JP2002527804A - 多くの結合された制御量を有する制御対象を調節するための調節装置 - Google Patents

多くの結合された制御量を有する制御対象を調節するための調節装置

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Abstract

(57)【要約】 各制御量（ｘ1、ｘ2）に対応する調節器（１０、１１）を備え、多くの結合された制御量を持つ制御対象を調節するための調節装置に関する。制御対象の前に、少なくとも１つの第１の脱結合要素（１２）を有する脱結合回路網が接続され、上記要素（１２）が第１の補正量（１４）を形成する。調節器（１１）は、補正量（１４）により補正された出力量（ｙ2）が操作量限界に達すると、積分器ワインドアップを回避するよう構成されている。また調節器の衝撃なしの手動／自動切換が可能である。本発明は多変数システムの制御に応用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は請求項１の前文に示す多くの結合された制御量を有する制御対象を調
節するための調節装置に関する。
【０００２】 “Regelungstechnik”、１９６６、第１２号、第５６２〜５６８頁に発表され
たW．Engelの論文“多重調節回路の脱結合に関する基礎的検討”から既に、互い
に影響する多くの量を調節する制御対象に対する調節装置は公知である。多くの
結合された制御量を有する制御対象、所謂多変数システムを記述するのにＰ正準
及びＶ正準構造が使用可能である。多重制御対象の内部の関係及び信号経過が不
明ならば、簡単化のためＰ正準構造を記述のために選ぶことが推奨される。伝達
システムのＰ正準構造内で、各出力量は入力量に関係するが、他の出力量には関
係しない。図１はＰ正準構造での２×２多変数システムのブロック回路図を示す
。入力量はｙ1、ｙ2、出力量はｘ1、ｘ2として表す。制御対象において入力量ｙ 1 、ｙ2は操作要素に与えられる操作量を表し、出力量ｘ1、ｘ2は測定技術的な補
助手段により捕捉される制御対象の制御量を表す。図示の構造は、上記のEngel
の論文がｎ×ｎシステムについて示すように、容易に他の数の入力及び出力に対
して拡張される。入力量ｙ1と出力量ｘ1との間又は入力量ｙ2と出力量ｘ2との間
の両方の伝達関数ｇ11、ｇ22は主制御対象と呼ばれ、ｙ2とｘ1との間又はｙ1と
ｘ2との間の伝達関数ｇ12、ｇ21は結合制御対象と呼ばれる。
【０００３】 Ｐ正準構造は、それがユーザーに対して分かりやすく、かつ主及び結合制御対
象内の伝達関数の同定が通常の方法に帰せられるという利点を有する。そのため
に適した同定方法は例えばドイツ特許出願公開第41 20 796号明細書に記載され
ている。伝達関数ｇ11及びｇ21の同定は公知の方法に従って、入力量ｙ2が一定
に保たれ、かつ入力量ｙ1と共に刺激関数が伝達要素に、即ち調節すべき制御対
象に与えられることにより実行される。出力量ｘ1及びｘ2の反応から伝達関数ｇ 11 及びｇ21が計算される。類似の方法で伝達関数ｇ12及びｇ22も入力量ｙ1を一
定に保って求められる。
【０００４】 冒頭にあげたEngelの論文にはさらに、このような多変数システムが、図２に
示されているような装置により調節されることが示されている。原理的な構成は
再び、既に図１中で採用した参照符号を付されている２×２多変数システムによ
り記述されている。多変数システム１の前に、Ｐ正準構造の脱結合回路網２が接
続されている。脱結合要素３、４により、例えばEngelの論文に記載された方法
に従って求められる伝達関数ｋ21、ｋ12が実現される。脱結合要素ｋ21、ｋ12は
、制御対象１及び前に接続された脱結合回路網２から形成される予め補償された
制御対象５が近似的に脱結合されるよう、示された制御ループ内で制御対象であ
る多変数システム１の内部の結合を減ずる課題を有する。ここで、“近似的に脱
結合されている”とは、伝達関数ｒ11を有する調節器６の出力信号ｕ1から制御
量ｘ2への作用経路及び伝達関数ｒ22を有する調節器７の出力信号ｕ2から制御量
ｘ1への作用経路が調節器伝達関数ｒ11及びｒ22の設計に対して無意味であるこ
とを意味する。理想的な場合には出力量ｕ1と制御量ｘ2との間又は出力量ｕ2と
制御量ｘ1との間の作用結合がもはや存在しない。それによって予め補償された
制御対象５は入力量ｕ1及び出力量ｘ1又は入力量ｕ2及び出力量ｘ2を有する２つ
の一変数制御対象に分解し、それらに対して各一変数調節器６、７が設計される
。一変数システム内のＰＩ又はＰＩＤ調節器に対する適当な設計方法は、例えば
ヨーロッパ特許第0 707 718号明細書から知られているように価格的に最適であ
る。
【０００５】 図２に示す調節装置は、容易にプロセス運転システムで実現できる。種々の調
節器形式及び加算点が機能モジュールとして通常の方法で存在していてよい。単
に脱結合要素を新たに追加すれば足りる。
【０００６】 上記の調節装置は、線形動作では良好な調節挙動を示す。しかし、実際に生ず
る非線形な場合、例えば操作量ｙ1が限界を越え又は調節器６、７が手動と自動
動作との間で切換えられたときに、有効に対処できる方策は知られていない。
【０００７】 本発明の課題は、多くの結合された制御量を有する制御対象を調節するための
調節装置であって、改善された調節挙動を持つ調節装置を提供することである。
【０００８】 この課題を解決するため、冒頭にあげた形式の新しい調節装置は、請求項１に
挙げた特徴を有する。有利な実施の形態は従属請求項に挙げてある。
【０００９】 本発明は、付属の操作量がそれ以前に操作量限界にあるときにも、制御量が調
節器の入力端における各制御偏差の符号反転に迅速に反応するという利点を有す
る。その理由は、所謂積分器ワインドアップ、即ち操作量がその限界に位置して
いる間のＰＩ又はＰＩＤ調節器の積分器の始動が避けられるので、操作量の変化
が制御偏差の符号反転後に直ちにその符号の反転を完了することにある。多変数
制御に脱結合装置要素のみを使用するときは、単に脱結合要素の補正量により補
正された各調節器の出力量を手がかりにして操作量限界を認識し、適当な方策に
より積分器ワインドアップを避けるだけで十分である。
【００１０】 積分器ワインドアップを避けるためには種々の方策が用いられる。１つの方法
は、状態、即ち積分部分の値及び調節器の出力を、操作量の限界に到達した際に
一定に保つことにある。他の方法は、補正された出力量が第２の調節器の調節器
コアに制御偏差を与える際に操作量限界に達し、又はそれを越えるであろう間は
積分器ワインドアップを避けるため、第２の調節器の補正された出力量が操作量
限界値に相当するように求めた量を、制御偏差の代わりに調節器コア内で使用す
る。この可能性は、ヨーロッパ特許第0 707 718号明細書に詳細に記載されてい
る。この明細書には他の詳細も記載されている。
【００１１】 操作量限界における積分器ワインドアップを避けるための装置と、第１の補正
量が導かれるフィードフォワード制御のための装置とを予め集積した標準調節器
を使用するとよい。この場合、脱結合要素は第１の補正量を、脱結合回路網に対
してＰ正準形式で求められる伝達関数に従い分かり易い方法で発生する。
【００１２】 制御対象内で制御量相互の結合が存在するならば、両方の結合に対する脱結合
要素を有する脱結合回路網と、フィードフォワード制御による調節器出力量の補
正とにより、有利な方法で多変数制御のより良好な調節挙動が達成される。操作
量限界における積分器ワインドアップを避けるための有利で簡単な方法は、各調
節器の状態及び出力量を一定に保持することである。それにより、調節器の入力
端における制御偏差の符号反転の際に、操作量の変化も直ちにその符号の反転を
完了できる。この措置が、その間に大きくなる擾乱量によってフィードフォワー
ド制御において無効にならないように、補正量がフィードフォワード制御に導か
れる脱結合要素は、それらも操作量限界に到達した際にその状態及びその補正量
を一定に保つように構成するのが有利である。
【００１３】 脱結合要素の別の改良された構成では、該要素は操作量限界に到達した際にそ
の各補正量を一定に保ち、かつその状態を入力量に相応して、操作量限界を去る
際に衝撃なしの切換が行われるように適合させる。
【００１４】 調節器は、切換が衝撃なしに行われ、かつ調節器の補正された出力量、即ち制
御対象の操作量の跳躍的又は衝撃的な励起が生じないように、手動動作と自動動
作との間を切換可能に構成するのがよい。それによって操作要素の過渡的な振動
過程及び不必要な磨耗が避けられる。
【００１５】 調節器が手動動作にセットする別の制御信号を発生し、かつ各脱結合要素によ
り予め定められた値の補正量が手動動作の際に調節器に与えられると、有利な方
法で、さもなければ脱結合要素の接続に基づいて調節装置に生ずるであろう補正
量のコントロールされない増大又はドリフトが排除される。値零を手動動作に対
する補正量の値として予め定めると、対応する脱結合要素による操作量の変化が
決して起らないという利点を有する。それに加えて、各脱結合要素が手動動作中
にその状態を零にセットされ、かつ脱結合要素の動作点が補償量の重畳により、
脱結合要素が予め定められた値零を発生するように、設定することにより、手動
動作から自動動作への衝撃なしの切換が達成される。この動作点は前記別の制御
信号のリセット後に、即ち手動から自動動作への切換の後に維持される。
【００１６】 本発明の実施例を示す図面により、以下に本発明ならびに実施例および利点を
一層詳細に説明する。
【００１７】 図３は、２×２多変数システム、即ち２つの操作量ｙ1、ｙ2 ならびに２つの
制御量ｘ1、ｘ2を有する制御対象に対する調節装置を示す。制御対象は、図面を
見易くするために図示を省略してある。操作量ｙ1、ｙ2を発生するため、内部で
指令量ｗ1、ｗ2 及び制御量ｘ1、ｘ2から各々制御偏差を形成し、かつ操作量ｙ1
、ｙ2を形成するＰＩ調節器１０、１１が設けられている。脱結合要素１２、１
３は公知の方法で２×２多変数システムの脱結合のために脱結合回路網によりＰ
正準形式で求められており、従ってまた、自動動作中に図２中の脱結合要素３、
４の伝達関数に相当する伝達関数ｋ21、ｋ12を実現する。脱結合要素１２、１３
の出力端に供給される補正量１４、１５はフィードフォワード制御のための装置
に対して設けられた調節器１１、１０のｄ入力端に導かれている。フィードフォ
ワード制御のための装置により調節器出力量の各々補正が行われる。補正された
出力量は調節器１１、１０のｕ出力端に出力され、また２×２多変数システムに
対する操作量ｙ1、ｙ2を形成する。脱結合要素１２、１３のｕ入力端には補正さ
れた出力量ｙ1、ｙ2が差し引き要素１５、１７による第２の補正量１５又は第１
の補正量１４の差し引きの後に与えられている。調節器１０、１１ならびに脱結
合要素１２、１３の上記の接続から再びＰ正準形式の脱結合回路網が生ずる。し
かし、図示の接続は、一変数システムに対する標準調節器で実証されている方策
が積分器ワインドアップを避けるため、かつ衝撃なしの手動／自動切換のため、
多変数システムに対しても応用可能であるという利点を有する。その値によりサ
ンプリング調節内でサンプリングステップだけ遅らされる伝達関数ｚ-1を有する
遅れ要素１８が、脱結合回路網の接続により生ずる代数的なループを切断するた
め、第１の補正量１４の枝路内で差し引き要素１７の前に接続されている。この
遅れ要素１８なしでは、図３によるブロック回路図中で円状の信号の流れが生じ
、かつサンプリング調節中の計算を一気に実行できないであろう。各サンプリン
グステップ内で大きな計算費用をかけて反復的な計算を行うことが必要になる。
この費用は追加的な遅れ要素１８により避けられる。
【００１８】 第１の調節器１０と第２の調節器１１は、そのＦＢ出力端に、各々補正された
出力量が操作量限界に達しているか否かを指示する制御信号１９、２０を供給す
る。制御信号１９、２０は、これがセットされている際に第２の補正量１５又は
第１の補正量１４を一定に保つように構成された第２の脱結合要素１３、又は第
１の脱結合要素１２に導かれる。この措置は、各調節器１０、１１も操作量限界
に到達した際にその状態及び出力を一定に保つときに、特に有利である。何故な
ら、この場合、制御偏差の符号反転時に各操作量の変化が直ちにそれらの符号を
反転するからである。それにより調節装置の別の改善された調節特性が操作量限
界に到達した後に保証される。脱結合要素１２、１３はそれらの出力を、各操作
量が限界を再び越え、かつ相応の制御信号２０、１９が再びリセットされる迄一
定に保つ。その後脱結合要素１２、１３は、再び自動動作に移行する。
【００１９】 限界動作から自動動作に復帰する衝撃なしの移行を可能とするため、脱結合要
素１２、１３はそれらの状態を、制御信号２０、１９が各々セットされた際に、
各々それらのｕ入力端に与えられる信号に相応して適合する。
【００２０】 それに加えて第１の調節器１０及び第２の調節器１１はそのＦＨ出力端に、各
調節器が手動動作にあるときにセットされる各々別の制御信号２１、２２を供給
する。信号２１、２２は各脱結合要素１３、１２に導かれ、またこれらに事情に
よっては設定される手動動作を指示する。脱結合要素１２、１３の動作形式の切
換により、調節器の各ｄ入力端に与えられる信号の大きさが手動動作の際に全て
の限界を越えて増大又はドリフトしないようにできる。例えば調節器１０に対し
て手動値が予め定められると、この措置なしでは、調節器１０のｄ入力端におけ
る信号１５は、脱結合要素１３の伝達関数がこのようなものとして不変であるに
もかかわらず、全ての限界を越えて増大し得る。この理由から、手動動作にある
各調節器に作用する全ての補正量を、手動動作の継続時間にわたって定められた
値にセットすることは有利である。その際には、値零が変更されずに操作量とし
て出力されるという利点を有する。手動動作から自動動作への移行が衝撃なしに
行われるように、それに加えて、当該の調節器に作用する脱結合要素の内部状態
及び動作点をセットするのが目的に適っている。脱結合要素の内部状態を指示さ
れた手動動作の際に同じく零にセットし、かつ動作点を、脱結合要素の状態及び
出力が各脱結合要素に与えられる入力信号の際に同じく零に計算し、かつ一定の
入力信号の際にそこにとどめられるように選ぶと有利である。調節器、例えば図
３中の調節器１０が、それに対応付けられている脱結合要素、この例では脱結合
要素１３に別の制御信号、ここでは制御信号２１を介して、それが手動動作にあ
ることを報知すると、脱結合要素１３の状態及び出力は零にセットされ、かつ動
作点は、この値がｙ出力端においてｕ入力端における一定の信号の際に保たれる
ように選ばれる。上記の別の制御信号２１をリセットした後、即ち自動動作への
調節器１０の切換後に、脱結合要素１３は再びその本来の伝達関数により、ただ
しいまは最後に有効な動作点の周りで機能する。この措置は自己制御性のないプ
ロセス、即ちそのステップ応答が新しい不動状態に入らないプロセスにおける調
節装置の使用の際に特に有利である。その一例は積分特性を有するプロセスであ
る。制御ループは手動動作で始動される。上記の措置により脱結合回路網はその
際に自発的な過渡的振動にまかずに初期化するのが目的に適っている。なぜなら
ば、補正量が脱結合要素の上記の動作形式切換えなしでは、場合により不安定な
挙動に基づいて全ての限界を越えて増大するからである。
【００２１】 状態表示内で線形のダイナミックな脱結合要素の伝達関数は、各制御信号がセ
ットされていない動作形式“自動”では、下式により表される。ｘ （ｋ＋１）＝Ａ・ｘ（ｋ）＋ｂ・〔ｕ（ｋ）＋ｚ（ｋ）〕 ｙ（ｋ）＝ｃT ・ｘ（ｋ）＋ｄ・〔ｕ（ｋ）＋ｚ（ｋ）〕 ｚ（ｋ＋１）＝ｚ（ｋ） ここで ｘ…状態ベクトル Ａ…システムマトリックス ｂ…列数１を有する入力マトリックス ｚ…動作点 ｃT …行数１を有する移項された出力マトリックス ｄ…通過係数
【００２２】 上記の別の制御信号がＦＨ入力端にセットされている動作形式“手動”では、
脱結合要素の伝達関数は状態表示内で下式により記述される。ｘ （ｋ＋１）＝０ ｙ（ｋ）＝０ ｚ（ｋ＋１）＝−ｕ（ｋ）
【００２３】 制御信号がＦＢ入力端にセットされている動作形式“制限”では、脱結合要素
の伝達関数は状態表示内で下式により記述される。
【数１】 ここでｃT （１）は移項された出力ベクトルｃT の第１の成分である。この成分が
零になる場合には、この状況は状態の並べ替えにより迂回される。
【００２４】 動作点ｚは、脱結合要素の入力量ｕに加算的に重畳される補償量により設定さ
れる。動作形式“自動”では、脱結合要素は、脱結合回路網に対しＰ正準形式で
求めその線形のダイナミックスに相応し、この動作点の周りで動作する。動作形
式“手動”では、状態ｘ（ｋ）及び出力ｙ（ｋ）は零にセットされ、また動作点
は、状態ｘ（ｋ）及び出力ｙ（ｋ）が一定の入力ｕ（ｋ）の際に変化しないよう
に選ばれる。それらは、動作形式“自動”に切換えられた直後には変化しない。
その結果衝撃なしの切換が保証される。動作形式“手動”では出力ｙ（ｋ）及び
動作点ｚ（ｋ）は保たれ、かつ状態は連続的に動作形式“自動”への衝撃なしの
切換が達成されるように適合される。そのために状態ベクトルｘ（ｋ＋１）の第
１の成分は上記の値に、また全ての他の成分は零にセットされる。
【００２５】 上記の状態式はダイナミックスを有する全脱結合要素に対して当てはまる。そ
れが純粋な比例特性を有する脱結合要素であれば、状態に対する式は無くなる。
なぜならば、この状態は、このような脱結合要素では存在しないからである。
【００２６】 実際的な観点から通常、低い次数を有する脱結合要素を使用するのがよい。２
次迄の伝達関数が適切である実証されており、多くの場合に、３つのパラメータ
が自由に選択可能な、１次の伝達関数を有する脱結合要素で既に十分である。
【００２７】 上記の動作形式及び状態式を有する脱結合要素に対する新しい機能モジュール
の実現は、特にそれらをプロセス運転システムの枠内で既存の操作／監視システ
ム内及び報知／警報システム内に組み込まねばならない場合、比較的費用がかか
る。ＰＩＤ調節器は通常既にシステムコンフォームな実現で事前製作されて利用
に供されるので、１次までの脱結合要素を既存の標準ＰＩＤ調節器の特別なパラ
メータ化により実現することは有利である。このことは、単独にパラメータ化可
能な遅れ時間を有する実の、即ち遅れのあるＤ部分と、利得及び時定数の負の値
も許すパラメータの双極性の範囲とをＰＩＤ調節器が有することを前提とする。
実のＰＩＤ調節器の伝達関数は下式で表される。
【数２】 ここで ｋP…調節器利得 ｔi…積分時間 ｔd…微分時間 ｔ1 …Ｄ部分の遅れ時定数 ｓ …ラプラス演算子
【００２８】 １次の脱結合要素を実現するには、ＰＩＤ調節器のＩ部分が切り離される、即
ち比１／ｔiｓが零にセットされ、かつこうして得られたＰＤ調節器の式が公分
母とされる。
【数３】
【００２９】 脱結合回路網に対してＰ正準形式で設計された１次の脱結合要素は、ラプラス
領域で下式により表される。
【数４】
【００３０】 上記両式の係数比較により、脱結合要素の所望の伝達関数を達成するために、
標準ＰＩＤ調節器において設定せねばならないパラメータが得られる。それらは
下式で表される。 ｋP＝ｋ、 ｔ1＝ｔ３ 、 ｔd＝ｔ2−ｔ1
【００３１】 このように実現された脱結合要素の動作形式“制限”を実現するため、標準Ｐ
ＩＤ調節器の動作形式“手動”が使用される。動作形式“自動”ではＰＩＤ調節
器の手動値がそのために現在の操作値に追従させられる。“手動”への切換の際
には現在の操作値が凍結される。ＰＩＤ調節器の状態は手動動作中にいずれにせ
よ、その後に“手動”から“自動”に復帰する衝撃なしの切換が行われるように
追従させられる。主調節器が手動時にこのように実現された脱結合要素を初期化
するには、動作形式“追従”が標準ＰＩＤ調節器の操作量“零”に設定される。
【００３２】 衝撃なしの手動／自動切換により、さもなければ手動動作での動作点の調節及
び自動動作への切換の後に生ずる過渡振動過程が本質的に減ずる利点がある。
【００３３】 図４は、目標量ｗと制御量ｘから形成された制御偏差が導かれるＰＩ又はＰＩ
Ｄ調節器コアを有する標準調節器のブロック回路図を示す。調節器コア４０は積
分器ワインドアップを避けかつ衝撃なしの手動／自動切換を可能にするため、本
来の調節アルゴリズムに対し追加的に幾つかの機能により拡張されている。自動
動作中で操作量限界に到達していないとき、調節器コア４０は出力量ｙ０ を公
知の方法で、各々使用されるＰＩ又はＰＩＤアルゴリズムに従って発生する。例
えばＰＩＤ調節器では出力量ｙ0はＰ部分ｙP、Ｉ部分ｙI及びＤ部分ｙDの加算的
重畳により計算される。簡単な加算装置により実現されるフィードフォワード制
御のための装置４１により、出力量ｙ0に擾乱量ｄが重畳される。この方法で補
正された出力量ｙ0は、操作量制限のための装置４２に与えられ、この装置４２
が補正された出力量を、図４には示さない調節器の後に接続された操作要素の操
作範囲に制限する。装置４２により、補正された出力量ｙ0が操作量限界に達し
ているか否かを指示する制御信号ＦＢが形成される。調節器の制限はこうして出
力量ｙ0と調節器のｄ入力端に与えられている擾乱量ｄとの和に作用する。なお
擾乱量ｄは、図３中に示す標準調節器１０及び１１の接続内で脱結合要素により
発生される補正量である。制御信号４３により、これがセットされている場合、
調節器の手動動作が設定される。制御信号４３から直接的に別の制御信号ＦＨが
導き出される。手動動作中は、調節器は信号ｙNの値を、信号ｙNが操作量限界に
達していない限り、そのｕ出力端に出力する。手動動作から自動動作への衝撃な
しの切換を達成するため、調節器コア４０のＩ部分は自動動作の設定の直後に信
号４３のリセットにより下記のように初期化される。 ＹI＝ｙN−ｙP−ｙD−ｄ
【００３４】 制御信号ＦＢは調節器コア４０に導かれており、そこでｄ入力端における補正
量により補正された調節器コア４０の出力量ｙ0が操作量限界に達したとき、積
分器ワインドアップを避けるための対策を開始する方策は、調節器の補正された
出力量が正に操作量限界値に一致するように求めた量を、調節器コアのＰＩＤア
ルゴリズム内で制御偏差の代わりに使用することである。即ちこの方策では、調
節器のｄ入力端における値も考慮に入れる。積分器ワインドアップを避ける他の
方法は、操作量限界に到達し、制御信号ＦＢがセットされている場合、調節器コ
ア４０の状態及び出力量ｙ0を一定に保つことである。この方法は、制御偏差の
符号反転の直後に、操作量の変化もその符号を反転するという利点を有する。こ
の利点は特に、補正量を調節器のｄ入力端に導かれる脱結合要素も、制御信号Ｆ
Ｂがセットされている限り、それらの補正量を一定に保つことで強められる。
【００３５】 図５により、３×３多変数システムに対する調節装置の構成を説明する。この
調節装置は、各々簡単な方法で一変数システムに対する標準ＰＩ調節器として構
成された３つの調節器５０、５１及び５２を含む。調節器５０、５１及び５２は
各々操作量ｙ1、ｙ2又はｙ3を発生し、これらの操作量は図５中には示さない制
御対象としての３×３多変数システムに導かれる。３×３多変数システムにおい
て捕捉された制御量ｘ1、ｘ2及びｘ3は調節器５０、５１及び５２内で目標量ｗ1 、ｗ2又はｗ3と比較され、かつそれから制御偏差が計算される。脱結合要素５３
、５４、５５、５６、５７及び５８は各々３×３多変数システムの制御量ｘ1、
ｘ2及びｘ3を脱結合するための役割をする。これらはＰ正準構造を有する脱結合
回路網に対して設計された。脱結合要素５３は伝達関数ｋ21を、脱結合要素５４
は伝達関数ｋ31を、脱結合要素５５は伝達関数ｋ12を、脱結合要素５６は伝達関
数ｋ32を、脱結合要素５７は伝達関数ｋ13を、そして脱結合要素５８は伝達関数
ｋ23を実現する。伝達関数ｋijの呼称内の添字ｉ、ｊは、等しい添字ｉを有する
制御量ｘiが各脱結合要素により等しい添字ｊを有する制御量ｘjから脱結合され
ることを示す。加算要素５９により、脱結合要素５５により形成された補正量及
び脱結合要素５７の補正量が加算され、かつ加算の結果が調節器５０のｄ入力端
ならびに差し引き要素６０に与えられ、差し引き要素６０が加算要素５９による
加算の結果を再び操作量ｙ1から差し引き、またこうして、脱結合要素５３、５
４のｕ入力端に与えられる入力量を形成する。相応の方法で調節器５１、５２の
ｄ入力端ならびに脱結合要素５５、５６、５７及び５８のｕ入力端も接続されて
いる。遅れ要素６１、６２は図３中の遅れ要素１８と類似して、示されている調
節器構造の時間離散的な実現の際に代数的なループを解くための役割をする。３
つよりも多い入力端及び出力端を有する多変数システムに対しては図５中に示さ
れている調節装置の構造が相応の方法で拡張される。
【００３６】 図３及び５に示す調節装置において、各制御量の間に弱い結合しか存在せず又
は結合が存在しないならば、もちろん脱結合要素は省略される。例えば図３中で
脱結合要素１３が省略されるならば、加算要素１７、差し引き要素１６及び調節
器１０のフィードフォワード制御のための接続も省略される。
【００３７】 図２、３及び５に示す多変数システムに対する調節装置では、通常制御対象が
一般化された対角線ドミナンスの仮定を満足するときにしか、個々の調節器を手
動動作に入れてはならないことに注意する必要がある。ｎ×ｎ多変数システムの
一般化された対角線ドミナンスの定義に関しては“Regelungstechnik II。Mehr
groessensysteme、Digitale Regelung”。J．Lunze、Springer出版、ベルリン
、ハイデルベルグ、ニューヨーク、１９９７、３０７〜３２６頁を参照されたい
。
【００３８】 上記調節装置は、自動化装置又はプロセス運転システムの計算ユニット内で時
間離散的な調節器として、またアナログ計算モジュールを持つアナログの調節器
として実現できる。後者の場合、遅れ要素１８、６１及び６２は省略できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 Ｐ正準構造の２×２多変数システムのブロック回路図。
【図２】 Ｐ正準構造の脱結合回路網を前段に接続されている２×２多変数システムの原
理的構成を示す。
【図３】 ２×２多変数システムに対する調節装置のブロック回路図。
【図４】 標準ＰＩ調節器の構造図。
【図５】 ３×３多変数システムに対する調節装置のブロック回路図。
【符号の説明】
ｘ1、ｘ2 制御量 ｙ1、ｙ2 操作量 １０、１１ ＰＩ調節器 １２、１３ 脱結合要素 １４、１５ 補正量 １６、１７ 差し引き要素 １８ 遅れ要素 １９〜２２ 制御信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＣＺ，Ｈ Ｕ，ＩＤ，ＪＰ，ＫＲ，ＰＬ，ＳＧ，ＵＳ (72)発明者 プフライダー、ベルント‐マルクス ドイツ連邦共和国 デー‐76199 カール スルーエ フラウエンアルバー シュトラ ーセ 23 (72)発明者 パンディート、マドフカー ドイツ連邦共和国 デー‐67663 カイザ ースラウテルン カシミールリング 108 Ｆターム(参考） 5H004 GA11 GB01 KB02 KB04 KB06 KB32 LB09

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多くの結合された制御量を有する制御対象を調節するための
    調節装置であって、 各制御量（ｘ1、ｘ2）に対応する調節器（１０、１１）を有し、かつ制御対象
    の前に接続されている少なくとも１つの第１の脱結合要素（１２）を備えた脱結
    合回路網を有し、第１の脱結合要素に第１の調節器（１０）の出力量（ｙ1）が
    導かれ、かつ第１の脱結合要素が制御量（ｘ1、ｘ2 ）間の結合を減ずるため第
    ２の調節器（１１）の出力量（ｙ2）に対する第１の補正量（１４）を発生する
    調節装置において、 第２の調節器（１１）がＰＩ又はＰＩＤ調節器コア（４０）を有し、さらに第
    ２の調節器（１１）の調節器コア（４０）の第１の補正量（１４）により補正さ
    れた出力量（ｙ2）が操作量限界に達するときに、積分器ワインドアップを回避
    するように構成されていることを特徴とする調節装置。
  2. 【請求項２】 第１の脱結合要素（１２）が第１の補正量（１４）を、脱結
    合回路網に対しＰ正準形式で求めた伝達関数（ｋ21）に従って発生し、 第２の調節器（１１）がフィードフォワード制御のための装置（４１）を有し
    、それに第１の補正量（１４）が導かれることを特徴とする請求項１記載の装置
    。
  3. 【請求項３】 脱結合回路網が第２の脱結合要素（１３）を有し、この要素
    に第２の調節器（１１）の補正された出力量（ｙ2）が第１の補正量（１４）の
    差し引き後に導かれ、かつこの要素が第１の調節器（１０）の出力量（ｙ1）に
    対する第２の補正量（１５）を、脱結合回路網のためにＰ正準形式で導き出され
    た伝達関数（ｋ12）に従って発生し、 第１の調節器（１０）の出力量（ｙ1）が第２の補正量（１５）を差し引いた
    後に第１の脱結合要素（１２）に導かれ、 第１の調節器（１０）がＰＩ又はＰＩＤ調節器コア（４０）とフィードフォワ
    ード制御のための装置（４１）を有し、それに第２の補正量（１５）が導かれ、 第１の調節器（１０）が、第１の調節器（１０）の第２の補正量（１５）によ
    り補正された出力量（ｙ1）が操作量限界に達したときに、積分器ワインドアッ
    プを回避するように構成されたことを特徴とする請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 補正された出力量（ｙ2）が第２の調節器（１１）の調節器
    コア（４０）に制御偏差を与えた際に操作量限界に達し、又はそれを越えるであ
    ろう間は、積分器ワインドアップを避けるため、第２の調節器（１１）の補正さ
    れた出力量（ｙ2）が操作量限界の値に相当するように求められた量を、制御偏
    差の代わりに調節器コア内で使用することを特徴とする請求項１ないし３の１つ
    に記載の装置。
  5. 【請求項５】 操作量限界に到達した際の積分器ワインドアップを避けるた
    め、第２の調節器（１１）の状態及び出力量が一定に保たれることを特徴とする
    請求項１ないし３の１つに記載の装置。
  6. 【請求項６】 第２の調節器（１１）が、操作量が限界に到達した際にセッ
    トされる制御信号（ＦＢ）を発生し、 制御信号（ＦＢ）がセットされている際に第１の脱結合要素がその状態及び第
    １の補正量（１４）を一定に保つように、第１の脱結合要素（１２）が構成され
    ていることを特徴とする請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 第２の調節器（１１）が操作量限界に到達した際にセットさ
    れる制御信号（ＦＢ）を発生し、 制御信号がセットされている際に、第１の脱結合要素が第１の補正量（１４）
    を一定に保ち、かつその状態を、操作量限界を離れた際に、即ち制御信号（ＦＢ
    ）がリセットされ、衝撃なしの切換を達成すべく設定するように、第１の脱結合
    要素（１２）が構成されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
  8. 【請求項８】 少なくとも第２の調節器（１１）が、手動と自動との切換を
    、第２の調節器（１１）の補正された出力量（ｙ2）に応じ衝撃なしで行われる
    ように切換可能であることを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載の装置。
  9. 【請求項９】 第２の調節器（１１）が手動動作中にセットされる別の制御
    信号（ＦＨ）を発生し、 第１の脱結合要素（１２）が、前記の別の制御信号（ＦＨ）がセットされてい
    る際に第１の補正量（１４）の予め定められた値を発生するように、構成されて
    いることを特徴とする請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記の予め定められた値が零であることを特徴とする請求
    項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 第１の脱結合要素（１２）が、前記の別の制御信号（ＦＨ
    ）がセットされている際に第１の脱結合要素がその状態を零にセットするように
    構成されており、 補償量（ｚ）の重畳により第１の脱結合要素（１２）の動作点が、第１の脱結
    合要素が予め定められた値零を発生するように設定され、 前記の動作点が前記の別の制御信号（ＦＨ）のリセットの後に保たれているこ
    とを特徴とする請求項１０記載の装置。
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