JPS6236562B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一次遅れ時定数をもつて変化する測
定信号の最終値を予測する、最終値予測回路に関
するものである。さらに詳しくは、一次遅れ時定
数が一定でない測定信号についてもその最終値を
予測する、最終値予測回路に関するものである。

一次遅れ時定数を持つて変化する信号を測定し
たり、あるいは測定結果に基づいて制御等を行う
場合には、測定または制御の速応性を高めるため
に、測定信号の最終値の予測が必要とされる。従
来は、最終値予測のために、同じ時定数の一次進
み回路を用いていたが、このような一次進み回路
は、時定数が固定されているので、一次遅れ時定
数が一定不変の場合にしか適用できない。時定数
が変動する測定値に対しては、一次進み回路の時
定数を適応して変化させなければならないが、そ
れを可能にする手段としては、適切なものがいま
までになかつた。

本発明の目的は、一次遅れ時定数が変動する測
定信号について適用できる最終値予測回路を提供
することにある。

本発明は、測定信号とその予測最終値との差の
対数を求め、これが時間の一次関数になるように
予測最終値をフイードバツク制御するようにした
ものである。

以下、図面によつて、本発明を詳細に説明す
る。まず、本発明実施例の装置の説明に先立つ
て、本発明の原理を説明する。

一次遅れ時定数Ｔをもつて変化する測定信号ｘ
（ｔ）は、次式によつて表わすことができる。

ｘ（ｔ）＝ｘ_Oｅ〓〓〓〓＋ｘ∞（１−ｅ〓〓〓
〓） (1) ただし、Ｘ_Oはｔ＝０のときの初期値、ｘ∞は
ｔ＝∞のときの最終値である。(1)式の関係を図示
すれば、第１図のようになり、初期値ｘ_Oと最終
値ｘ∞との大小関係によつて、曲線ａまたはｂの
どちらかになる。

いま、曲線ａの場合について、予測最終値をｘ
∞とし、これと測定信号ｘ（ｔ）との差の自然対
数をとると、 ln（ｘ∞−ｘ（ｔ）） ＝ln｛（ｘ∞−ｘ_O）ｅ〓〓〓〓＋（ｘ∞−ｘ
∞）｝ (2) ここで、もし、ｘ∞＝ｘ∞とすることができれ
ば、(2)式は ln（ｘ∞−ｘ（ｔ））＝−ｔ／Ｔ＋ln（ｘ∞−ｘ_O）(3) となり、時間の一次関数が得られる。

このことから逆に、予測最終値ｘ∞を制御して
それと測定信号の現在値との差の自然対数が、時
間の一次関数になるようにすることができれば、
そのときの予測最終値は、実際の最終値に一致し
たものとなるといえる。

一方、曲線ｂについていえば、(2)式に相当する
式は下記のようになり、 ln（ｘ（ｔ）−ｘ∞）＝ ln｛（ｘ_O−ｘ∞）ｅ〓〓〓〓＋（ｘ∞−ｘ
∞）｝ この式は、(2)式において、左辺のｘ∞とｘ
（ｔ）、右辺第１項のｘ∞とｘ_O、第２項のｘ∞と
ｘ∞を入れ換えただけのものであるので、曲線ａ
の場合と同様なことがいえる。

このような原理に基づく本発明の実施例は、第
２図のように構成される。第２図において、１は
対数変換回路、２は時間に関する２階の微分回
路、３は高ゲインの増幅回路である。対数変換回
路１により、測定信号の現在値ｘ（ｔ）と増幅回
路３の出力信号ｘ∞との差が対数変換され、この
対数変換値が微分回路２によつて２階微分され
る。微分回路２による微分値は増幅回路３で増幅
され、対数変換回路１の入力に帰還されるととも
に、測定信号の予測最終値ｘ∞として出力され
る。対数変換回路１、微分回路２、増幅回路３か
らなる閉ループの伝達関数の極性は負になるよう
に定められ、これによつて、第２図の回路系は自
己平衡性を持つ回路系とされる。

この回路系が平衡状態にあるとき、増幅回路３
の入力信号は、最小値になつている。増幅回路３
のゲインは十分高いので、その入力信号は事実上
零とみなすことができる。増幅回路３の入力信号
は、時間に関する２階の微分回路２の出力信号で
あるから、これが零であるということは、２階微
分前の信号すなわち対数変換回路１の出力信号
が、時間の一次関数であることを意味する。

したがつて、平衡状態における増幅回路３の出
力信号ｘ∞は、前記の原理に基づき、測定信号ｘ
（ｔ）の最終値ｘ∞に一致したものとなる。すな
わち、最終値ｘ∞の予測値が得られたことにな
る。

測定信号ｘ（ｔ）は、第１図に示すように、初
期値ｘ_Oと最終値ｘ∞の大小関係によつて、変化
の方向は、増加と減少のどちらもありうる。その
どちらの場合でも、予測最終値との差の対数を求
められるようにするために、予測最終値と測定信
号の現在値との差は同一極性（例えば正極性）の
信号にしなければならない。予測最終値は、測定
信号の変化方向が増加である場合、現在値よりも
大きく、測定信号の変化方向が減少である場合
は、現在値よりも小さいので、どちらの場合の差
も極性を同じにするためには、一方の場合の差の
求め方を他方とは逆にしなければならない。

また、このように差の求め方を逆にしたのにと
もなつて、閉ループの伝達関数の極性を逆にして
ループの自己平衡性を維持する必要がある。

そのような手段を備えた実施例を第３図に示
す。第３図において、第２図と同様の部分は同じ
記号で表わすが、その他に、差信号の入力経路お
よび増幅信号の出力経路をそれぞれ２つの分岐し
て、それぞれ一方の経路に極性反転回路４，５を
挿入し、連動する２つのスイツチ６，７によつ
て、経路の切換えを行うようにしたものである。
スイツチ６，７の切換えは、比較器８により、測
定信号の時間微分値の極性すなわち測定信号の変
化方向に基づいて行われ、変化方向が正の場合は
スイツチ６，７を接点１側に投入し、変化方向が
負の場合は接点２側に投入する。

このような回路により、測定信号が増加する場
合すなわちｘ∞ｘ（ｔ）の場合には、ｘ∞−ｘ
（ｔ）が対数変換回路１に入力され、測定信号が
減少する場合すなわちｘ∞ｘ（ｔ）の場合に
は、ｘ（ｔ）−ｘ∞が対数変換回路１に入力され
て、どちらの場合も正極性の信号が入力され、か
つ、ｘ〓の作用方向の変化に合わせて、増幅回路
３の出力の極性が切換えられて負帰還条件が維持
される。

このような最終値予測回路の応用例としての測
定値処理回路を第４図に示す。第４図において、
測定信号の入力経路は２つに分岐され、その一方
に最終値予測回路１０が挿入され、最終値予測回
路１０を経た信号と経ない信号のどちらかが、ス
イツチ１１の切換えによつて選択出力されるよう
になつている。スイツチ１１の切換えは、最終値
予測回路１０を経た信号と経ない信号との差を、
比較器１２によつて基準値Ｖ〓と比較することに
よつて行われ、差の値が基準値Ｖ〓より大きいと
き、スイツチ１１を２側に投入して予測最終値を
選らばせ、差の値が基準値Ｖ〓より小さいとき、
スイツチ１１を１側に投入して測定値そのものを
選択させる。基準値Ｖ〓は小さな値とされ、これ
によつて、測定値の現在値が最終値からかけはな
れているときは、予測最終値を出力し、測定値の
現在値が最終値に一致または近い値になつたとき
は、測定値そのものを出力するようになつてい
る。

以上のように、本発明は、測定信号とその予測
最終値との差の対数を求め、これが時間の一次関
数になるように予測最終値をフイードバツク制御
するようにした。

このため、本発明によれば、一次遅れ時定数が
一定な測定信号についてはいうまでもなく、一次
遅れ時定数が変動する測定信号についても適用で
きる最終値予測回路が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一次遅れ時定数を有する測定信号の
時間変化を表わすグラフ、第２図は、本発明実施
例の概念的構成図、第３図は、本発明の他の実施
例の概念的構成図、第４図は、本発明の応用例の
概念的構成図である。 １……対数変換回路、２……２階微分回路、３
……増幅回路、４，５……極性反転回路、６，７
……スイツチ、８……比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 測定信号の現在値とその予測最終値との差の
   対数を求める対数変換回路と、この対数変換回路
   の出力信号に基づきこの出力信号が時間の一次関
   数になるように前記予測最終値を制御するフイー
   ドバツク制御回路とを具備する最終値予測回路。