JP2012168843A - 制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御装置は、設定値SPの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値OHsを記憶する過渡操作量上限値記憶部3と、定常運転時に有効な操作量上限値OHgを記憶する定常操作量上限値記憶部4と、設定値SPの変更を検出する設定値変更検出部5と、過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出部6と、設定値SPの変更時点から過渡応答の完了時点までの時間帯では操作量上限値OHsを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定し、それ以外の時間帯では操作量上限値OHgを操作量上限値OHとして設定する操作量上限値切り替え部7と、制御演算により操作量MVを算出し、操作量MVを操作量上限値OH以下に制限する上限処理を実行して出力する制御演算部8とを備えている。
【選択図】 図1
Description
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記過渡応答完了検出手段は、前記制御演算手段から出力される操作量MVが前記操作量上限値OHs未満の値に下降したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記過渡応答完了検出手段は、設定値SPの変更時点から一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例は、さらに、設定値SPの変更が検出されたときに、前記過渡操作量上限値記憶手段に記憶されている操作量上限値OHsの中から変更後の設定値SPに対応する操作量上限値OHsを選択する過渡操作量上限値選択手段を備え、前記過渡操作量上限値記憶手段は、設定値SPの範囲とこの設定値SPの範囲に対応する操作量上限値OHsとの組を複数組記憶し、前記操作量上限値切り替え手段は、前記過渡応答時間帯において前記過渡操作量上限値選択手段が選択した操作量上限値OHsを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記操作量上限値切り替え手段は、前記操作量上限値OHgが前記操作量上限値OHsよりも低い値に設定されている場合は、前記過渡応答時間帯においても前記操作量上限値OHgを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定することを特徴とするものである。
主に加熱炉などの温度制御では、昇温時にヒータ能力(操作量MV)を最大にして昇温し、その後、温度設定値SPに温度PVが整定した後に、加熱処埋などの本稼動状態に移行する。本稼動状態に移行後の制御の役割は外乱抑制である。
温度設定値SPを変更して昇温を行うステップ応答時においてはオーバーシュートを抑制することが重要であるが、ステップ応答は操作量MVが最大になるタイプの応答である。そこで、発明者は、この操作量MVの最大値を規定するパラメータである操作量上限値OHを調整パラメータに利用することが有効であり、かつPIDパラメータのように不安定化の要因にならないので、制御動作の不安定化の恐れも発生しないことに着眼した。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、設定値SPを取得する設定値入力部1と、制御量PVを取得する制御量入力部2と、設定値SPの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値OHsを記憶する過渡操作量上限値記憶部3と、定常運転時に有効な操作量上限値OHgを記憶する定常操作量上限値記憶部4と、設定値SPの変更を検出する設定値変更検出部5と、制御量PVの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出部6と、設定値SPの変更時点から過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では操作量上限値OHsを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定し、過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では操作量上限値OHgを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定する操作量上限値切り替え部7と、設定値SPと制御量PVを入力として制御演算により操作量MVを算出し、この操作量MVを操作量上限値OH以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量MVを制御対象に出力する制御演算部8とを備えている。
設定値SPは、例えば加熱炉などの制御対象を使用するユーザによって設定され、制御装置の設定値入力部1を介して設定値変更検出部5と過渡応答完了検出部6と制御演算部8とに入力される。
制御量PVは、例えば加熱炉内の温度を計測する温度センサによって取得され、制御装置の制御量入力部2を介して過渡応答完了検出部6と制御演算部8とに入力される。
過渡応答完了検出部6は、制御量PVの過渡応答が完了したかどうかを判定する(ステップS103)。過渡応答完了検出部6は、設定値SPと制御量PVとの偏差の絶対値が予め規定された設定値近傍判定閾値Rp以内になったときに、制御量PVが設定値近傍に到達したと判定し、過渡応答が完了したと判定する。設定値近傍判定閾値Rpについては、操作量上限値OHとしてOH=OHsを採用して制御を予め試行し、制御演算部8で算出される操作量MVが操作量上限値OHsから十分に下降するときの設定値SPと制御量PVとの偏差に基づいて予め求めておけばよい。
以上のようなステップS100〜S104の処理を例えばユーザの指令によって制御が終了するまで(ステップS105においてYES)、制御周期dt毎に繰り返す。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図4は本発明の第2の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、設定値入力部1と、制御量入力部2と、過渡操作量上限値記憶部3と、定常操作量上限値記憶部4と、設定値変更検出部5と、過渡応答完了検出部6aと、操作量上限値切り替え部7と、制御演算部8とを備えている。
次に、本実施の形態の過渡応答完了検出部6aは、制御演算部8から制御対象に出力される操作量MVが過渡応答時の操作量上限値OHs未満の値に下降したかどうかを判定し(ステップS103)、操作量MVが操作量上限値OHs未満の値になったときに、過渡応答が完了したと判定する。すなわち、過渡応答完了検出部6aは、図5に示すように操作量MVが操作量上限値OHsにはりついている状態が終わった時点を過渡応答の完了時点とする。
こうして、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図6は本発明の第3の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、設定値入力部1と、制御量入力部2と、過渡操作量上限値記憶部3と、定常操作量上限値記憶部4と、設定値変更検出部5と、過渡応答完了検出部6bと、操作量上限値切り替え部7と、制御演算部8とを備えている。
次に、本実施の形態の過渡応答完了検出部6bは、設定値SPの変更から一定時間が経過したかどうかを判定し(ステップS103)、一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定する。すなわち、過渡応答完了検出部6bは、図7に示すように設定値SPの変更時点からの経過時間tが一定時間Tを上回ったときに過渡応答が完了したと判定する。一定時間Tは、操作量上限値OHとしてOH=OHsを採用して制御を予め試行して求めておけばよい。
こうして、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図8は本発明の第4の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、設定値入力部1と、制御量入力部2と、過渡操作量上限値記憶部3cと、定常操作量上限値記憶部4と、設定値変更検出部5と、過渡応答完了検出部6と、過渡応答時間帯において後述する過渡操作量上限値選択部9が選択した操作量上限値OHsを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定する操作量上限値切り替え部7cと、制御演算部8と、設定値SPの変更が検出されたときに、過渡操作量上限値記憶部3cに記憶されている操作量上限値OHsの中から変更後の設定値SPに対応する操作量上限値OHsを選択する過渡操作量上限値選択部9とを備えている。
過渡操作量上限値記憶部3cには、設定値SPの範囲とこの設定値SPの範囲に対応する操作量上限値OHsとの組が複数組予め記憶されている。こうして、設定値SPの異なる範囲毎に操作量上限値OHsが予め登録されている。
操作量上限値切り替え部7cは、設定値変更検出部5によって設定値SPの変更が検出されたときに過渡操作量上限値選択部9が選択した操作量上限値OHsを、制御演算で使用する操作量上限値OH=OHsとして制御演算部8に設定する(ステップS107)。
以上のようなステップS100,S102〜S104,S106,S107の処理を例えばユーザの指令によって制御が終了するまで(ステップS105においてYES)、制御周期dt毎に繰り返す。
こうして、本実施の形態では、設定値SPの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値として、変更後の設定値SPに応じた適切な操作量上限値OHsを設定することができ、オーバーシュートの抑制効果をより高めることができる。
一方、操作量上限値OHsについては、PV=SPで整定している時の操作量MVの値から操作量上限値OHgまでの値の範囲で予め設定しておけばよい。操作量上限値OHsの具体的な決定方法としては、試行錯誤で決定してもよいし、特開2004−38428号公報に開示されているようなシミュレーションを用いて決定してもよい。シミュレーションを利用すれば、試行回数を削減することができる。
Claims (12)
- 設定値SPの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値OHsを記憶する過渡操作量上限値記憶手段と、
定常運転時に有効な操作量上限値OHgを記憶する定常操作量上限値記憶手段と、
設定値SPの変更を検出する設定値変更検出手段と、
制御量PVの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出手段と、
設定値SPの変更時点から過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では前記操作量上限値OHsを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定し、前記過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では前記操作量上限値OHgを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定する操作量上限値切り替え手段と、
設定値SPと制御量PVを入力として制御演算により操作量MVを算出し、この操作量MVを前記操作量上限値OH以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量MVを制御対象に出力する制御演算手段とを備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
前記過渡応答完了検出手段は、制御量PVが設定値SPの近傍に到達したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
前記過渡応答完了検出手段は、前記制御演算手段から出力される操作量MVが前記操作量上限値OHs未満の値に下降したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
前記過渡応答完了検出手段は、設定値SPの変更時点から一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の制御装置において、
さらに、設定値SPの変更が検出されたときに、前記過渡操作量上限値記憶手段に記憶されている操作量上限値OHsの中から変更後の設定値SPに対応する操作量上限値OHsを選択する過渡操作量上限値選択手段を備え、
前記過渡操作量上限値記憶手段は、設定値SPの範囲とこの設定値SPの範囲に対応する操作量上限値OHsとの組を複数組記憶し、
前記操作量上限値切り替え手段は、前記過渡応答時間帯において前記過渡操作量上限値選択手段が選択した操作量上限値OHsを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定することを特徴とする制御装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の制御装置において、
前記操作量上限値切り替え手段は、前記操作量上限値OHgが前記操作量上限値OHsよりも低い値に設定されている場合は、前記過渡応答時間帯においても前記操作量上限値OHgを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定することを特徴とする制御装置。 - 設定値SPの変更を検出する設定値変更検出ステップと、
制御量PVの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出ステップと、
設定値SPの変更時点から制御量PVの過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では、過渡応答時に有効な操作量上限値OHsを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定し、前記過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では、定常運転時に有効な操作量上限値OHgを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定する操作量上限値切り替えステップと、
設定値SPと制御量PVを入力として制御演算により操作量MVを算出し、この操作量MVを前記操作量上限値OH以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量MVを制御対象に出力する制御演算ステップとを備えることを特徴とする制御方法。 - 請求項7記載の制御方法において、
前記過渡応答完了検出ステップは、制御量PVが設定値SPの近傍に到達したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御方法。 - 請求項7記載の制御方法において、
前記過渡応答完了検出ステップは、前記制御演算ステップで出力される操作量MVが前記操作量上限値OHs未満の値に下降したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御方法。 - 請求項7記載の制御方法において、
前記過渡応答完了検出ステップは、設定値SPの変更時点から一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御方法。 - 請求項7乃至10のいずれか1項に記載の制御方法において、
さらに、設定値SPの変更が検出されたときに、予め記憶している操作量上限値OHsの中から変更後の設定値SPに対応する操作量上限値OHsを選択する過渡操作量上限値選択ステップを備え、
設定値SPの範囲とこの設定値SPの範囲に対応する操作量上限値OHsとの組が、予め複数組用意され、
前記操作量上限値切り替えステップは、前記過渡応答時間帯において前記過渡操作量上限値選択ステップで選択した操作量上限値OHsを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定することを特徴とする制御方法。 - 請求項7乃至11のいずれか1項に記載の制御方法において、
前記操作量上限値切り替えステップは、前記操作量上限値OHgが前記操作量上限値OHsよりも低い値に設定されている場合は、前記過渡応答時間帯においても前記操作量上限値OHgを制御演算で使用する操作量上限値OHとして設定することを特徴とする制御方法。
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