JPH0738124B2 - フィードバック・フィードフォワード制御装置 - Google Patents
フィードバック・フィードフォワード制御装置Info
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- JPH0738124B2 JPH0738124B2 JP19832989A JP19832989A JPH0738124B2 JP H0738124 B2 JPH0738124 B2 JP H0738124B2 JP 19832989 A JP19832989 A JP 19832989A JP 19832989 A JP19832989 A JP 19832989A JP H0738124 B2 JPH0738124 B2 JP H0738124B2
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- signal
- control
- characteristic compensation
- compensation component
- type
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、各種のプロセス計装システムに適用して好適
なフィードバック（以下、FBと呼ぶ）制御系とフィード
フォワード（以下、FFと呼ぶ）制御系とを組み合せてな
るフィードバック・フィードフォワード制御装置に係わ
り、特に静特性補償分信号の大きさに応じて動特性の補
償を行うフィードバック・フィードフォワード制御装置
に関する。
なフィードバック（以下、FBと呼ぶ）制御系とフィード
フォワード（以下、FFと呼ぶ）制御系とを組み合せてな
るフィードバック・フィードフォワード制御装置に係わ
り、特に静特性補償分信号の大きさに応じて動特性の補
償を行うフィードバック・フィードフォワード制御装置
に関する。
（従来の技術） この種のFB・FF制御装置は、第２図に示すようにFB制御
系とFF制御系とで構成され、前者のFB制御系は、偏差演
算手段１にて現在の目標値SVｎから制御対象２の現在の
プロセス変数値PVｎを減算し、得られた偏差ｅｎを位置
形PI調節演算手段３に導入し、ここで位置形PI調節演算
を行なって調節信号を得た後、加算手段４を経由して制
御対象２に印加する構成となっている。
系とFF制御系とで構成され、前者のFB制御系は、偏差演
算手段１にて現在の目標値SVｎから制御対象２の現在の
プロセス変数値PVｎを減算し、得られた偏差ｅｎを位置
形PI調節演算手段３に導入し、ここで位置形PI調節演算
を行なって調節信号を得た後、加算手段４を経由して制
御対象２に印加する構成となっている。
一方、後者のFF制御系は、フィードフォワード制御モデ
ル６を備え、このフィードフォワード制御モデル６には
外乱信号ＤｎにFFゲインｋを乗算してFF制御信号を得る
係数手段6aとこのFF制御信号に進みまたは遅れを持たせ
て外乱補償の時間的タイミングを合せた外乱補償信号を
得る進み／遅れ演算手段6bとを有し、この進み／遅れ演
算手段6bで得られた外乱補償信号を前記加算手段４に加
えて、いわゆる外乱補償を行った操作信号MVｎを得、こ
の操作信号MVｎを制御対象２に与えて制御を行う構成と
なっている。
ル６を備え、このフィードフォワード制御モデル６には
外乱信号ＤｎにFFゲインｋを乗算してFF制御信号を得る
係数手段6aとこのFF制御信号に進みまたは遅れを持たせ
て外乱補償の時間的タイミングを合せた外乱補償信号を
得る進み／遅れ演算手段6bとを有し、この進み／遅れ演
算手段6bで得られた外乱補償信号を前記加算手段４に加
えて、いわゆる外乱補償を行った操作信号MVｎを得、こ
の操作信号MVｎを制御対象２に与えて制御を行う構成と
なっている。
ところで、上記制御系における外乱補償の伝達関数とし
て、例えば操作信号MVｎを印加したときのプロセス変数
間の伝達関数ＧＰ（ｓ）は分母系列で表現すると、 ＧＰ（ｓ）＝ＫＰ／（１＋ＴP1・ｓ＋ＴP2・s2＋……＋
ＴPn・ｓｎ） ……（１） となる。
て、例えば操作信号MVｎを印加したときのプロセス変数
間の伝達関数ＧＰ（ｓ）は分母系列で表現すると、 ＧＰ（ｓ）＝ＫＰ／（１＋ＴP1・ｓ＋ＴP2・s2＋……＋
ＴPn・ｓｎ） ……（１） となる。
また、外乱が加わったときのプロセス変数間の伝達関数
ＧＤ（ｓ）は同じく分母系列で表現すると、 ＧＤ（ｓ）＝ＫＤ／（１＋ＴD1・ｓ＋ＴD2・s2＋……＋
ＴDn・ｓｎ） ……（２） となる。上式においてＫＰは制御パラメータ、ＫＤはＤ
制御パラメータ、ＴPiはプロセス時定数、ＴDiは外乱時
定数、ｓｉはラプラス演算子である。
ＧＤ（ｓ）は同じく分母系列で表現すると、 ＧＤ（ｓ）＝ＫＤ／（１＋ＴD1・ｓ＋ＴD2・s2＋……＋
ＴDn・ｓｎ） ……（２） となる。上式においてＫＰは制御パラメータ、ＫＤはＤ
制御パラメータ、ＴPiはプロセス時定数、ＴDiは外乱時
定数、ｓｉはラプラス演算子である。
従って、前記両伝達関数ＧＰ（ｓ）、ＧＤ（ｓ）からフ
ィードフォワード制御モデルＧＦ（ｓ）は、 ＧＦ（ｓ）＝｛ＧＤ（Ｓ）/GＰ（Ｓ）｝ ＝（ＫＤ/KＰ）・｛（１＋ＴP1・ｓ＋ＴP2・s2＋……
＋ＴPn・ｓｎ）／（１＋ＴD1・ｓ＋Ｔ2D・s2＋……＋Ｔ
Dn・ｓｎ）｝ ……（３） ＝ｋ・ｆ（Ｓ） ……（４） ｋ＝ＫＤ/KＰ ……（５） ｆ（Ｓ）＝（１＋ＴP1・ｓ＋ＴP2・s2＋……＝ＴPn・ｓ
ｎ）／（１＋ＴD1・ｓ＋ＴD2・s2＋……＋ＴDn・ｓｎ）
……（６） となる。従って、この制御装置では、前記位置形PI調節
演算手段３のPI調節演算出力に前記フィードフォワード
制御モデル６の出力を外乱補償信号として加算すること
により外乱の影響を抑制する構成となっている。
ィードフォワード制御モデルＧＦ（ｓ）は、 ＧＦ（ｓ）＝｛ＧＤ（Ｓ）/GＰ（Ｓ）｝ ＝（ＫＤ/KＰ）・｛（１＋ＴP1・ｓ＋ＴP2・s2＋……
＋ＴPn・ｓｎ）／（１＋ＴD1・ｓ＋Ｔ2D・s2＋……＋Ｔ
Dn・ｓｎ）｝ ……（３） ＝ｋ・ｆ（Ｓ） ……（４） ｋ＝ＫＤ/KＰ ……（５） ｆ（Ｓ）＝（１＋ＴP1・ｓ＋ＴP2・s2＋……＝ＴPn・ｓ
ｎ）／（１＋ＴD1・ｓ＋ＴD2・s2＋……＋ＴDn・ｓｎ）
……（６） となる。従って、この制御装置では、前記位置形PI調節
演算手段３のPI調節演算出力に前記フィードフォワード
制御モデル６の出力を外乱補償信号として加算すること
により外乱の影響を抑制する構成となっている。
（発明が解決しようとする課題） しかし、実際のプロセス制御系に上記制御装置を適用し
た場合、制御対象２の動作特性や外乱の特性を正確に近
似できないこと、非線形性を有すること、さらにその特
性が時々刻々変化すること等から次のような点が問題と
なっている。
た場合、制御対象２の動作特性や外乱の特性を正確に近
似できないこと、非線形性を有すること、さらにその特
性が時々刻々変化すること等から次のような点が問題と
なっている。
、常時,FB制御系にFF制御系出力を加算結合する構成
であるので、例えばFB制御,FF制御ともに制御出力の変
化が小さくなったとき、フィードフォワード制御モデル
６に静的および動的誤差が発生し、或いはノズル等の影
響を受けるため、かかるFF制御出力を外乱補償信号とし
て加算したのでは、FB制御系の出力を乱し、制御精度の
低下を招く問題がある。
であるので、例えばFB制御,FF制御ともに制御出力の変
化が小さくなったとき、フィードフォワード制御モデル
６に静的および動的誤差が発生し、或いはノズル等の影
響を受けるため、かかるFF制御出力を外乱補償信号とし
て加算したのでは、FB制御系の出力を乱し、制御精度の
低下を招く問題がある。
、また、位置形PI調節演算手段３の演算出力と外乱補
償信号とを位置形信号として加算合成する場合、各サン
プリング周期ごとに全体の操作信号を直接計算する方式
であるので、各制御系の出力の小さい領域であっても調
節演算をして操作信号とする必要があり、いわゆる不感
帯を設けることが難しく、このため外乱補償信号の変化
が小さくなったとき、FF制御系の出力がFB制御系の出力
に悪影響を与える問題がある。
償信号とを位置形信号として加算合成する場合、各サン
プリング周期ごとに全体の操作信号を直接計算する方式
であるので、各制御系の出力の小さい領域であっても調
節演算をして操作信号とする必要があり、いわゆる不感
帯を設けることが難しく、このため外乱補償信号の変化
が小さくなったとき、FF制御系の出力がFB制御系の出力
に悪影響を与える問題がある。
、FF制御系のうち動特性補償系は、僅かなステップ変
化の動特性補償分信号であっても、それが一般的には拡
大した状態の動特性補償信号としてFB制御系に加わるの
で、FF制御系出力の利用の仕方を誤ると精度の高い制御
ができない問題がある。
化の動特性補償分信号であっても、それが一般的には拡
大した状態の動特性補償信号としてFB制御系に加わるの
で、FF制御系出力の利用の仕方を誤ると精度の高い制御
ができない問題がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、静特性補償
分信号の大きさに応じてFF制御系を停止してFB制御のみ
とし、或いはFF制御系を生かしてFB制御とFF制御とを組
み合せることにより、FB制御とFF制御との特質を最大限
に生かしつつ制御精度の向上および安定な制御を実現す
るフィードバック・フィードフォワード制御装置を提供
することを目的とする。
分信号の大きさに応じてFF制御系を停止してFB制御のみ
とし、或いはFF制御系を生かしてFB制御とFF制御とを組
み合せることにより、FB制御とFF制御との特質を最大限
に生かしつつ制御精度の向上および安定な制御を実現す
るフィードバック・フィードフォワード制御装置を提供
することを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、制御対象からのプ
ロセス変数値と目標値との偏差を零とするために少なく
とも速度形Ｉ（積分）調節演算を行った後、位置形信号
に変換したPI（Ｐは比例）またはPID（Ｄは微分）調節
演算出力を操作信号として前記制御対象に印加して制御
するフィードバック制御系と、外乱補償を行うフィード
フォワード制御系とを組み合せたフィードバック・フィ
ードフォワード制御装置において、 前記フィードフォワード制御系は、外乱信号にフィード
フォワードゲインを乗算して得られた信号を静特性補償
分信号と動特性補償信号とに分離するフィードフォワー
ド制御モデルと、予め所定の不感帯域が設定され、前記
フィードフォワード制御モデルから出力された静特性補
償分信号を変換して得られた速度形信号が不感帯域内に
あるとき零を出力し、不感帯域外にあるとき前記速度形
信号の大きさに応じて所定の信号を前記少なくとも速度
形Ｉ調節演算出力に加算する静特性補償手段と、前記速
度形信号が前記不感帯域内にあるか否かを判別し不感帯
域内に有るときには前記PIまたはPID調節演算出力に加
算されている前記動特性補償分信号を強制的に零とする
動特性補償解除手段とを備え、前記速度形信号が不感帯
域内に有るときフィードバック制御のみとする構成であ
る。
ロセス変数値と目標値との偏差を零とするために少なく
とも速度形Ｉ（積分）調節演算を行った後、位置形信号
に変換したPI（Ｐは比例）またはPID（Ｄは微分）調節
演算出力を操作信号として前記制御対象に印加して制御
するフィードバック制御系と、外乱補償を行うフィード
フォワード制御系とを組み合せたフィードバック・フィ
ードフォワード制御装置において、 前記フィードフォワード制御系は、外乱信号にフィード
フォワードゲインを乗算して得られた信号を静特性補償
分信号と動特性補償信号とに分離するフィードフォワー
ド制御モデルと、予め所定の不感帯域が設定され、前記
フィードフォワード制御モデルから出力された静特性補
償分信号を変換して得られた速度形信号が不感帯域内に
あるとき零を出力し、不感帯域外にあるとき前記速度形
信号の大きさに応じて所定の信号を前記少なくとも速度
形Ｉ調節演算出力に加算する静特性補償手段と、前記速
度形信号が前記不感帯域内にあるか否かを判別し不感帯
域内に有るときには前記PIまたはPID調節演算出力に加
算されている前記動特性補償分信号を強制的に零とする
動特性補償解除手段とを備え、前記速度形信号が不感帯
域内に有るときフィードバック制御のみとする構成であ
る。
（作用） 従って、本発明は以上のような手段を講じたことによ
り、フィードフォワード制御モデルで得られた静特性補
償分信号を速度形信号に変換した後、この速度形信号を
予め所定の不感帯域にされている不感帯域設定手段を通
すことにより、速度形信号が不感帯域内にあるとき静特
性補償分信号を解除し、また同時に動特性補償解除手段
にて速度形信号が不感帯域内にあると判別して動特性補
償信号を解除することにより、FB制御のみを実行する。
り、フィードフォワード制御モデルで得られた静特性補
償分信号を速度形信号に変換した後、この速度形信号を
予め所定の不感帯域にされている不感帯域設定手段を通
すことにより、速度形信号が不感帯域内にあるとき静特
性補償分信号を解除し、また同時に動特性補償解除手段
にて速度形信号が不感帯域内にあると判別して動特性補
償信号を解除することにより、FB制御のみを実行する。
一方、静特性補償分信号の変化の大きさがあるレベル以
上のときには先回りして外乱の影響を打つ消す必要があ
るので、当該静特性補償分信号のレベル変化の大きいと
きには前記速度形信号が不感帯域外であると判断してそ
のレベルの大きさに応じて静特性補償を行い、また同時
に動特性補償を生かすことにより、FB制御とFF制御とを
組み合せて制御を実行することにより、FF制御を適切に
生かしつつ精度の高い、安定した制御を実行するもので
ある。
上のときには先回りして外乱の影響を打つ消す必要があ
るので、当該静特性補償分信号のレベル変化の大きいと
きには前記速度形信号が不感帯域外であると判断してそ
のレベルの大きさに応じて静特性補償を行い、また同時
に動特性補償を生かすことにより、FB制御とFF制御とを
組み合せて制御を実行することにより、FF制御を適切に
生かしつつ精度の高い、安定した制御を実行するもので
ある。
（実施例） 以下、本発明の実施例を説明するに先立ち、本発明装置
に適用される速度形PID調節演算方式について説明す
る。先ず、一般的なPID調節演算方式におけるPIDアルゴ
リズムの基本式は、 MV＝ＫＰ｛ｅ＋（1/TＩ）∫edt＋ＴＤ（de/dt）MV0｝…
…（７） で表される。但し、上式においてMVは操作信号、ｅは偏
差、ＫＰは比例ゲイン、ＴＩは積分時間、ＴＤは微分時
間、MV0は操作信号の初期値である。
に適用される速度形PID調節演算方式について説明す
る。先ず、一般的なPID調節演算方式におけるPIDアルゴ
リズムの基本式は、 MV＝ＫＰ｛ｅ＋（1/TＩ）∫edt＋ＴＤ（de/dt）MV0｝…
…（７） で表される。但し、上式においてMVは操作信号、ｅは偏
差、ＫＰは比例ゲイン、ＴＩは積分時間、ＴＤは微分時
間、MV0は操作信号の初期値である。
ところで、前記（７）式の基本式を用いたディジタル演
算方では、予めサンプリング周期τが定めれ、このサン
プリング周期τ毎に必要なデータを取り込んで演算を行
うことになる。従って、現サンプリング時点をｎτ（ｎ
は整）とし、その１つ前のサンプリング時点を（ｎ−
１）τとすれば、制御系から得られる現サンプリング時
点の偏差はｅｎ，前回サンプリング時点の偏差はｅ
ｎ−１でわすことができる。
算方では、予めサンプリング周期τが定めれ、このサン
プリング周期τ毎に必要なデータを取り込んで演算を行
うことになる。従って、現サンプリング時点をｎτ（ｎ
は整）とし、その１つ前のサンプリング時点を（ｎ−
１）τとすれば、制御系から得られる現サンプリング時
点の偏差はｅｎ，前回サンプリング時点の偏差はｅ
ｎ−１でわすことができる。
一方、ディジタル演算には２通りの演算方式があり、そ
の１つは位置形演算方式であり、他の１つは速度形演算
方式である。この位置形演算方式は各サンプリング周期
毎に全体の操作信号MVｎを直接計算する方式であり、速
度形演算方式は今回のサンプリング周期毎に操作信号の
前回からの変化分ΔMVｎのみを求めた後、この変化分Δ
MVｎを前回の操作信号MVｎ−１に加えることにより、今
回の操作信号とする方式である。
の１つは位置形演算方式であり、他の１つは速度形演算
方式である。この位置形演算方式は各サンプリング周期
毎に全体の操作信号MVｎを直接計算する方式であり、速
度形演算方式は今回のサンプリング周期毎に操作信号の
前回からの変化分ΔMVｎのみを求めた後、この変化分Δ
MVｎを前回の操作信号MVｎ−１に加えることにより、今
回の操作信号とする方式である。
従って、前記（７）式のPIDアルゴリズムの基本式に基
づいて位置形演算方式と速度形演算方式とを実行する場
合、前者の位置形演算方式では、 で表わされ、後者の速度形演算方式では、 ΔMVｎ＝ＫＰ｛（ｅｎ−ｅｎ−１）＋（τ/TＩ）ｅｎ＋
（ＴＤ／τ）（ｅｎ−2eｎ−１＋ｅｎ−２）｝ ……（9
a） MVｎ＝MVｎ−１＋ΔMVｎ ……（9b） で表わされる。
づいて位置形演算方式と速度形演算方式とを実行する場
合、前者の位置形演算方式では、 で表わされ、後者の速度形演算方式では、 ΔMVｎ＝ＫＰ｛（ｅｎ−ｅｎ−１）＋（τ/TＩ）ｅｎ＋
（ＴＤ／τ）（ｅｎ−2eｎ−１＋ｅｎ−２）｝ ……（9
a） MVｎ＝MVｎ−１＋ΔMVｎ ……（9b） で表わされる。
そこで、これら２つの演算式，つまり（８）式と（9a）
式，（9b）式とを比較してみると、（9a）式，（9b）式
の速度形PIDアルゴリズムが積分項からΣがなくなって
演算が簡単に行えること、手動→自動の切換えに際し、
現時点の手動操作によって得られた操作信号を（9b）式
のMVｎ−１に代入し、しかる後、自動制御に切換えて次
のサンプリング時点からそのMVｎ−１に変化分ΔMVｎを
加算すれば制御をそのまま続行でき、いわゆる手動−自
動切換えのバランスレス・バンプレス切換えが簡単に行
えること、積分項によるリセットワインドアップが容易
に行えること、操作信号の変化分のみを求めればよいの
で、ゲインを修正したり、他の信号との複合演算処が簡
単に行えること等の特長を有し、計算機を用いたDDC（D
irect Digital Control）にはかかる速度形PID演算方式
が多用されている。
式，（9b）式とを比較してみると、（9a）式，（9b）式
の速度形PIDアルゴリズムが積分項からΣがなくなって
演算が簡単に行えること、手動→自動の切換えに際し、
現時点の手動操作によって得られた操作信号を（9b）式
のMVｎ−１に代入し、しかる後、自動制御に切換えて次
のサンプリング時点からそのMVｎ−１に変化分ΔMVｎを
加算すれば制御をそのまま続行でき、いわゆる手動−自
動切換えのバランスレス・バンプレス切換えが簡単に行
えること、積分項によるリセットワインドアップが容易
に行えること、操作信号の変化分のみを求めればよいの
で、ゲインを修正したり、他の信号との複合演算処が簡
単に行えること等の特長を有し、計算機を用いたDDC（D
irect Digital Control）にはかかる速度形PID演算方式
が多用されている。
そこで、本発明装置においては、FB制御におけるPID制
御では速度形演算方式が有効であること、また静特性補
償信号を速度形信号とすることにより不感帯を定めてFB
制御出力を乱すところのFF制御出力を適切に排除するこ
と等により、従来の問題を改善することにある。
御では速度形演算方式が有効であること、また静特性補
償信号を速度形信号とすることにより不感帯を定めてFB
制御出力を乱すところのFF制御出力を適切に排除するこ
と等により、従来の問題を改善することにある。
以下、本発明の一実施例について第１図図を参照して説
する。同図において11は現在の目標値SVｎから制御対象
12の現在のプロセス変数値PVｎを減算して偏差ｅｎを求
める偏差演算手段、13は偏差ｅｎに基づいて前記（9a）
式の調節演算を実行し、得られた調節信号ΔMVｎを加算
手段14を経由して速度形／位置形信号変換手段15に導入
する。この信号変換手段15は前記（9b）式の演算，つま
りMVｎ−１＋ΔMVｎ′を実行して操作信号MVｎを得た
後、加算手段16を経由して信号MVｎ′を制御対象12に印
加し、偏差ｅｎ＝０（SVｎ＝PVｎ）となる制御を行う。
なお、これら構成要素11〜16のうち加算手段14,16を除
いてFB制御系を構成している。
する。同図において11は現在の目標値SVｎから制御対象
12の現在のプロセス変数値PVｎを減算して偏差ｅｎを求
める偏差演算手段、13は偏差ｅｎに基づいて前記（9a）
式の調節演算を実行し、得られた調節信号ΔMVｎを加算
手段14を経由して速度形／位置形信号変換手段15に導入
する。この信号変換手段15は前記（9b）式の演算，つま
りMVｎ−１＋ΔMVｎ′を実行して操作信号MVｎを得た
後、加算手段16を経由して信号MVｎ′を制御対象12に印
加し、偏差ｅｎ＝０（SVｎ＝PVｎ）となる制御を行う。
なお、これら構成要素11〜16のうち加算手段14,16を除
いてFB制御系を構成している。
一方、FF制御系では、外乱信号Ｄｎを受けて外乱信号Ｄ
ｎにFFゲインｋを乗算する係数手段21aと動特性補償手
段21bとよりなるフィードフォワード制御モデル21を用
いて静特性補償分と動特性補償分とに分離する。ここ
で、フィードフォワード制御モデル21で静特性補償分と
動特性補償分とに分離できることを証明する。前述した
（３）式〜（６）式からフィードフォワード制御モデル
は、 ＧＦ（Ｓ）＝ｋ・ｆ（Ｓ） で表わされるので、この式から、 ＧＦ（Ｓ）＝ｋ｛１＋〔ｆ（Ｓ）−１〕｝ ＝ｋ｛１＋〔（ＴP1−ＴD1）・ｓ＋（ＴP2.TD2）
・s2＋……＋（ＴPn−ＴDn）・ｓｎ〕／（１＋ＴD1・ｓ
＋ＴD2・s2＋……＋ＴDn・ｓｎ）｝ ……（10） となり、全く時間に関係しない前段下線の静特性補償分
と時間に関係する後段下線の動特性補償分とに分離でき
る。そして、（１）式と（２）式の伝達関数を１次近似
すると、前記（10）式は、 ＧＦ（Ｓ）＝ｋ｛１＋〔（ＴP1−ＴD1）・ｓ〕／（１＋
ＴD1・ｓ｝ ……（11） ＝ｋ｛１＋〔（ＴP1・ｓ〕／（１＋ＴD1・ｓ）−
１〕｝ ……（12） を得ることができる。
ｎにFFゲインｋを乗算する係数手段21aと動特性補償手
段21bとよりなるフィードフォワード制御モデル21を用
いて静特性補償分と動特性補償分とに分離する。ここ
で、フィードフォワード制御モデル21で静特性補償分と
動特性補償分とに分離できることを証明する。前述した
（３）式〜（６）式からフィードフォワード制御モデル
は、 ＧＦ（Ｓ）＝ｋ・ｆ（Ｓ） で表わされるので、この式から、 ＧＦ（Ｓ）＝ｋ｛１＋〔ｆ（Ｓ）−１〕｝ ＝ｋ｛１＋〔（ＴP1−ＴD1）・ｓ＋（ＴP2.TD2）
・s2＋……＋（ＴPn−ＴDn）・ｓｎ〕／（１＋ＴD1・ｓ
＋ＴD2・s2＋……＋ＴDn・ｓｎ）｝ ……（10） となり、全く時間に関係しない前段下線の静特性補償分
と時間に関係する後段下線の動特性補償分とに分離でき
る。そして、（１）式と（２）式の伝達関数を１次近似
すると、前記（10）式は、 ＧＦ（Ｓ）＝ｋ｛１＋〔（ＴP1−ＴD1）・ｓ〕／（１＋
ＴD1・ｓ｝ ……（11） ＝ｋ｛１＋〔（ＴP1・ｓ〕／（１＋ＴD1・ｓ）−
１〕｝ ……（12） を得ることができる。
そして、前記フィードフォワード制御モデル21において
分離された静特性補償分信号Ａｎは静特性補償手段に導
入される。この静特性補償手段は、静特性補償分信号Ａ
ｎを速度形信号ΔＡｎに変換する位置形／速度形信号変
換手段22とこの信号変換手段22で変換された速度形信号
ΔＡｎのうちあるレベル以下の小さな信号をカットし、
あるレベル以上の大きな信号を先回りして打ち消すよう
な信号ΔＢｎを出力する不感帯設定手段23とによって構
成され、この不感帯設定手23を通過した静特性補償信号
ΔＢｎを前記加算手段14に加算する構成となっている。
分離された静特性補償分信号Ａｎは静特性補償手段に導
入される。この静特性補償手段は、静特性補償分信号Ａ
ｎを速度形信号ΔＡｎに変換する位置形／速度形信号変
換手段22とこの信号変換手段22で変換された速度形信号
ΔＡｎのうちあるレベル以下の小さな信号をカットし、
あるレベル以上の大きな信号を先回りして打ち消すよう
な信号ΔＢｎを出力する不感帯設定手段23とによって構
成され、この不感帯設定手23を通過した静特性補償信号
ΔＢｎを前記加算手段14に加算する構成となっている。
また、本装置においては、前記静特性補償手段のほか、
動特性補償解除手段が設けられている。この動特性補償
解除除手段は、前記不感帯設定手段23の入力ΔＡｎと出
力ΔＢｎとからΔＡｎが不感帯内か不感帯外かを判別す
る不感帯内判別手段24と、この不感帯内判別手段24で不
感帯内と判別したとき前記フィードフォワード制御モデ
ル21で分離された動特性補償分信号ΔＥｎの前記加算手
段16への導入を解除し、一方、不感帯外と判別したとき
動特性補償分信号ΔＥｎを前記加算手段16へ導入するス
イッチ手段25とによって構成されている。
動特性補償解除手段が設けられている。この動特性補償
解除除手段は、前記不感帯設定手段23の入力ΔＡｎと出
力ΔＢｎとからΔＡｎが不感帯内か不感帯外かを判別す
る不感帯内判別手段24と、この不感帯内判別手段24で不
感帯内と判別したとき前記フィードフォワード制御モデ
ル21で分離された動特性補償分信号ΔＥｎの前記加算手
段16への導入を解除し、一方、不感帯外と判別したとき
動特性補償分信号ΔＥｎを前記加算手段16へ導入するス
イッチ手段25とによって構成されている。
次に、以上のように構成された装置の動作を説明する。
先ず、FB制御系においては、偏差演算手段11からの偏差
ｅｎを受けて速度PI調節演算手段13が前記（9a）式によ
り、 ΔMVｎ＝Ｋｐ｛（ｅｎ−ｅｎ−１）＋（τ/TＩ）ｅｎ｝ なる調節演算を実行し調節信号ΔMVｎを得る。そして、
この調節信号ΔMVｎを加算手段14を経由してΔMVｎ′と
し、後続の速度形／位置形信号変換手段15に導入し、こ
こで前記（9b）式に基づき、 MVｎ＝MVｎ−１＋ΔMVｎ′ なる演算を行って位置形操作信号MVｎを得た後、加算手
段16経由して制御対象12に印加してFB制御を実行する。
先ず、FB制御系においては、偏差演算手段11からの偏差
ｅｎを受けて速度PI調節演算手段13が前記（9a）式によ
り、 ΔMVｎ＝Ｋｐ｛（ｅｎ−ｅｎ−１）＋（τ/TＩ）ｅｎ｝ なる調節演算を実行し調節信号ΔMVｎを得る。そして、
この調節信号ΔMVｎを加算手段14を経由してΔMVｎ′と
し、後続の速度形／位置形信号変換手段15に導入し、こ
こで前記（9b）式に基づき、 MVｎ＝MVｎ−１＋ΔMVｎ′ なる演算を行って位置形操作信号MVｎを得た後、加算手
段16経由して制御対象12に印加してFB制御を実行する。
一方、外乱補償系においては、外乱信号Ｄｎがフィード
フォワード制御モデル21に導入されると、この外乱信号
ＤｎにFFゲインｋを乗算して静特性補償分信号Ａｎを
得、また静特性補償分信号Ａｎから動特性補償手段21b
にて動特性補償分信号ΔＥｎを得る。
フォワード制御モデル21に導入されると、この外乱信号
ＤｎにFFゲインｋを乗算して静特性補償分信号Ａｎを
得、また静特性補償分信号Ａｎから動特性補償手段21b
にて動特性補償分信号ΔＥｎを得る。
以上のようにして得られた外乱補償分信号のうち静特性
補償分信号Ａｎは位置形／速度形信号変換手段22に導
き、ここで、 ΔＡｎ＝Ａｎ−Ａｎ−１ ……（13） なる演算を行なって差分，つまり静特性補償分信号の変
化分である速度形信号ΔＡｎを求める。この速度形信号
ΔＡｎは前記（13）式から明らかなように、 （１）Ａｎ＝Ａｎ−１のとき、つまり変化のないとき…
…ΔＡｎ＝０ （２）Ａｎ＞Ａｎ−１のとき、つまり増加しているとき
……ΔＡｎ＞０ （３）Ａｎ＜＝Ａｎ−１のとき、つまり減少していると
き……ΔＡｎ＜＝０ となり、ΔＡｎはＡｎが変化しないときは零、Ａｎが増
減したときその変化の大きさに比例して零を中心として
正負に変化する。
補償分信号Ａｎは位置形／速度形信号変換手段22に導
き、ここで、 ΔＡｎ＝Ａｎ−Ａｎ−１ ……（13） なる演算を行なって差分，つまり静特性補償分信号の変
化分である速度形信号ΔＡｎを求める。この速度形信号
ΔＡｎは前記（13）式から明らかなように、 （１）Ａｎ＝Ａｎ−１のとき、つまり変化のないとき…
…ΔＡｎ＝０ （２）Ａｎ＞Ａｎ−１のとき、つまり増加しているとき
……ΔＡｎ＞０ （３）Ａｎ＜＝Ａｎ−１のとき、つまり減少していると
き……ΔＡｎ＜＝０ となり、ΔＡｎはＡｎが変化しないときは零、Ａｎが増
減したときその変化の大きさに比例して零を中心として
正負に変化する。
そこで、以上のような性質を持つ速度形信号ΔＡｎを予
め所定の大きさの不感帯を持たせた不感帯設定手段23を
通すことにより、速度形信号ΔＡｎの大きさが零を中心
として所定の大きさ以下のとき，つまり不感帯内にある
ときΔＢｎ＝０を出力し、所定の大きさ以上のとき，つ
まり不感帯外のときΔＡｎ＝ΔＢｎを出力する。すなわ
ち、不感帯の大きさδとすると、 （イ）｜ΔＡｎ｜≦δ ΔＢｎ＝０ （ロ）｜ΔＡｎ｜＞δ ΔＢｎ＝ΔＡｎ となり、静特性補償分信号Ａｎの変化ΔＡｎが所定の大
きさδ以内のときは静特性補償が作用しなくなり、一
方、所定の大きさδを越えたとき速度形信号ΔＡｎの大
きさに応じて静特性補償信号ΔＢｎが加算手段14に導入
される。
め所定の大きさの不感帯を持たせた不感帯設定手段23を
通すことにより、速度形信号ΔＡｎの大きさが零を中心
として所定の大きさ以下のとき，つまり不感帯内にある
ときΔＢｎ＝０を出力し、所定の大きさ以上のとき，つ
まり不感帯外のときΔＡｎ＝ΔＢｎを出力する。すなわ
ち、不感帯の大きさδとすると、 （イ）｜ΔＡｎ｜≦δ ΔＢｎ＝０ （ロ）｜ΔＡｎ｜＞δ ΔＢｎ＝ΔＡｎ となり、静特性補償分信号Ａｎの変化ΔＡｎが所定の大
きさδ以内のときは静特性補償が作用しなくなり、一
方、所定の大きさδを越えたとき速度形信号ΔＡｎの大
きさに応じて静特性補償信号ΔＢｎが加算手段14に導入
される。
この加算手段14では、先の速度形PI調節演算手段13の速
度形調節信号ΔMVｎとΔＢｎとを用いて、 ΔMVｎ′＝ΔMVｎ＋ΔＢｎ ……（14） なる演算を行なった後、位置形／速度形信号変換手段15
に導入し、 MVｎ＝MVｎ−１＋ΔMVｎ′ ……（15） の演算により位置形信号に変換した後、加算手段16に導
入する。
度形調節信号ΔMVｎとΔＢｎとを用いて、 ΔMVｎ′＝ΔMVｎ＋ΔＢｎ ……（14） なる演算を行なった後、位置形／速度形信号変換手段15
に導入し、 MVｎ＝MVｎ−１＋ΔMVｎ′ ……（15） の演算により位置形信号に変換した後、加算手段16に導
入する。
この加算手段16にはフィードフォワード制御モデル21で
分離された動特性補償分信号ΔＥｎが導入されるが、こ
の場合には速度形信号ΔＡｎが不感帯内か不感帯外かに
応じて動特性補償を行う。その理由は、一般に外乱変化
が急峻になると動特性補償分信号ΔＥｎが大きく変化し
てしまうので、静特性補償分Ａｎの変化の大きさの方が
正確に判断して補償を行うことができるためである。
分離された動特性補償分信号ΔＥｎが導入されるが、こ
の場合には速度形信号ΔＡｎが不感帯内か不感帯外かに
応じて動特性補償を行う。その理由は、一般に外乱変化
が急峻になると動特性補償分信号ΔＥｎが大きく変化し
てしまうので、静特性補償分Ａｎの変化の大きさの方が
正確に判断して補償を行うことができるためである。
そこで、本装置においては、不感帯設定手段23の入力Δ
Ａｎと出力ΔＢｎとを不感帯内判別手段24に導き、ここ
で、 （ａ）静特性補償分信号Ａｎの変化ΔＡｎが不感帯内の
とき、スイッチ手段25を非導通として動特性補償を解除
し、 （ｂ）静特性補償分信号Ａｎの変化ΔＡｎが外のとき、
スイッチ手段25を導通させて動特性補償を実行する。
Ａｎと出力ΔＢｎとを不感帯内判別手段24に導き、ここ
で、 （ａ）静特性補償分信号Ａｎの変化ΔＡｎが不感帯内の
とき、スイッチ手段25を非導通として動特性補償を解除
し、 （ｂ）静特性補償分信号Ａｎの変化ΔＡｎが外のとき、
スイッチ手段25を導通させて動特性補償を実行する。
この動作性補償時，加算手段16では信号変換手段15の出
力MVｎに動作性補償分信号ΔＥｎを加算してMVｎ′なる
操作信号を得、この操作信号MVｎ′を制御対象12に印加
して制御を行う。
力MVｎに動作性補償分信号ΔＥｎを加算してMVｎ′なる
操作信号を得、この操作信号MVｎ′を制御対象12に印加
して制御を行う。
従って、以上のように実施例の構成によれば、FF制御系
においてFF制御信号を静特性補償分信号と動作性補償分
とに分離し、静特性補償分は差分を取って速度形信号と
することにより、この速度形信号を所定の大きさの不感
帯を持つ不感帯設定手段23を通すことが可能となり、静
特性補償分信号の変化が小さいときにはFF制御の静的誤
差やノイズ等によるFB制御への影響を回避できる。ま
た、静特性補償分信号の変化の小さいとき、つまり不感
帯内にあるとき動特性補償分信号を強制的に零とするこ
とによりFB制御のみを生かし、一方、不感帯外にあると
き動特性補償分信号をそのまま生かしてFB制御とFF制御
とを組み合せることにより、正確な判断の下にFB制御と
FF制御の特質を生かしつつこれら両制御を適宜組み合せ
て制御対象12を制御することができる。
においてFF制御信号を静特性補償分信号と動作性補償分
とに分離し、静特性補償分は差分を取って速度形信号と
することにより、この速度形信号を所定の大きさの不感
帯を持つ不感帯設定手段23を通すことが可能となり、静
特性補償分信号の変化が小さいときにはFF制御の静的誤
差やノイズ等によるFB制御への影響を回避できる。ま
た、静特性補償分信号の変化の小さいとき、つまり不感
帯内にあるとき動特性補償分信号を強制的に零とするこ
とによりFB制御のみを生かし、一方、不感帯外にあると
き動特性補償分信号をそのまま生かしてFB制御とFF制御
とを組み合せることにより、正確な判断の下にFB制御と
FF制御の特質を生かしつつこれら両制御を適宜組み合せ
て制御対象12を制御することができる。
このことは、外乱の変化が大きいときにFF制御を生かし
て外乱の影響を先回りして抑制し、外乱の変化が小さい
ときにはFF制御を停止してFB制御のみとすることによ
り、FB制御とFF制御の特長を最大限に生かして限界制御
を実現することが可能となる。
て外乱の影響を先回りして抑制し、外乱の変化が小さい
ときにはFF制御を停止してFB制御のみとすることによ
り、FB制御とFF制御の特長を最大限に生かして限界制御
を実現することが可能となる。
なお、上記実施例では、調節演算手段13として速度形PI
を用いたが、速度形PIDを用いたものであってもよい。
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。
を用いたが、速度形PIDを用いたものであってもよい。
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］ 以上説明したように本発明によれば、静特性補償分信号
の大きさに応じてFF制御系を停止してFB制御のみとし、
或いはFF制御系を生かしてFB制御とFF制御とを組み合せ
ることにより、FB制御とFF制御との特質を最大限に生か
しつつ制御精度の向上および安定な制御を実現でき、ひ
いてはプラント運転制御システムのフレキシブル化およ
び制御性の向上に大きく貢献できる。
の大きさに応じてFF制御系を停止してFB制御のみとし、
或いはFF制御系を生かしてFB制御とFF制御とを組み合せ
ることにより、FB制御とFF制御との特質を最大限に生か
しつつ制御精度の向上および安定な制御を実現でき、ひ
いてはプラント運転制御システムのフレキシブル化およ
び制御性の向上に大きく貢献できる。
第１図は本発明装置の一実施例を説明するための構成
図、第２図は従来装置の構成図である。 11……偏差演算手段、12……制御対象、13……速度形PI
調節演算手段、14……加算手段、15……位置形／速度形
信号変換手段、16……加算手段、21……フィードフォワ
ード制御モデル、22……位置形／速度形信号変換手段、
23……不感帯設定手段、24……不感帯内判別手段、25…
…スイッチ手段。
図、第２図は従来装置の構成図である。 11……偏差演算手段、12……制御対象、13……速度形PI
調節演算手段、14……加算手段、15……位置形／速度形
信号変換手段、16……加算手段、21……フィードフォワ
ード制御モデル、22……位置形／速度形信号変換手段、
23……不感帯設定手段、24……不感帯内判別手段、25…
…スイッチ手段。
Claims (1)
- 【請求項１】制御対象からのプロセス変数値と目標値と
の偏差を零とするために少なくとも速度形Ｉ（積分）調
節演算を行った後、位置形信号に変換したPI（Ｐは比
例）またはPID（Ｄは微分）調節演算出力を操作信号と
して前記制御対象に印加して制御するフィードバック制
御系と、外乱信号を用いて外乱補償を行うフィードフォ
ワード制御系とを組み合せたフィードバック・フィード
フォワード制御装置において、 前記フィードフォワード制御系は、外乱信号にフィード
フォワードゲインを乗算して得られた信号を静特性補償
分信号と動特性補償分信号とに分離するフィードフォワ
ード制御モデルと、予め所定の不感帯域が設定され、前
記フィードフォワード制御モデルから出力された静特性
補償分信号を変換して得られた速度形信号が不感帯域内
にあるとき零を出力し、不感帯域外にあるとき前記速度
形信号の大きさに応じて所定の信号を前記少なくとも速
度形Ｉ調節演算出力に加算する静特性補償手段と、前記
速度形信号が前記不感帯域内にあるか否かを判別し不感
帯域内に有るとき前記PIまたはPID調節演算出力に加算
されている前記動特性補償分信号を強制的に零とする動
特性補償解除手段とを備えたことを特徴とするフィード
バック・フィードフォワード制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19832989A JPH0738124B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | フィードバック・フィードフォワード制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19832989A JPH0738124B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | フィードバック・フィードフォワード制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0362201A JPH0362201A (ja) | 1991-03-18 |
| JPH0738124B2 true JPH0738124B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=16389300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19832989A Expired - Lifetime JPH0738124B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | フィードバック・フィードフォワード制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0738124B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014059600A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Toshiba Corp | プロセス制御装置 |
-
1989
- 1989-07-31 JP JP19832989A patent/JPH0738124B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0362201A (ja) | 1991-03-18 |
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