JP2005031920A - プロセス制御装置の調整方法及びその調整ツール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御対称とその外乱補償器とからなる閉ループ系を1次遅れフィルタの時定数とむだ時間で表される伝達関数で近似したプロセス制御装置の調整方法であって、閉ループ系のステップ応答を第1の応答として表示し、閉ループ系のモデル伝達関数のステップ応答を第2の応答として前記第1の応答と重ねて表示し、前記第1の応答と前記第2の応答の差が所定の判定基準範囲内になるように夫々のパラメータを調整し、このモデルパラメータを制御器の制御パラメータとして所定の変換そして設定し、プロセス制御装置の応答を所定の判定基準範囲内になるように調整するようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば発電プラントや石油化学・鉄鋼等の一般産業プラントにおける制御対象を、所定の制御性能が得られるように制御するプロセス制御装置及びその調整方法に係り、特に制御要素の制御パラメータの調整を簡単に行なえるようにしたプロセス制御装置及びその調整方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、例えば発電プラントや石油化学・鉄鋼等の一般産業界のプラントにおいては、制御対象となる温度・流量・圧力・液面等のプロセスの値を所定の値に制御するために、比例・積分・微分動作を兼ね備えたPID制御装置が広く使用されてきている。
【0003】
従来のPID制御装置では、制御対象の特性が遅れ特性である場合には、良好な制御特性を得ることができ、PID制御装置の制御パラメータの調整ルールも数多く提案されてきている。
【0004】
しかしながら、制御対象がこれ以外の特性、例えば、積分的な特性や振動的な特性を持つ場合には、良好な制御特性を得るための制御パラメータの調整は困難であり、さらに不安定特性を持つ場合には、制御パラメータの調整は一層困難であるといった問題点がある。
【0005】
また、発電プラントや一般産業プロセスの多くは、制御対象の入力が変化した場合に、その出力変化まで、何らかの時間遅れ(むだ時間)をもって変化するといった特性を有している。そのため、制御対象の特性が遅れ特性であったとしても、遅れ時定数と比較してむだ時間が長い場合、従来のPID制御装置では、十分な制御性能を得ることができないという問題点がある。
【0006】
そこで、最近では、このような問題点を解決するために、PID制御装置の代わりに、内部に1次遅れおよびむだ時間要素から構成される正帰還補償器を備えたプロセス制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0007】
図8は、この種の従来の正帰還補償器および外乱補償器を有するプロセス制御装置の構成例を示すブロック図である。
【0008】
同図に示すように、プロセス制御装置は、制御目標値SVと制御対象13の制御量PVとを減算器18で減算した偏差eを入力として、制御対象13に対する操作量を出力する制御器11と、制御対象13の制御量PVを入力として、制御対象13に対する操作量を出力する外乱補償器12と、制御器11の出力である操作量から外乱補償器12の出力である操作量を減算し、制御対象13に対する最終的な操作量MVを生成する減算器14とから構成されている。
【0009】
また、制御器11は、1次遅れおよびむだ時間からなる補償器(正帰還補償器)15と、比例器16と、加算器17とから構成されている。
【0010】
比例器16は、制御目標値SVと制御対象13の制御量PVとの偏差eを入力として比例演算を行ない、当該比例器16の出力と正帰還補償器15の出力とを加算器17で加算して、上記制御器11の出力である操作量とし、正帰還補償器15は、当該制御器11の出力である操作量をフィードバックして当該正帰還補償器15の入力としている。
【0011】
以上のように、従来のプロセス制御装置は、正帰還補償器15の他に外乱補償器12を備えており、むだ時間が長い制御対象13だけでなく、PID制御が良好に制御できない、振動特性や不安定特性を持つ制御対象13も良好に制御できるようになっている。
【0012】
この正帰還補償器15を持つプロセス制御装置は、制御対象13を1次遅れおよびむだ時間要素として近似し、そのパラメータを利用して正帰還補償器15の制御パラメータを決定するようにしている。
【0013】
そのため、外乱補償器12を導入した場合には、制御対象13と外乱補償器12とから構成される閉ループ系全体の特性を、1次遅れおよびむだ時間要素として近似する必要がある。
【0014】
その結果、外乱補償器12のパラメータを変更した場合には、その度に、制御対象13と外乱補償器12とから構成される閉ループ系全体の近似特性を計算して、正帰還補償器15及び比例器16のパラメータを変更する必要がある。
【0015】
十分な制御性能を得るためには、この外乱補償器12を現場で調整する作業が不可欠であり、(a)外乱補償器12のパラメータ変更、(b)閉ループ系の特性近似計算、(c)正帰還補償器15および比例器16のパラメータ変更、の3つの手順を所定の制御性能が得られるまで繰り返し行なう必要がある。
【0016】
しかしながら、発電プラントや一般産業プロセスでは、調整しなくてはならない制御対象は、多い場合には数百にも上り、その全てに対して前述のような3つの手順を繰り返して調整を行なうことは、調整時間が長く必要となるだけでなく、パラメータ変更回数の増加によるパラメータ設定ミスを招くといった問題点がある。
【0017】
この問題点に対しては、図9に示す様に、正帰還補償機能を持つプロセス制御装置の外乱補償器12に対応する、比例演算および微分演算を行なう外乱補償器12と同じ構造、同じパラメータを持つ内部補償器112を制御器11の内部に備え、また制御対象13のモデルで構成されるモデル補償器113を備え、さらに外乱補償器12と内部補償器112のパラメータを同一としたものがある。
【0018】
即ち、外乱補償器12と内部補償器112のパラメータのうち、どちらか一方が変更された場合に、もう一方のパラメータも自動的に変更することができる構造にし、1度の調整作業でパラメータ変更を簡単に行なうことが可能とするプロセス制御装置である(例えば、非特許文献1参照。)。
【0019】
尚、図8で説明したものと同じ機能を有する制御要素は同一の番号を付し、その説明を省略する。
【0020】
この提案では、制御対象13と外乱補償器12とからなる閉ループ系の特性を、特許文献1に示されるような1次遅れおよびむだ時間要素で近似する必要が無いため、パラメータの変更作業が1回で済む。したがって、前述の図8に示す正帰還補償器15を持つ従来のプロセス制御装置と同じ、より広範囲の制御対象を良好に制御することができ、かつ現地での外乱補償器12、内部補償器112及びモデル補償器113等の制御パラメータの調整作業が簡単に行なうことが可能としている。
【0021】
しかしながら、図9に示す後者の提案においても、制御対象13と外乱補償器12で構成される閉ループ系の特性を1次遅れとむだ時間を持つ特性とするために、外乱補償器12の補償パラメータの設定は、計算により行なうため、計算ミスが起こる可能性が有る。
【0022】
また、多数のプロセスの制御対象について、個々に所定の制御性能が得られるまで計算を繰り返し、さらにその制御性能を判定するには、多大な時間を必要とするだけでなく、このような人為的な作業にはミスが起こり易くなる問題がある。
【0023】
【特許文献1】
特開2002−157002号公報
【0024】
【非特許文献1】
重政隆、行友雅徳、馬場泰「モデル駆動PIDシステムとそのチューニング方法」第3回SICE制御部門大会論文(2003年5月)
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、発電プラントや一般産業プロセスでは、制御を必要とする制御対象の数は非常に多く、その制御対象の特性も様々である。その結果、プロセス制御装置には、様々な特性を持つ制御対象に対して所定の制御性能が良好に行われることが要求される。
【0026】
また、より短時間にかつ安全に調整を行なうために、簡単な手順で制御パラメータの調整が確実に行なえる必要がある。
【0027】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、制御対象の時定数に比べてむだ時間が長い場合や、制御対象の特性が遅れ特性で無い場合にも、良好な制御を行なうことができる正帰還補償器を持つプロセス制御装置において、十分な制御性能を得るための制御パラメータの現地調整作業が短時間で行なえ、かつ、制御パラメータの調整と制御性能を可視化することによって良否を判定し、人為的な計算ミス、調整ミスを防止できるようにしたプロセス制御装置の調整方法及びその調整ツールを提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のプロセス制御装置の調整方法は、制御対象とその外乱補償器とからなる閉ループ系を1次遅れとむだ時間で表される伝達関数で近似し、この近似された閉ループ系を制御器によって制御するプロセス制御装置の調整方法であって、前記制御対象の伝達関数は、予め所定の伝達関数で定義し、前記外乱補償器を、前記閉ループ系のステップ応答が発散・振動しない範囲で、比例ゲイン要素、不完全微分要素からなる前記外乱補償器の補償パラメータを設定し、前記閉ループ系のステップ応答を第1の応答として表示する第1のステップで前記補償パラメータを調整し、前記閉ループ系のモデル伝達関数を、比例ゲイン要素、むだ時間及び1次遅れ要素からなる前記モデル伝達関数のモデルパラメータとして設定し、前記モデル伝達関数のステップ応答を第2の応答として前記第1の応答と重ねて表示し、前記第1の応答と前記第2の応答の差が、所定の判定基準の範囲内に収まるように前記モデルパラメータを第2のステップとして調整し、前記制御器を、前記モデルパラメータを前記制御器の制御パラメータとして所定の変換を行なって設定し、前記制御対象、前記外乱補償器及び前記制御器から構成されるプロセス伝達関数のステップ応答を第3の応答として表示して、プロセス制御装置の応答を所定の判定基準範囲内であることを第3のステップとして判定し、前記第3の応答が所定の判定基準範囲を超える場合には、判定基準範囲内に収まるように前記第1のステップ乃至第3のステップを繰り返し、再調整するようにしたことを特徴とする。
【0029】
したがって、外乱補償器の調整の良否判定と、制御器の制御パラメータ調整の良否判定とを可視化し、かつ、制御性能についても所定の判定基準で定量的な評価が行なえるようにしたので、調整作業が簡単で、短時間で確実に行なえるプロセス制御装置の調整方法を提供することができる。
【0030】
請求項2においては、制御対称とその外乱補償器とからなる閉ループ系を1次遅れとむだ時間で表される伝達関数で近似し、この近似された閉ループ系を制御器によって制御するプロセス制御装置において、前記プロセス制御装置のステップ応答をシミュレーションするプログラムと、前記プログラムによってシミュレーションするパラメータを設定する設定手段と、前記プロセス制御装置のステップ応答を前記プログラムによって表示し、ステップ応答を評価する表示、評価手段とを備えたことを特徴とする。
【0031】
さらに、請求項3においては、前記プログラムは、前記制御対象と前記外乱補償器とからなる閉ループ系において、前記外乱補償器の補償パラメータを設定し、前記閉ループ系のステップ応答を表示し、応答性能を調整、判定する第1のプログラムと、前記閉ループ系のモデル伝達関数とそのモデルパラメータを設定し、前記第1のプログラムによるステップ応答表示と、前記モデル伝達関数によるステップ応答表示とを重ねて表示し、前記第1のプログラムによるステップ応答と前記モデル伝達関数のステップ応答との差を判定する第2のプログラムとを備え、前記第2のプログラムによって調整した、前記モデルパラメータを前記制御器の制御パラメータとして所定の変換をして設定し、前記プロセス制御装置の制御性能を判定するようにしたことを特徴とする。
【0032】
したがって、調整作業に人為的な計算が介入しないので、計算ミス等がなく、確実な調整が初心者でも容易に行なえるプロセス制御装置の調整ツールを提供することができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるプロセス制御装置の調整方法及びその調整ツールの実施の形態を、図1乃至図7及び前述した図8を参照して説明する。
【0034】
先ず、本発明が対象とするプロセス制御装置は、制御対象と外乱補償器とからなる閉ループ系を、1次遅れとむだ時間で近似したものを対象とし、1次遅れ及びむだ時間から構成される正帰還補償器を有する制御器で制御する、前述した図8に示すプロセス制御装置を対象としている。このプロセス制御装置の構成と特性は、図8で説明したので省略する。
【0035】
図1は、本発明が対象とする制御対象と外乱補償器とからなる閉ループ系を、1次遅れとむだ時間で近似し、正帰還構造を有する制御装置で構成されるプロセス制御装置の調整方法を説明するフロー図で、図2は、その調整を行なう調整ツールの構成図である。
【0036】
図1は、図2で説明する調整ツール10及び調整ツール10に搭載されるシミュレーションプログラムによって行われる調整手順を説明している。先ず、この調整ツール10の構成及びシミュレーションプログラムの機能について図2で説明し、その後図1のフローによる調整手順を説明する。
【0037】
図2において、調整ツール10は、例えば、汎用のパソコンで実現され、プロセス制御装置を構成する各制御要素及び制御系の伝達関数とパラメータを設定し、夫々のステップ応答を演算制御するCPU1、そのシミュレーションプログラムを内蔵するメモリ2、設定されたパラメータ及び夫々のステップ応答を表示するCRT3、及びプロセス制御装置を構成する各制御要素及び制御系の、伝達関数と調整パラメータを設定するキーボード4とから構成される。
【0038】
また、メモリ2に搭載されるシミュレーションプログラムは、(a)外乱補償器の補償パラメータ調整、(b)閉ループ系のモデル伝達関数のモデルパラメータ調整、(c)プロセス制御装置の制御性能評価、を行なうプログラムで構成され、夫々のプログラムは次のような機能を備えている。
【0039】
(a)外乱補償器の補償パラメータの調整を行なうシミュレーションプログラムは、図8の外乱補償器12の伝達関数とその補償パラメータの登録・設定、制御対象13及び外乱補償器12で構成される閉ループ系のステップ応答の演算・表示及びその制御性能の判定・表示機能とを備えている。
【0040】
(b)閉ループ系のモデル伝達関数のモデルパラメータ調整を行なうシミュレーションプログラムは、制御対象13及び外乱補償器12で構成される閉ループ系の伝達関数及びそのモデルパラメータの登録・設定、モデル伝達関数のステップ応答の演算・表示及び前記(a)における閉ループ系のステップ応答との差の表示と判定・表示機能を備えている。
【0041】
(c)プロセス制御装置の制御性能評価を行なうシミュレーションプログラムは、制御器11の伝達関数とその制御パラメータの登録・設定、プロセス制御装置の伝達関数の演算とそのステップ応答の演算・表示及びプロセス制御装置の制御性能の判定.表示機能を備えている。
【0042】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるプロセス制御装置の調整方法について、再び、図1を参照して説明する。調整の項目には、大別して、(A)外乱補償器12の補償パラメータの調整、(B)制御対象13と外乱補償器12とからなる閉ループ系における、モデル伝達関数のモデルパラメータ調整の2つがある。
【0043】
そして調整された結果に基づき、プロセス制御装置全体の制御系制御器11の制御パラメータによってシミュレーションし、制御性能を判定する。
【0044】
以上の調整手順について同図にしたがって、外乱補償器12の補償パラメータの調整手順については、ステップS01乃至ステップS03で、またモデル伝達関数のモデルパラメータの調整手順については、ステップS04とステップS05で、更にプロセス制御装置の性能判定については、ステップS06とステップS07で説明する。
【0045】
第1のプログラムを起動して、外乱補償器の調整を行なう。最初に、制御対象13の伝達関数モデルを同定する。この同定には種々の方法があり、制御対象13の特性としても様々なものが存在するが、本実施の形態では、むだ時間要素を持つ積分系とし、その伝達関数モデルが次のように、積分時間200秒、むだ時間50秒として、予め与えられているものとした。この制御対象の伝達関数をP(S)として(1)式に示す。
【0046】
P(S)=(1/200S)・e−50S ・・・(1)
ここで、記号SはLaplas演算子を表す。そして以下の説明では、この伝達関数を有する制御対象13についての調整手順を説明する。
【0047】
この制御対象13の伝達関数P(S)の伝達関数とそのパラメータを、キーボード4から入力し、登録しておく。そして、図3に示すこの伝達関数のステップ応答波形をCRT3のスクリーンに、例えば、細い実線で表示し、確認しておく(ステップS01)。
【0048】
次に、外乱補償器12の補償パラメータの調整に移る。外乱補償器12としては、比例ゲイン要素、不完全微分要素が下記のモデル式で表されるものを採用する。この外乱補償器12の伝達関数をF(S)として(2)式に示す。
【0049】
F(S)=Kf・(1+Tf・S)/(1+k・TfS) ・・・(2)
このとき、閉ループ系の伝達関数G(S)は下記(3)式で示される。
【0050】
G(S)=P(S)/(1+P(S)・G(S)) ・・・(3)
この外乱補償器12の補償パラメータ、比例ゲインKf、不完全微分要素(1+Tf・S/1+k・TfS)におけるTf、kは、閉ループ系の伝達関数G(S)のステップ応答が安定収束するような値に調整・設定し、CRT3のスクリーンに表示し、確認する。
【0051】
この補償パラメータの調整手順を詳細に説明すれば、
(1)閉ループ系の伝達関数G(S)及びそのパラメータをキーボードから登録する。
【0052】
(2)比例ゲインKfを1に設定して、閉ループ系の伝達関数G(S)のステップ応答を演算表示させる。
【0053】
(3)閉ループ系の伝達関数G(S)のステップ応答が所定の安定系となるように比例ゲインKfの絶対値を設定する。
【0054】
例えば、不安定系であれば比例ゲインKf=−1とする。そして所定の時間内で一定の出力が得られる安定応答となるまで比例ゲインKfの絶対値を変更する。不安定な振動が残る不安定系であれば、不完全微分要素におけるTfを0から制御対象3の時定数の10分の1までの範囲で変更して、オーバシュートが所定の範囲に収まるような値に設定し、CRT3に表示されたステップ応答波形を観察して、調整を繰り返す(ステップS02)。
【0055】
この閉ループ系の伝達関数G(S)のステップ応答波形を評価して、所定の安定した応答性能が得られれば、外乱補償器12の調整は完了とする(ステップS03)。
【0056】
このようにしてシミュレーションされた閉ループ系の伝達関数G(S)のステップ応答波形を図3に太い実線で示す。図3の縦軸はゲインを、横軸は時間(秒)を示し、ステップ信号が時刻0(秒)で0から1に変化した時、閉ループ系の応答はほぼ300秒後に、ゲイン0.5で安定する。尚、制御対象13の伝達関数P(S)のステップ応答波形も重ねて、同図細い実線で示す様に表示しておくこともできる。
【0057】
このとき、補償パラメータの不完全微分要素におけるkは、経験的に通常は0.1とし、不完全微分要素におけるTf=0、比例ゲインKf=2とした。
【0058】
次に、補償パラメータの調整が完了すると、閉ループ系のモデル伝達関数Gm(S)のモデルパラメータの調整に移る。
【0059】
この調整は、前述したステップS03の段階で確定した閉ループ系のG(S)のステップ応答と、詳細を後述する閉ループ系のモデル伝達関数Gm(S)のステップ応答との差が、所定の評価範囲に収まるように、モデル伝達関数G(S)のモデルパラメータを調整するものである。
【0060】
この調整は、第2のプログラムを起動して閉ループ系のモデル伝達関数Gm(S)とそのモデルパラメータを登録し、ステップ応答を演算して、CRT3に表示し、さらに、ステップS03の段階で求めた外乱補償器13の補償パラメータに基づく伝達関数G(S)ステップ応答を重ねて表示し、これらのステップ応答の差を所定の判定基準で判定し、所定の応答性能となるようにモデル伝達関数Gm(S)のモデルパラメータを調整する(ステップS04、ステップS05)。
【0061】
以下この手順の詳細をについて説明する。モデル伝達関数Gm(S)は下記(4)式のように、このプロセス制御装置の制御系の構成に基づく制御理論にから、1次遅れとむだ時間により定義する。
【0062】
Gm(S)=Kp/(1+TpS・e−LpS) ・・・(4)
ここで、Kpは定常ゲイン、Tpは1次遅れの時定数、Lpはむだ時間である。
【0063】
以下、図4を参照して、調整手順を説明する。前述した閉ループ系の伝達関数G(S)のステップ応答をCRT3のスクリーンに太い実線で表示し、モデル伝達関数Gm(S)とそのモデルパラメータを登録し、モデル伝達関数Gm(S)のステップ応答波形を閉ループ系の伝達関数G(S)と重ねて識別できるように、例えば、破線で表示する。
【0064】
このとき、モデルパラメータの定常ゲインKp、1次遅れ時定数Tp及びむだ時間Lpは、夫々0.5、50(秒)、60(秒)とし、図4のハッチング部に示す閉ループ系の伝達関数G(S)のステップ応答とモデル伝達関数Gm(S)の応答波形の差の面積値が小さくなるような値に設定する(ステップS04)。
【0065】
この差は、例えば、制御特性の評価であるIAE(Integral of Absolute value of Error)等で定量的に評価される。この例の場合、図4のハッチングで示す部分が、応答波形の差を示す。同図の縦軸、横軸は図3と同じスケールである。この差が所定の基準範囲内であればこの調整は完了とする(ステップS05)。
【0066】
以上の調整が完了すると、制御器11の制御パラメータとして、ステップS05で設定したモデルパラメータを所定の変換を行って設定し(ステップ06)、図8で示したプロセス制御装置の制御系全体の伝達関数を登録し、そのステップ応答を演算して、表示し、このステップ応答の判定基準範囲内であることを確認する。所定の範囲内であればこの調整を完了する(ステップS07)。
【0067】
所定の範囲を外れるときは、再度、外乱補償12補償パラメータ、モデル伝達関数Gm(S)のモデルパラメータを再調整する。
【0068】
図5は、第3のプログラムを起動し、前述したステップS05の段階で設定した、外乱補償器12の補償パラメータと、制御器11に設定したモデルパラメータによるプロセス制御装置の制御系全体のステップ応答をCRT3のスクリーンに表示したものである。
【0069】
同図において、縦軸はゲイン、横軸は時間で、時刻0で0から1になるステップ信号(目標値)をこのプロセス制御系に印加したとき、この出力である制御量の変化を示す。前述したような外乱補償12補償パラメータ、モデル伝達関数Gm(S)のモデルパラメータの調整結果は、安定しているもののオーバシュート、アンダーシュートが発生している。
【0070】
そこで、この振動を減少させるため、補償パラメータ、モデルパラメータを再調整する。再調整した結果を、図6及び図7に示す。図6は、補償パラメータの不完全微分要素におけるTfを0から10(秒)、比例ゲインKf=2、不完全要素におけるk=0.1と設定し、閉ループ系がオーバシュートの無い、図6の太い実線に示ような制御特性とする。
【0071】
次に、モデルパラメータの1次遅れ時定数Tpを50(秒)から45(秒)、むだ時間Lpを60(秒)から65(秒)に変えて、定常ゲインKp=0.5、1次遅れ時定数Tp=45(秒)、むだ時間Lp=65(秒)として、図6の太い実線に示す閉ループ系の伝達関数G(S)のステップ応答波形と太い破線で示すスモデル伝達関数Gm(S)のステップ応答波形を重ねて、その差をCRT3のスクリーンに表示し、その差が所定の判定基準値範囲以下に前回の調整以上に、さらに小さくなるように調整する。この判定基準は前述した、例えば、IAE等で定量的に評価できる。
【0072】
その結果、プロセス制御装置全体の制御応答を図7に示すようなオーバシュートの無いステップ応答特性に調整することができる。
【0073】
したがって、本実施の形態によれば、ステップ応答波形をCRT3に表示したので、補償パラメータ、モデルパラメータの変更による制御特性の変化が、可視化され、容易に把握できる。また、制御性能の判定評価を、所定の定量的な評価関数で判定できるので、人為的なミスやバラツキの少ないプロセス制御装置の調整方法及びその調整ツールが提供できる。
【0074】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、制御対象と外乱補償器とからなる閉ループ系を、1次遅れとむだ時間で表される伝達関数で定義し、正帰還補償器を備えた制御器で制御するプロセス制御装置の制御要素と制御系の伝達関数のステップ応答を可視化して、重ねて表示し、その制御特性の差を定量的に評価するようにしたので、人為的なミスや調整のバラツキが少ないプロセス制御装置の調整方法及びその調整ツールが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプロセス制御装置の調整方法を説明するフロ−図。
【図2】本発明のプロセス制御装置の調整ツールの構成図。
【図3】本発明の外乱補償器のステップ応答を示す図。
【図4】本発明の閉ループ系の調整方法を説明する図。
【図5】本発明による調整されたプロセス制御装置のステップ応答を示す図。
【図6】本発明の再調整後のモデル伝達関数のステップ応答を示す図。
【図7】再調整されたプロセス制御装置のステップ応答を示す図。
【図8】従来の制御対象を外乱補償器により1次遅れとむだ時間で表されるように補償した、プロセス制御装置のブロック構成図。
【図9】従来の制御器内にも同じ伝達関数の内部補償器を備えたプロセス制御装置のブロック構成図。
【符号の説明】
1 CPU
2 メモリ
3 CRT
4 キーボード
10 調整ツール
11 制御器
12 外乱補償器
13 制御対象
14 減算器
15 正帰還補償器
16 比例器
17 加算器
18 減算器
112 内部補償器
113 モデル補償器
112a 制御器内部の減算器
114 制御器内部の加算器
Claims (6)
- 制御対象とその外乱補償器とからなる閉ループ系を1次遅れとむだ時間で表される伝達関数で近似し、この近似された閉ループ系を制御器によって制御するプロセス制御装置の調整方法であって、
前記制御対象の伝達関数は、予め所定の伝達関数で定義し、
前記外乱補償器を、前記閉ループ系のステップ応答が発散・振動しない範囲で、比例ゲイン要素、不完全微分要素からなる前記外乱補償器の補償パラメータを設定し、前記閉ループ系のステップ応答を第1の応答として表示する第1のステップで前記補償パラメータを調整し、
前記閉ループ系のモデル伝達関数を、比例ゲイン要素、むだ時間及び1次遅れ要素からなる前記モデル伝達関数のモデルパラメータとして設定し、前記モデル伝達関数のステップ応答を第2の応答として前記第1の応答と重ねて表示し、前記第1の応答と前記第2の応答の差が、所定の判定基準の範囲内に収まるように前記モデルパラメータを第2のステップとして調整し、
前記制御器を、前記モデルパラメータを前記制御器の制御パラメータとして所定の変換を行なって設定し、前記制御対象、前記外乱補償器及び前記制御器から構成されるプロセス伝達関数のステップ応答を第3の応答として表示して、プロセス制御装置の応答を所定の判定基準範囲内であることを第3のステップとして判定し、
前記第3の応答が所定の判定基準範囲を超える場合には、判定基準範囲内に収まるように前記第1のステップ乃至第3のステップを繰り返し、再調整するようにしたことを特徴とするプロセス制御装置の調整方法。 - 制御対象とその外乱補償器とからなる閉ループ系を1次遅れとむだ時間で表される伝達関数で近似し、この近似された閉ループ系を制御器によって制御するプロセス制御装置において、
前記プロセス制御装置のステップ応答をシミュレーションするプログラムと、
前記プログラムによってシミュレーションするパラメータを設定する設定手段と、
前記プロセス制御装置のステップ応答を前記プログラムによって表示し、ステップ応答を評価する表示、評価手段とを
備えたことを特徴とするプロセス制御装置の調整ツール。 - 前記プログラムは、前記制御対象と前記外乱補償器とからなる閉ループ系において、
前記外乱補償器の補償パラメータを設定し、前記閉ループ系のステップ応答を表示し、応答性能を調整、判定する第1のプログラムと、
前記閉ループ系のモデル伝達関数とそのモデルパラメータを設定し、前記第1のプログラムによるステップ応答表示と、前記モデル伝達関数によるステップ応答表示とを重ねて表示し、前記第1のプログラムによるステップ応答と前記モデル伝達関数のステップ応答との差を判定する第2のプログラムとを
備え、
前記第2のプログラムによって調整した、前記モデルパラメータを前記制御器の制御パラメータとして所定の変換をして設定し、前記プロセス制御装置の制御性能を判定するようにしたことを特徴とする請求項2に記載のプロセス制御装置の調整ツール。 - 前記設定手段は、前記外乱補償器の伝達関数及び補償パラメータを設定する手段と、
前記閉ループ系のモデル伝達関数及びモデルパラメータを設定する手段と、
前記プロセス制御装置の伝達関数及び前記制御器の制御パラメータを設定する手段とを
備えたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のプロセス制御装置の調整ツール。 - 前記外乱補償器の伝達関数は、比例ゲイン要素及び不完全微分要素で構成され、前記補償パラメータは、比例ゲイン、不完全微分要素の微分時定数から構成されることを特徴とする請求項4に記載のプロセス制御装置の調整ツール。
- 前記閉ループ系のモデル伝達関数は比例ゲイン要素、むだ時間要素及び1次遅れ要素とから構成され、前記モデルパラメータは、比例ゲイン、むだ時間及び1次遅れの時定数から構成されることを特徴とする請求項4に記載のプロセス制御装置の調整ツール。
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