JPH0610765B2 - プロセス制御装置 - Google Patents

プロセス制御装置

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JPH0610765B2
JPH0610765B2 JP59278244A JP27824484A JPH0610765B2 JP H0610765 B2 JPH0610765 B2 JP H0610765B2 JP 59278244 A JP59278244 A JP 59278244A JP 27824484 A JP27824484 A JP 27824484A JP H0610765 B2 JPH0610765 B2 JP H0610765B2
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孝明 服部
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、フィードバック制御系とフィードバック制御
系とにより構成されたプロセス制御装置の改良に係り、
特に実プロセスデータに応じてプロセス伝達関数を可変
して最適な制御を実行するプロセス制御装置に関する。
〔発明の技術的背景〕
従来のこの種の装置は、通常、第3図に示すようにフィ
ードバック制御系に、補助として外乱1に対するフィー
ドフォワード制御系が加わった構成であり、その制御の
主流はPID調節計2によるフィードバック制御による
ものであった。具体的には、伝達関数GPを持ったプロ
セス3から出力された制御値PVを偏差演算要素4へフ
ィードバックし、ここで制御値PVと目標値SVとの偏
差を得、この偏差をPID調節計2によってPID演算を行な
って零に近づくような操作出力値MVを求めてプロセス
3を操作制御するフィードバック制御系と、前記外乱1
における補償手段としてPID調節計2の出力に外乱補償
用フィードフォワード伝達関数GCを加えかつプロセス3
の出力側に外乱1に対する伝達関数GNを加えてなるフィ
ードフォワード制御系とによって構成されている。
〔背景技術の問題点〕
ところで、以上のようなプロセス制御装置は、フィード
バック制御が主流であり、またフィードフォワード制御
に用いるプロセス3の伝達関数GPとなるパラメータはプ
ロセス3の制御中に自動的に同定できる方式ではないの
で、人間が別途に計算や実プロセスデータを測定して各
パラメータを求めて設定する必要があり、このため操作
の煩雑さは否めず、かつ制御の応答性が低下する原因に
もなっている。
一方、プラントの状態方程式は明確であり、かつ全ての
状態変数が容易に測定できるものであれば、完全なプロ
セス制御装置を実現できると考えられるが、現実にはプ
ラントの明確な状態方程式を表わすことおよび全状態変
数を測定することが困難であり、従来装置を用いて最適
な制御を実行することは不可能なことである。
〔発明の目的〕
本発明は以上のような点に着目してなされたもので、プ
ロセスの状態に応じてプロセスの伝達関数を逐次最適な
値に可変してフィードフォワード制御を実行し、さらに
フィードバック制御により微調整を行ない、プロセス制
御の安定性および遅れ時間の影響を解消するプロセス制
御装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、プロセスの安定状態においてプロセスゲイン
を測定してプロセスゲインを更新し、また過渡応答時の
変化状態からプロセス時定数を求めて補正し、さらにフ
ィードフォワード制御系側に切り換ったときから制御値
が変化するまでの時間を測定してプロセスの無駄時間を
更新することにより、プロセス伝達関数を最適な値に可
変しながらフィードフォワード制御を実行するプロセス
制御装置である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例について第1図および第2図を
参照して説明する。プロセスの伝達関数GPは数式で表わ
すほど簡単でないが、通常、 によって近似することができる。ところで、プロセス制
御装置においてハンチング現象なしで第1図(B)に示す
最小のプロセス無駄時間Lをもって最短の立上り時間TS
で制御値PVを目標値SVに制定する場合、第1図(A)
に示すような操作出力値MVによってプロセスを制御す
る必要がある。即ち、操作出力値MVとしては、前記立
上り時間TS=m・Δtの間、最大操作出力値MHを用い
てプロセスを制御し、その後、 (但し、Kはプロセスゲイン)に低下させれば、制御値
PVは第1図(B)に示す点線イのように変化してハンチ
ング現象を起すようなことがなく、正確に目標値SVに
到達させることができる。このためには、フィードフォ
ワード制御中にプロセスの状態に応じてプロセス伝達関
数GPの必要なパラメータT(プロセス時定数)、K(プ
ロセスゲイン)およびL(プロセス無駄時間)を可変す
る必要がある。
以下、以上のような要請の下に実現した本発明に係るプ
ロセス制御装置の一実施例について第2図を参照して説
明する。同図において11は制御プロセス12から得ら
れる制御値PVと目標値SVとの偏差eを求める偏差演
算手段であって、ここで求められた偏差eはフィードバ
ック制御系としてのPID調節部13のほか、前記最大操
作出力値MHを出力する最大操作出力値出力手段14、
常に前回偏差e′を保持する偏差保持回路15、今回偏
差eから前回偏差e′を減算して制御変化値hを求める
制御変化値演算手段16およびプロセス時定数補正手段
17等に導入されている。
18はゲイン更新手段であって、これは制御値SVと目
標値SVとが所定時間以上ある範囲で安定している時の
操作出力値MVと制御値PVとの比によりプロセスゲイ
ンKを求めてゲイン更新するもので、この更新プロセス
ゲインKは所定操作出力値出力手段19に供給される。
この出力手段19は、目標値SVを受け、第1図(A)に
示すSV/Kなる操作出力値を出力するものである。これら
の最大操作出力値出力手段14および所定操作出力値出
力手段19の各出力端は最大操作出力値出力時間演算手
段20によって制御される第1の選択回路21によって
選択されるものである。この最大操作出力値出力時間演
算手段20は、制御変化値演算手段16およびプロセス
時定数補正手段17からの両出力を用いて演算により最
大操作出力値MHを出力するための時間Ts=m・Δ
求め、その間、第1の選択回路21を介して最大操作出
力値出力手段14を選択し、その後、所定操作出力値出
力手段19を選択する機能をもっている。22は無駄時
間更新手段であって、これは第2の選択回路23がフィ
ードバック制御系からフィードフォワード制御系側つま
り第1の選択回路21側に切換えて制御値PVが変化す
るまでの無駄時間Lを測定し、L+Tsの間フィードフォ
ワード制御系側に第2の選択回路23を閉成する機能を
もっている。
次に、以上のような装置を用いて第1図に示す制御値P
Vを得る場合について説明する。常時はPID調節部13
によってプロセス12を操作制御しているが、第1図
(B)のような最短の立上り時間Tsで目標値SVに制定す
る場合、制御値PVと目標値SVの偏差eが一定値以上
となったとき、または適宜に第2の選択回路23を選択
してフィードフォワード制御系側に切換える。このと
き、フィードフォワード制御系切換え前の偏差が前回偏
差e′として既に偏差保持回路15に保持されている。
この状態においてフィードフォワード制御系切換え後偏
差eが所定値以上になると最大操作出力値出力手段14
より最大操作出力値MHが出力され、第1の選択回路2
1を介してプロセス12に供給される。一方、今回の偏
差eは制御変化値演算手段16に供給され、ここで今回
偏差eと偏差保持回路15の前回偏差e′との差である
制御変化値h=e−e′が求められ、この制御変化値信
号hが最大操作出力値出力時間演算手段20に送られ
る。この最大操作出力値出力時間演算手段20はプロセ
ス時定数補正手段17から今回偏差eに対する補正時定
数T=T′+Beが供給される。T′は前回偏差e′の時
定数、Bはプロセス伝達関数の正確性によって決まる定
数である。このようにして制御変化値h=e−e′およ
び補正時定数T=T′+Beを受けると、最大操作出力値
出力時間演算手段20は第1図(A)に示す最大操作出力
値出力時間Tsを下式によって求める。
そして、この時間Tsの間、第1の選択回路21は最大操
作出力値出力手段14側を選択する。なお、上記出力時
間Tsは以下に述べる計算式に基づいて導くことができ
る。失ず、 Ts=m・Δ……(4) なる関係式がプロセス制御系において成立する。但し、
Kはプロセスゲイン、hは制御変化値、Δは予め定め
られる制御周期である。
しかして、(2)式を変形すると、 MH・K−MH・Kdm=1 MH・Kdm=MH・K−1 となり、これは で表わせる。この(6)式に(2)式を代入すると、 となる。さらに、この式に(3)式を代入すると、 が成立する。従って、このmを(4)式に代入すると、(1)
式が成立する。故に、補正時定数Tと制御変化値hに基
づいて最適な最大操作出力値出力時間Tsが定められ、こ
の間、最大操作出力値MHがプロセス12に与えられ
る。
そして、最大操作出力値出力時間Ts経過後、第1の選択
回路21は所定操作出力値出力手段19側に接続され
る。この手段19においてはSV/Kなる所定操作出力を得
るものであるが、このプロセスゲインKはPVSVが
一定時間以上続いた時のプロセス安定時にPV/MVの比に
よってゲイン更新された値が使用される。従って、所定
操作出力値出力手段19から所定操作出力値SV/Kがプロ
セス12に与えられる。
一方、無駄時間更新手段22は、フィードフォワード制
御系に切換ってからプロセス12の制御値が変化するま
での時間を測定し、それに応答の遅れ時間Tsを考慮して
その間第2の選択回路23がフィードフォワード制御系
側を選択保持する。
このようにして時々刻々とフィードフォワード制御系に
使用するプロセス定数を同定し、その最適パラメータを
用いてハンチング現象なしの状態でフィードフォワード
制御を行なう。なお、このフィードフォワード制御の動
作中にあっては、フィードバック制御を動作させると行
き過ぎが生じるので、それを防ぐためフィードフォワー
ド制御動作中はフィードバック制御による操作を行なわ
ない。
しかし、フィードフォワード制御を行なう場合でも、プ
ラント特性が明確でないことによる制御のずれが生じる
ので、第2の選択回路23がフィードバック制御系に切
換ってフィードバック制御を行ってプロセス12の微調
整制御が行なわれる。
従って、以上のような構成によれば、プロセスの伝達関
のうちK,T,Lのパラメータによる1次遅れ系でプロ
セスを近似してフィードフォワード制御を行なうと同時
にプロセスパラメータによるずれはPIDによるフィード
バック制御によって微調整操作を行なうので、最短の立
上り時間でハンチング現象を起すことなく制御値を目標
値に制定できる。特に、プロセス無駄時間Lがある場合
のフィードバック制御系では、制御値に応答が現われる
まで制御を待つ必要があるが、フィードフォワード制御
であればその必要はなく、予めその無駄時間を見込んで
制御をかけることができ、それだけ制定時間を短かくで
きる。
なお、上記実施例では、プロセス伝達関数を で近似して構成したフィードフォワード制御系とし、か
つその微調整用にPID制御によるフィードバック制御系
を用いたが、このPID制御の代りにサンプルPI,I−PD
等の制御を行なうものでもよい。さらに、第2図に示す
プロセス制御装置に外乱に対するフィードフォワード制
御を加えた制御系を含んだものでもよい。また、プロセ
ス伝達関数 のT,K,Lをそれぞれ制御値、操作出力値又は目標値
の関数としたものでもよい。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〕
以上詳記したように本発明によれば、安定状態でのプロ
セスゲインの測定及び過渡応答時の偏差からのプロセス
の同定によりプロセス伝達関数を逐次可変しながらフィ
ードフォワード制御を行なうので、フィードフォワード
によるプロセスの無駄時間による制御の遅れを解消し得
てハンチング現象をなくすことができ、さらにフィード
フォワード制御後にフィードバック制御による微調整を
加えたので、プロセスの安定性を確保できるプロセス制
御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明に係るプロセス制御装置の
一実施例を説明するためのもので、第1図は操作出力値
とプロセス制御値の関係を示す図、第2図は本発明装置
の概略構成図、第3図は伝達関数を用いて表わしたフィ
ードフォワード制御系を含む従来のプロセス制御装置の
模式図である。 11…偏差演算手段、12…プロセス、13…PID調節
部、14…最大操作出力値出力手段、15…偏差保持回
路、16…制御変化値演算手段、17…時定数補正手
段、18…ゲイン更新手段、19…所定操作出力値出力
手段、20…最大操作出力値出力時間演算手段、22…
無駄時間更新手段。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プロセスのフィードバック制御系と制御値
    のハンチング現象を阻止するためのフィードフォワード
    制御系とを切換え可能に設け、少なくとも前記制御値と
    目標値との偏差が所定値以上のとき前記フィードフォワ
    ード制御系側に切換えて前記プロセスを制御するプロセ
    ス制御装置において、 前記フィードフォワード制御系は、 制御値と目標値とによって得られる今回の偏差に基づい
    て補正用プロセス時定数Tを求める時定数補正手段と、 前記フィードフォワード制御系側に切換えた後の偏差が
    所定値以上のとき、この切換えた後の今回偏差と切換え
    前の前回偏差との差信号および前記時定数補正手段によ
    って得られる補正用プロセス時定数を用いて最大操作出
    力値出力時間を求めるとともに、この最大操作出力値出
    力時間の間前記プロセスに最大操作出力値を印加する第
    1の操作出力値出力手段と、 前記最大操作出力値出力時間経過後、プロセス安定時の
    操作出力値と前記制御値とから新たなプロセスゲインK
    を求めるとともに、このプロセスゲインKと目標値とに
    よって求める所定の操作出力値を前記プロセスに印加す
    る第2の操作出力値出力手段と、 前記フィードフォワード制御系側に切換えた後前記プロ
    セスの制御値が変化するまでの時間を測定し、このフィ
    ードフォワード制御系の無駄時間Lおよび前記プロセス
    の応答の遅れ時間を考慮しつつ、その間前記フィードフ
    ォワード制御系側を選択保持する無駄時間更新手段とを
    備え、 フィードフォワード制御中にプロセス伝達関数のうち少
    なくとも前記パラメータK,T,Lを逐次最適値に可変
    しながらフィードフォワード制御を実行することを特徴
    とするプロセス制御装置。
JP59278244A 1984-12-27 1984-12-27 プロセス制御装置 Expired - Lifetime JPH0610765B2 (ja)

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JPS61156303A JPS61156303A (ja) 1986-07-16
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