JPS59149505A - プロセス制御装置 - Google Patents

プロセス制御装置

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Publication number
JPS59149505A
JPS59149505A JP1465583A JP1465583A JPS59149505A JP S59149505 A JPS59149505 A JP S59149505A JP 1465583 A JP1465583 A JP 1465583A JP 1465583 A JP1465583 A JP 1465583A JP S59149505 A JPS59149505 A JP S59149505A
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JP
Japan
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signal
control
disturbance compensation
disturbance
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP1465583A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Hiroi
広井 和男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS59149505A publication Critical patent/JPS59149505A/ja
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    • GPHYSICS
    • 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
    • G05B13/0205Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
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  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は外乱の時ボ数′rD≧プロセスの時定数Tpの
関係を有するときのフィードバック制御系と外乱による
影響を抑制するフィードフォワード制御系との最適組み
合せのプロセス制御装置を提供することにある。
〔発明の技術的背景〕
プロセス制御を行なう際、フィードバック制御にフィー
ドフォワード制御を取り入れてプロセスを制御する場合
がある。大きく分けると次の二つのケースが考えられる
ケース人・外乱の時定数TD〈プロセスの時定数T。
ケースB・・・外乱の時定数゛1+D4プロセスの時定
数Tp フィ−ドフォワード制御を行なう場合の外乱補償伝達関
数(フィードフォワードモデル)CTF’iは となシ、ケースAの場合は1式の出力は進みとなシ、ケ
ースBの場合は(1)式の出力は遅れとなる。
ケースAの場合が一般的には多いが、ケースBの場合も
蒸留塔などの制御では集中的に存在する。
ケースAに適したフィードバック制御とフィードバック
制御の最適組み合せたプロセス制御装置として58年1
月13日付で出願しています。しかしこのプロセス制御
装置の欠点は単一外乱の場合は問題ないが、複数外乱の
場合には非常に複雑となってしまうこと、制御ループの
ゲイン自動修正のタイミングが早くなりすぎ、オーバー
鳴止するという大きな欠陥がある。
その−例を示す第1図のプロセス制御装置を参照しなが
ら説明する。
設定値(SV)1と制御量(PV)2とを減算器3に導
びいて、偏差信号4を得て、これを速度形調節演算部G
C,5に入力し、 この演算部5でP(比例)、■(積
分)、D(微4))の組み合せ調節演算して得られた速
度形調節出力信号へCnを乗算器6に出力する。
外乱信号(DI ) 12は係θ器13で係数に1を乗
じたのち、この静tp+性補償信号Dnを前記乗算器6
に導ひいて、この乗算器6は前記の速度形調節出力信号
△Cnに、この静特性補償信号Dnを乗じて得られた信
号を加算器7に入れる1、 静特性補償信号])nを差分演算部14に入れて速度影
信号△Dn −= J)n −JJn −tにして前記
加算器7に導き、前記乗算器6の信号と加算し、この合
成信号へMVnを速度形→位置影信号演算部8に導き、
ここで位置影信号MVnに変換して、加算器9に導ひき
、静特性補償信号Dnを不完全微分部15に入れて、不
完全微分9が加算した合成信号MVonを操作信号とし
て、プロセス11に印加して、制御量2が所定のSV値
と一致するように制御する。
ところで、例えば、蒸留塔の塔頂温度制御におけ禍外乱
つまシ原料流量と、リポイラスチーム流世などのように
、外乱の伝達関数の異なる2神の外乱の場合、第1図の
ごときの構成で示すと第2図に示すごとき、第1図の係
数器13を介[また外乱信号D1に、係数器23を介し
た外乱信号1〕2を加算器21で、静特性補償信号同志
を加算し、さらに係数器13  の出力を入力する不完
全微分部15の出力に係数器23の出力を入力する不完
全微分部24の出力を加算器25で動特性補償信号同志
を加算して、フィードバック制御と組み合せている。
〔背景技術の問題点〕
外乱補償伝達関数GFIは(1)式からと表わされる。
従来技術では、 TD1≧′rPの関係の場合には、次
の大きな欠陥がある。つまり、 (1)外乱補償信号は遅れとなっているのに、外乱補償
信号によるフィードバック調節のゲイン修正は、遅れな
しにかかっておシ、ゲイン修正が行き過ぎとなってしま
う。
(2)外乱が複数の場合は、非常に複雑となってしまう
などのプロセス制御の実用上、致命的欠陥があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来の欠点を除去するために、フィー
ドバック制御演算信号とフィードフォワード制御信号を
組み合せて、フィードフォワードモデル(外乱補償伝達
関数)を最適化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〕
本発明の目的を達成するだめの概要は、(2)弐またけ
、(2)式にむだ時間を組蚕合せたフィードフォワード
モデルGF1は で表わされる。いずれにしても、 TD1≧TP。
LDI > JJPなるしI]係のある場合にはフィー
ドブ入力など)の単位入力でも FFモデルGrlの出力≦に1  ・・・・・・・・(
4)が成立する。この特性を利用すれは、フィードバッ
ク制御の速度形調節苗封出力信号とフィードフォワード
制御出力信号は、非礼に簡単に組み合せることができ、
従来技術の欠陥を完全に除去したプロセス制御装置を提
供することができる。以下、この発明の実施例を図面に
もとすいて、詳細に説明する。
〔発明の実施例〕
本願発明の一実施例の第3図を参照しながら説明する。
第1図の回路、素子等と同一機能を営なむ回路・素子等
には同一番号を付し、その説明を省略して説明する。
相違する箇所は、第1図の係数器13を第3図では外乱
補償伝達関数手段31に置換え、第1図の不完全微分部
15および加算器9を第3図では除去して、速度形−位
置形信号演昇部8の出力をプロセスに与え、この外乱補
償伝達関数手段31で、静特性補償成分と動特性補償成
分を分離して処理していたものを一体にして処理するよ
うにしたものである。
次にこのように構成されたプロセス制御装置の作動を説
明する。
外乱補償伝達関数手段31の伝達関数GF1は または で表わされ、操作出力信号H)MVonはM V o 
n−Σ(D I X Gli’ t 込Cn+△Dn)
= Dt X GFt X Cn + Dn== DI
 XGFI (1+Cn) となる。
棟だ第1図の操作出力信号10MVonはとなる。これ
ら両式を比較すると従来技術の(7)式では、外乱D1
の大きさが変化すると、即フィードバック制御系の調節
出力ゲインが変化する。これはTDI≧TPO場合には
、負荷変化などの外乱の影響が遅れて来るので当然この
遅れに従って調節ゲインを変化させるべきで、従来の技
術では調節計のゲインを過大修正することに表る。しか
しく6)式では調節せておシ、最適ゲイン修正となって
いる。
次に本願の一実施例の他の実施例を第4図を参照しなが
ら説明する。
第3図の回路素子等と同一機能を営なむ回路、素子等に
同一番号を付しそれらの説明を省略して説明する。
相違する箇所は、外乱補償伝達関数手段31の機能を拡
張させて、外乱補償伝達関数手段31の出力を差分演算
部14の°入力信号とするとともに、この外乱補償伝達
関数手段31  の出力側と乗算器6の入力側との間に
信号」二下限制限器41および係数合せの係数器42を
図示のi7hり直列に接続した直列回路を挿入接続し、
信号上下限制限器41、係数器42を順々に通ってきた
外乱補償伝達関数手段31の出力を乗算器6の入力側に
供給接続するようにするものである。
次にこのような構成からなるプロセス制御装置の作動を
説明する。
信号上下限制限器41の設定によって、回路構成を変更
することなく一般制御方式と最適化制御方式のうちのい
ずれが一方の制御方式を選択可能となる。
一般制御方式・信号上下限制限器41の上限設定H−下
限設定L=50 チに設定したとき このときは、信号上下限制限器41の制限比率値と係数
器42の係数値(例えば115o)との関係で係数器4
2の出力KnはKn= l となる。
操作出力信号MVonは MVon =Σ(△Cn+△Dn ) = Cn +D
n= Cn + DI ×Gli’ 1 で表わされ、フィードバック制御系の出力Cnとフィー
ドフォワード制御系の出力GXGFIとを加算的に組合
せた一般制御方式をとる。
最適化制御方式・・・信号上下限制限器41の上限設定
H=100%下限 設定L−30%とした場合 信号上下限制限器41の制限比率値と係数器42の係数
値(例えば局。)との関係で係数器42の出力KnIl
−iI(n−0,6〜2.0  の値をとり、操作出力
信号MVonは となシ、フィードバック制御出力信号Cn  でフイー
ドフオ゛ワード制御出力信号DIXGFIの係数を自動
1−正し、最適化を計っている。
そして、信号上上限制限器41の下限設定L=30%と
しているので、異常で外乱信号1〕1=0となっても、
フィードバック制御出力信号Cnによって制御性は低下
するが、制御は安全に続行できる。
次に本願発明の他の実施例を第5図を参照しながら説明
する。
第3図と同一機能を有する回路素子に同一番号を付し、
その説明を省略して説明する。
第5図は、外乱補償伝達関数の異なるn種(図では2種
)の外乱補償に適用した場合のもので、それぞれの外乱
信号DI+ D2は対応した外乱補償伝達関数手段31
.51に入力され、各外乱補償伝達関数手段の出力は加
算器21で加算ののち乗算器6および差分演算部14に
入力する。 これを除いて他の構成は第3図の構成と同
一であり説明を省略する。
このようなプロセス制御装置においては、外乱がN個あ
っても、それぞれの外乱補償伝達関数の出力信号を加算
して、あとは単一外乱のときと同一演算処理となり、非
常に回路構成を単純化される。
〔発明の効果〕
本願のように、外乱補償伝達関数手段によって得られた
外乱補償信号のフィードフォワード制御信号成分をフィ
ードバック制御信号に乗算するように構成したため、 ■ 制御ループのゲインの自動修正が、外乱の制御量へ
の影響の動特性にマツチして行なわれ、フィードバック
制御とフィードフォワード制御の最適化組合せができる
■ 外乱補償伝達関数の異なる袂数の外乱補償の場合の
構成が非常に簡翳になる。
等の効果があり、さらに信号上下限制限器で制限ののち
係数倍された外乱補償伝速関数手段で得られだ外乱補償
信号のフイードフオワ−ド制御信号成分をフィードバッ
ク制御信号に乗算する構成にしたため、 (1)  ブロック構成は不変で、信号上下限設定の設
定値の設定によシフイードバック制御とフィードフォワ
ード制御を加算的に組み合せだ一般制御方式とフィード
バック制御出力によって、フィードフォワード制御の係
数を最適化修正する最適化制御方式の2つの制御方式が
選択できる。これは実用上、非常に大きなメリットであ
る。
(2)  さらに信号上下限設定の下限設定りの設定に
より、外乱信号が異常でZeroになったとき、フィー
ドフォワード制御の機能は消失するが、フィードバック
制御の機能を生かすことができ、制御の安全性は確保で
きる。
なお本願の一実施例として外乱補償信号を速度形調節演
算出力信号に乗じているが、この速度形調籍演算部の演
算式は 但、LKp・・比例ゲイン e ・・・偏差 T1・・・積分定数 ’rD・・微分定数 と表わせるので、外乱補償信号を比例ゲインKPまたは
制御偏差eに乗する構成にしても作用は全く同じで作用
効果も同じとなる。例えば制御偏差eに外乱補償信号を
乗するような場合、第3図における乗算器6を取り除い
て、この乗算・湯6を減算器3の出力側と速度形調節演
算部5の入力側との間に挿入接続し、偏差信号に外乱補
償信号を乗算器で乗算した結果を速度形調節演算部5の
入力側に供給し、この速度形調節演算部の出力を加算器
7に加えるような構成を取る。
またそれ以外に本願の一実施例において速度形調節演算
部8を用いるように記述したがこれに限定せず位置形調
節演算部に置換えて一実施されても同等の作用効果を奏
する。位置形調節演算部を用いた場合、第3図、第4図
および第5図の回路構成lよ速度形調節演算部を位置形
調節演算部に置き換え、差分演算部14および速度形→
位置形信号演算部8を取υ除く代シに、外乱補償伝達関
数手段の出力と加算器7の入力側を短絡して、加算器7
の出力をプロセスに与えるようにする。
このような構成を取ると速度形演算処理に比べ ■自動−手動切換時のバンプレス化が劣る。
■操作端特性補正が複雑 の面で劣るが他は同様な作用がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は従来のプロセス制御装置の構成をブロック構成
にて示す図、第2図は外乱補償伝達関数の異なる2種の
外乱の補償を行なう従来のプロセス制御装置をブロック
構成にして示す図、第3図は本願光間のプロセス制御装
置をブロック構成にして示す図、第4図は本願発明の他
の実施例を示す図、第5図は外乱補償伝達関数の異なる
2種類の外乱の補正を行なう本発明のプロセス制御装置
をブロック構成にして示す図でちる。 3・・減算器、5・・・速度形調節′$、算部。 6・・・乗算器、8・・・速度形→(X’1置形信号演
算部。 11・・・プロセス、13・・・係数器、14・差分演
算部。 15・・・不完全微分部、21・・・加n器、23・・
・係数器。 24・・・不完全微分部、31  ・外乱補償伝達関数
手段。 41・・・信号上下限制限器、51・・・外乱補償伝達
関数手段。 代理人 弁理士 則近所佑 ほか1名 121′う 第  1  図 第  2  図 第30 1 ビ?  翫 第  4  図 幼 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 設定値と制御量の1@差値から、調節演算部で調
    節演算した調節演算信号を操作信号として出力するプロ
    セス制御装置において、フィードフォワード制御用の外
    乱補償伝達関数手段を備え、この外乱補itt伝達関数
    手段の出力である外乱補償信号を前記偏差信号まだは調
    節演算信号に乗じて、外乱補償信号成分を含む調節演算
    信号を操作信号とすることを特徴とするプロセス制御装
    置。 2 外乱補償伝達関数手段に信号制限器および係数器を
    備え、信号制限器で制限されて係数器で係数を乗じられ
    た外乱補償信号を出力するようにしたことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載のプロセス制御装置。 3、調節演算部が速度形調節演算する速度形調節演算部
    まだは位16:形調節演算する位置形調節演算部である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項まだは第2項記
    載のプロセス制御装置。
JP1465583A 1983-02-02 1983-02-02 プロセス制御装置 Pending JPS59149505A (ja)

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JP1465583A JPS59149505A (ja) 1983-02-02 1983-02-02 プロセス制御装置

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JP1465583A JPS59149505A (ja) 1983-02-02 1983-02-02 プロセス制御装置

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JPS59149505A true JPS59149505A (ja) 1984-08-27

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999056185A1 (en) * 1998-04-24 1999-11-04 Hitachi, Ltd. Controller and control method

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55115103A (en) * 1979-02-27 1980-09-04 Toshiba Corp Feedforward controller for inverse response process

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