JPH0916203A - 分布制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】各プロセスの状態量の変動幅を均等化し、制御
性能を向上する分布制御装置を提供すること。 【構成】既知外乱の値を基に各プロセス２、３、４の状
態量の各目標値を出力する関数発生器と、各プロセス
２、３、４の所望の時点における各状態量と対応する前
記各目標値との偏差を求める減算器と、それら各偏差を
自乗する乗算器と、その各出力を積分する積分器と、そ
の全ての出力の総和に対する前記積分器の各出力値を各
プロセス２、３、４におけるゲインとして求め、対応す
る前記各偏差と乗算演算する第１のゲイン乗算器と、こ
の第１のゲイン乗算器の全ての出力を加算する第１の加
算器と、この第１の加算器の出力に前記各プロセス全て
に係るゲインを乗算演算する第２のゲイン乗算器と、Ｐ
ＩＤ制御器１４の出力に前記第２のゲイン乗算器の出力
を加える第２の加算器１５とを具備。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のプロセスの制御
に適用される分布制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のこの種の制御装置の構成を
示す図である。図４に示す制御装置のプロセス群１は、
３つのプロセス２、３、４から構成されている。プロセ
ス２には、既知外乱ｄ(t) ５とＰＩＤ調節器１４からの
操作量ｕ(t) ６とが入力され、状態量（温度、圧力、流
量等）ｘ1(t)７を出力する。プロセス３はプロセス２か
らの状態量ｘ1(t)７を入力するとともに既知外乱ｄ(t)
５とＰＩＤ調節器１４からの操作量ｕ(t) ６とを入力
し、状態量ｘ2(t)８を出力する。プロセス４はプロセス
３からの状態量ｘ2(t)８を入力するとともに既知外乱ｄ
(t) ５とＰＩＤ調節器１４からの操作量ｕ(t) ６とを入
力し、状態量ｘ3(t)９を出力する。

【０００３】そして、プロセス４から出力される状態量
ｘ3(t)９は当該制御装置の制御量になり、その制御量は
設定器１０からの所定の設定値１１に追従させる必要が
ある。そのため、減算器１２で設定値１１と状態量ｘ3
(t)９とを比較し、その比較結果である制御偏差ｅ(t)
１３を小さくできる操作量ｕ(t) ６がＰＩＤ調節器１４
で決定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
如き従来の制御装置では、プロセス４が出力する状態量
ｘ3(t)９に着目した制御が行なわれるため、プロセス４
の上流に位置するプロセス２およびプロセス３にて適切
な制御が行なわれず、状態量ｘ1(t)７および状態量ｘ2
(t)８の変動が不相応に大きくなり、場合によっては危
険な状態に陥ることがある。そこで状態量ｘ1(t)７、状
態量ｘ2(t)８、状態量ｘ3(t)９の変動幅（偏差）がほぼ
均等になるようＰＩＤ調節器１４のパラメータを調整す
ると、状態量ｘ3(t)９の制御性能が劣化してしまうとい
う問題がある。本発明の目的は、各プロセスの状態量の
変動幅を均等化し、制御性能を向上する分布制御装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の分布制御装置は以下の如く構
成されている。本発明の分布制御装置は、複数のプロセ
スのうち最後のプロセスにおける制御量と所定の設定値
との偏差を基に前記各プロセスへの操作量を演算するＰ
ＩＤ制御器を備えた分布制御装置において、既知外乱の
値を基に前記各プロセスの状態量の各目標値を出力する
関数発生器と、前記各プロセスの所望の時点における各
状態量と対応する前記各目標値との偏差を求める減算器
と、この減算器で求められた各偏差をそれぞれ自乗する
乗算器と、この乗算器の各出力を積分する積分器と、こ
の積分器のすべての出力の総和に対する前記積分器の各
出力値をそれぞれ前記各プロセスにおけるゲインとして
求め、対応する前記各偏差と乗算演算をする第１のゲイ
ン乗算器と、この第１のゲイン乗算器のすべての出力を
加算する第１の加算器と、この第１の加算器の出力に前
記複数のプロセスすべてに係るゲインを乗算演算する第
２のゲイン乗算器と、前記ＰＩＤ制御器の出力に前記第
２のゲイン乗算器の出力を加える第２の加算器とを備え
る。

【０００６】

【作用】上記手段を講じた結果、次のような作用が生じ
る。本発明の分布制御装置においては、既知外乱の値を
基にした各プロセスの状態量と対応する各目標値との偏
差を求め、自乗し、さらに積分し前記各プロセスにおけ
るゲインを求め、対応する前記各偏差と乗算演算した出
力を加算し、それに前記各プロセスすべてに係るゲイン
を乗算し、ＰＩＤ制御器の出力に加えるようにしてい
る。

【０００７】前記各プロセスの状態量と目標値の偏差を
均等化するために、偏差の大きなプロセスではフィード
バック制御のゲインを大きくして積極的な制御をさせて
偏差を抑える必要がある。そのため本発明では前記偏差
の大きさを表す指標としての値を求めるために、前記Ｐ
ＩＤ制御器の運転状態で前記各プロセスの状態量の既知
外乱を対応させた関数発生器をそれぞれ設けている。そ
してその関数発生器の出力を目標値として、各状態値と
の偏差を自乗した後積分した値を前記各プロセスについ
て求める。そして各積分値の総和に対する該各積分値の
値すなわち偏差の大きさの割合を表す値によりゲインの
配分を決めている。

【０００８】このようにゲインの配分値を決めた後、各
状態量と目標値の偏差の値に前記ゲインの配分値を掛け
て各プロセスの状態量と目標値の偏差の均等化を図り、
得られる値をすべて加算した値にさらにゲインを掛け、
その値と前記ＰＩＤ制御器の出力とを加算して得られる
値を操作量とするので、その結果各状態量の変動幅が均
等化され、かつ制御性能が向上する。

【０００９】

【実施例】図１〜図３は本発明の一実施例に係る分布制
御装置の構成を示す図である。なお図１〜図３において
上記図４と同一部分には同一符号を付してある。図１に
おいて１はプロセス群であり、このプロセス群１は３つ
のプロセス２、３、４から構成されている。また１０は
設定器であり、この設定器１０は減算器１２を介してＰ
ＩＤ調節器１４に接続されている。ＰＩＤ調節器１４は
加算器１５を介して各プロセス２、３、４に接続されて
いる。またプロセス２はプロセス３に、プロセス３はプ
ロセス４に接続されており、プロセス４は前記減算器１
２に接続されている。さらに加算器１５には後述する一
次遅れ要素５７が接続されている。

【００１０】当該分布制御装置のプロセス２は、既知外
乱ｄ(t) ５と加算器１５からの操作量ｕ(t) ６０とを入
力し、状態量ｘ1(t)７を出力する。プロセス３はプロセ
ス２からの状態量ｘ1(t)７を入力するとともに既知外乱
ｄ(t) ５と加算器１５からの操作量ｕ(t) ６０とを入力
し、状態量ｘ2(t)８を出力する。プロセス４はプロセス
３からの状態量ｘ2(t)８を入力するとともに既知外乱ｄ
(t) ５と加算器１５からの操作量ｕ(t) ６０とを入力
し、状態量ｘ3(t)９を出力する。

【００１１】そして、プロセス４から出力される状態量
ｘ3(t)９は当該制御装置の制御量になり、その制御量は
減算器１２に入力される。一方設定器１０から出力され
る所定の設定値１１も減算器１２に入力され、減算器１
２にて設定値１１から出力状態量ｘ3(t)９が減算され、
制御偏差ｅ(t) １３が得られる。その制御偏差ｅ(t)１
３がＰＩＤ調節器１４に入力される。そして制御偏差ｅ
(t) １３を小さくできる操作量がＰＩＤ調節器１４で決
定され、加算器１５に出力される。

【００１２】一方、図２において１６、１７、１８は各
々関数発生器であり、これら関数発生器１６、１７、１
８はそれぞれ減算器２２、２３、２４を介して乗算器２
８、２９、３０に接続されている。また乗算器２８、２
９、３０はそれぞれ積分器３１、３２、３３に接続され
ている。そして積分器３１は加算器３７と除算器４１に
接続されており、積分器３２は加算器３８と除算器４２
に接続されている。また積分器３３は加算器３８と除算
器４３に接続されている。さらに加算器３８は加算器３
７に接続されており、加算器３７は除算器４１、除算器
４２、除算器４３に接続されている。

【００１３】ここで、各関数発生器１６、１７、１８は
既知外乱ｄ(t) ５を入力し、それぞれ既知外乱ｄ(t) ５
に対するプロセス２、３、４の整定状態における状態量
を設定する。実質的には既知外乱ｄ(t) ５を数点選び、
その状態値を内挿することで既知外乱ｄ(t) ５のすべて
をカバーさせる。

【００１４】次に以上のように構成された図２に示す装
置の動作を説明する。まず関数発生器１６に既知外乱ｄ
(t) ５が入力すると、関数発生器１６はプロセス２の状
態量の目標値ｘ1r(t) １９を出力する。減算器２２はこ
の目標値ｘ1r(t) １９とプロセス２から出力された状態
量ｘ1(t)７とを入力し、目標値ｘ1r(t) １９から状態量
ｘ1(t)７を減算して偏差ｅ1(t)２５を得る。この偏差ｅ
1(t)２５は乗算器２８で自乗され、さらに積分器３１で
積分される。そして積分器３１からの出力Ｊ1(t)３４が
加算器３７に入力されるとともに除算器４１に分子Ａと
して入力される。

【００１５】また関数発生器１７に既知外乱ｄ(t) ５が
入力すると、関数発生器１７はプロセス３の状態量の目
標値ｘ2r(t) ２０を出力する。減算器２３はこの目標値
ｘ2r(t) ２０とプロセス３から出力された状態量ｘ2(t)
８とを入力し、目標値ｘ2r(t) ２０から状態量ｘ2(t)８
を減算して偏差ｅ2(t)２６を得る。この偏差ｅ2(t)２６
は乗算器２９で自乗されて、さらに積分器３２で積分さ
れる。そして積分器３２からの出力Ｊ2(t)３５が加算器
３８に入力されるとともに除算器４２に分子Ａとして入
力される。

【００１６】また関数発生器１８に既知外乱ｄ(t) ５が
入力すると、関数発生器１８はプロセス４の状態量の目
標値ｘ3r(t) ２１を出力する。減算器２４はこの目標値
ｘ3r(t) ２１とプロセス４から出力された状態量ｘ3(t)
９とを入力し、目標値ｘ3r(t) ２１から状態量ｘ3(t)９
を減算して偏差ｅ2(t)２７を得る。この偏差ｅ3(t)２７
は乗算器３０で自乗されて、さらに積分器３３で積分さ
れる。そして積分器３３からの出力Ｊ3(t)３６は加算器
３８に入力されるとともに除算器４３に分子Ａとして入
力される。なお、積分器３１、３２、３３の初期値は零
とし、積分の時間区間は該当するプロセス２、３、４の
整定時間程度とする。

【００１７】加算器３８は入力したＪ2(t)３５とＪ3(t)
３６とを加算しその加算結果を加算器３７に出力する。
加算器３７は入力したＪ1(t)３４と加算器３８の加算結
果とを加算しその加算結果Ｊ(t) ４０が除算器４１、４
２、４３にそれぞれの分母Ｂとして入力される。

【００１８】各除算器４１、４２、４３は各積分器３
１、３２、３３から入力したＪ1(t)３４、Ｊ2(t)３５、
Ｊ3(t)３６を分子Ａとし、また加算器３７から入力した
Ｊ(t)を分母として除算を行なう。そして各除算器４
１、４２、４３の除算結果が、各偏差ｅ1(t)２５、ｅ2
(t)２６、ｅ3(t)２７をフィードバックする際のゲイン
η1(t)４４、η2(t)４５、η3(t)４６となる。

【００１９】次に上述したような手順で求められたゲイ
ンη1(t)４４、η2(t)４５、η3(t)４６を基にしたフィ
ードバック制御について、図３を参照し説明する。な
お、上記既知外乱ｄ(t) ５としては、例えば負荷信号が
あるが、この負荷信号を増減させることにより状態量を
変動させ、その結果得られたゲインη1(t)４４、η2(t)
４５、η3(t)４６の整定値をフィードバック制御のため
のゲインとして採用する。また図３において図２と同一
部分には同一符号を付してある。

【００２０】図３において１６、１７、１８は各々関数
発生器であり、これら関数発生器１６、１７、１８はそ
れぞれ減算器２２、２３、２４を介して係数器５１、５
２、５３に接続されている。また係数器５１は加算器５
４に接続されており、係数器５２と係数器５３は加算器
５５に接続されている。さらに加算器５５は加算器５４
を介して係数器５６に接続されており、係数器５６は一
次遅れ要素５７を介して図１に示す加算器１５に接続さ
れている。なお係数器５１、５２、５３にはそれぞれ上
述したゲインη1(t)４４、η2(t)４５、η3(t)４６が設
定されている。

【００２１】偏差ｅ1(t)２５は係数器５１を介して加算
器５４に入力される。偏差ｅ2(t)２６は係数器５２を介
して加算器５５に入力される。偏差ｅ3(t)２７は係数器
５３を介して加算器５５に入力される。加算器５５での
加算結果は加算器５４に入力され、さらに加算器５４で
の加算結果は係数器５６にて所定の乗算演算がなされ、
一次遅れ要素５７を介して加算器１５に供給される。そ
して加算器１５においてＰＩＤ調節器１４から入力した
操作量と加算されて当該制御装置を制御すべく操作量ｕ
(t) ６０として各プロセス２、３、４に供給されること
になる。

【００２２】このように上記実施例では状態量ｘ1(t)
７、状態量ｘ2(t)８、状態量ｘ3(t)９のすべてに目標値
を設定して、それら目標値との偏差をすべてフィードバ
ックさせることにより、上流の状態量ｘ1(t)７および状
態量ｘ2(t)８の変動を抑え、かつ制御量である状態量ｘ
3(t)９の変動を抑える。そのときのフィードバックゲイ
ンの分配は運転時の観測データにより決められるように
した。具体的には、各偏差を２乗した値を積分して得ら
れた値でゲインの配分を行ない、状態量ｘ1(t)７、状態
量ｘ2(t)８、状態量ｘ3(t)９の変動幅の均等化を図っ
た。

【００２３】これにより、従来一般に最終段の状態量ｘ
3(t)９に着目した制御が行なわれるため、上流側の状態
量ｘ1(t)７、ｘ2(t)８の変動が大きかったものが、本発
明により各状態量ｘ1(t)７〜ｘ3(t)９の変動が均等化さ
れ、同時に制御性能の向上が図れることになる。

【００２４】（変形例）上記実施例に示された分布制御
装置は下記の変形例を含んでいる。 ・上記実施例ではプロセスの数を三つとしたが二つ以上
であればいくつでも適用できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、各プロセスの状態量の
変動幅を均等化し、制御性能を向上する分布制御装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る分布制御装置の構成を
示す図。

【図２】本発明の一実施例に係る分布制御装置の構成を
示す図。

【図３】本発明の一実施例に係る分布制御装置の構成を
示す図。

【図４】従来例に係る制御装置の構成を示す図。

【符号の説明】

１…プロセス群 ２…プロセス ３…プロセス ４…プロセス ５…既知外乱ｄ(t) ６…操作量ｕ(t) ７…状態量ｘ1(t) ８…状態量ｘ２（ｔ） ９…状態量ｘ３（ｔ） １０…設定器 １１…設定値 １２…減算器 １３…制御偏差ｅ(t) １４…ＰＩＤ調節器 １５…加算器 １６…関数発生器 １７…関数発生器 １８…関数発生器 １９…目標値ｘ1r(t) ２０…目標値ｘ2r(t) ２１…目標値ｘ3r(t) ２２…減算器 ２３…減算器 ２４…減算器 ２５…偏差ｅ1(t) ２６…偏差ｅ2(t) ２７…偏差ｅ3(t) ２８…乗算器 ２９…乗算器 ３０…乗算器 ３１…積分器 ３２…積分器 ３３…積分器 ３４…出力Ｊ1(t) ３５…出力Ｊ2(t) ３６…出力Ｊ3(t) ３７…加算器 ３８…加算器 ４０…出力Ｊ(t) ４１…除算器 ４２…除算器 ４３…除算器 ４４…フィードバックゲインη1(t) ４５…フィードバックゲインη2(t) ４６…フィードバックゲインη3(t) ５１…係数器 ５２…係数器 ５３…係数器 ５４…加算器 ５５…加算器 ５６…係数器 ５７…一次遅れ要素 ６０…操作量ｕ（ｔ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のプロセスのうち最後のプロセスにお
   ける制御量と所定の設定値との偏差を基に前記各プロセ
   スへの操作量を演算するＰＩＤ制御器を備えた分布制御
   装置において、 既知外乱の値を基に前記各プロセスの状態量の各目標値
   を出力する関数発生器と、 前記各プロセスの所望の時点における各状態量と対応す
   る前記各目標値との偏差を求める減算器と、 この減算器で求められた各偏差をそれぞれ自乗する乗算
   器と、 この乗算器の各出力を積分する積分器と、 この積分器のすべての出力の総和に対する前記積分器の
   各出力値をそれぞれ前記各プロセスにおけるゲインとし
   て求め、対応する前記各偏差と乗算演算をする第１のゲ
   イン乗算器と、 この第１のゲイン乗算器のすべての出力を加算する第１
   の加算器と、 この第１の加算器の出力に前記複数のプロセスすべてに
   係るゲインを乗算演算する第２のゲイン乗算器と、 前記ＰＩＤ制御器の出力に前記第２のゲイン乗算器の出
   力を加える第２の加算器と、 を備えたことを特徴とする分布制御装置。