JP2020187522A - 制御選択調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱応答性に順応した調節計と目標値付近の制御安定性に順応した調節計を適格に切り替えることにより、外乱の入力に早く応答することができる制御選択調節装置を提供する。【解決手段】外乱応答性に順応した第１調節計１と目標値付近の制御安定性に順応した第２調節計２との切り替えを行う際に、目標値とプロセス値との偏差が偏差設定値を逸脱しているか否かを検出するＳＶ—ＰＶ偏差演算器３１と、プロセス値の変化率の絶対値が変化率設定値を逸脱しているか否かを検出するＰＶ変化率演算器３３を設け、ＳＶ—ＰＶ偏差演算器３１及びＰＶ変化率演算器３３で検出された信号を演算することにより調節計切替信号を出力するようにする。【選択図】図１

Description

本願は、フィードバック制御を利用した自動制御における制御選択調節装置に関するものである。

Ｐ（ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬ、比例）演算と、ＰＩ（ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬ ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ、比例積分）演算またはＰＩＤ（ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬ ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬ、比例積分微分）演算とを切り換え自在に構成するとともに、目標値Ｓの上下に演算の切り換えレベルＳ_１，Ｓ_２を設け、制御対象である制御変数Ｔが前記両レベルＳ_１，Ｓ_２の間にあるときは、ＰＩ演算またはＰＩＤ演算を行い、前記制御変数Ｔが切り換え両レベルＳ_１，Ｓ_２のいずれか一方をクロスしたときは、ＰＩ演算またはＰＩＤ演算からＰ演算に切り換えるとともに、Ｉ要素の積分値をリセットするようにした制御選択調節装置があった（特許文献１参照）。

特開平９−１３４２０２号公報

上記特許文献１においては、大きな外乱が入力されてプロセス値が演算切り替え下限レベルＳ１から演算切り替え上限レベルＳ２までの偏差を横切ると、プロセス値が偏差α１内であっても、本来は外乱に対する応答特性に優れたオーバーシュートを抑制するＰ演算で制御すべきところが、Ｐ演算からＰＩ演算またはＰＩＤ演算の切り替えが発生し、その結果外乱に対する応答が遅れるという問題があった。

また目標値Ｓの上下に設定された、演算切り替え下限レベルＳ１及び演算切り替えレベルＳ２によって決定される偏差が広く設定されていた場合、偏差の範囲内であればプロセス値が大きく変動してもＰＩ演算またはＰＩＤ演算を継続し、プロセス値が偏差を逸脱するまで演算がＰ演算に切り替わらないので、外乱に対する応答が遅れるという問題があった。

本願は上記のような課題を解決するためになされたものであり、外乱応答性に優れた調節計と目標値付近の制御安定性に優れた調節計の２つの調節計の切り替えを最適化することで、外乱の入力に対する応答性を改善した制御選択調節装置を提供することを目的とする。

本願に開示される制御選択調節装置は、第１調節計と第２調節計との切り替えを行う調節計切替器と、
前記調節計切替器に調節計切替信号を出力する調節計切替演算器を備えたものであって、
前記第１調節計は、ＰＩ演算器又はＰＩＤ演算器と、目標値とプロセス値の差がプラスかマイナスかを検出するＳＶ―ＰＶ偏差方向演算器と、前記プロセス値の変化の傾きを検出するＰＶ傾き演算器と、前記ＳＶ―ＰＶ偏差方向演算器と前記ＰＶ傾き演算器により検出された条件に基づき前記ＰＩ演算器又は前記ＰＩＤ演算器の積分演算を停止させる信号を出力する積分演算実行条件部を備え、
前記第２調節計はＰＩ演算器又はＰＩＤ演算器を備えたものであり、
前記調節計切替演算器は、前記目標値と前記プロセス値との偏差が偏差設定値を逸脱しているか否かを検出するＳＶ―ＰＶ偏差演算器と、前記プロセス値の変化率の絶対値が変化率設定値を逸脱しているか否かを検出するＰＶ変化率演算器と、前記ＳＶ―ＰＶ偏差演算器及び前記ＰＶ変化率演算器で検出された信号を演算することにより前記調節計切替器に前記調節計切替信号を出力する調節計切替条件演算部を備えたものである。

又本願に開示される別の制御選択調節装置は、外乱応答性に順応するパラメータを設定した外乱応答用ＰＩパラメータ又は外乱応答用ＰＩＤパラメータと、目標値付近の応答に順応するパラメータを設定した目標値付近応答用ＰＩパラメータ又は目標値付近応答用ＰＩＤパラメータとをパラメータ切替スイッチにより切り替えることによりＰＩ演算器又はＰＩＤ演算器を動作させる調節計と、
前記パラメータ切替スイッチにパラメータ切替信号を出力するパラメータ切替演算器を備えたものであって、
前記パラメータ切替演算器は、目標値とプロセス値との偏差が偏差設定値を逸脱しているか否かを検出するＳＶ―ＰＶ偏差演算器と、前記プロセス値の変化率の絶対値が変化率設定値を逸脱しているか否かを検出するＰＶ変化率演算器と、前記ＳＶ―ＰＶ偏差演算器及び前記ＰＶ変化率演算器で検出された信号を演算することにより前記パラメータ切替スイッチにパラメータ切替信号を出力するパラメータ切替条件演算部を備えたものである。

本願に開示される制御選択調節装置によれば、外乱応答性に順応した調節計と目標値付近の制御安定性に順応した調節計を最適に切り替えることにより、外乱の入力に早く応答することができる調節装置を提供する。

実施の形態１による制御選択調節装置を示すブロック図である。 実施の形態１における調節計の積分実行条件の動作を示す図である。 一方の調節計の制御装置のみにより制御した場合の実験データを示すグラフである。 他方の調節計の制御装置のみにより制御した場合の実験データを示すグラフである。 実施の形態１による調節計切替演算器の動作を説明する図である。 実施の形態１による調節計切替ロジック回路を示す構成図である。 実施の形態２による制御選択調節装置を示すブロック図である。 実施の形態２による調節計切替演算器の動作を説明する図である。 実施の形態２による調節計切替ロジック回路を示す構成図である。 実施の形態３による調節計切替演算器の動作を説明する図である。 実施の形態４による制御選択調節装置を示すブロック図である。 実施の形態４によるパラメータ切替演算器の動作を説明する図である。 実施の形態４によるパラメータ切替ロジック回路を示す構成図である。 一般的なフィードバック制御における動作例を示すグラフである。 一般的なフィードバック制御における動作例を示すグラフである。

実施の形態１．
本実施形態は、フィードバック制御を利用して、例えば温度一定制御、薬品濃度一定製制御又は生物反応による水質一定制御等を行う自動制御分野における制御性能の向上を図るものである。
一般的なフィードバック制御における制御性能向上においては、プロセス値（ＰＶ）の大きな変動が生じた場合、更には目標値を大きく設定変更する場合など、大きな外乱が入力された場合に生じるオーバーシュートを小さくする必要がある。そのためにＰ演算と、ＰＩ演算またはＰＩＤ演算を切り替える構成とし、目標値の上下限に演算切り替えレベルを設定して、プロセス値（ＰＶ）が上下限の範囲内にあるか否かを検出し、演算切り替えレベル範囲内にプロセス値（ＰＶ）があればＰＩ演算またはＰＩＤ演算に切り替えを行い、更に演算切り替えレベル範囲をプロセス値（ＰＶ）が逸脱するとＰ演算に切り替えると共に積分項（Ｉ）の積分値をリセットするようにしていた。

しかしこのような制御では、例えば図１４に示される動作例１のように、目標値ＳＶの上下に設定された演算切り替え下限レベルＳ１及び演算切り替え上限レベルＳ２によって決定される偏差α１に対して、プロセス値（ＰＶ）が偏差α１を逸脱しているか否かを条件として演算を切り替えており、プロセス値（ＰＶ）が偏差α１の範囲内であれば外乱の影響は無くなっていることを前提としている。しかし大きな外乱が入力されてプロセス値（ＰＶ）が下限レベルＳ１から上限レベルＳ２までの偏差α１を横切ると、プロセス値（ＰＶ）が偏差α１内である図１４の（ア）の範囲内であっても、本来は外乱に対する応答特性に優れたオーバーシュートを抑制するＰ演算で制御すべきところが、図１４に示すように、（ア）の範囲内であればＰ演算からＰＩ演算またはＰＩＤ演算の切り替えが発生する。即ちＰＶがこの偏差α１内であっても変化が大きい、すなわちグラフ上の傾きが大きい場合は大きな外乱が入力されているので、外乱応答性に優れたＰ演算で制御すべきところが、ＰＩ演算又はＰＩＤ演算に切り替ってしまう。その結果外乱に対する応答が遅れるという問題があった。

また図１５に示される動作例２のように、目標値ＳＶの上下に設定された演算切り替え下限レベルＳ１及び演算切り替え上限レベルＳ２によって決定される偏差α２が広く設定されていた場合、偏差α２の範囲内であればプロセス値（ＰＶ）が大きく変動してもＰＩまたはＰＩＤ演算を継続し、プロセス値（ＰＶ）が偏差α２を逸脱するまで演算がＰ演算に切り替わらないので、外乱に対する応答が遅れるという問題があった。

以下、実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は実施の形態１による制御選択調節装置を示すブロック図である。図１において、外乱応答性に順応した調節計１（第１調節計）にはＰＩ演算器１１を内蔵し、目標値（ＳＶ）とプロセス値（ＰＶ）が入力される。ＰＩ演算器１１はＰＩＤ演算でもよい。
ここで比例演算においては、例えばＫ_Ｐ×ｅのような演算を行う。積分演算においては例えばＫ_Ｐ×１／Ｔ_１×∫ｅｄｔのような演算を行う。又微分演算においては例えばＫ_Ｐ×Ｔ_Ｄ×ｄｅ／ｄｔのような演算を行う。ここでｅは偏差、Ｋ_Ｐは比例ゲイン、Ｔ_１は積分時間、Ｔ_Ｄは微分時間である。

また調節計１には、ＳＶ−ＰＶ偏差方向演算器１２を内蔵しており、ＳＶ−ＰＶ偏差方向演算器１２には目標値（ＳＶ）とプロセス値（ＰＶ）が入力されており、ＳＶ−ＰＶ偏差がプラスかマイナスかを検出することができる。さらに調節計１においては、プロセス値（ＰＶ）の変化の傾きを検出するＰＶ傾き演算器１３にプロセス値（ＰＶ）を入力しており、プロセス値（ＰＶ）が増加しているか否かを検出することができる。調節計１においては、ＳＶ−ＰＶ偏差方向演算器１２によりＳＶ−ＰＶ偏差がプラスかマイナスかを検出された条件と、ＰＶ傾き演算器１３によりプロセス値（ＰＶ）が増加しているか減少しているかを検出した条件が積分演算実行条件部１４に入力され、これら２つの条件を組み合わせてＰＩ演算器１１の積分演算を停止させる信号を出力する。目標値付近の制御安定性に順応した調節計２（第２調節計）はＰＩＤ演算器２１を内蔵し、目標値（ＳＶ）とプロセス値（ＰＶ）が入力される。ＰＩＤ演算器２１はＰＩ演算器でもよい。また調節計２は、スミス法によりむだ時間を補償する演算器であるスミス法演算器２２を内蔵している。

図１において、調節計切替演算器３には、目標値（ＳＶ）とプロセス値（ＰＶ）が入力される。調節計切替演算器３に内蔵されているＳＶ−ＰＶ偏差演算器３１には、目標値（ＳＶ）とプロセス値（ＰＶ）が入力されており、あらかじめ設定された偏差設定値を保持している偏差設定記憶部３２からの偏差設定値が入力され、ＳＶ−ＰＶ偏差を演算して偏差設定値を逸脱しているか否かを検出することができる。調節計切替演算器３に内蔵されているＰＶ変化率演算器３３には、プロセス値（ＰＶ）が入力され、更に変化率設定値を保持している変化率設定記憶部３４から変化率設定値も入力され、ＰＶの変化率の絶対値を演算して変化率設定値を逸脱しているか否かを検出することができる。

さらに調節計切替演算器３には調節計切替条件演算部３５が内蔵されており、ＳＶ−ＰＶ偏差演算器３１で検出した信号とＰＶ変化率演算器３３で検出した信号が入力される。そしてこれらの信号を演算して、調節計切替器４へ調節計切替信号を出力する。尚演算の方法については後に詳述する。調節計切替器４には、調節計１の操作量（ＭＶ）と調節計２の操作量（ＭＶ）が入力されており、調節計切替演算器３から入力された調節計切替信号により、調節計１の操作量（ＭＶ）と調節計２の操作量（ＭＶ）を切り替えて制御対象５に操作量（ＭＶ）を出力する。

次に実施の形態１の動作について説明する。図２は調節計１における積分実行条件の動作を示す図である。図２において、調節計１に内蔵されているＳＶ−ＰＶ偏差方向演算器１２は、入力された目標値（ＳＶ）とプロセス値（ＰＶ）により、ＳＶ−ＰＶ偏差が０より大きいすなわちプラスの期間４１の状態であるか、またはＳＶ−ＰＶ偏差が０より小さいすなわちマイナスの期間４２の状態であるかを検出する。調節計１に内蔵されているＰＶ傾き演算器１３は、プロセス値（ＰＶ）が増加しているか減少しているかを検出することができ、図２におけるプロセス値（ＰＶ）減少期間４３と、プロセス値（ＰＶ）増加期間４４を検出する。ＳＶ−ＰＶ偏差方向演算器１２でＳＶ−ＰＶ偏差がプラスかマイナスかを検出した信号と、ＰＶ傾き演算器１３でプロセス値（ＰＶ）が増加しているか減少しているかを検出した信号は、積分演算実行条件部１４に入力される。

そしてＳＶ−ＰＶ偏差が０より大きい、すなわちプラスの期間４１であり、かつプロセス値（ＰＶ）増加期間４４である条件が成立すると、積分演算停止期間４６として積分演算実行条件部１４によって、ＰＩ演算器１１に対して積分演算を停止する信号を出力する。またＳＶ−ＰＶ偏差が０より小さいすなわちマイナスの期間４２であり、かつプロセス値（ＰＶ）減少期間４３である条件が成立すると、積分演算停止期間４６として積分演算実行条件部１４によって、ＰＩ演算器１１に対して積分演算を停止する信号を出力する。上記以外の積分演算実行期間４５と判断された場合はＰＩ演算器１１に対して積分演算を実行する信号を出力する。すなわち外乱１００の変動によりプロセス値（ＰＶ）が目標値（ＳＶ）に向かって変動している場合は、ＰＩ演算の積分項（Ｉ）により操作量（ＭＶ）が必要以上に変化し、これがオーバーシュートの原因となるので、積分演算実行条件部１４によって積分演算を抑制して外乱による応答特性を改善している。

調節計２においては、ＰＩＤ演算器２１にスミス法演算器２２を組み合わせており、プロセスの時定数が大きく応答が遅いプロセスの制御特性を改善している。スミス法については公知の技術であるため詳細の動作説明は割愛する。尚プロセスの時定数が小さく応答が速いプロセスを制御する場合は、スミス法演算器２２が無い構成としてもよい。

図１において、調節計切替演算器３を使用せず、調節計１の制御装置のみにより制御した場合の実験データを図３に示す。また図１において調節計切替演算器３を使用せず、調節計２の制御装置のみにより制御した場合の実験データを図４に示す。図３に示すように、プロセス値（ＰＶ）は外乱により値が減少しているが、２：００付近のオーバーシュートが小さいという結果になっている。しかし８：００以降でプロセス値（ＰＶ）は徐々に増加し、目標値（ＳＶ）から乖離しており、目標値付近の制御精度は図４に示す調節計２による実験データと比較すると、調節計２より劣るという結果となっている。

図４に示すようにプロセス値（ＰＶ）は外乱により値が減少し、１：００付近でオーバーシュートし、１．０付近まで下がり振動するという結果になっている。しかし６：００以降でプロセス値（ＰＶ）は振動が収束し、目標値（ＳＶ）付近で推移しており、目標値付近の制御精度は図３に示す調節計１による実験データと比較して良好という結果となっている。この調節計１の良好な外乱応答性と調節計２の良好な目標値付近の制御精度の利点を生かすため、本実施形態においては、調節計切替演算器３により、調節計１と調節計２の制御の切り替えを行う。

尚、調節計１及び調節計２は、独立した調節計として記述しているが、ＤＣＳ（ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ、分散制御システム）のようなコントローラのソフトウェアで実現してもよく、さらに調節計切替演算器３も調節計１、２と同一コントローラのソフトウェアで実現してもよい。

図５は調節計切替演算器３の動作を説明する図である。図５において、偏差設定５１は、ＳＶ−ＰＶ偏差演算器３１で目標値（ＳＶ）に偏差設定記憶部３２に予め設定されている偏差設定値を加算及び減算して求めたしきい値である。そして図５において、ＳＶ−ＰＶ偏差演算器３１がプロセス値（ＰＶ）が目標値（ＳＶ）±偏差設定５１の範囲内であると判断すれば、プロセス値（ＰＶ）偏差設定内５２であると検出し、プロセス値（ＰＶ）が目標値（ＳＶ）±偏差設定５１の範囲外であると判断すればプロセス値（ＰＶ）偏差設定外５３であると検出する。またＰＶ変化率演算器３３はプロセス値（ＰＶ）の単位時間当たりの変化率を計算し、変化率設定記憶部３４の変化率設定値をしきい値として、プロセス値（ＰＶ）の単位時間あたりの変化率と比較する。

そしてＰＶ変化率演算器３３は変化率設定値以内の変化率を変化率小５４と判断し、また変化率設定値以上の変化率を変化率大５５と判断する。これらの検出した条件により、調節計切替ロジック回路５９により、調節計１の切替信号５６と調節計２の切替信号５７の２つのいずれかの信号を出力する。図６は調節計切替ロジック回路を示す構成図である。調節計１の切替信号５６と調節計２の切替信号５７の２つの信号は調節計切替器４に入力され、調節計１の操作量（ＭＶ）と調節計２の操作量（ＭＶ）を切り替えて、制御対象５に操作量（ＭＶ）を出力する。

すなわち、ＳＶ−ＰＶ偏差が大きいプロセス値（ＰＶ）偏差設定外５３の信号が検出された場合、またはプロセス値（ＰＶ）の変化率が大きい変化率大５５の信号が検出された場合、大きな外乱が入力されたと判断され、外乱応答性に順応した調節計１に切り替えを行う。即ちＯＲ回路５９１に信号５３、５５のいずれかが“１”である信号が入力された場合、調節計１により制御される。更にＳＶ−ＰＶ偏差が小さいプロセス値（ＰＶ）偏差設定内５２の信号が検出され、かつプロセス値（ＰＶ）の変化率が小さい変化率小５４の信号が検出されると、プロセス値（ＰＶ）が目標値（ＳＶ）付近で推移していると判断され、目標値付近の制御安定性に順応した調節計２に切り替える。即ちＡＮＤ回路５９２に偏差設定内の信号“１”かつ変化率小の信号“１”の各信号が入力されることにより、調節計２により制御される。

以上のように実施の形態１では、外乱応答性に順応した調節計１と目標値付近の制御安定性に順応した調節計２を配置し、制御対象５のプロセス値（ＰＶ）と目標値（ＳＶ）との偏差を監視し、目標値（ＳＶ）±偏差設定値を逸脱したか否かを検出する手段に加えて、プロセス値（ＰＶ）の変化率を演算し変化率しきい値を逸脱したか否かを検出する手段を組み合わせたものである。これによりプロセス値（ＰＶ）と目標値（ＳＶ）との偏差が目標値（ＳＶ）±偏差設定値内であっても大きな外乱が入力されたかどうかを検出することができるようになり、外乱応答性に順応した調節計１と目標値付近の制御安定性に順応した調節計２を適格に切り替えることができ、外乱の入力に早く応答することができる調節装置を提供することができる。

実施の形態２．
図７は実施の形態２による制御選択調節装置を示すブロック図である。上記実施の形態１では、ＳＶ−ＰＶ偏差演算器３１によるプロセス値（ＰＶ）が偏差設定値の範囲内であるか否かを検出した信号と、ＰＶ変化率演算器３３によるプロセス値（ＰＶ）の変化率が変化率設定値以上か否かを検出した信号により、調節計１と調節計２を切り替える場合について述べた。本実施形態においては、図７に示すように、調節計切替演算器３に、目標値（ＳＶ）とプロセス値（ＰＶ）を入力することにより、ＳＶ−ＰＶ偏差がプラスかマイナスかを検出するＳＶ−ＰＶ正負演算部３６が内蔵されており、検出した条件を調節計切替条件演算部３５に入力している。さらにプロセス値（ＰＶ）を入力することにより、プロセス値（ＰＶ）が増加しているか減少しているかを検出するＰＶ傾斜演算部３７が内蔵されており、検出した条件を調節計切替条件演算部３５に入力している。

次に実施の形態２の動作について説明する。本実施形態においては、調節計切替演算器３以外の動作は実施の形態１と同じであるので、調節計切替演算器３の動作について図８に基づいて説明する。調節計切替演算器３に内蔵されているＳＶ−ＰＶ正負演算部３６は、入力された目標値（ＳＶ）とプロセス値（ＰＶ）により、ＳＶ−ＰＶ偏差が０より大きい、すなわちＳＶ−ＰＶ偏差プラス６３の期間であるか、またはＳＶ−ＰＶ偏差が０より小さい、すなわちＳＶ−ＰＶ偏差マイナス６４の期間であるかを検出する。調節計切替演算器３に内蔵されているＰＶ傾斜演算部３７は、プロセス値（ＰＶ）が増加しているか否かを検出する機能を有しており、プロセス値（ＰＶ）傾き減少６１の期間と、プロセス値（ＰＶ）傾き増加６２の期間を検出する。ＳＶ−ＰＶ正負演算部３６とＰＶ傾斜演算部３７が検出した条件は、調節計切替条件演算部３５に入力され、調節計切替ロジック回路６９により、調節計１の切替信号５６と調節計２の切替信号５７のいずれかの信号を出力する。図９は実施の形態２による調節計切替ロジック回路を示す構成図である。

調節計切替ロジック回路６９では、ＳＶ−ＰＶ偏差マイナス６４かつプロセス値（ＰＶ）傾き減少６１（ＡＮＤ回路６９１に“１”の信号２つが入力されたとき）、またはＳＶ−ＰＶ偏差プラス６３かつプロセス値（ＰＶ）傾き増加６２（ＡＮＤ回路６９２に“１”の信号２つが入力されたとき）の条件で、プロセス値（ＰＶ）は目標値（ＳＶ）から乖離方向へ変動している（信号６５）と判断される（ＯＲ回路６９３にＡＮＤ回路６９１、６９２のうちの少なくともいずれか１つより“１”の信号が入力されたとき）。プロセス値（ＰＶ）が目標値（ＳＶ）から乖離して行く方向に変動していると判断され、すなわちプロセス値（ＰＶ）は目標値（ＳＶ）から乖離方向へ変動する信号６５が検出され、かつ変化率大５５の信号の検出（ＡＮＤ回路６９４に“１”の信号２つが入力されたとき）、または偏差設定外５３の信号の検出を条件に調節計１への切替信号５６を出力する（ＯＲ回路６９５にＡＮＤ回路６９４と偏差設定外５３の信号のうちの少なくともいずれか１つより“１”の信号が入力されたとき）。

また、プロセス値（ＰＶ）は目標値（ＳＶ）に向かって変動している、すなわちプロセス値（ＰＶ）は目標値（ＳＶ）から乖離方向へ変動する信号６５を検出せず（ＮＯＴ回路６９６）、または変化率小５４の信号が検出され（ＯＲ回路６９７への入力）、かつ偏差設定内５２の信号が検出される条件で調節計２への切替信号５７を出力する（ＡＮＤ回路６９８への入力、出力）。従って偏差設定内５２の信号を検出している状態で変化率大５５の信号を検出しても、即外乱応答性に順応した調節計１への切替を行わず、プロセス値（ＰＶ）が目標値（ＳＶ）から乖離方向へ変動していなければ調節計２での制御を継続する。

以上のように実施の形態２では、外乱応答性に順応した調節計１と目標値付近の制御安定性に順応した調節計２の切替において、プロセス値（ＰＶ）と目標値（ＳＶ）の偏差が偏差設定内にあって、プロセス値（ＰＶ）の変化率が大きい場合でもプロセス値（ＰＶ）が目標値（ＳＶ）に近づく方向に変動している場合は、目標値付近の制御安定性に順応した調節計２に切り替える。これにより目標値付近の制御精度の向上を図ることができる。更には調節計の切替頻度を少なく出来るので制御の安定性を向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２では、調節計切替ロジックの調節計１の切替信号５６または調節計２の切替信号５７の信号出力により即座に調節計１と調節計２を切り替える場合について述べた。本実施形態においては、調節計切替器４に調節計１または調節計２に切り替わった瞬間から一定時間は切り替わった状態を維持するように、切替状態保持タイマ５８を設けたものである。切替状態保持タイマ５８は、調節計１の切替信号５６と調節計２の切替信号５７に対して共通に１つ設けても良く、又は調節計１の切替信号５６用と調節計２の切替信号５７用に２つのタイマを設けても良い。また切替状態保持タイマ５８の設定値に関しては、別にタイマ設定値記憶装置を設けてもよい。

次に実施の形態３の動作について説明する。図１０は実施の形態３による調節計切替演算器３の動作を説明する図である。本実施形態は、調節計切替演算器３における調節計切替条件演算部３５の動作以外は実施の形態１または実施の形態２と同じであるので、調節計切替演算器３の動作について説明する。尚図１０においては実施の形態１に示した図５の動作に基づいて説明する。調節計切替ロジックにおいて、調節計１の切替信号５６または調節計２の切替信号５７が出力されることにより、調節計切替器４にこれらの信号が入力され、調節計１または調節計２のどちらかを選択するよう切替わるが、切替わった瞬間から切替状態保持タイマ５８で切替状態保持時間として計測を開始する。例えば図１０の調節計１の切替信号５６がＳＥＴされると（図１０のＸ点）、切替状態保持タイマ５８が起動し、設定された時間が経過するとタイムアップする。

そして切替状態保持タイマ５８がタイムアップするまでの時間は、例えば変化率小５４の信号が検出された状態となっても調節計１の切替信号５６が選択された状態が維持される（図１０の期間８０は図５では調節計２の切替信号５７を発信することになるが、調節計１の切替信号５６が選択された状態が維持される）。
従って調節計１と調節計２のどちらかに切り替わった後は、切替条件が変動しても即座に他に切り替わらず、例えば実施の形態１で調節計２に切り替わっていた調節計２への切替の期間８０においても調節計１が選択された状態が維持され、調節計１に切替わった後切替状態保持タイマ５８に設定された時間はその切替状態が継続される。

以上のように実施の形態３では、外乱応答性に順応した調節計１と目標値付近の制御安定性に順応した調節計２の双方の切替を、切り替え後からある一定時間後に切り替えることができるようにする。従ってもしプロセス値（ＰＶ）が制御の切替に応じて変動し、そのプロセス値（ＰＶ）の変動により相互の制御切替条件となった場合でも、切り替わった後はある一定時間どちらかの制御を継続する。よって制御の切り替えにおいてハンチングすることなく、調節計の切り替え頻度を少なくできるので、制御の安定性を向上させることができる。

実施の形態４．
図１１は実施の形態４による制御選択調節装置を示すブロック図である。実施の形態１〜３では、外乱応答性に順応した調節計１と目標値付近の制御安定性に順応した調節計２を外乱の入力に応じて適格に選択する場合について述べた。本実施形態においては、図１１に示すように、調節計６において、外乱応答用ＰＩＤパラメータ１６及び目標値付近応答用ＰＩＤパラメータ１７を設定したものである。外乱応答用ＰＩＤパラメータ１６においては、実際に制御するプロセスに入力される外乱の特性に応じて、外乱応答に順応したパラメータを設定するものであり、例えば時定数を長く調整することが考えられる。目標値付近応答用ＰＩＤパラメータ１７においては、実際に制御するプロセスに外乱が入力されていない状態で応答特性の良い、目標値付近の応答に順応したパラメータを設定するものであり、例えば時定数を短く調整することが考えられる。

パラメータ切替スイッチ１８は、これらの記憶されたパラメータをパラメータ切替演算器４００からのパラメータ切り替え信号で切り替える。そしてこれらの記憶されたパラメータはパラメータ切替スイッチ１８を介してパラメータ切替機能付きＰＩＤ演算器１５に入力される。パラメータ切替機能付きＰＩＤ演算器１５のパラメータ設定値は、パラメータ切替条件演算器４０５により切り替えられることとなる。パラメータ切替機能付きＰＩＤ演算器１５はＰＩ演算器で構成してもよい。ＰＩ演算器で構成した場合、外乱応答用ＰＩＤパラメータは外乱応答用ＰＩパラメータとなり、目標値付近応答用ＰＩＤパラメータは目標値付近応答用ＰＩパラメータとなる。またパラメータ切替演算器４００は実施の形態２の調節計切替演算器３と同じ構成としてもよい。

次に実施の形態４の動作について説明する。図１２はパラメータ切替演算器４００の動作を説明する図である。図１２の動作例は実施の形態１の調節計切替ロジックと同等の機能を持ったものである。図１２における偏差設定５１は、ＳＶ−ＰＶ偏差演算器４０１で目標値（ＳＶ）に偏差設定記憶部４０２に予め設定されている偏差設定値を加算及び減算して求めたしきい値を示しており、ＳＶ−ＰＶ偏差演算器４０１により、図１２に示されたプロセス値（ＰＶ）が目標値（ＳＶ）±偏差設定５１の範囲内であれば、プロセス値（ＰＶ）偏差設定内５２を検出し、プロセス値（ＰＶ）が目標値（ＳＶ）±偏差設定５１の範囲外であればプロセス値（ＰＶ）偏差設定外５３を検出する。

またＰＶ変化率演算器４０３は、プロセス値（ＰＶ）の単位時間あたりの変化率を計算し、変化率設定記憶部４０４の変化率設定値をしきい値として、プロセス値（ＰＶ）の単位時間あたりの変化率と比較する。そして図１２において、変化率設定値以内の変化率を変化率小５４とし、更に変化率設定値以上の変化率を変化率大５５として検出する。これらの検出した条件により、パラメータ切替ロジック回路７１により、外乱応答用ＰＩＤパラメータ切替信号７２と目標値付近応答用ＰＩＤパラメータ切替信号７３の信号を出力する。図１３は実施の形態４によるパラメータ切替ロジック回路を示す構成図である。

外乱応答用ＰＩＤパラメータ切替信号７２と目標値付近応答用ＰＩＤパラメータ切替信号７３の各信号は調節計６に入力され、パラメータ切替スイッチ１８を切り替えることにより、外乱応答用ＰＩＤパラメータ１６と目標値付近応答用ＰＩＤパラメータ１７を適切に切り替えて、パラメータ切替機能付きＰＩＤ演算器１５に各パラメータを入力する。すなわち、ＳＶ−ＰＶ偏差が大きいプロセス値（ＰＶ）偏差設定外５３の信号が検出され、またはプロセス値（ＰＶ）の変化率が大きい変化率大５５の信号を検出すると、大きな外乱が入力されたと判断され、パラメータ切替機能付きＰＩＤ演算器１５のパラメータを、外乱応答性に順応した外乱応答用ＰＩＤパラメータ１６に切り替える。

即ちＯＲ回路７１１に信号５３、５５のいずれかが“１”の信号が入力された場合、外乱応答用ＰＩＤパラメータ１６により制御される。更にＳＶ−ＰＶ偏差が小さいプロセス値（ＰＶ）偏差設定内５２の信号が検出され、かつプロセス値（ＰＶ）の変化率が小さい変化率小５４の信号が検出されると、プロセス値（ＰＶ）が目標値（ＳＶ）付近に推移していると判断し、目標値付近の制御安定性に順応した目標値付近応答用ＰＩＤパラメータ１７に切り替えて演算する。即ちＡＮＤ回路７１２に偏差設定内５２の信号の“１”の信号かつ変化率小５４の信号の“１”の信号が入力されることにより、目標値付近応答用ＰＩＤパラメータ１７により制御される。

以上のように実施の形態４では、１つの調節計の制御パラメータとして、外乱応答性に順応したパラメータと目標追従性に順応したパラメータを外乱の入力に応じて、適格にパラメータを選択し自動的に切り替えることができる。従って調節計１台で上記実施の形態１〜３と同等の効果を得ることが出来るので、構成部品を少なくした調節装置を提供することができる。尚本実施形態においても上記実施の形態３の構成を採用することができる。即ちパラメータが切り替わったときから一定時間切り替わった状態を維持するための切替状態保持タイマを備えるようにすることもできる。

その他上記した構成部品の数、寸法及び材料等について適宜変更することができる。
更に本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１，２，６ 調節計、３ 調節計切替演算器、４ 調節計切替器、１１ ＰＩ演算器、１２ ＳＶ−ＰＶ偏差方向演算器、１３ ＰＶ傾き演算器、１４ 積分演算実行条件部、１６ 外乱応答用ＰＩＤパラメータ、１７ 目標値付近応答用ＰＩＤパラメータ、
１８ パラメータ切替スイッチ、２１ ＰＩＤ演算器、３１ ＳＶ−ＰＶ偏差演算器、
３３ ＰＶ変化率演算器、３５ 調節計切替条件演算部、３６ ＳＶ−ＰＶ正負演算部、３７ ＰＶ傾斜演算部、５８ 切替状態保持タイマ。

Claims (5)

1. 第１調節計と第２調節計との切り替えを行う調節計切替器と、
   前記調節計切替器に調節計切替信号を出力する調節計切替演算器を備えた制御選択調節装置であって、
   前記第１調節計は、ＰＩ演算器又はＰＩＤ演算器と、目標値とプロセス値の差がプラスかマイナスかを検出するＳＶ―ＰＶ偏差方向演算器と、前記プロセス値の変化の傾きを検出するＰＶ傾き演算器と、前記ＳＶ―ＰＶ偏差方向演算器と前記ＰＶ傾き演算器により検出された条件に基づき前記ＰＩ演算器又は前記ＰＩＤ演算器の積分演算を停止させる信号を出力する積分演算実行条件部を備え、
   前記第２調節計はＰＩ演算器又はＰＩＤ演算器を備えたものであり、
   前記調節計切替演算器は、前記目標値と前記プロセス値との偏差が偏差設定値を逸脱しているか否かを検出するＳＶ―ＰＶ偏差演算器と、前記プロセス値の変化率の絶対値が変化率設定値を逸脱しているか否かを検出するＰＶ変化率演算器と、前記ＳＶ―ＰＶ偏差演算器及び前記ＰＶ変化率演算器で検出された信号を演算することにより前記調節計切替器に前記調節計切替信号を出力する調節計切替条件演算部を備えたものである制御選択調節装置。
2. 前記第２調節計においては、前記ＰＩ演算器又は前記ＰＩＤ演算器にスミス法演算器を組み合わせたものである請求項１に記載の制御選択調節装置。
3. 前記調節計切替演算器は、前記目標値と前記プロセス値との偏差がプラスかマイナスかを検出するＳＶ―ＰＶ正負演算部と、前記プロセス値が増加しているか減少しているかを検出するＰＶ傾斜演算部を備え、
   前記調節計切替演算器は、前記ＳＶ―ＰＶ正負演算部及び前記ＰＶ傾斜演算部により検出された条件に基づき前記調節計切替器に前記調節計切替信号を出力する請求項１又は請求項２に記載の制御選択調節装置。
4. 前記調節計切替器は前記第１調節計又は前記第２調節計に切り替わったときから一定時間切り替わった状態を維持するための切替状態保持タイマを備えた請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御選択調節装置。
5. 外乱応答性に順応するパラメータを設定した外乱応答用ＰＩパラメータ又は外乱応答用ＰＩＤパラメータと、目標値付近の応答に順応するパラメータを設定した目標値付近応答用ＰＩパラメータ又は目標値付近応答用ＰＩＤパラメータとをパラメータ切替スイッチにより切り替えることによりＰＩ演算器又はＰＩＤ演算器を動作させる調節計と、
   前記パラメータ切替スイッチにパラメータ切替信号を出力するパラメータ切替演算器を備えた制御選択調節装置であって、
   前記パラメータ切替演算器は、目標値とプロセス値との偏差が偏差設定値を逸脱しているか否かを検出するＳＶ―ＰＶ偏差演算器と、前記プロセス値の変化率の絶対値が変化率設定値を逸脱しているか否かを検出するＰＶ変化率演算器と、前記ＳＶ―ＰＶ偏差演算器及び前記ＰＶ変化率演算器で検出された信号を演算することにより前記パラメータ切替スイッチにパラメータ切替信号を出力するパラメータ切替条件演算部を備えたものである制御選択調節装置。

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