JPS63101902A - 制御装置 - Google Patents
制御装置Info
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- 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
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- signal
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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。
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。
(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。
ブロック線図により構成されている。
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。
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。
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
。
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
。
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。
)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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
[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。
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。
(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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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
。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
−(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。
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。
)−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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Kn = (Kn−1) X (MVn /FFn )
−(7)但し、Knは今回の係数乗算手段62の係数
。
−(7)但し、Knは今回の係数乗算手段62の係数
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
特性をとると、第7図に示すようになる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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
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
Claims (6)
- (1)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。 - (2)目標値フィードフォワード制御手段は、進み/遅
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。 - (3)目標値フィードフォワード制御手段で用いる係数
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。 - (4)目標値変化検出手段は、前記モデルの入出力差お
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。 - (5)フィードバック量制限調節手段は、線形演算と非
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。 - (6)進み/遅れ補償手段は、制御対象の時定数をTp
、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24698986A JPS63101902A (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24698986A JPS63101902A (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63101902A true JPS63101902A (ja) | 1988-05-06 |
Family
ID=17156716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24698986A Pending JPS63101902A (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63101902A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0337151A (ja) * | 1989-07-05 | 1991-02-18 | Asahi Optical Co Ltd | セラミックス微粉末の製造方法 |
| US5646492A (en) * | 1994-10-05 | 1997-07-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electric motor controller having independent responses to instructions and external disturbances |
| JP2022108033A (ja) * | 2021-01-12 | 2022-07-25 | 株式会社日立製作所 | 運転制御支援装置及び運転制御支援方法 |
-
1986
- 1986-10-17 JP JP24698986A patent/JPS63101902A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0337151A (ja) * | 1989-07-05 | 1991-02-18 | Asahi Optical Co Ltd | セラミックス微粉末の製造方法 |
| US5646492A (en) * | 1994-10-05 | 1997-07-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electric motor controller having independent responses to instructions and external disturbances |
| JP2022108033A (ja) * | 2021-01-12 | 2022-07-25 | 株式会社日立製作所 | 運転制御支援装置及び運転制御支援方法 |
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