JPS6277603A - プロセス制御装置 - 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］ 本発明は外乱抑制特性と目標値追従特性の双方を最適に
調整できるプロセス制御装置に関するものである。

［発明の技術的青用と問題点］ プロセス制御装置では、比例ゲインＫｐ、槓分時間ＴＩ
、微分時間−ｒｏの各制御定数の状態によってその応答
特性が決定される。通常これ等制御定数Ｋｐ　、ＴＩ　
、ＴＤは制御対象に対して外乱りが加わった場合にこの
影響を早急に抑制し得る状態すなわち、外乱抑制最適特
性状態に調整されているのが一般的である。しかし、こ
の場合目標値を変更すると、制御が行ぎ過ぎてしまい目
標値の変化に制御量が追従できずメーバーシュートを生
じてしまう。逆に、目標値の変化に制御量が最適に追従
する状態すなわら目標値追従最適特性状態に制御定数を
設定しておくと、外乱りに対づる抑制特性が非常にｕく
なり、応答性が長期化してしまう。このように前記制御
定数Ｋｐ、ＴＩ　、ＴＤは外乱抑制最適特性状態と目標
値追従最適特性状態とでは調整する個が大きく異なり、
このことはＣＨＲ（Ｃｈｅｒｎ、　Ｈｒｏｎｅｓ　、　
Ｒｅｓｗｉｃｋ）法等による制御定数の調整公式により
理解できる。

このため従来より外乱抑制特性と目標値追従特刊の双方
に対して調整を可能とする２自由度ＰＩＤ　ｉｔ、＋制
御装置が開発されている。

この従来における２自由度ＰＩＤ制御装置は第４図に示
すように、目標値ＳＶに対して係数部１０１で係数αが
乗算され加算部１０３へ導かれる。

一方、目標価Ｓ■は１次遅れフィルタ１０５で一次遅れ
演算され、次いで係数部１０７で係数βが乗算された後
、加篩部１０３へ導かれ、係数部１０１の出力値αＳＶ
と加ね合成される。

加算手段１０３の出力信号（加算信号）は、減幹部１０
９に導かれ、測定値ＰＶとの偏差ε４がｐ出されて加算
手段１１１に導かれる。

また、−次遅れフィルタ１０５の出力信号は減算部１１
３において、測定値ＰＶとの偏差ε５が算出されて積分
手段１１５に導かれる。そして積分演算された信号が加
算手段１１１で偏差ε４に加算され、この加算信号に対
して比例ゲイン部１１７で比例ゲインＫｐが乗算され、
操作信号ＭＶとして制御対象１１９に供給される。これ
によって測定値ＰＶが目標：（的ＳＶと等しくなるよう
に調整制御されている。

しかしながら、上記従来のプロセス制御装置には以下の
ような問題点がある。

■　係数α−〇、係数β−１．−次遅れフィルタ標値フ
ィルタ伺ＰＩ調節）の揚台、目標値Ｓ■の変動に対する
制御は、 となる。上記（１）の式の第１項　　　　　　　　を比
例項、第２項１／ＴＩ　−８を積分項とすると、比例項
かられかるように、−次遅れフィルタ１０５の時定数Ｔ
ｏを変えると、応答が変化するとともにゲインも変化す
る。また、積分時間ＴＩを変えると、ゲインが複雑に変
化してしまう。すなわら、時定数’Ｔ’ｏ、８！（分時
間ＴＩの変化に対し、ゲイン変化は一義的に定まらず、
互いに干渉し合って？！７雑に変化し調整が非常にむず
かしい。

■係数β−０として、係数αと一次遅れフィルタ■制御
の場合、目標値Ｓｖに対する等価積分動作は、 となる。上記（２）式の第１項１／ＴＩ　−８を基本積
フィルタ１０５の時定数ＴＯの応答が変化するとともに
ゲインｒｏ／ＴＩも変化する。また、積分時間ＴＩを変
えてもゲインＴｏ／ＴＩが変化し、時定数Ｔｏ　、積分
時間１１の変化に対し、応答ゲインが一義的に定まらず
、干渉し合って複雑に変化し、調整が非常にむずかしい
。

従って、上記■、■で示したように上記従来装置は調整
が複雑なため、多数の装置を用いるプラント等では全く
実用的でないという問題点があった。

［発明の目的〕 本発明の目的は、外乱抑制特性と目標値特性の双方を最
適に制御することが可能なプロセス制御装置を提供する
ことにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明は、調節しようとする
目標値に対して進み／遅れ演算をし、補正目標価として
出力する進み／遅れ演算手段と、補正目標値と制御対象
からの測定値との偏差値について積分演算を行う積分手
段と、目標値に対し予め設定された調整演算を行う第１
の調整手段と、補正目標値に対し予め設定された調整演
算を行う第２の調整手段と、第１の調整手段及び第２の
調整手段の出力合成値と測定値との偏差を演算する偏差
演算手段とを備え、積分手段と偏差演算手段からの出力
値に基づいて制御対象を調節するようにした。

［発明の実施例］ 第１図は本発明に係る装置の一実施例の構成を示ずブロ
ック図である。

本実旅例では、従来例に示した一次遅れフィルタ１０５
に変えて、進み／遅れ演算部２１が設けられている。そ
の演算式は、 １−ｔＴ工・Ｓ　　　　　　　　　　°（３）とされて
いる。但し、ＴＸは積分時間、γは可変パラメータ、Ｓ
は複素変数である。

図において、目標値ＳＶは係数部１で係数αが乗算され
るとともに、進み／遅れ演算部５で進み／遅れ演算がさ
れている。この進み／遅れ演算部５の出力値は減算部１
３へ供給されるとともに、係数部７で係数βが乗算され
た後、加算手段３へ供給される。

減質部１３では進み／遅れ：９ｉ　ｎがされた目標値Ｓ
Ｖ、！：Ｊり定１ｉＴｉ　Ｐ　Ｖの偏差ε１が求められ
、この偏差ε１が梢分演ね部１５へ供給される。積分役
１０部１５ては偏差ε１に夕・］する積分演紳がされる
。

一方、前記加口手段３では、係数部１の出力（＋ｆｉと
係数部７の出力値とが加算合成され、減筒手段９におい
てこの加Ω値と測定値ＰＶとの偏差ε２が求められてい
る。

そして、（’ｓ？　ｌε２と積分波ｐ部１５の出力値ど
が加算部１１で加ね合成され、この加算値は比例ゲイン
部１７で比例ゲインＫ１１ｌが乗算さ、れ、操作信号Ｍ
Ｖとして制御対象１９に供給される。

第１図からも明らかなように、測定価ＰＶの変化に対し
ては また、目標値ＳＶの変化に対しては、 の演算調整がされる。ここで比例ゲインＫｐ、積分時間
ＴＩとしては外乱抑制最適パラメータが設定される。

ここで上記（５）式において、係数α＝０．β係数β＝
１とすると、 となる。上記（６）式でγは比例項、１／Ｔｒ　−８は
積分項である。

上記（６）式から明らかなように、目標ｉｓＶに対づる
比例ゲインは、係数γのみを変更することで一義的に決
定される。

従って、前記従来例の（１）式に比べ、係数γのみの可
変で、応答特性に影響を与えることなく、ゲインを一義
的に決定することができる。

上記（５）式において、係数β＝０とし、係数αと進み
／遅れ演算部５の演Ω式（３）を可変とする完全２自由
度Ｐ　Ｉ　ＩＩＩ御の場合について、目標値ＳＶに対す
る等価積分動作は、前記（５）式より１ｆＴ１．ｓ　　
　　　丁１．Ｓ となる。上記（７）式で第１項は基本積分項、第２項は
積分調整項である。

上記（７〉式の積分調整項は外乱に対づる積分時間ＴＩ
が決定覆ると、γのみの可変にＪ：りそのゲインを一義
的に決定覆ることができる。

従って、目標（ｉｒｉ　Ｓ　Ｖに対づる積分時間は、外
乱に対づる積分、すなわち上記基本積分項から積分調整
項を増減することで、等価積分時間が調整でき、外乱抑
制特性にも目標値追従特性にも双方に最適な制御を可能
とした２自由度Ｐ　Ｉ　Ｄ　ｉｌｒ’制御装置が実現で
きる。

以上お）明したように、本実施例によれば、（６）式に
示した目標値フィルタ付ＰＩ制御とした場合、目標値変
化に対する比例ゲインは、係数γそのものとなり一義的
に決定覆”ることが可能となる。また応答の速さもγ−
０で遅く、γ＝１で速くなり、応答と対比しているので
、装置の調整が極めて容易となる。

また、（７）式で示した完全２自由度ＰＩ制御とした場
合、目標値変化に対する積分時間を最適に調整づ−るこ
とができ、この場合には外乱抑制に対重る積分時間ＴＩ
が決定されるとγの値のみによって積分時間の調整ゲイ
ンを一義的に決定でき、装置の調整が簡単になる。

従って、本実施例装置はプラントに多数使用されても、
不完全２自由度、完全２自由度などの高機能の制御が容
易に実現でき、個々の制御性を限界まで改善でさ、プラ
ント全体の運転特性を飛躍的に改善することが可能とな
る。

第２図は本発明に係る装置の他の実施例の構成を示すブ
ロック図である。

本実施例は、前記第１図に示した実施例に測定値微分動
作を付加したものであり、不完全微分演算部２１を介し
て微分演篩された測定値ＰＶが加口部１１へ供給され、
偏差ε２および積分演算部１５の出ツノどともに加ｐ合
成されている。

また、不完全微分演算部２１の制御式は、Ｔｔ＋、Ｓ １１力・Ｔｏ’ｓ とされている。但し、Ｔｏは微分時間、ηは制御パラメ
ータでその値は０．１〜０．３とされる。

このように本実施例にあっても第１図実施例と同様の効
果を有するとともに測定値Ｐｖに微分動作を流すことで
制御応答性の改善を図ることができる。

第３図は本発明に係る装置のさらに他の実施例の構成を
示すブロック図である。

本実施例は、目標値Ｓｖに対して係数部２３で係数θを
乗韓し、その出力値と測定値ＰＶとの偏差ε３を減算部
２５で求め、偏差ε３に不完全微分演算部２１で微分動
作が施された後、加算部１１に供給されて偏差ε２と積
分演算部１５の出力とともに加算合成されるようになっ
ている。

この実施例にあっても、前記第１図実施例と同様の効果
を有するとともに、目標値Ｓｖ及び測定値Ｐｖの双方に
微分動作を付加してその制御応答性が改善されている。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、外乱抑制特性と目
標値追従特性の双方を最適に調整可能な優れたプロセス
制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の一実施例の構成を示づ一ブ
ロック図、第２図は本発明に係る装置の他の実施例の構
成を示すブロック図、第３図は本発明に係る装置のさら
に他の実施例の構成を示すブロック図、第４図は従来例
の構成を示すブロック図である。 ５・・・進み／遅れ演算部 ７・・・係数部 １５・・・積分演算部 １７・・・比例ゲイン部 １９・・・制御対象 ＳＶ・・・目標値 ＭＶ・・・操作信号 ＰＶ・・・測定値 ｒ−−−’−−−−−−−−−−−一−−−コＬ−−−
−−ｍ−−−−−ｍ−−−−−」尤１図 ローーーー”−−−−ｍ 「−−−−−−−−−−−−−−−−−−−”７第３図 Ｌ　　　　　　−Ｊ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 調節しようとする目標値に対して進み／遅れ演算をし、
   補正目標値として出力する進み／遅れ演算手段と、補正
   目標値と制御対象からの測定値との偏差値について積分
   演算を行う積分手段と、目標値に対し予め設定された調
   整演算を行う第１の調整手段と、補正目標値に対し予め
   設定された調整演算を行う第２の調整手段と、第１の調
   整手段及び第２の調整手段の出力合成値と測定値との偏
   差を演算する偏差演算手段とを備え、積分手段と偏差演
   算手段からの出力値に基づいて制御対象を調節するプロ
   セス制御装置。