JPH06337703A - 制御装置 - Google Patents

制御装置

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JPH06337703A
JPH06337703A JP12659093A JP12659093A JPH06337703A JP H06337703 A JPH06337703 A JP H06337703A JP 12659093 A JP12659093 A JP 12659093A JP 12659093 A JP12659093 A JP 12659093A JP H06337703 A JPH06337703 A JP H06337703A
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JP
Japan
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control
cycle
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deviation
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JP12659093A
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Inventor
Masae Kanda
雅江 神田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、分析計等のサンプリング周期から
簡単に制御周期を決定し、また比例項による適切な動作
を確保し、むだ時間の大きな制御系であっても高い制御
能を発揮させることにある。 【構成】 目標値と制御量との差である偏差に基づいて
予め定められた制御定数を用いて演算を実行し、プロセ
スに印加する操作量を算出する制御装置において、分析
計などの制御量計測装置の変化するサンプリング周期か
ら制御周期を決定する制御周期演算手段32と、目標値
と制御量との偏差に基づいて予め定められた制御定数お
よび前記制御周期演算手段によって求められた制御周期
を用いて積分項の演算を実行し積分項演算出力を求める
積分項演算手段33と、制御量の差分を用いて比例項演
算を実行する比例項演算手段34と、これら演算手段の
両演算出力を加算して操作量を求める加算手段35とを
設けた制御装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、石油工業プラントを含
む化学プラントや鉄鋼プラント等のプラント状態を監視
・制御する各種の計装制御システムに利用される制御装
置に係わり、特にむだ時間の大きな制御系の制御能を改
善する技術を設けた制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、化学プラント等においては、濃度
制御を含む各種の成分制御が用いられているが、例えば
蒸留塔の成分制御の如きは、むだ時間が大きく応答の長
い制御系となっている。
【0003】このような制御系では、間欠的にプラント
状態をサンプリングしながらPI(P:比例,I:積
分)制御を実行する,いわゆるサンプルPI制御方式が
広く用いられている。これは、むだ時間の長い制御系に
対して通常のPID(D:微分)制御を適用すると、操
作量のプロセスに対する効果を確認しないうちに次々と
操作量を更新してしまい、十分な制御効果が期待できな
いためである。
【0004】そこで、サンプルPI制御においては、フ
ィードバック制御の基本を忠実に実行するため、操作量
の効果が十分に現れてから次の操作量を演算し、その演
算結果の操作量をプロセスに印加する方式をとってい
る。つまり、サンプルPI制御の動作は、図5に示すよ
うに所定の周期t0 ごとに制御実行時間t1 の間だけP
I制御を実行し、その後、実行結果の操作量MVを一定
に保持する方法である。このときの制御式は下記の通り
である。
【0005】 △MVn =KP (en −en-1 )+(τ/TI )en ……(1) MVn =MVn-1 +△MVn 但し、上式の制御停止中はen =0とする。また、△M
n :操作量の変化分、KP :比例ゲイン、en :今回
時刻nの偏差、en-1 :前回時刻n-1 の偏差、TI :積
分時間、τ:制御周期、MVn :今回操作量、MV
n-1 :前回操作量である。
【0006】図5(b)はKP ≠0のときの制御特性で
ある。このKP ≠0の場合にはt1終了時,つまりむだ
時間の経過後、制御偏差en =0となっていることに基
づいて突出状態として現れている。
【0007】ところで、以上のようなサンプルPI制御
は、むだ時間或いは時定数の大きい制御系の制御を目的
として考えられたものであるが、制御実行時間および制
御周期が常に一定となっている。しかし、実際のプラン
ト制御(例えば蒸留塔の成分制御)等では、原料流量の
大小によって移送時間が変化し、それに伴ってむだ時間
が変化することから、ユーザの多様な要望に対してフレ
キシブルに対応できなくなりつつある。
【0008】そこで、むだ時間(例えば原料流量)の変
化に対応して制御周期を可変する,“可変サンプル値制
御”が提案されている。この可変サンプル値制御は、下
記する(2)式に基づいて原料流量に起因するむだ時間
τD を求めた後、(3)式に示すごとく成分分析計の時
定数による遅れを含むむだ時間τa を考慮しながら制御
周期τを決定し、サンプリング制御を実行する方式であ
る。
【0009】
【数1】 τ=τD +τa ……(3) 但し、Fi は原料流量である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような可変サンプル値制御は、原料流量のむだ時間τD
の変化を考慮しながらサンプリング時間を決定している
が、そのためには前記(2)式の積分方程式からむだ時
間τD を求める必要があり、非常に厄介な処理を行うこ
とになる。また、蒸留塔などの成分制御などの場合に
は、1つの成分分析計を用いて何点もの入力点の処理を
行っているが、このため成分分析計のサンプリング時間
が一定とならない問題がある。
【0011】さらに、前記(1)式から明らかなよう
に、偏差の差分に対して比例ゲインを乗じるようにして
いるので、予め外乱に対して適切な比例ゲインに調整し
ておいたとき、逆に目標値の変化に対して過度に比例動
作が働いてしまう。ゆえに、外乱に対する比例ゲインの
値を適正値よりも小さい値に設定しなければならない。
【0012】その結果、外乱に対して比例項が十分に動
作せず、非常に長い周期で緩慢なハンチングを繰り返す
等の問題がある。本発明は上記実情に鑑みてなされたも
ので、成分分析計等のサンプリング周期から簡単に制御
周期を決定し、適正なサンプリング制御を実施する制御
装置を提供することを目的とする。
【0013】また、本発明の他の目的は、比例項による
適切な動作を確保し、むだ時間の大きな制御系であって
も高い制御能を発揮可能とする制御装置を提供すること
にある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に対応する発明は、目標値と制御量との差
である偏差に基づいて予め定められた制御定数を用いて
演算を実行し、プロセスに印加する操作量を算出する制
御装置において、分析計などの制御量計測装置の変化す
るサンプリング周期から制御周期を決定する制御周期演
算手段と、この制御周期演算手段によって求めた制御周
期を用いて積分項の演算を実行し、積分項演算出力を求
める積分項演算手段とを設けた制御装置である。
【0015】次に、請求項2に対応する発明は、目標値
と制御量との差である偏差に基づいて予め定められた制
御定数を用いて演算を実行し、プロセスに印加する操作
量を算出する制御装置において、前記目標値と制御量と
の偏差に基づいて予め定められた制御定数および可変制
御周期を用いて積分項演算出力を求める積分項演算手段
と、前記制御量の差分を用いて比例項演算を実行する比
例項演算手段と、これら演算手段の両演算出力を加算し
て前記操作量を得る加算手段とを設けた制御装置であ
る。
【0016】
【作用】従って、請求項1に対応する発明は以上のよう
な手段を講じたことにより、分析計などの制御量計測装
置のサンプリング周期の間、所定の処理周期を順次加算
して制御周期を決定し、この制御周期を用いて積分項演
算を実行するので、プロセスに起因するむだ時間および
前記制御量計測装置のむだ時間等を考慮した制御周期を
簡単に求めることができ、これにより適正なサンプリン
グ制御を実行できる。
【0017】次に、請求項2に対応する発明は、比例項
演算手段にて制御量の差分に比例ゲインを乗じて比例項
演算出力を取り出すようにしたので、目標値の変化に影
響を受けることが少なく、また外乱に対して適切に動作
し、非常に長いむだ時間をもつ制御系であってもハンチ
ングを発生を未然に抑えて良好な制御を実行できる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明装置の基本構成を示す図であ
る。この制御装置は、目標値SVと制御量PVとの差で
ある偏差e′を求める偏差演算手段1と、この偏差演算
手段1によって求めた偏差e′に対してリニアライズ処
理を行う非線形要素2と、この非線形要素2によるリニ
アライズ処理後の偏差eと制御量PVと例えば多数の成
分分析計の中のある分析計の選択信号s1とを用いて操
作量MVを算出するサンプルIP部3とで制御装置4を
構成し、ここで得られた操作量MVをプロセス5に印加
している。
【0019】図2は前記サンプルIP部3の詳細構成を
示す図である。このサンプルIP部3は、図3に示す成
分分析計選択信号s1のオン変化を検出して分析計選択
タイミング信号s2を出力する変化検出部31と、この
変化検出部31からの分析計選択タイミング信号s2を
受けると図3のs3に示すごとく前回の制御周期τk-1
をリセットし、制御装置4内の処理周期CTを順次加算
して今回のサンプル周期,つまり制御周期τk を求める
制御周期演算手段32と、この制御周期演算手段32に
よって得られた制御周期を用いて偏差ek+1 について積
分項を演算する積分項演算手段33と、前記制御量PV
の差分を用いて比例項を演算する比例項演算手段34
と、これら演算手段33,34の両演算出力を加算する
加算手段35とが設けられている。
【0020】なお、比例項演算手段34は、今回制御量
から前回制御量を差し引いた後、予め設定された比例ゲ
インKP を乗じて比例項の演算出力を得るものである。
さらに、このサンプルIP部3においては、変化検出部
21の選択タイミング信号s2がオンの場合に加算手段
35の出力を操作量の変化分△MVn として出力し、ま
た選択タイミング信号s2がオン以外の場合に零値を操
作量△MVn の変化分として出力する判定手段36の
他、この判定手段36の出力△MVn を前回の操作量M
n-1 に加えて今回の操作量MVを得る操作量積分手段
37が設けられている。
【0021】次に、以上のように構成されたサンプルI
P部3の動作について図4のフローに基づいて説明す
る。先ず、動作が開始すると、分析計選択回数k=0,
制御周期τ0 =Tをセットする初期化処理を行う(ST
1)。この制御周期τ0 =Tは予めプロセスの調整段階
等のときに定められた値であり、k,τ0 とも制御周期
演算手段32に設定するものとする。
【0022】ここで、制御周期演算手段32では、変化
検出部31から出力される分析計選択タイミング信号s
2がオン“1”であるか否か,つまりリセットするか否
かを判断する(ST2)。リセットすると判断した場合
でも初期化直後の場合には初期化する制御周期がないの
で、次のST3に以降し、k=k+1のインクリメント
処理を行う。
【0023】しかる後、制御装置の処理周期CTを順次
加算するカウント動作を行い(ST4)、当該分析計に
係わる制御周期τk+1 を決定するが、このとき、次の新
たな分析計選択タイミング信号s2が到来したか否かを
判断し(ST5)、未だ到来していない場合には引き続
きカウント動作を継続する。
【0024】一方、次の新たな分析計選択タイミング信
号s2が到来したときには、積分項演算手段33では、
今回の偏差ek 、カウント動作によって求めた制御周期
τk-1 および積分時間TI を用いて、前記(1)式の後
段式に基づき、 Ik =(ek ・τk-1 )/TI ……(4) なる積分項の演算を行った後(ST6)、当該制御周期
τk-1 =0にリセットするとともに(ST7)、前記S
T3に戻って同様の処理を繰り返し実行する。
【0025】一方、比例項演算手段34については、目
標値SVと制御量PVとの偏差ではなく、制御量PVの
差分に比例ゲインKP を乗じて比例演算出力を得るよう
にしたので、予め外乱に対して比例ゲインKP を適切な
値に設定しておけば、目標値SVの変化に対して過度に
比例動作が働くことがなく、外乱に対して比例項が適切
に動作し、非常に長い周期で緩慢なハンチングを繰り返
すような制御系であってもハンチングを発生を未然に抑
えて良好な制御を実行することができる。
【0026】なお、上記実施例では、蒸留塔の成分制御
を想定して説明したが、例えば反応缶の制御その他むだ
時間の変化する各種の制御にも同様に適用できるもので
ある。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。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。請求項1の発明によれ
ば、分析計等のサンプリング周期から簡単に制御周期を
決定でき、適正にサンプリング制御を実施できる。請求
項2の発明は、比例項による適切な動作を確保でき、む
だ時間の大きな制御系であっても高い制御能を発揮させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係わる制御装置の基本構成を示す
図。
【図2】 図1のサンプルIP部の詳細な構成図。
【図3】 図2において制御周期を求めるための動作説
明図。
【図4】 図1に示すサンプルIP部の動作を説明する
フロー図。
【図5】 従来のサンプルPI動作を説明する図。
【符号の説明】
1…偏差演算手段、3…サンプルIP部、4…制御装
置、5…プロセス、31…変化検出部、32…制御周期
演算手段、33…積分項演算手段、34…比例項演算手
段、35…加算手段、36…判定手段、37…操作量積
算手段。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 目標値と制御量との差である偏差に基づ
    いて予め定められた制御定数を用いて演算を実行し、プ
    ロセスに印加する操作量を算出する制御装置において、 分析計などの制御量計測装置の変化するサンプリング周
    期から制御周期を決定する制御周期演算手段と、 この制御周期演算手段によって求めた制御周期を用いて
    積分項の演算を実行し積分項演算出力を求める積分項演
    算手段とを備えたことを特徴とする制御装置。
  2. 【請求項2】 目標値と制御量との差である偏差に基づ
    いて予め定められた制御定数を用いて演算を実行し、プ
    ロセスに印加する操作量を算出する制御装置において、 前記目標値と制御量との偏差に基づいて予め定められた
    制御定数および可変制御周期を用いて積分項演算出力を
    求める積分項演算手段と、 前記制御量の差分を用いて比例項演算を実行する比例項
    演算手段と、 これら演算手段の両演算出力を加算して前記操作量を算
    出する加算手段とを備えたことを特徴とする制御装置。
JP12659093A 1993-05-28 1993-05-28 制御装置 Pending JPH06337703A (ja)

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