応答を示す制御特性線図で、プロセス量ＰＶの
変化、その勾配Ｒや無駄時間Ｌ、これらの値に基づいて
計算された比例帯（ＰＢ），積分時間（ＴＩ），微分時
間（ＴＤ）などの各パラメータ値の変化をプロットして
いる。なお、これらの図で絶対量の表記は省略してい
る。

【０００５】これらの図の中で、（ａ），（ｂ），
（ｃ）では、勾配Ｒの量は類似しており、（ａ）は相対
的に無駄時間Ｌが小さく、（ｄ）では相対的に勾配Ｒが
小さく、無駄時間Ｌが他に比べて大きくなっている。勾
配Ｒが上昇して、最大値を保持する状況は、（ｄ）の場
合のプロセス量ＰＶの湾曲した上昇カーブと対比して見
ると、勾配Ｒがはじめに上昇してやがてプロセス量ＰＶ
の上昇が止むことが理解される。（ｃ），（ｄ）におい
ては、無駄時間Ｌの修正がなされている。この無駄時間
Ｌは一般的に、Ｌ＝経過時間−（ＰＶ／Ｒ）で求められ
る。従って、勾配Ｒの上昇で大きくなり、やがて増加が
止む。

【０００６】（ａ），（ｂ）では、プロセス量ＰＶの上
昇カーブの湾曲が少ないために、（ｃ），（ｄ）のよう
に加速に時間を要する場合と違って、無駄時間Ｌはプロ
セス量ＰＶの立ち上がり時点で直ちに決定される。

【０００７】このように、プロセス量ＰＶが上昇して行
く過程で、勾配Ｒや無駄時間Ｌをプロセスの特徴を示す
指標として取得することにより、そのプロセスに適した
パラメータを、例えば以下のような計算式で求めること
ができる。

【０００８】 ＰＢ＝Ｋ１×Ｌ×Ｒ …（１） ＴＩ＝Ｋ２×Ｌ …（２） ＴＤ＝Ｋ３×Ｌ …（３） ただし、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は定数

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような従来装置
は、プロセス特性が幅広く変動するバッチ炉等に適用し
た場合、一律の定数では適用が困難になり、図５の
（ｃ），（ｄ）に示すように整定時間が長くなるという
課題があった。

【００１０】ここで、図４の（ｃ），（ｄ）に示すよう
に整定時間が長くなる傾向に対する対策として、例えば
Ｉの上昇が遅いのでそれが悪いと考える場合は、積分時
間ＴＩに係わる（２）式の定数Ｋ２を小さくする対策で
ある。また、比例帯が狭すぎて振動気味になっていると
考える場合は、比例帯ＰＢに係わる（１）式の定数Ｋ１
を大きくする対策である。さらに、制動が不足している
と考える場合は、微分時間ＴＤに係わる（３）式の定数
Ｋ３を大きくする対策である。

【００１１】いずれも特徴ある効果が出るが、次のよう
な問題がある。すなわち、定数Ｋ１〜Ｋ３を変えると、
（ａ）〜（ｄ）の全部に影響が出て、満足している特性
を逆に悪化させることがある。また、無駄時間Ｌや勾配
Ｒを見て、例えば（ｂ）と（ｃ）の特性の区別は不可能
で、プロセスの特性から定数の使い分けを考えることが
できない。

【００１２】図５は、図４の（ａ）〜（ｄ）の特性を整
理して相対比較した図である。ここでは、数値の絶対量
は表記を省略してあるが、例えば無駄時間Ｌを５．０秒
と考えても、５分と考えても相対比較上は問題とならな
い。Ｌ／Ｔはいわゆる等価無駄時間／等価時定数比であ
る。

【００１３】本発明は、この様な点に鑑みてなされたも
ので、バッチ炉等における被熱処理物の物量や配置の違
いなどによって生ずる特性変化に適応して、良好な温度
制御が行える調節計を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この様な課題を解決する
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出力をプロセスに送
出する制御演算部と、プロセス量を入力しそのステップ
応答の立ち上がり特性に関わる無駄時間（Ｌ）と、勾配
（Ｒ）とをプロセスの評価指標として得て、前記制御演
算部に設定する比例，積分，微分演算のパラメータを設
定するパラメータ演算部とを備えた調節計において、ス
テップ応答の立ち上がり特性に関わる勾配（Ｒ）の単位
時間当りの遷移量の最大量（ＤＲ）を求める勾配最大量
検出手段と、この最大量検出手段で得られた最大量（Ｄ
Ｒ）と勾配（Ｒ）とを用いて加速所要時間（Ａ）を演算
する加速所要時間計算手段とを設け、微分演算（微分時
間）パラメータを前記加速所要時間（Ａ）の比例量とし
て採用するようにしたことを特徴とする調節計である。

【００１５】

【作用】本発明の調節計においては、プロセスを同定す
る評価指標として、ステップ応答の立ち上がり特性に関
わる無駄時間Ｌと勾配Ｒとの他に、勾配Ｒの単位時間当
りの遷移量の最大量ＤＲと勾配Ｒを用いて計算される加
速所要時間Ａの概念を採用し、それを微分時間のベース
とするようにしたもので、これによりプロセス特性の変
動に柔軟に対応することが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説
明する。図１は、本発明の一実施例の構成ブロック図で
ある。図において、図３の各部分と同じものには同一の
符号を付して示してある。１は目標設定値ＳＰ及びプロ
セス２からのプロセス量ＰＶを入力し、比例演算，積分
演算，微分演算を行い制御出力ＭＶをプロセス２に送出
する制御演算部、３はプロセス量ＰＶを入力し、そのス
テップ応答の立ち上がり特性に関わる無駄時間Ｌと、勾
配Ｒとをプロセスの特徴を示す評価指標として得て、制
御演算部１に設定する比例，積分，微分演算のパラメー
タを設定するパラメータ演算部である。

【００１７】このパラメータ演算部３において、３１は
プロセス量ＰＶのステップ応答の立ち上がり特性におい
て、無駄時間Ｌを検出する検出手段、３２は同じく勾配
Ｒを検出する検出手段で、これらの各手段は従来装置に
設けられているものと同じものである。また、３５は積
分時間ＴＩを計算する手段、３６は比例帯ＰＢを計算す
る手段で、これらは前述したように、プロセスの評価指
標として得た無駄時間Ｌ、勾配Ｒとを用いて（１），
（２）式に従い積分時間や比例帯が計算される。

【００１８】３３はステップ応答の立ち上がり特性に関
わる勾配Ｒの単位時間当りの遷移量の最大量ＤＲを求め
る勾配最大量検出手段で、例えば勾配Ｒの変化量をプロ
ットして行き、その最大値ＤＲを検出するように構成さ
れている。３４は最大量検出手段３３で得られた最大量
ＤＲと勾配Ｒとを用いて加速所要時間Ａを演算する加速
所要時間計算手段で、具体的には加速所要時間Ａは、
（４）式で計算される。

【００１９】 Ａ＝Ｒ／ＤＲ …（４） ここで得られた加速所要時間Ａは、微分時間計算手段３
７に与えられ、微分演算（微分時間）パラメータＴＤを
その比例量（ベース）として、（５）式に従って求める
ように構成してある。

【００２０】 ＴＤ＝Ｋ３×Ａ …（５） 従来装置においては、微分時間ＴＤは、（３）式に示さ
れるように無駄時間Ｌを用いて求めるようになっている
が、本発明においては、このように無駄時間Ｌに代えて
加速所要時間Ａを用いて得る点に特徴を有している。す
なわち、加速所要時間が小さいときは、いわゆるＰＩ制
御で問題がなく、また、無駄時間Ｌが大きいときは、微
分時間ＴＤを計算する従来装置に比べて、加速所要時間
Ａから微分時間ＴＤを計算する方がより適応力があると
するものである。

【００２１】図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の装置にお
けるステップ応答を示す制御特性線図で、プロセス量Ｐ
Ｖの勾配Ｒ，無駄時間Ｌ，加速所要時間Ａをそれぞれ検
出し、それらの値に基づく比例帯（ＰＢ），積分時間
（ＴＩ），微分時間（ＴＤ）などのパラメータの変化を
プロットしており、図５と対応関係になっている。

【００２２】これらの図の中で、（ｃ），（ｄ）では、
従来装置と変わらない積分時間ＴＩであるにもかかわら
ず、Ｉ出力量の上昇が順調であり、これは本発明の適用
により、Ｄの量がプロセス量ＰＶに制動を与えて大きな
偏差を残しながら、Ｉ出力量の上昇で徐々に偏差を縮小
させて行くことを示している。

【００２３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ればプロセスの特徴（動特性）を示す評価指標として、
新たに加速所要時間Ａという考え方を採用すると共に、
それを微分時間のベースとするようにしたもので、幅広
いプロセスに対応することが可能となり、炉内の被処理
物の物量や配置などの違いがあっても最適制御を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成ブロック図である。

【図２】本発明装置におけるステップ応答を示す制御特
性線図である。

【図３】従来公知の調節計の構成概念図である。

【図４】従来装置におけるステップ応答を示す制御特性
線図である。

【図５】図４の各特性を整理して相対比較した図であ
る。

【符号の説明】

１ 制御演算部 ２ プロセス ３ パラメータ演算部 ３１ 無駄時間検出手段 ３２ 勾配検出手段 ３３ 勾配最大量検出手段 ３４ 加速所要時間計算手段 ３５ 積分時間（ＴＩ）計算手段 ３６ 比例帯（ＰＢ）計算手段 ３７ 微分時間（ＴＤ）計算手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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出力をプロセス
   に送出する制御演算部と、プロセス量を入力しそのステ
   ップ応答の立ち上がり特性に関わる無駄時間（Ｌ）と、
   勾配（Ｒ）とをプロセスの評価指標として得て、前記制
   御演算部に設定する比例，積分，微分演算のパラメータ
   を設定するパラメータ演算部とを備えた調節計におい
   て、 ステップ応答の立ち上がり特性に関わる勾配（Ｒ）の単
   位時間当りの遷移量の最大量（ＤＲ）を求める勾配最大
   量検出手段と、 この最大量検出手段で得られた最大量（ＤＲ）と勾配
   （Ｒ）とを用いて加速所要時間（Ａ）を演算する加速所
   要時間計算手段とを設け、 微分演算（微分時間）パラメータを前記加速所要時間
   （Ａ）の比例量として採用するようにしたことを特徴と
   する調節計。
2. 【請求項２】 加速所要時間（Ａ）を、Ａ＝（Ｒ／Ｄ
   Ｒ）により計算することを特徴とする請求項１の調節
   計。