JPS63101902A - Controller - Google Patents
ControllerInfo
- Publication number
- JPS63101902A JPS63101902A JP24698986A JP24698986A JPS63101902A JP S63101902 A JPS63101902 A JP S63101902A JP 24698986 A JP24698986 A JP 24698986A JP 24698986 A JP24698986 A JP 24698986A JP S63101902 A JPS63101902 A JP S63101902A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target value
- signal
- change
- output
- control device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的コ
(産業上の利用分野)
本発明は、種々のプラント制御に利用する制御装置に係
わり、特に振動のない目標値追従特性の優れた制御装置
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Purpose of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a control device used for controlling various plants, and particularly to a control device with excellent vibration-free target value tracking characteristics.
(従来の技術)
従来の一般的なPID制御系は第8図に示すような制御
ブロック線図により構成されている。(Prior Art) A conventional general PID control system is constructed by a control block diagram as shown in FIG.
すなわち、この制御系は減算演算要素1.調節手段2等
を備えた制御装置3と制御対象4とから成り、目標値S
Vと制御対象4から得られた制御量Pvとを減算演算要
素1で減算演算を行って偏差e (=SV−PV)を求
めた後、この偏差eを受けて調節手段2は制御量Pvが
目標値SVに一致するように、つまり偏差eが零となる
ようにPI演算動作またはPID演算動作を行って操作
量MVを求め、これを制御対象4に与えて操作する構成
となっている。That is, this control system consists of subtraction calculation element 1. It consists of a control device 3 equipped with adjustment means 2, etc., and a controlled object 4, and has a target value S.
After calculating the deviation e (=SV - PV) by subtracting V and the controlled variable Pv obtained from the controlled object 4 using the subtracting calculation element 1, the adjusting means 2 receives this deviation e and adjusts the controlled variable Pv. The configuration is such that the manipulated variable MV is obtained by performing a PI calculation operation or a PID calculation operation so that the deviation e matches the target value SV, that is, the deviation e becomes zero, and this is given to the controlled object 4 for operation. .
しかして、前記調節手段2がPI演算動作、つまり(比
例+積分)演算動作を行った場合、調節手段2の伝達関
数Gc (s)は次のような式で表わすことができる
。Therefore, when the adjustment means 2 performs a PI calculation operation, that is, a (proportional+integral) calculation operation, the transfer function Gc (s) of the adjustment means 2 can be expressed by the following equation.
Gc (s)=Kp (1+1/Tz−s)−(1
)ここで、KPは比例ゲイン、TXは積分時間、Sはラ
プラス演算子である。Gc (s)=Kp (1+1/Tz-s)-(1
) Here, KP is the proportional gain, TX is the integration time, and S is the Laplace operator.
ところで、調節手段2は偏差eが零となるように(1)
式に基づいて調節演算を行うものであるが、目標値Sv
が変化したとき、操作量MVはパラメータKP、T、を
決めても一義的に定まらず、偏差eが零になるまで変化
し続ける。フィードバック制御の基本は、操作量MVの
正当性を、その結果である偏差eによって判断し、さら
に次の操作量を決定することにあるが、これはフィード
バック制御の基本的な考え方から来る不可避な問題であ
る。つまり、調節手段2は、一般的には目標値の変化に
最適なPIパラメータを設定し、それに基づいてPI演
算動作を行うものであるが、第9図に示すように目標値
Svを変化させると、制御対象4自体の持っている無駄
時間9時定数により制御量PVはどうしても遅れて応答
することになる。この応答の遅れ、つまり第9図の斜線
部分の偏差により、PIパラメータを外乱抑制最適に合
致させておくと、制御量P■が目標値の変化に対し大き
くオーバシュートして振動的な変化を呈することになる
。第10図は一般的なPID制御系においてPIDパラ
メータを外乱抑制最適に調整して目標値を変化させたと
きの目標値追従特性を示す。この図から明らかなように
、目標値追従特性は大きくオーバシュートして振動的な
変化を呈し、このままで2段とか3段のカスケード制御
系を構成すると、持続振動が生じてしまい、この振動を
止めようとしてゲインを低くすると外乱抑制特性を劣化
させる欠陥を持っており、これがプラントの制御特性の
改善に大きな障害となっている。By the way, the adjusting means 2 is adjusted so that the deviation e becomes zero (1)
Although the adjustment calculation is performed based on the formula, the target value Sv
When MV changes, the manipulated variable MV is not uniquely determined even if the parameters KP and T are determined, and continues to change until the deviation e becomes zero. The basis of feedback control is to judge the validity of the manipulated variable MV by the resulting deviation e, and then determine the next manipulated variable, but this is an inevitable result of the basic idea of feedback control. That's a problem. In other words, the adjusting means 2 generally sets the optimum PI parameter for the change in the target value and performs the PI calculation operation based on it, but it changes the target value Sv as shown in FIG. Then, the controlled variable PV inevitably responds with a delay due to the dead time 9 time constant of the controlled object 4 itself. Due to this response delay, that is, the deviation in the shaded area in Figure 9, if the PI parameters are matched to the optimum disturbance suppression, the control amount P will greatly overshoot with respect to the change in the target value, causing oscillatory changes. will be presented. FIG. 10 shows a target value follow-up characteristic when the PID parameter is adjusted to optimally suppress disturbance and the target value is changed in a general PID control system. As is clear from this figure, the target value tracking characteristic greatly overshoots and exhibits oscillatory changes, and if a two- or three-stage cascade control system is configured as is, sustained vibration will occur, and this vibration will be suppressed. If the gain is lowered in an attempt to stop this, the disturbance suppression characteristics deteriorate, and this is a major obstacle to improving plant control characteristics.
(発明が解決しようとする問題点)
従って、以上のような制御系は、外乱抑制最適に合致す
るようにPIまたはPIDパラメータを設定して調節制
御を行ったとき、目標値の変化に対してオーバシュート
を起して振動的な変化を繰返し、この振動を止めようと
してゲインを下げると外乱抑制特性が劣化するという相
矛盾する問題があり、目標値追従特性を改善することが
困難であった。(Problem to be Solved by the Invention) Therefore, when the control system as described above performs adjustment control by setting the PI or PID parameters so as to match the optimum disturbance suppression, There was a contradictory problem in that overshooting caused repeated oscillatory changes, and if the gain was lowered to stop this oscillation, the disturbance suppression characteristics deteriorated, making it difficult to improve the target value tracking characteristics. .
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、外乱抑制特
性とは別個に目標値追従特性を独立に設定できるように
し、よって、外乱抑制特性を最適な状態としたまま、振
動のない目標値追従特性が得られ、ひいてはプラントの
省エネルギー化、高品質化およびフレキシブル生産に対
処し得る制御装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and allows the target value tracking characteristic to be set independently from the disturbance suppression characteristic. It is an object of the present invention to provide a control device that can obtain follow-up characteristics and can also cope with energy saving, high quality, and flexible production of plants.
[発明の構成]
(問題点を解決するための手段)
本発明による制御装置は、制御対象から得られた制御量
のフィードバック信号と予め設定された前記制御対象の
目標値信号とを用いて演算により操作信号を求めて前記
制御対象に与える制御装置において、前記目標値信号を
直接または所定の係数を乗じて前記操作信号として出力
する目標値フィードフォワード制御手段と、前記目標値
信号の変化を検出する目標値変化検出手段と、前記目標
値信号を制御対象の応答を近似したモデルを介した後、
前記フィードバック信号との偏差を求めるとともに、こ
の偏差を零とする演算を、前記目標値変化検出手段によ
る目標値変化の大きさに対応して非制限および制限的に
実行し、この演算出力に基づき前記目標値フィードフォ
ワード手段より出力される操作信号を修正するフィード
バック量制限調節手段とを備えたものである。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) A control device according to the present invention performs calculation using a feedback signal of a controlled variable obtained from a controlled object and a preset target value signal of the controlled object. In the control device, the control device obtains an operation signal and applies it to the controlled object, including target value feedforward control means for outputting the target value signal directly or by multiplying it by a predetermined coefficient as the operation signal, and detecting a change in the target value signal. after passing the target value signal through a model that approximates the response of the controlled object,
In addition to determining the deviation from the feedback signal, a calculation to make this deviation zero is performed in a non-limiting and limited manner depending on the magnitude of the target value change by the target value change detection means, and based on the calculation output. and feedback amount limit adjustment means for modifying the operation signal output from the target value feedforward means.
(作用)
従って、以上のような手段とすることにより、目標値“
フィードフォワード制御手段に入力される目標値信号の
変化を目標値変化検出手段により検出し、その結果、目
標値信号の変化が大きいとき。(Effect) Therefore, by using the above-mentioned means, the target value “
When a change in the target value signal input to the feedforward control means is detected by the target value change detection means, and as a result, the change in the target value signal is large.
つまり目標値フィードフォワード制御が作用している過
度状態ではフィードバック制御量を制限して目標値フィ
ードフォワード制御を主体とし、目標値信号の変化が小
さいときにはフィードバック制御を正常に動作させるこ
とにより、目標値信号の変化に遠志して振動のない目標
追従特性を得ることができる。In other words, in a transient state where the target value feedforward control is operating, the feedback control amount is limited and the target value feedforward control is used as the main control, and when the change in the target value signal is small, the feedback control operates normally to control the target value. It is possible to obtain vibration-free target tracking characteristics in response to signal changes.
(実施例)
以下、本発明装置の一実施例について第1図を参照して
説明する。同図において10は本発明に係わる制御装置
であって、この制御装置10は目標値フィードフォワー
ド制御手段11.目標値変化検出手段12およびフィー
ドバック量制限調節手段13等から成っている。この目
標値フィードフォワード制御手段11は目標値Svをゲ
イン「1」の進み/遅れ補償手段14及び加算演算要素
15を通して操作量MVを得る構成となっている。前記
目標値変化検出手段12は、制御対象2の応答特性を近
似したゲイン「1」のモデル16゜減算演算要素17お
よびこの減算演算要素17から出力された偏差が所定値
を越えたときに切替信号を出力するレベル判定部18等
により構成されている。前記フィードバック量制限調節
手段13は、前記モデル16を含み、さらにモデル16
の出力と制御量Pvの偏差を求める減算演算要素19、
ギャップ手段20、前記減算演算要素19の出力とギャ
ップ手段20の出力とを前記レベル判定部18の出力に
基づいて選択的に取込んで出力するスイッチ回路21お
よび比例、積分、微分の各演算のうち少なくとも1つ以
上の演算を行う調節手段22等によって構成され、かつ
、この調節手段22の出力を加算演算要素15に与えて
前記目標値フィードフォワード制御手段11で得られた
操作量MVを修正する機能を有するものである。前記モ
デル16は、一般的には無駄時間+2次遅れ、無駄時間
+1次遅れまたは1次遅れのみで近似される。また、ギ
ャップ手段20は、減算演算要素19からの偏差信号を
eとし、かつ、ギャップ手段20の出力をeOとすると
、1e1〉δのとき e(1−に*e
(但し、0≦にく1)
let≦δのとき eQme
なる演算を行うものである。(Example) Hereinafter, an example of the apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, reference numeral 10 denotes a control device according to the present invention, and this control device 10 includes target value feedforward control means 11. It consists of target value change detection means 12, feedback amount limit adjustment means 13, and the like. This target value feedforward control means 11 is configured to obtain a manipulated variable MV by passing the target value Sv through a lead/lag compensating means 14 with a gain of "1" and an addition calculation element 15. The target value change detection means 12 is a model 16 degree subtraction calculation element 17 with a gain of "1" that approximates the response characteristic of the controlled object 2, and is switched when the deviation output from the subtraction calculation element 17 exceeds a predetermined value. It is composed of a level determining section 18 that outputs a signal, and the like. The feedback amount limit adjusting means 13 includes the model 16, and further includes the model 16.
a subtraction calculation element 19 for calculating the deviation between the output of and the control amount Pv;
Gap means 20, a switch circuit 21 that selectively takes in and outputs the output of the subtraction calculation element 19 and the output of the gap means 20 based on the output of the level determination section 18, and a switch circuit 21 for each of proportional, integral, and differential calculations. It is constituted by an adjustment means 22 etc. that performs at least one calculation among them, and the output of this adjustment means 22 is given to the addition calculation element 15 to correct the manipulated variable MV obtained by the target value feedforward control means 11. It has the function of The model 16 is generally approximated by dead time + second-order lag, dead time + first-order lag, or only first-order lag. Furthermore, when the deviation signal from the subtraction calculation element 19 is e, and the output of the gap means 20 is eO, when 1e1>δ, the gap means 20 calculates 1) When let≦δ, the calculation eQme is performed.
従って、目標値SVは主信号として進み/遅れ補償手段
14を通して制御対象2の応答を速めるかまたは遅くす
るかの補償を行った後、加算演算要素15に導入される
。また、目標値Svを制御対象2の応答特性に近似した
モデル16を通して出力Svoを得、この出力Svoと
制御量Pvとの偏差eを減算演算要素19で取り出し、
これを調節手段22に導入して偏差eが零となるような
演算を行うものである。さらに、モデル16の入出力側
の信号の差りを減算演算要素17で取り出した後、この
差信号りをレベル判定部18に導き、ここでレベル判定
を行う。今、予め設定した所定の判定レベルをδとする
と、
lhl≦δのとき スイッチ回路21はb側1hl>δ
のとき スイッチ回路21はa側とし、レベル判定部1
8の出力でスイッチ回路21を切替制御する。つまり、
目標値の変化が小さいとき、減算演算要素19で得られ
た偏差eをそのまま調節手段22に導入して連続的な制
御を実行し、いわゆる制御ff1PVにおけるフィード
バック制御が正常に動作される。一方、目標値の変化が
大きいとき、ギャップ手段2oで偏差eに非連続処理を
施して調節手段22に導入し、ここで調節演算を行って
出力Mvoを得、これを加算演算要素15に導いて目標
値信号によるフィードフォワード信号に修正を加えて操
作量MVとして出力し制御対象2に供給する構成である
。Therefore, the target value SV is introduced as a main signal into the addition calculation element 15 after being compensated for speeding up or slowing down the response of the controlled object 2 through the lead/lag compensation means 14. Further, the output Svo is obtained through a model 16 that approximates the target value Sv to the response characteristic of the controlled object 2, and the deviation e between this output Svo and the control amount Pv is extracted by a subtraction calculation element 19.
This is introduced into the adjusting means 22 to perform calculations such that the deviation e becomes zero. Furthermore, after the difference between the signals on the input and output side of the model 16 is extracted by the subtraction operation element 17, this difference signal is led to the level determination section 18, where the level is determined. Now, if the predetermined judgment level set in advance is δ, when lhl≦δ, the switch circuit 21 is on the b side 1hl>δ
When the switch circuit 21 is set to the a side, the level determination section 1
The switch circuit 21 is switched and controlled by the output of 8. In other words,
When the change in the target value is small, the deviation e obtained by the subtraction calculation element 19 is directly introduced into the adjustment means 22 to perform continuous control, and so-called feedback control in control ff1PV is normally operated. On the other hand, when the change in the target value is large, the gap means 2o subjects the deviation e to discontinuous processing and introduces it into the adjustment means 22, where adjustment calculations are performed to obtain the output Mvo, which is guided to the addition calculation element 15. In this configuration, the feedforward signal based on the target value signal is corrected and outputted as the manipulated variable MV, and then supplied to the controlled object 2.
なお、上記実施例はモデル16の入出力の信号差からレ
ベルを判定する構成としたが、同図点線で示すように進
み/遅れ補償手段14の入出力側の信号差を減算演算要
素17′で取り出してレベル判定部18′でレベル判定
することにより、スイッチ回路21の切替制御信号を得
るものであってもよく、以下、進み/遅れ補償手段14
の入出力差から得る場合を対象として説明する。In the above embodiment, the level is determined from the signal difference between the input and output of the model 16, but as shown by the dotted line in the figure, the signal difference between the input and output sides of the lead/lag compensation means 14 is subtracted by the calculation element 17'. The switching control signal for the switch circuit 21 may be obtained by extracting the signal and determining the level in the level determining section 18'.
The following explanation deals with the case where it is obtained from the input/output difference of .
従って、以上のような実施例の構成によれば、目標値信
号Svの出力ラインに進み/遅れ補償要素14を直列に
接続して目標値の変化に対応して制御応答特性を希望応
答モデル例えば制御応答特性を速くするとか、並列運転
などの場合には個々バラバラの応答特性を基準ボイラの
特性に合せる等するので、機能的に非常に重要な役割を
有している。ここで、進み/遅れ補償手段14の伝達関
数GH(S)について誘導して見る。制御対象2の伝達
関数をkOIIGp (s)(koはゲイン)とし、
制御対象2の希望応答モデルをG’(s)とすると、進
み/遅れ補償手段14の伝達関数GH(S)を含んだ制
御系の応答特性はほぼGH(S) ・Gp (s)と
なるから、これが希望応答モデルG’ (s)と等しく
なるように進み/遅れ補償手段14のG’(s)を求め
ればよい。Therefore, according to the configuration of the embodiment as described above, the lead/lag compensating element 14 is connected in series to the output line of the target value signal Sv, and the control response characteristic is changed to a desired response model, for example, in response to a change in the target value. Functionally, it plays a very important role because it speeds up the control response characteristics, and in the case of parallel operation, it matches the individual response characteristics to the characteristics of the reference boiler. Here, the transfer function GH(S) of the lead/lag compensation means 14 will be explained. Let the transfer function of controlled object 2 be kOIIGp (s) (ko is gain),
If the desired response model of the controlled object 2 is G'(s), the response characteristic of the control system including the transfer function GH(S) of the lead/lag compensation means 14 is approximately GH(S) ・Gp(s) From this, G'(s) of the lead/delay compensating means 14 may be determined so that it is equal to the desired response model G'(s).
つまり、
GH(S) ・Gp (s)−G’ (s)
−(2)となり、(2)式から進み/遅れ補償手段14
のGH(s)は
Go (s)=G (s)/GP (S)
−(3)となる。Gp (s)、G (S)はと
もに一般的には無駄時間+2次遅れ、無駄時間+1次遅
れ、または1次遅れにより近似される。最も多用されて
いる無駄時間+1次遅れで近似すると、となり、これに
対する希望応答特性G (s)とすると、無駄時間は変
えられないので、
となる。この(3)〜(5)式により、となり、進み/
遅れ要素となる。換言すれば、比例+微分動作である。In other words, GH (S) ・Gp (s) - G' (s)
−(2), and from equation (2), the lead/lag compensation means 14
GH(s) is Go(s)=G(s)/GP(S)
−(3). Both Gp (s) and G (S) are generally approximated by dead time + second-order lag, dead time + first-order lag, or first-order lag. When approximated by the most frequently used dead time + first-order lag, it becomes, and if the desired response characteristic for this is G (s), the dead time cannot be changed, so it becomes. By these equations (3) to (5), we get that advance/
This becomes a delay element. In other words, it is a proportional + differential operation.
従って、■、”r−”rpのとき・・・・・・GH(s
)−1となり、■、Tゝ<”rpのとき・・・・・・G
H(S)は進み要素となり、全体の応答を速くすること
ができる。T −(Tp/3)〜(TP/4)が適当
である。■、”r>”rpのとき・・・・・・Go
(s)は遅れ要素となり、全体の応答が遅れることにな
る。並列運転などのときには速い制御対象2を基準に合
せるときなどに適用される。このように希望応答特性を
指定することにより、制御系全体の応答を自由に操作で
き、実用上有効な機能を持つことになる。Therefore, when ■, "r-"rp...GH(s
)-1, and ■, when Tゝ<”rp...G
H(S) becomes an advance element and can speed up the overall response. T − (Tp/3) to (TP/4) is suitable. ■When "r>"rp...Go
(s) becomes a delay element, and the overall response is delayed. This is applied when adjusting the fast controlled object 2 to the reference during parallel operation. By specifying desired response characteristics in this manner, the response of the entire control system can be freely manipulated, resulting in a practically effective function.
そして、以上のようにして目標値信号svを進み/遅れ
補償手段14を通して所要の補償を付加して加算演算要
素15に導入し、ここでフィードバック量制限調節手段
13の出力信号と加算合成して操作信号MVとして制御
対象2に供給する。Then, as described above, the target value signal sv is added with necessary compensation through the lead/lag compensation means 14 and introduced into the addition calculation element 15, where it is added and combined with the output signal of the feedback amount limit adjustment means 13. It is supplied to the controlled object 2 as the operation signal MV.
ここで、本発明装置は、目標値信号Svによるフィード
フォワード制御信号が主信号であり、フィードバック量
制限調節手段13の出力は主として定常偏差除去用であ
って、操作信号の中の構成比率も小さい。Here, in the device of the present invention, the feedforward control signal based on the target value signal Sv is the main signal, and the output of the feedback amount limit adjustment means 13 is mainly for removing steady-state deviation, and its composition ratio in the operation signal is small. .
一方、進み/遅れ補償手段14の出力信号は制御対象2
の応答特性を近似したモデル16を経て減算演算要素1
9にフィードバック信号Pvとともに導かれ、その差を
取って偏差信号eとする。On the other hand, the output signal of the lead/lag compensation means 14 is
The subtraction calculation element 1 is passed through the model 16 that approximates the response characteristics of
9 together with the feedback signal Pv, and the difference between them is taken as the deviation signal e.
しかして、目標値信号S■の変化が所定の値よりも小さ
いときはその偏差信号eがスイッチ回路21のb側を通
って調節手段22に導入され、偏差信号eが零となるよ
うに調節演算され、加算演算要素15で目標値フィード
フォワード信号に演算出力が加算されて制御対象2に供
給される。When the change in the target value signal S is smaller than a predetermined value, the deviation signal e is introduced into the adjusting means 22 through the b side of the switch circuit 21, and the deviation signal e is adjusted to zero. The addition calculation element 15 adds the calculation output to the target value feedforward signal and supplies the result to the controlled object 2.
一方、進み/遅れ補償手段14の入出力側の信号レベル
差りを取出し、レベル判定部18′で目標値信号の変化
が所定値よりも大きいと判定したとき、前記スイッチ回
路21はa側に切替えられる。その結果、偏差信号eは
非線形要素のギャップ手段20を通って調節手段22に
導入される。On the other hand, when the signal level difference between the input and output sides of the lead/lag compensation means 14 is taken out, and the level determination section 18' determines that the change in the target value signal is larger than a predetermined value, the switch circuit 21 is switched to the a side. Can be switched. As a result, the deviation signal e is introduced into the adjustment means 22 through the gap means 20 of the nonlinear element.
このような構成とした理由は、目標値フィードフォワー
ド制御では理論的に操作量を予測して出力するものであ
るが、制御対象2が目標値に追従していない過度状態で
はフィードバック制御が働き、せっかくの目標値フィー
ドフォワード制御の予測値を狂わせ、制御が乱れてオー
バシュートし振動的となるので、目標値信号Svの変化
が所定値よりも大きい時には制御対象2が応答しようと
している過度的状態ではフィードバック制御を抑制また
はホールド状態にし、操作量の予測を狂わせないように
する。そこで、制御対象2の応答特性を近似したモデル
16を入れて過度状態では偏差eが零となるように意図
しているが、実際の場合、制御特性とモデル16とを常
に一致させておくことは至難の技であり、この僅かなズ
レが制御に悪影響を与えるので、過度状態では非線形要
素のギツプ手段20を通して制御対象2の実特性とモデ
ル16とのズレによる偏差の影響を無視するようにして
いる。The reason for this configuration is that in target value feedforward control, the manipulated variable is theoretically predicted and output, but in an excessive state where the controlled object 2 does not follow the target value, feedback control is activated. This disturbs the predicted value of the target value feedforward control, disrupts the control, causes it to overshoot, and becomes oscillatory. Therefore, when the change in the target value signal Sv is larger than a predetermined value, the controlled object 2 is in a transient state in which it is about to respond. Then, feedback control is suppressed or put into a hold state to prevent prediction of the manipulated variable from going out of order. Therefore, the intention is to include a model 16 that approximates the response characteristics of the controlled object 2 so that the deviation e becomes zero in a transient state, but in actual cases, it is necessary to always make the control characteristics and the model 16 match. This is an extremely difficult technique, and this slight deviation has a negative effect on control. Therefore, in a transient state, the effect of deviation due to the deviation between the actual characteristics of the controlled object 2 and the model 16 is ignored through the nonlinear element filling means 20. ing.
次に、第2図および第3図はそれぞれフィードバック量
制限調節手段13のうち、特に連続演算と非連続演算と
の組み合せ部分に関する他の実施例を示す構成図である
。第2図は、減算演算要素19の出力側を2分岐し、そ
の1つの分岐側に連続的PID調節手段31が接続され
、他方の分岐側にはサンプルPI調節手段32が接続さ
れ、前述と同様に目標値の変化が小さいときには連続的
PID調節手段31を選択して連続演算結果を出力し、
目標値の変化が大きい場合にはサンプルPI調節手段3
2を選択して非連続演算結果を出力するとともに、これ
らの演算結果を速度影信号−位置形信゛号変換手段33
で位置形信号に変換して前記加算演算要素15に与える
構成となっている。すなわち、第1図は目標値の変化に
対応して偏差の大きさく等価的にはゲイン)を線形演算
とギャップ手段20による非線形演算で処理する形式を
取っているのに対し、第2図は目標値の変化の大きさに
応じて時間的に連続と等価と見なせる連続的PID調節
手段31の出力である速度形調節演算出力信号と時間的
に非連続と見なせるサンプルPI調節演算手段32の出
力である速度形調節演算出力信号とをスイッチ回路21
を切替えて出力するとともに、この速度影信号を信号変
換手段33で位置形信号に変換した後、加算演算要素1
5に導入し、目標値フィードフォワード信号を修正して
操作量MVとして取出して制御対象2に供給する構成で
ある。Next, FIGS. 2 and 3 are block diagrams showing other embodiments of the feedback amount limit adjustment means 13, particularly regarding a combination of continuous calculation and non-continuous calculation. In FIG. 2, the output side of the subtraction calculation element 19 is branched into two, a continuous PID adjustment means 31 is connected to one branch side, and a sample PI adjustment means 32 is connected to the other branch side. Similarly, when the change in the target value is small, the continuous PID adjustment means 31 is selected to output the continuous calculation result,
If the change in the target value is large, the sample PI adjustment means 3
2 and outputs the discontinuous calculation results, and also converts these calculation results into the velocity shadow signal-position signal conversion means 33.
The configuration is such that the signal is converted into a positional signal and applied to the addition calculation element 15. That is, in contrast to FIG. 1, in which the magnitude of the deviation (or equivalently, the gain) is processed in response to changes in the target value using linear calculations and nonlinear calculations by the gap means 20, in FIG. Depending on the magnitude of change in the target value, the speed type adjustment calculation output signal is the output of the continuous PID adjustment means 31, which can be considered to be equivalent to continuous in time, and the output of the sample PI adjustment calculation means 32, which can be considered to be temporally discontinuous. The speed type adjustment calculation output signal and the switch circuit 21
At the same time, this speed shadow signal is converted into a position signal by the signal conversion means 33, and then the addition calculation element 1
5, corrects the target value feedforward signal, extracts it as a manipulated variable MV, and supplies it to the controlled object 2.
第3図は、通常の調節手段41の出力を、レベル判定部
18′の判定結果に基づいてサンプル周期発生部42を
動作させる構成である。すなわち、lhl≦δのとき・
・・・・・スイッチ回路21′を閉とし、連続制御とす
る。FIG. 3 shows a configuration in which a sample period generating section 42 is operated based on the output of the normal adjusting means 41 and the determination result of the level determining section 18'. That is, when lhl≦δ,
...The switch circuit 21' is closed and continuous control is performed.
1h1〉δのとき・・・・・・スイッチ回路21′をサ
ンプル周期発生部42の出力でオン・オフさせて非連続
制御とする。そして、この調節手段41からスイッチ回
路21′を得て出力された演算出力、つまり速度形演算
出力は信号変換手段33で位置形信号に変換した後、前
記加算演算要素15に導入し目標値フィードフォワード
信号を修正して操作量として取り出して制御対象2に供
給する構成である。When 1h1>δ...The switch circuit 21' is turned on and off by the output of the sampling period generating section 42 for discontinuous control. Then, the calculation output outputted from the switch circuit 21' from the adjustment means 41, that is, the speed type calculation output, is converted into a position type signal by the signal conversion means 33, and then introduced into the addition calculation element 15 to feed the target value. This configuration is such that the forward signal is corrected, extracted as a manipulated variable, and supplied to the controlled object 2.
次に、第4図は目標値信号SVの変化の大きさに対応し
て線形演算と非線形演算とを組み合せる部分の他の実施
例を示す構成図である。第1図は目標値信号Svの変化
の大きさに応じてゲインを2段階に切替える方式をとっ
ているのに対し、第4図は減算演算要素17′の出力偏
差りを絶対値回路51で絶対値1hlとして取り出した
後、これを関数演算手段52に導いて目標値信号Svの
変化の大きさに対応したゲインを求め、これを乗算演算
要素53に導いて偏差信号eに乗じてその出力を調節手
段22に導入し、ここで偏差信号eが零となるように調
節演算を行って出力MV0を得、これを加算演算要素1
5に導いて前記目標値フィードフォワード信号を修正し
て操作量MVとして取り出して制御対象2に供給する構
成である。Next, FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of a portion that combines linear calculation and nonlinear calculation in accordance with the magnitude of change in target value signal SV. In contrast to the method shown in FIG. 1 in which the gain is switched in two stages according to the magnitude of change in the target value signal Sv, in FIG. After extracting the absolute value 1hl, this is guided to the function calculation means 52 to obtain a gain corresponding to the magnitude of change in the target value signal Sv, and this is led to the multiplication calculation element 53 to be multiplied by the deviation signal e and output. is introduced into the adjustment means 22, and adjustment calculation is performed here so that the deviation signal e becomes zero to obtain the output MV0, which is added to the addition calculation element 1.
5, corrects the target value feedforward signal, extracts it as a manipulated variable MV, and supplies it to the controlled object 2.
次に、第5図は第1図〜第4図の装置が係数を「1」と
考えたものに対し、目標値フィードフォワード信号に所
定の係数を乗じて操作量MVを得るものである。すなわ
ち、第5図においては制御対象2の特性、つまりゲイン
が変化していくと、調節手段22の出力M V oひい
ては修正量が大きくなっていく。この状態において目標
値信号Svが変化し、オーバ修正またはアンダー修正と
なり、目標値信号Svの変化によって制御が乱れるとと
もに、それが整定するまでに長時間を要する。この欠点
を改善する手段として、調節手段22の出力MV0の大
きさが常に零近傍になるように目標値信号Svのフィー
ドフォワード・ゲインを修正してやればよい。本実施例
はかかる観点に基づいて実現したものであり、61は係
数演算手段。Next, in FIG. 5, the device shown in FIGS. 1 to 4 multiplies the target value feedforward signal by a predetermined coefficient to obtain the manipulated variable MV, whereas the device in FIGS. 1 to 4 considers the coefficient to be "1". That is, in FIG. 5, as the characteristic of the controlled object 2, that is, the gain changes, the output M V o of the adjusting means 22 and thus the correction amount increases. In this state, the target value signal Sv changes, resulting in over-correction or under-correction, which disrupts the control due to the change in the target value signal Sv, and requires a long time to stabilize. As a means to improve this drawback, the feedforward gain of the target value signal Sv may be modified so that the magnitude of the output MV0 of the adjusting means 22 is always near zero. This embodiment has been realized based on this viewpoint, and 61 is a coefficient calculation means.
62は係数乗算手段を示す。すなわち、この実施例は係
数乗算手段62の出力FFnと加算演算要素15の出力
M V nとを取込んで係数演算手段61により調節手
段22の出力MVoが零近傍となるように、次式で示す
演算を行って係数乗算手段62の係数を修正するもので
ある。62 indicates coefficient multiplication means. That is, in this embodiment, the output FFn of the coefficient multiplication means 62 and the output M V n of the addition calculation element 15 are taken in, and the output MVo of the adjustment means 22 is made close to zero by the coefficient calculation means 61 using the following equation. The coefficients of the coefficient multiplication means 62 are corrected by performing the calculation shown in FIG.
Kn = (Kn−1) X (MVn /FFn )
−(7)但し、Knは今回の係数乗算手段62の係数
。Kn = (Kn-1) X (MVn /FFn)
-(7) However, Kn is the coefficient of the current coefficient multiplication means 62.
K n−1は前回の係数乗算手段62の係数、MVnは
今回の操作量、FFnは今回の目標値フィードフォワー
ド量を示す。この(7)式の演算は一例であって、MV
oを例とする演算であればよ(、間欠周期演算であって
もよい。これにより制御対象2のゲイン変化にも適応で
きる制御系を提供できる。Kn-1 indicates the coefficient of the previous coefficient multiplication means 62, MVn indicates the current manipulated variable, and FFn indicates the current target value feedforward amount. The calculation of this equation (7) is an example, and the MV
o as an example (or may be an intermittent periodic calculation). This makes it possible to provide a control system that can also adapt to changes in the gain of the controlled object 2.
次に、以上述べた実施例の総合的な効果について説明す
る。従来の一般的なPID制御系では目標値信号Svが
変化したとき、パラメータを指定しても操作量は定まら
ず、制御偏差eが零になるまでに操作量は変化し続ける
ために、−発では整定されず、制御対象2の応答特性を
包含して全体的に振動的となってしまう。Next, the overall effects of the embodiments described above will be explained. In a conventional general PID control system, when the target value signal Sv changes, the manipulated variable is not determined even if the parameter is specified, and the manipulated variable continues to change until the control deviation e becomes zero. Therefore, the response characteristics of the controlled object 2 become oscillatory as a whole.
これに対して本発明の実施例装置では目標値信号が変化
すると、直接操作量が変化して制御対象2に印加される
とともに、制御対象2の応答モデル16を経た目標値と
フィードバック信号との偏差をとり、目標値の変化の大
きい過度状態のとき、かかる偏差を無視し、定常偏差に
対しては通常に作動する調節手段の出力により目標値フ
ィードフォワード信号を修正するように構成したもので
ある。このため、第6図に示すように本発明装置ではパ
ラメータが決まれば、目標値の変化に対する操作量はほ
ぼ決まる。また、フィードバック量の制限は定常的な制
御偏差を除去する役割を持っており、操作量中の構成比
率は小さいといった特徴を持っており、振動成分が大幅
に減少する。On the other hand, in the embodiment device of the present invention, when the target value signal changes, the manipulated variable changes directly and is applied to the controlled object 2, and the feedback signal is connected to the target value that has passed through the response model 16 of the controlled object 2. The system is configured to calculate the deviation, ignore the deviation in transient conditions where the change in the target value is large, and correct the target value feedforward signal for steady deviations by the output of the normally operating adjustment means. be. For this reason, as shown in FIG. 6, in the device of the present invention, once the parameters are determined, the amount of operation relative to the change in the target value is approximately determined. In addition, limiting the amount of feedback has the role of eliminating steady control deviations, and has a characteristic that its component ratio in the manipulated variable is small, and vibration components are significantly reduced.
因みに、本発明装置の効果を見るために、制御対象2の
伝達関数
に対して双方ともにPIDパラメータは外乱抑制特性最
適値KP−2,59,Tl−3,41秒。Incidentally, in order to see the effect of the device of the present invention, the PID parameters for both the transfer functions of the controlled object 2 are set to the disturbance suppression characteristic optimum values KP-2, 59, Tl-3, 41 seconds.
To=0.56秒に設定して目標値の変化に対する応答
特性をとると、第7図に示すようになる。If To is set to 0.56 seconds and the response characteristics to changes in the target value are taken, the result will be as shown in FIG.
つまり、従来の一般的なPID制御系は太き(オーバシ
ュートして整定に時間を要する。これに対して本発明装
置は無振動の応答特性となる。実際のプロセスでは目標
値信号がステップ状に時々変化するケースと目標値信号
がランダムに変化するケースがあるが、何れの場合でも
安定した制御が得られる。特に、後者の場合においては
従来のPID制御では共振する周波数を含んでおり、制
御が発振したり、乱れたりするが、本発明装置ではその
振動が全くなくなり、安定した制御が実現できる。In other words, the conventional general PID control system is thick (overshoots and takes time to settle).In contrast, the device of the present invention has a vibration-free response characteristic.In the actual process, the target value signal has a step shape. There are cases where the target value signal changes occasionally and cases where the target value signal changes randomly, but stable control can be obtained in both cases.Especially in the latter case, conventional PID control includes a resonant frequency. Control oscillates or is disturbed, but with the device of the present invention, such vibrations are completely eliminated and stable control can be achieved.
なお、上記実施例は信号演算処理として位置影信号によ
って説明したが、ディジタル制御システムで多用されて
いる速度影信号処理演算の場合にも同様に適用できる。Although the above embodiment has been described using position shadow signals as signal calculation processing, it can be similarly applied to velocity shadow signal processing calculations that are frequently used in digital control systems.
また、熱交換器などのような混合プロセスの場合でも同
様に適用できる。今、熱交換器で与えるべき熱量Qiは
、
Qi −((Ts−Ti)
+f e (Ts−To) l XF iとなる。但し
、Tsは温度の目標値、Tiは熱交換器入口温度、To
は熱交換器出口温度、Fiは被加熱流体の流量、fe
(Ts−T□)はフィードバック制御出力を表わす。従
って、目標値フィードフォワード出力はTsではなく、
(Ts−Ti)つまり(目標値信号Ts−混合前の制御
量Ti)となるような混合プロセスの制御対象に対する
ものである。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施できる。Further, it can be similarly applied to a mixing process such as a heat exchanger. Now, the amount of heat Qi to be given by the heat exchanger is Qi - ((Ts - Ti) + f e (Ts - To) l XF i. However, Ts is the target value of temperature, Ti is the heat exchanger inlet temperature, To
is the heat exchanger outlet temperature, Fi is the flow rate of the heated fluid, fe
(Ts-T□) represents the feedback control output. Therefore, the target value feedforward output is not Ts, but is for the controlled object of the mixing process such that (Ts - Ti), that is, (target value signal Ts - control amount Ti before mixing). In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.
[発明の効果コ
以上詳記したように本発明によれば、外乱抑制特性とは
別個に目標値追従特性を独立に設定できるようにし、よ
って、外乱抑制特性を最適な状態としたまま、振動の無
い目標値追従特性が得られ、ひいてはプラントの省エネ
ルギー、高品質化およびフレキシブル生産に対処し得る
制御装置を提供できる。[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, the target value tracking characteristic can be set independently from the disturbance suppression characteristic. Therefore, it is possible to provide a control device that can achieve target value follow-up characteristics without any problems, and can also cope with energy saving, high quality, and flexible production of plants.
第1図は本発明に係わる制御装置の一実施例を示す構成
図、第2図ないし第5図はそれぞれ本発明装置の他の実
施例を示す構成図、第6図および第7図はそれぞれ本発
明装置の実施例効果を説値追従特性を示す図である。
10・・・制御装置、11・・・目標値フィードフォワ
ード制御手段、12・・・目標値変化検出手段、13・
・・フィードバック量制限調節手段、14・・・進み/
遅れ補償手段、15・・・加算演算要素、16・・・制
御対象の応答特性に近似させたモデル、17゜17’、
19・・・減算演算要素、18.18’・・・レベル判
定部、20・・・ギャップ手段、21.21’・・・ス
イッチ回路、22.41・・・調節手段、31・・・連
続的PID調節手段、32・・・サンプルPI調節手段
、33・・・信号変換手段、42・・・サンプル周期発
生部、51・・・絶対値演算手段、52・・・関数演算
手段、53・・・乗算演算要素、61・・・係数演算手
段、62・・・係数演算手段。
出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
第6図
第7図FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a control device according to the present invention, FIGS. 2 to 5 are block diagrams showing other embodiments of the device of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are block diagrams, respectively. FIG. 3 is a diagram illustrating the suggested price follow-up characteristic of the embodiment effect of the device of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Control device, 11... Target value feed forward control means, 12... Target value change detection means, 13.
... Feedback amount limit adjustment means, 14... advance/
Delay compensation means, 15... Addition calculation element, 16... Model that approximates the response characteristics of the controlled object, 17° 17';
19... Subtraction calculation element, 18.18'... Level determination section, 20... Gap means, 21.21'... Switch circuit, 22.41... Adjustment means, 31... Continuous Target PID adjustment means, 32... Sample PI adjustment means, 33... Signal conversion means, 42... Sample period generation section, 51... Absolute value calculation means, 52... Function calculation means, 53. . . . Multiplication calculation element, 61 . . . Coefficient calculation means, 62 . . . Coefficient calculation means. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 6 Figure 7
Claims (6)
号と予め設定された前記制御対象の目標値信号とを用い
て演算により操作信号を求めて前記制御対象に供給する
制御装置において、前記目標値信号を直接または所定の
係数を乗じて前記操作信号として出力する目標値フィー
ドフォワード制御手段と、前記目標値信号の変化を検出
する目標値変化検出手段と、前記目標値信号を制御対象
の応答を近似したモデルを介した後、前記フィードバッ
ク信号との偏差を求めるとともに、この偏差を零とする
演算を、前記目標値変化検出手段による目標値変化の大
きさに対応して非制限および制限的に実行し、この演算
出力に基づき前記目標値フィードフォワード手段より出
力される操作信号を修正するフィードバック量制限調節
手段とを備えたことを特徴とする制御装置。(1) In a control device that calculates an operation signal by calculation using a feedback signal of a controlled variable obtained from a controlled object and a preset target value signal of the controlled object and supplies it to the controlled object, the control device target value feedforward control means for outputting a signal directly or by multiplying it by a predetermined coefficient as the operation signal; target value change detection means for detecting a change in the target value signal; After passing through the approximated model, the deviation from the feedback signal is determined, and the calculation to make this deviation zero is carried out in a non-restrictive or restrictive manner depending on the magnitude of the target value change by the target value change detection means. and feedback amount limit adjustment means for correcting the operation signal output from the target value feedforward means based on the calculated output.
れ補償手段を有し、目標値信号を進み/遅れ補償手段を
通してフィードフォワード制御系に出力するとともに、
前記フィードバック量制限調節手段に供給するものであ
る特許請求の範囲第1項記載の制御装置。(2) The target value feedforward control means has lead/lag compensating means, outputs the target value signal to the feedforward control system through the lead/lag compensating means, and
2. The control device according to claim 1, wherein the control device supplies the feedback amount to the feedback amount limit adjustment means.
は、目標値信号に所定の係数を乗じた出力信号と前記フ
ィードバック量制限調節手段により修正された操作信号
との差を求め、この差が零近傍となるように修正した係
数を用いるものである特許請求の範囲第1項記載の制御
装置。(3) The coefficient used in the target value feedforward control means is obtained by calculating the difference between the output signal obtained by multiplying the target value signal by a predetermined coefficient and the operation signal corrected by the feedback amount limiting adjustment means, and when this difference is near zero. 2. The control device according to claim 1, which uses coefficients modified so that
よび前記進み/遅れ補償手段の入出力差の何れか1つを
用いて目標値信号の変化を検出するものである特許請求
の範囲第1項記載の制御装置。(4) The target value change detection means detects a change in the target value signal using any one of the input/output difference of the model and the input/output difference of the lead/lag compensating means. The control device according to item 1.
線形演算、連続演算と非連続演算、関数非乗算と関数乗
算のうち何れか1つを用いて行うものである特許請求の
範囲第1項記載の制御装置。(5) The feedback amount limit adjusting means is performed using any one of linear operation and non-linear operation, continuous operation and discontinuous operation, function non-multiplication and function multiplication as described in claim 1. control device.
、目標値信号の変化に対する制御量の希望応答時定数を
T^*、ラプラス演算子をsとすると、(1+Tp・s
)/(1+T^*・s)あることを特徴とする特許請求
の範囲第2項記載の制御装置。(6) The lead/lag compensation means adjusts the time constant of the controlled object to Tp
, the desired response time constant of the controlled variable to the change in the target value signal is T^*, and the Laplace operator is s, then (1+Tp・s
)/(1+T^*·s).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24698986A JPS63101902A (en) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | Controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24698986A JPS63101902A (en) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | Controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63101902A true JPS63101902A (en) | 1988-05-06 |
Family
ID=17156716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24698986A Pending JPS63101902A (en) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | Controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63101902A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0337151A (en) * | 1989-07-05 | 1991-02-18 | Asahi Optical Co Ltd | Production of ceramic fine powder |
| US5646492A (en) * | 1994-10-05 | 1997-07-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electric motor controller having independent responses to instructions and external disturbances |
| JP2022108033A (en) * | 2021-01-12 | 2022-07-25 | 株式会社日立製作所 | Driving control support device and driving control support method |
-
1986
- 1986-10-17 JP JP24698986A patent/JPS63101902A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0337151A (en) * | 1989-07-05 | 1991-02-18 | Asahi Optical Co Ltd | Production of ceramic fine powder |
| US5646492A (en) * | 1994-10-05 | 1997-07-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electric motor controller having independent responses to instructions and external disturbances |
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