JPS5965319A - 流体圧力制御方法 - Google Patents
流体圧力制御方法Info
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- JPS5965319A JPS5965319A JP57174318A JP17431882A JPS5965319A JP S5965319 A JPS5965319 A JP S5965319A JP 57174318 A JP57174318 A JP 57174318A JP 17431882 A JP17431882 A JP 17431882A JP S5965319 A JPS5965319 A JP S5965319A
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- fluid
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D16/00—Control of fluid pressure
- G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
- G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
- G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
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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。
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〕
本発明は流体圧力制御方法に関し、特に比例、積分、微
分（ＰＩＤ ン制御方式を用いた流体圧力制御方法に関
する。
分（ＰＩＤ ン制御方式を用いた流体圧力制御方法に関
する。
一般に、被制御流体の圧力検出値と予め設定された圧力
目標値の偏差の積分及び微分に対しである制御パラメー
タを乗じ、その和をもって圧力制御弁の弁開度を調節す
るいわゆるＰＩＤ制御方式を用いた従来の流体圧力制御
方法は、これらの演算に使用される制御パラメータが固
定パラメータとして使用されている。しかしながら、固
定制御／４’ラメータを用いて流体の圧力をＰＩＤ制御
した場合、被制御流体の圧力変化と圧力制御弁の弁開度
との関係が非線形となってしまい、このため従来は常に
望ましい制御応答を得ることが極めて困難であった。
目標値の偏差の積分及び微分に対しである制御パラメー
タを乗じ、その和をもって圧力制御弁の弁開度を調節す
るいわゆるＰＩＤ制御方式を用いた従来の流体圧力制御
方法は、これらの演算に使用される制御パラメータが固
定パラメータとして使用されている。しかしながら、固
定制御／４’ラメータを用いて流体の圧力をＰＩＤ制御
した場合、被制御流体の圧力変化と圧力制御弁の弁開度
との関係が非線形となってしまい、このため従来は常に
望ましい制御応答を得ることが極めて困難であった。
本発明は上記の問題点を克服するためなされたもので、
被制御流体の圧力変動に対して常に望ましい制御応答を
行ない得る流体圧力制御方法を提供することを目的とす
るものである０〔発明の概女〕 本発明は上記の目的を達成するだめに、被制御流体の微
小圧力変化内における被制御流体の流量と圧力制御弁の
弁開度をプロセス量とする被制御流体の圧力と弁開度と
の線形モデルの特性値を求め、この特性値に基づいて１
ｌｉＵ御応答時間の父差角周波数が一定となるように制
御パラメータを自動調整することを特徴としている。
被制御流体の圧力変動に対して常に望ましい制御応答を
行ない得る流体圧力制御方法を提供することを目的とす
るものである０〔発明の概女〕 本発明は上記の目的を達成するだめに、被制御流体の微
小圧力変化内における被制御流体の流量と圧力制御弁の
弁開度をプロセス量とする被制御流体の圧力と弁開度と
の線形モデルの特性値を求め、この特性値に基づいて１
ｌｉＵ御応答時間の父差角周波数が一定となるように制
御パラメータを自動調整することを特徴としている。
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。
。
第１図〜第４図はいずれも本発明の一実施例を説明する
だめのもので、第１図は一実施例としての上水道配水系
における水圧力制御系を示す図で、第２図は水圧力と圧
力制御弁開度の線形モデルを示す図で、第３図は第２図
の線形モデルにＰＩ制御モデルを組合せた図で、第４図
は同実施例の電子計算機のアルゴリズムを示す図である
。
だめのもので、第１図は一実施例としての上水道配水系
における水圧力制御系を示す図で、第２図は水圧力と圧
力制御弁開度の線形モデルを示す図で、第３図は第２図
の線形モデルにＰＩ制御モデルを組合せた図で、第４図
は同実施例の電子計算機のアルゴリズムを示す図である
。
第１図において符号１で示すものはνＪ？ンプであり、
ポンプ１から吐出された水は管路２、圧力制御弁３１１
：通シ、需要家４に配水される。この制御系は同図に示
すように圧力制御弁３の２次側に圧力制御弁３の弁開度
を検出する開度検出器５と、水の流量を検出する流量検
出器６と、水圧力を検出する圧力検出器７とが設置され
ている。これらの検出器５．６．７よシ検出されたプロ
セスデータは、設定データ入力装置８から供給される圧
力目標値とともに入力装置９を介して電子計算機１０に
入力される。電子計算機１０では入力装置９を介して入
力された検出器５，６．７のプロセスデータと設定デー
タ入力装＊Ｓに記憶されている圧力目標値とを予め内蔵
されている後述する所定のロジックに従い演算し、その
演算結果を出力装置１１を介して圧力制御弁開度制御装
置１２に操作指令信号として供給する。その結果、圧力
制御弁開度制御装置Ｊ２は電子計算機１０よシ供給され
る操作指令信号に基づいて圧力制御弁３の弁開度を操作
し、水圧力を目標設定、圧ツカに、制御する。
ポンプ１から吐出された水は管路２、圧力制御弁３１１
：通シ、需要家４に配水される。この制御系は同図に示
すように圧力制御弁３の２次側に圧力制御弁３の弁開度
を検出する開度検出器５と、水の流量を検出する流量検
出器６と、水圧力を検出する圧力検出器７とが設置され
ている。これらの検出器５．６．７よシ検出されたプロ
セスデータは、設定データ入力装置８から供給される圧
力目標値とともに入力装置９を介して電子計算機１０に
入力される。電子計算機１０では入力装置９を介して入
力された検出器５，６．７のプロセスデータと設定デー
タ入力装＊Ｓに記憶されている圧力目標値とを予め内蔵
されている後述する所定のロジックに従い演算し、その
演算結果を出力装置１１を介して圧力制御弁開度制御装
置１２に操作指令信号として供給する。その結果、圧力
制御弁開度制御装置Ｊ２は電子計算機１０よシ供給され
る操作指令信号に基づいて圧力制御弁３の弁開度を操作
し、水圧力を目標設定、圧ツカに、制御する。
前記電子計算機１０に内蔵されるロジックは、大別して
２つに分れる。第１は制御対象である上水道の微小圧力
変化内での水圧力と圧力制御弁開度の線形化であシ、第
２は第１のロジックにより得られ九磁形化モデルの特性
値から制御パラメータを決定するアルゴリズムである。
２つに分れる。第１は制御対象である上水道の微小圧力
変化内での水圧力と圧力制御弁開度の線形化であシ、第
２は第１のロジックにより得られ九磁形化モデルの特性
値から制御パラメータを決定するアルゴリズムである。
まず、上水道の微小圧力変化内での水圧力と圧力制御弁
開度の線形化について説明する。一般に、第１図に示さ
れるような流体圧力制御系の圧力平衡式は次式のように
表わされる０ただし、上式において ｈ！：ポンプ吐出圧 ｈ２ ：圧力制御弁の２次側圧力 Ｕ ：圧力制御弁開度 ｆ （ｕ） ：圧力制御弁の損失水頭係数ｑ ：管路を
流れる流量 ｆｏ：管路摩擦損失係数 ｆｃ：慣性による損失係数 ｎｙｍ ： ７’ラント固有の定数 である。ここで（１）式の右辺の第３項及び第４項の値
は比較的小さいので、（１）式は（２）式のように近似
することができる。
開度の線形化について説明する。一般に、第１図に示さ
れるような流体圧力制御系の圧力平衡式は次式のように
表わされる０ただし、上式において ｈ！：ポンプ吐出圧 ｈ２ ：圧力制御弁の２次側圧力 Ｕ ：圧力制御弁開度 ｆ （ｕ） ：圧力制御弁の損失水頭係数ｑ ：管路を
流れる流量 ｆｏ：管路摩擦損失係数 ｆｃ：慣性による損失係数 ｎｙｍ ： ７’ラント固有の定数 である。ここで（１）式の右辺の第３項及び第４項の値
は比較的小さいので、（１）式は（２）式のように近似
することができる。
ｈ、−ｈ、＝ｔｕ＜ｕ＞−ｑ”・・−・−・・・−（２
）（２）式から明らかなようにポンプ吐出圧ｈ！と圧力
制御弁３０２次側圧力ｈ２との圧力差は、管路２を流れ
る流ｉｑのｎ乗と圧力制御弁開度ｕ′ｊＦ！：変数とす
る圧力制御弁３の損失水頭係数ｆｕ（ｕ）との積のかた
ちで表され、上記圧力差と弁開度Ｕとの関係は非線形と
なっている。
）（２）式から明らかなようにポンプ吐出圧ｈ！と圧力
制御弁３０２次側圧力ｈ２との圧力差は、管路２を流れ
る流ｉｑのｎ乗と圧力制御弁開度ｕ′ｊＦ！：変数とす
る圧力制御弁３の損失水頭係数ｆｕ（ｕ）との積のかた
ちで表され、上記圧力差と弁開度Ｕとの関係は非線形と
なっている。
したがって、この関係を線形化させるためには上記圧力
差が微小変化内における圧力制御弁開度Ｕと流量ｑがプ
ロセス量として得られればよい。すなわち、いま仮シに
制御流体の対象範囲がある平衡点の近傍にあるとすると
次式が成り立つ。
差が微小変化内における圧力制御弁開度Ｕと流量ｑがプ
ロセス量として得られればよい。すなわち、いま仮シに
制御流体の対象範囲がある平衡点の近傍にあるとすると
次式が成り立つ。
ｂｓｏ−ｈ２ｇＷｊｕ（ｕ）ａｑｏｎ＋＊・・−・−・
・（３）（ｈｌｏ＋Δｈｘ） （ｈｓｏ＋Δｈａ）−
ｆｕ（ｕｏ＋ΔＵ）（ｑｏ十Δｑ）ｎ・・・・・・・・
・ （４）ただし、上式において ｕｏ：ゾロネスがある平衡点にあった時の圧・力制御弁
開度 Δｕ ：プロセスがある平衡点にあった時の圧力制御弁
開度からの偏差 ｑｏ：プロセスがある平衡点にあった時の流量 Δｑ ：ノロセスがある平衡点にあった時の流量からの
偏差 ｈｌ。：プロセスがある平衡点にあった時のポンプの吐
出圧 Δｈ１：プロセスがある平衡点にあった時のポンプ吐出
圧からの偏差 ｈｚｏ：プロセスがある平衡点にあった時の圧力制御弁
の２次側圧力 Δｈ２：プロセスがある平衡点にあった時の圧力制−御
弁の２次−ｊ圧力からの偏差 である０なお、その他の記号については（１）式と同様
である。
・（３）（ｈｌｏ＋Δｈｘ） （ｈｓｏ＋Δｈａ）−
ｆｕ（ｕｏ＋ΔＵ）（ｑｏ十Δｑ）ｎ・・・・・・・・
・ （４）ただし、上式において ｕｏ：ゾロネスがある平衡点にあった時の圧・力制御弁
開度 Δｕ ：プロセスがある平衡点にあった時の圧力制御弁
開度からの偏差 ｑｏ：プロセスがある平衡点にあった時の流量 Δｑ ：ノロセスがある平衡点にあった時の流量からの
偏差 ｈｌ。：プロセスがある平衡点にあった時のポンプの吐
出圧 Δｈ１：プロセスがある平衡点にあった時のポンプ吐出
圧からの偏差 ｈｚｏ：プロセスがある平衡点にあった時の圧力制御弁
の２次側圧力 Δｈ２：プロセスがある平衡点にあった時の圧力制−御
弁の２次−ｊ圧力からの偏差 である０なお、その他の記号については（１）式と同様
である。
ここで（４）式においてΔＵ・Δｈ２の項を無視し、（
３）式に代入すると（５）式が得られる。
３）式に代入すると（５）式が得られる。
九、−Δｂ２＝ ｆｕ’（ｕｏ） ” ｑ”Δｕ・・・
・・曲（５）（６）式から明らかなようにΔｈ、−Δｈ
２はΔＵ及びΔｈ２に関して線形となシ、この線形モデ
ルを図示すると第２図のようになる。なお、同図におい
てＫは線形モデルの特性値であり、（５）式から次のよ
うに表される。
・・曲（５）（６）式から明らかなようにΔｈ、−Δｈ
２はΔＵ及びΔｈ２に関して線形となシ、この線形モデ
ルを図示すると第２図のようになる。なお、同図におい
てＫは線形モデルの特性値であり、（５）式から次のよ
うに表される。
Ｋ＝ ｆｕ’（ｕｏ） ” ｑ” ””−・・（６）
したがって、このモデルは比例系として表現されたこと
になシ、前述したように圧力制御弁開度ｕ６及び流量ｑ
ｏがプロセス量として得られれば、ｆｕ′は関数−とじ
て、ｎは予め設定可能な定数なので、線形な制御モデル
の特性値Ｋが得られる。
したがって、このモデルは比例系として表現されたこと
になシ、前述したように圧力制御弁開度ｕ６及び流量ｑ
ｏがプロセス量として得られれば、ｆｕ′は関数−とじ
て、ｎは予め設定可能な定数なので、線形な制御モデル
の特性値Ｋが得られる。
次に、特性値ＫからＰＩＤ制御の制御パラメータを決定
するアルゴリズムについて説明する。
するアルゴリズムについて説明する。
なお、ここでは微分制御は雑音に対して好ましくない影
響を及ぼす場合があるので比例・積分制御を適用した場
合について述べる。
響を及ぼす場合があるので比例・積分制御を適用した場
合について述べる。
第３図に示すように、制御対象が比例となる系にＰＩ−
制御を施した場合、この系の開ループ伝達関数は次式の
ように表される。
制御を施した場合、この系の開ループ伝達関数は次式の
ように表される。
Ｇ（５）＝Ｋｐ＠に−Ｉ・（１＋Ｔ！Ｓ）・・・・・・
・・・ （７）ただし、同図及び（７）式においてに、
及びＴＩは制御ノ９ラメータとしての比例ゲイン及び積
分時間であり、Ｓはラグラス演算子、Δｈｒは圧力偏差
Δｈの目標値でおる。ここで、線形モデルの特性値には
（６）式からも明らかなように弁開度ｕ６や一流量（ｔ
ｏによって変動する。したがって、本実施例ではこの変
動に対して制御応答を一定に保つため矢のような指針を
設定する０ 指針１：制御応答時間を一定とするために交差角周波数
ωｃを一定となるよう比例ゲ インに、及び積分時間ＴＩ ”を決定する０指針２ ：
（７）式において（１＋ＴＩ）の項があるので立上９
応答時間を安定させるため ｌ／ＴＩｔ−３ωＣ以上とする。
・・・ （７）ただし、同図及び（７）式においてに、
及びＴＩは制御ノ９ラメータとしての比例ゲイン及び積
分時間であり、Ｓはラグラス演算子、Δｈｒは圧力偏差
Δｈの目標値でおる。ここで、線形モデルの特性値には
（６）式からも明らかなように弁開度ｕ６や一流量（ｔ
ｏによって変動する。したがって、本実施例ではこの変
動に対して制御応答を一定に保つため矢のような指針を
設定する０ 指針１：制御応答時間を一定とするために交差角周波数
ωｃを一定となるよう比例ゲ インに、及び積分時間ＴＩ ”を決定する０指針２ ：
（７）式において（１＋ＴＩ）の項があるので立上９
応答時間を安定させるため ｌ／ＴＩｔ−３ωＣ以上とする。
指針３：定常状態における安定性を保つため、開ループ
伝達関数Ｇ（Ｓ）の周波数応答におけるダイン特性のω
Ｃ付近での傾 斜に−２０ｄＢ／ｄｅｃとなるようにする。
伝達関数Ｇ（Ｓ）の周波数応答におけるダイン特性のω
Ｃ付近での傾 斜に−２０ｄＢ／ｄｅｃとなるようにする。
この指針１〜３に従えば、（７）式よりωＣ＝＝に−に
、／ＴＸを考慮して、交差角周波数ωＣが一定となる′
ように制御ノリメータＫｐ ＋ Ｔ １が決定される。
、／ＴＸを考慮して、交差角周波数ωＣが一定となる′
ように制御ノリメータＫｐ ＋ Ｔ １が決定される。
したがって、前記電子計算機１ｏでは上述したロジック
に基づいて第４図に示すように、始めに交差角周波数ω
Ｃが設定され、制御対象の特性値Ｋが演算・検出される
。そしてＰＩ制御の制御ノリメータである比例ゲインに
、及び積分時間ＴＸが上記指釧１〜３に基づいて決定さ
れ、操作出力信号が算出される。
に基づいて第４図に示すように、始めに交差角周波数ω
Ｃが設定され、制御対象の特性値Ｋが演算・検出される
。そしてＰＩ制御の制御ノリメータである比例ゲインに
、及び積分時間ＴＸが上記指釧１〜３に基づいて決定さ
れ、操作出力信号が算出される。
このように本実施例によれば、ポンプ１の吐出圧と圧カ
フ１７！Ｉ御弁３の２次側圧力との圧力差が微小変化内
における圧力制御弁開度ｕ６及び流量ｑｏヲプロセス量
とする線形モデルの特性値Ｋｔ″求め、この特性値Ｋに
基づいて交差角周波数ωＣが一定となるよう圧制御パラ
メータに、、ＴＩｔ−自動調整することにょシ常に安定
した制御、応答が可能となる。
フ１７！Ｉ御弁３の２次側圧力との圧力差が微小変化内
における圧力制御弁開度ｕ６及び流量ｑｏヲプロセス量
とする線形モデルの特性値Ｋｔ″求め、この特性値Ｋに
基づいて交差角周波数ωＣが一定となるよう圧制御パラ
メータに、、ＴＩｔ−自動調整することにょシ常に安定
した制御、応答が可能となる。
なお、本実施例ではプロセス信号の雑音を考慮してＰＩ
制御を適用した場合について述べたが、本発明によれば
プロセスからの入力信号をフィルタ全通して入力するよ
うにしてもよい。
制御を適用した場合について述べたが、本発明によれば
プロセスからの入力信号をフィルタ全通して入力するよ
うにしてもよい。
このようにすればプロセス信号に含まれる雑音全減少で
さ、ＰＩＤＩＤ制御用適用ばさらに安定した制御応答を
得ることができる。また本発明は上述した上水道配水系
に限定されるものではなり１．例えばプラント等の流体
移送設備における流体圧・力についても同様の方法で圧
力制御かり能である。
さ、ＰＩＤＩＤ制御用適用ばさらに安定した制御応答を
得ることができる。また本発明は上述した上水道配水系
に限定されるものではなり１．例えばプラント等の流体
移送設備における流体圧・力についても同様の方法で圧
力制御かり能である。
以上説明したように本発明によれば、被制御流体の微小
圧力変化における圧力制御弁開度と流量とをプロセｚ竜
とする線形化モデル特性値を算出し、この特性値に基づ
いて制御応答時間の交差角周波数が一定となるように制
御パラメータを自動調整するようにしたので、流体の試
験調整時間を短編でき、常に望ましい制御応答が得られ
る実用性の高い流体圧力制御全提供することができる。
圧力変化における圧力制御弁開度と流量とをプロセｚ竜
とする線形化モデル特性値を算出し、この特性値に基づ
いて制御応答時間の交差角周波数が一定となるように制
御パラメータを自動調整するようにしたので、流体の試
験調整時間を短編でき、常に望ましい制御応答が得られ
る実用性の高い流体圧力制御全提供することができる。
第１図〜ｔｇ４図はいずれも本発明の一実施例全説明す
るだめの図で、第１図は一実施例としての上水道配水系
における水圧力制御系を示すブロック図、第２図は水圧
力変化と圧力制御弁開度の線形モデルを示すモデル図、
第３図は第２図の線形モデルＫＰＩ制御モデルを組合せ
たモデル図、第４図は電子計算様のアルゴリズムを示す
流れ図である。 １・・・ポンダ、２・・・管路、３・・・圧力制御弁、
５・・・弁開度検出器、６・・・流量検出器、７・・・
圧力検出器、８・・・設定ｒ−タ入力装置、１０・・・
電子計算様、１２・・・圧力制御弁開度制御装置。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第１図 第２図
るだめの図で、第１図は一実施例としての上水道配水系
における水圧力制御系を示すブロック図、第２図は水圧
力変化と圧力制御弁開度の線形モデルを示すモデル図、
第３図は第２図の線形モデルＫＰＩ制御モデルを組合せ
たモデル図、第４図は電子計算様のアルゴリズムを示す
流れ図である。 １・・・ポンダ、２・・・管路、３・・・圧力制御弁、
５・・・弁開度検出器、６・・・流量検出器、７・・・
圧力検出器、８・・・設定ｒ−タ入力装置、１０・・・
電子計算様、１２・・・圧力制御弁開度制御装置。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第１図 第２図
Claims (1)
- 被制御流体の圧力検出値と予め設定された圧力目標値の
偏差の積分及び微分に対して制御パラメータを乗じ、そ
の和をもって圧力制御弁の弁開度を調節する流体圧力制
御方法において、前記被制御流体の微小圧力変化内にお
ける前記被制御流体の流量と前記圧力制御弁の弁開度を
プロセス量とする前記被制御流体の圧力変化と前記圧力
制御弁の弁開度との線形モデルの特性値を算出し、この
特性値に基づいて制御応答時間の交差角周波数が一定と
なるように前記制御パラメータを調整するようにしたこ
とを特徴とする流体圧力制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57174318A JPS5965319A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 流体圧力制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57174318A JPS5965319A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 流体圧力制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5965319A true JPS5965319A (ja) | 1984-04-13 |
Family
ID=15976546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57174318A Pending JPS5965319A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 流体圧力制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5965319A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03103682A (ja) * | 1989-09-14 | 1991-04-30 | Hitachi Ltd | ガス弁装置の制御装置 |
| JPH03171306A (ja) * | 1989-11-30 | 1991-07-24 | Ricoh Co Ltd | 流体圧力制御方法及び装置 |
| JPH0635306U (ja) * | 1992-07-03 | 1994-05-10 | 株式会社伊田屋本店 | 縁 石 |
| JP2019162569A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | オルガノ株式会社 | 液体供給装置および圧力制御方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4831433A (ja) * | 1971-08-30 | 1973-04-25 |
-
1982
- 1982-10-04 JP JP57174318A patent/JPS5965319A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4831433A (ja) * | 1971-08-30 | 1973-04-25 |
Cited By (4)
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| JPH03103682A (ja) * | 1989-09-14 | 1991-04-30 | Hitachi Ltd | ガス弁装置の制御装置 |
| JPH03171306A (ja) * | 1989-11-30 | 1991-07-24 | Ricoh Co Ltd | 流体圧力制御方法及び装置 |
| JPH0635306U (ja) * | 1992-07-03 | 1994-05-10 | 株式会社伊田屋本店 | 縁 石 |
| JP2019162569A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | オルガノ株式会社 | 液体供給装置および圧力制御方法 |
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