JPS60218105A - 制御装置 - Google Patents

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、制御対象のサンプル値制御装置に係シ、特に
閉ループ制御中に制御対象の動特性を同定して、その同
定結果にもとづいて制御定数を自動的に調整（チューニ
ング）することのできる機能を有し、さらに、チューニ
ング後の制御系の制御性能が制御対象の動特性変化に対
して劣化しない機能を有する制御装置に関する。

〔発明の背景技術とその問題点〕

プラントの流量、温度、圧力などを制御する制御装置は
その制御定数を制御対象の動特性に応じて適切に調整す
る必要がある。一方、最近ではプラントの省エネルギ運
転にともない、運転中に制御対象の動特性が変化するケ
ースが増加している。動特性変化に対して、これまでダ
インスケ？）ニール制御方式と、モデル規範形適応制御
方式たる２つの制御技術が知られている。

この２つの方法は、広い意味で適応制御のクラスに属す
る制御方式であシ、まず前者のダインスケジュール制御
方式では、動特性変化に直接に関係する制御対象に関す
る補助信号を入力して、明らかになっているダインスケ
ジュール曲線に従って、制御定数を変化させていく方式
である。したがって、事前に動特性変化の様子と対応す
るゲインスケジュールの関係が明らかになっている必要
がある。

一方モデル規範形適応制御方式は、制御対象の動特性が
未知の場合に用いる制御方式であり、制御系の出力と制
御系のモデル出力との誤差が零となるように、コントロ
ーラの制御定数を適応的に調整していく制御方法である
。この方法は、制御対象の動特性が未知の場合に用いる
ことができる利点はあるが、未知外乱や観測ノイズなど
が原因して制御対象によっては、十分な性能を発揮でき
ないケースがあるばかシでなく、動特性が変化したとき
適応するのにある程度の時間がかがシ、さらに、過渡状
態での操作信号が大きく変動しやすいという問題を持っ
ている。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した従来の制御装置の性能を改良したも
ので、制御対象の動特性変化に低感度、あるいはロバス
トな制御系に自動的にチューニングされる制御装置を提
供することを目的としている。

〔発明の概要〕

本発明は、閉ループ制御中に制御対象の動特性を同定す
る手段と、その同定結果から制御系の望ましいモデルを
用いて制御定数を演算する手段と、制御系の望ましいモ
デルを自動的に構成する手段と、望ましいモデルの出力
と制御系の出力との誤差信号をサンプル値ＰＩＤ演算し
、そのＰＩＤ演算出力を制御対象に重畳するようにフィ
ードパ、りして構成した制御装置でおる。

〔発明の効果〕

上述した構成とすることによシ、制御系全体が制御対象
の動特性の変化に対して低感度、あるいは、口・々スト
となるばかシでなく、制御系に印加される外乱に対して
、その抑制力が強化される。このような制御系に、自動
的にチューニングされるので、設計や調整にかかわるマ
ンノ９ワーを大幅に省力化することができる。

また、制御対象の動特性変化に対して、制御系を低感度
（ロバスト）とすることができるのでゲインスケジュー
ルする必要がないし、制御定数を動特性変化に対して時
々刻々適応させる必要もなく、動特性変化時の操作信号
や出力の応答もなめらかなものとすることができる。

〔発明の実施例〕

麻１図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。

まず、実施例の構成を説明すると、ｙ（ｔ）は制御対象
１の出力信号、ｕ（ｔ）は入力信号あるいは操作信号で
あシ、制御対象１は操作信号側に外乱ａ　（ｔ）が入力
されている。出力信号ｙ　（ｔ）は第１のサンシラ２に
よシ、サンプリング周期τ毎にサンプラされ、離散時間
の出力信号ｙ　（ｋ）が生成５− される。ここで、ｋはにτ＝ｔを意味する。また、ｒ　
（ｔ）は制御系の目標値信号であシ、同様に第２のサン
プラ３によシサンプラされ、離散時間の目標値ｒ＊←）
が生成される。偏差演算器４では、ｒ＊（ｋ）とｙ＊（
ｋ）よシ第１式によシ偏差＃＊（ｋ）を演算する。

ｅへ）＝ｙ〜）−ｙ”（ｋ）　・・・第１式主積分演算
器５では積分子インＫを用いて、偏差ｅ”（ｋ）を積分
して、積分出力Ｕ。＊（ｋ）を演算する。

ｕ　％）＝　ｕ　”（ｋ−１）十に−ｅ（ｋ）　−・・
第２式％式％ フィードバック補償器Ｆ（ｉ−１）　６では、出力信号
ｙ〜）を入力してｕ／”（ｋ）を演算する。

ｕ　１Ｏｃ）　−Ｆ（’ｇ−１’）　・ｙ”Ｑｃ）　・
・・第３式制御系モデル７では、後述する設計ブロック
１５によシ設定されたモデルノ４ラメータとｒ＊（ｋ）
とを用いて、モデル出力ｙ：（ｋ）を演算する。

ｙＭ％）＝ＧＭ（Ｚ−’　＋　τ＋　’　ｒα２．α、
・”）　−ｒ”（ｋ）・・・第４式 出力誤差演算器８は、出力ｙ＊（ｋ）とモデル出力ｙ詠
）との誤差ε−）を次のように演算する。

ｅへ）＝ｙ〜）−ｙ謹）　・・・第５式サンプル値ＰＩ
Ｄ補償器９では、出力誤差−（ｋ）を入力して、設計プ
ロ、り１５に設定されたノ母うメータをもちいて、Ｕ−
［有］）を次のように演算する。

ｕｇ％）＝Ｈ（Ｚ−’　、　ｒ　、　ａ　、α２．α５
　＋　・”　ｅ　Ｋ　ｒ　ｒ　）　”　”ＱＣ）・・・
第６式 ｕ　ｇ＊（ｋ）は、前述したｕｉｈ＞と加算器１０で加
算され、この加算された出力は、加減算器１１で、積分
出力、　”（ｋ）などと演算され入力信号、”（ｋ）を
生成する。

ｕ％）＝ｕ、％）＋ｖ％）−ｕ／　（ｋ）−ｕ−（ｋ）
　・・・第７式なお、マ嘩）は、同定信号発生器１２で
生成された、制御対象１を同定するための信号である。

入力信号、”（ｋ）は、零次ホールド１３によシサンプ
ル周期の間ホールドされて入力信号ｕ（１）となる。オ
ンライン同定器１４では、入力Ｕ〜）と出力ｙ＊（ｋ）
の時系列データを入力して、制御対象１の次のような離
散時間モデルの係数ａｓ（ｉ＝ｘ。

２　＃　・・’　ｌ　ｎｌ）　ｂｌ　（１−１＋”’ｅ
　ｎｌ）　）、但し、Ａ　（’ｒ、−，１’）　ｙ＊（
ｋ）＝Ｂ　（ｚ−１）　ｕ＊Ｑｃ）　”・第８式をオン
ライン最小２乗法によシ同定する。

設計ブロック１５では、同定された制御対象１の離散時
間モデル係数ａｌ、ｂ１と、制御系の応答形状を規定す
るパラメータαと、ロバストダインｒとを入力して主積
分演算器５の積分ダインにとフィードバック補償器６の
係数１０　＋　／　１　ｒ丁や制御系モデルｒで用いる
τ、σ、α１．α２゜・・・などの係数や、サンプル値
ＰＩＤ補償器９で用いるτ、σ、α４．α２．・・・、
ｒなどの係数を設計するようになっている。システムコ
ントロールブロック１６では、同定開始（ｓｔａｒｔ）
信号を受けて、同定信号発生器１２、オンライン同定器
１４などの動作状態を管理するようになっている。

次に、この制御装置の動作を説明する。まず、積分ダイ
ンにとフィードバック係数ｆ。、ｆ、を制御系が安定に
動作する適当な定数に設定し、システムコントロールブ
ロックｘｇニ同定開１ｔｈ信号を入力する。閉ループ制
御中に同定信号発生器１２とオンライン同定器１４を動
作させる。

これにとも外いノ４−シスチントリ・エキサイテイング
な同定信号Ｖ〜）が生成され、制御系に注入される。し
たがって、入力ｕ”（ｋ）に出力ｙ＊ｏ＝）とは独立な
ノＪ？−シスチントリ・エキサイテイングな信号成分が
含まれるので、閉ループ制御中でも入力Ｕ〜）と出力ｙ
”ｋ）から制御対象１の離散時間モデルの係数ａ１．Ｊ
が次のようなオンライン最小２乗フィルタによシ同定さ
れる ９− 同定が進むにつれて、同定誤差信号η（ｋ）が小さくな
シ、未知・母うメータベクトル金仮）の変化が小さくな
ると、これをシステムコントロールツｐ、り１６が検出
し、同定信号発生器１２とオンライン同定器１４との動
作を停止させるとともに、同定７４ラメータａｌ　ｅ　
Ｊと応答形状係数αとｐバストダインｒが入力されてい
る設計ブロック１５を起動させる。設計ブロック１５で
は、まず同定ノ母うメータａｌ　、　Ｊとサンプル周期
τとから、制御対象１の伝達関数ＱＰ　（ａ）を演算す
る。

次に、応答形状係数αによシ規定された、制御系のモデ
ルＧＭ（ｍ　＋σ、α、）とサンプル周期τとを用い部
分的モデルマツチングによシ、積分１０− ゲインにとフィードバック係数ｆ。、ｆｌとを演算し、
このとき決まる制御系の立ち上シ時間σから、制御系の
離散時間モデルの係数σ、α２゜α６．・・・、を演算
し出力する。

これらの係数を受けて、まず、制御系のモデル７では、
前記第４式にもとづきモデル出力”　Ｍ”　（ｋ）を出
力する。一方、設計ブロック１５で演算された、σ、α
２．α３．・・・、ｒ、Ｋを用いて、サンプル値ＰＩＤ
補償器９では、出力誤差ε（ｋ）を入力して、ｕｇ”（
ｋ）を出力する。このｕ、１）信号は、制御系に印加さ
れた外乱と制御対象１の動特性変化分から構成されてお
シ、この信号ｕ−（ｋ）を操作端へフィードバックする
ことによシ、動特性変化に強い、しかも、外乱にも強い
ロバストな制御系が自動的に構成されることになる。

なお、設計ブロック１５では、次のようなステップでま
ずα２．α３．α４を設計するとともに、σ、に、ｆｏ
、ｆ、などの設計定数を設計する。

また、制御系設計のための参照モデルをＧＭ（ｓ、σ、
α２．α、）とすると ＧＭ（ｌＩ、σ、α２．α３．・・・）＝１１０＋σ＠
剌ｚ（σＢ）２＋α３（σｌ）３＋α４（σｓ　）　’
−１−・・）ることによシ離散時間モデルをめることが
できる。

ＧＭ（Ｚ−’　ｒ　τ＊　’　＊α２　＋α５１”’）
為（８＋　’　ｒ　α２　ｒ　α５　ｔ”’）１゜・・
・第１５式 次に、Ｋ＊ＩＯ＊ｆ、については、以下の演算によシ設
計される。

（１１） ・・・第１６式 の正の最小機σを用いて、Ｋ　ｒ　ｆｏｒ　ｆｌは次の
ようにまる。

また、以上によシ演算されたσ、τ、α１（１＝１．２
．・・・）、γから、サンプル値ＰＩＤ補償器９の演算
器を １３− （１２） 以上のように本発明では、閉ループ制御中に制御対象の
伝達関数をオン−ライン同定し、同定結果から、各補償
器と制御系の望ましいモデルを構成しているので構成さ
れた後は、制御対象の動特性変化に対してロバストな制
御系となるため、ロバストな制御系が自動的に構成され
ることになる。

尚、本実施例では、ロバストなＩ−ＰＤ制御装置につい
て説明したが、サンプル値ＰＩＤ制御演算器を主制御演
算器としたロバストなＰＩＤ制御装置で構成することも
できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例に係る制御装置のプル２ク図であ
る。 １・・・制御対象、２，３・・・サンプラ、５・・・主
積分演算器、６・・・フィードバック補償器、７・・・
制１４− 御系モデル、８・・・出力誤差演算器、９・・・サンプ
ル値ＰＩＤ補償器、１２・・・同定信号発生器、１４・
・・オンライン同定器、１５・・・設計ブロック。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 目標値信号と制御対象の出力信号とから制御演算出力信
   号を演算する制御演算器と、前記目標値信号を入力して
   制御系上デル出力信号を演算する制御系のダイナミック
   モデルと、前記制御対象の出力信号とモデル出力信号と
   の差から出力誤差信号をめる減算器と、前記出力誤差信
   号を入力してＰＩＤ　（比例、積分、微分）演算を行な
   うＰＩＤ演算器と、とのＰＩＤ演算器の出力信号を前記
   制御演算出力信号から減算する減算器と、この減算器の
   出力を前記制御対象の操作信号とする制御装置において
   、同定用信号発生器と、制御対象の動特性を同定するオ
   ンライン同定器と、同定結果から前記制御演算器で用い
   る制御定数と前記ＰＩＤ演算器の制御定数と前記ダイナ
   ミックモデルのパラメータとを演算する設計ブロックと
   を有し、閉ループ制御中に制御対象の動特性を同定し、
   その同定結果から各定数を自動的に演算する機能を備え
   てなることを特徴とした制御装置。