JP2697970B2 - 制御装置 - Google Patents
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- JP2697970B2 JP2697970B2 JP3147255A JP14725591A JP2697970B2 JP 2697970 B2 JP2697970 B2 JP 2697970B2 JP 3147255 A JP3147255 A JP 3147255A JP 14725591 A JP14725591 A JP 14725591A JP 2697970 B2 JP2697970 B2 JP 2697970B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液レベル・温度・形状
等を自動制御する制御装置、特に、制御対象が無視でき
ないむだ時間要素を有し、かつそのむだ時間が時々刻々
変化する場合の制御に適した制御装置に関する。
等を自動制御する制御装置、特に、制御対象が無視でき
ないむだ時間要素を有し、かつそのむだ時間が時々刻々
変化する場合の制御に適した制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】連続鋳造プロセスにおけるモールド内湯
面レベル制御（例えば特公昭63−16218 号）、室温をコ
ントロールする室温制御および、圧延工程での板厚制御
においては、一般にＰＩＤ演算による定値制御によって
おり、特に比例動作（Ｐ）および積分動作（Ｉ）を主体
とした制御が行なわれている。
面レベル制御（例えば特公昭63−16218 号）、室温をコ
ントロールする室温制御および、圧延工程での板厚制御
においては、一般にＰＩＤ演算による定値制御によって
おり、特に比例動作（Ｐ）および積分動作（Ｉ）を主体
とした制御が行なわれている。
【０００３】しかし、制御対象に無視できないむだ時間
が存在すると、従来のＰＩＤ制御では、外乱が入るたび
に、目標値に対して急上昇、下降が生じ持続振動が生じ
てしまう。そのため変動量を極力小さくする必要のある
制御には適していない。むだ時間要素を含む系を安定に
制御する方法として、スミス法が知られている。この方
法はＰＩＤ制御等の制御要素に加えてむだ時間を補償す
る制御要素を付加することによって、むだ時間要素を等
価的に除去するという方法である。
が存在すると、従来のＰＩＤ制御では、外乱が入るたび
に、目標値に対して急上昇、下降が生じ持続振動が生じ
てしまう。そのため変動量を極力小さくする必要のある
制御には適していない。むだ時間要素を含む系を安定に
制御する方法として、スミス法が知られている。この方
法はＰＩＤ制御等の制御要素に加えてむだ時間を補償す
る制御要素を付加することによって、むだ時間要素を等
価的に除去するという方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この手
法を採用するとしてもそれぞれの系について適切なむだ
時間の値を決定しなければならず、また、むだ時間の値
が時々刻々変化するような系では、むだ時間の決定をリ
アルタイムで行なう必要がある。したがって本発明の目
的は、制御対象が無視できないむだ時間を有し、かつ、
それが時間的に変化する場合であっても安定した制御を
行なうことのできる制御装置を提供することにある。
法を採用するとしてもそれぞれの系について適切なむだ
時間の値を決定しなければならず、また、むだ時間の値
が時々刻々変化するような系では、むだ時間の決定をリ
アルタイムで行なう必要がある。したがって本発明の目
的は、制御対象が無視できないむだ時間を有し、かつ、
それが時間的に変化する場合であっても安定した制御を
行なうことのできる制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理構成
図である。図において、本発明の制御装置は、目標値と
観測値との偏差から観測値を目標値に一致させるための
操作量を演算して制御対象10に与える操作量演算手段12
を具備する制御装置において、制御対象10に与えた操作
量と制御対象10において観測される制御量とから、該制
御対象10のむだ時間を逐次的かつ連続的に同定するむだ
時間逐次型同定手段14と、該むだ時間逐次型同定手段14
が同定したむだ時間の値と前記制御量と操作量とから、
制御対象10のモデルを用いてむだ時間経過後の制御量を
予測演算する制御量予測演算手段16とを具備し、目標制
御量と該制御量予測演算手段16が予測した制御量との差
が前記偏差として前記操作量演算手段12に与えられるこ
とを特徴とするものである。
図である。図において、本発明の制御装置は、目標値と
観測値との偏差から観測値を目標値に一致させるための
操作量を演算して制御対象10に与える操作量演算手段12
を具備する制御装置において、制御対象10に与えた操作
量と制御対象10において観測される制御量とから、該制
御対象10のむだ時間を逐次的かつ連続的に同定するむだ
時間逐次型同定手段14と、該むだ時間逐次型同定手段14
が同定したむだ時間の値と前記制御量と操作量とから、
制御対象10のモデルを用いてむだ時間経過後の制御量を
予測演算する制御量予測演算手段16とを具備し、目標制
御量と該制御量予測演算手段16が予測した制御量との差
が前記偏差として前記操作量演算手段12に与えられるこ
とを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】むだ時間逐次型同定手段14がむだ時間の同定の
ための演算を逐次的に行なうことにより、高速なむだ時
間演算が達成され、時々刻々変化するむだ時間がリアル
タイムで同定されてそれによるむだ時間の補償がリアル
タイムで実現される。
ための演算を逐次的に行なうことにより、高速なむだ時
間演算が達成され、時々刻々変化するむだ時間がリアル
タイムで同定されてそれによるむだ時間の補償がリアル
タイムで実現される。
【０００７】
【実施例】図２は本発明の一実施例に係る制御装置20を
使用した制御系のブロック図を示す。22は制御対象を表
わし、加えられた操作量ｕ(t) に対応して制御量ｙ(t)
が変化するのにむだ時間としてτ時間を要し、しかもむ
だ時間τは時刻ｔによって変化し、τ(t) で表わされ
る。
使用した制御系のブロック図を示す。22は制御対象を表
わし、加えられた操作量ｕ(t) に対応して制御量ｙ(t)
が変化するのにむだ時間としてτ時間を要し、しかもむ
だ時間τは時刻ｔによって変化し、τ(t) で表わされ
る。
【０００８】むだ時間逐次型同定演算部24は、このむだ
時間τ(t) を同定（推定計算）するもので、後に詳述す
るように、操作量ｕ(t) をｄ時刻遅らせたｕ(t−d)とｙ
(t)との相互相関係数を、ｄを変えて求め、それが最大
となるｄを遅れ時間τ′(t)とする。ここで相互相関係
数を忘却係数を使って、逐次的に求めることが本制御装
置の最大の特長である。
時間τ(t) を同定（推定計算）するもので、後に詳述す
るように、操作量ｕ(t) をｄ時刻遅らせたｕ(t−d)とｙ
(t)との相互相関係数を、ｄを変えて求め、それが最大
となるｄを遅れ時間τ′(t)とする。ここで相互相関係
数を忘却係数を使って、逐次的に求めることが本制御装
置の最大の特長である。
【０００９】制御量予測演算部26は、上記で求まった推
定むだ時間τ′(t) を使ってモデル計算によりτ′(t)
時刻後の制御量ｙ(t＋τ′(t))を予測計算するものであ
る。操作量演算部28は、目標制御量と制御量予測演算部
26が演算したτ′(t) 後の予測制御量ｙ(t＋τ′(t))と
の差により操作量を演算するものである。これは例えば
周知のＰＩＤ制御演算ロジック等を用いる。
定むだ時間τ′(t) を使ってモデル計算によりτ′(t)
時刻後の制御量ｙ(t＋τ′(t))を予測計算するものであ
る。操作量演算部28は、目標制御量と制御量予測演算部
26が演算したτ′(t) 後の予測制御量ｙ(t＋τ′(t))と
の差により操作量を演算するものである。これは例えば
周知のＰＩＤ制御演算ロジック等を用いる。
【００１０】30は操作量演算部28において演算された操
作量だけ制御対象22に働きかける操作端であり、32は制
御量を検出する検出端である。図３〜図５は本発明の制
御装置の使用可能な例を示している。図３は鋼板の板厚
制御の例で、操作量ｕ(t) が油圧圧下装置40によるロー
ル圧下量、制御量ｙ(t) が厚み計42において測定される
鋼板厚みである。この場合厚み計42が圧下装置40から数
ｍ離れた位置に設置されているのでむだ時間を生じ、し
かも、ロール44と鋼板46はスリップするので、鋼板速度
はロール周速に一致せず、むだ時間は変化する。
作量だけ制御対象22に働きかける操作端であり、32は制
御量を検出する検出端である。図３〜図５は本発明の制
御装置の使用可能な例を示している。図３は鋼板の板厚
制御の例で、操作量ｕ(t) が油圧圧下装置40によるロー
ル圧下量、制御量ｙ(t) が厚み計42において測定される
鋼板厚みである。この場合厚み計42が圧下装置40から数
ｍ離れた位置に設置されているのでむだ時間を生じ、し
かも、ロール44と鋼板46はスリップするので、鋼板速度
はロール周速に一致せず、むだ時間は変化する。
【００１１】図４は連続鋳造機のモールドレベル制御の
例で、操作量ｕ(t) はスライディングノズル50の開度、
制御量ｙ(t) はレベル計52により測定したモールドレベ
ルである。この場合浸漬ノズル54内に溶鋼が充満してお
らずタンディッシュ56内の溶鋼がモールド58内へ流入す
るのに時間遅れがあり、ノズル内の状況によりむだ時間
が変化する。
例で、操作量ｕ(t) はスライディングノズル50の開度、
制御量ｙ(t) はレベル計52により測定したモールドレベ
ルである。この場合浸漬ノズル54内に溶鋼が充満してお
らずタンディッシュ56内の溶鋼がモールド58内へ流入す
るのに時間遅れがあり、ノズル内の状況によりむだ時間
が変化する。
【００１２】図５は室内の温度制御の例で操作量ｕ(t)
はボイラー60からの蒸気量を操作するコントロール弁62
の開度、制御量ｙ(t)は温度計64により測定した室内温
度である。このプロセスでも弁62が開閉してから、それ
にともなって室内温度が変化するのでむだ時間がある。
図２のむだ時間逐次型同定演算部24における演算処理
は、相互相関係数の計算を前回の計算結果を利用して逐
次的に計算することによって簡略化して、計算時間およ
びメモリが節約できるようになっており、パーソナルコ
ンピュータ程度の能力のコンピュータ上でのソフトウェ
ア処理で実現が可能である。
はボイラー60からの蒸気量を操作するコントロール弁62
の開度、制御量ｙ(t)は温度計64により測定した室内温
度である。このプロセスでも弁62が開閉してから、それ
にともなって室内温度が変化するのでむだ時間がある。
図２のむだ時間逐次型同定演算部24における演算処理
は、相互相関係数の計算を前回の計算結果を利用して逐
次的に計算することによって簡略化して、計算時間およ
びメモリが節約できるようになっており、パーソナルコ
ンピュータ程度の能力のコンピュータ上でのソフトウェ
ア処理で実現が可能である。
【００１３】図６はこのむだ時間逐次型同定演算部24お
よび図２の制御量予測演算部26を実現するソフトウェア
処理のフローチャートである。操作量ｕ(t) と制御量ｙ
(t) はともにＡ／Ｄ変換して演算周期毎にとり込まれて
記憶され、ｕ(t) については過去の値とともにｕ(t−
d)，…ｕ(t−1), ｕ(t)のＤ個のサンプルがメモリ上に
保持される（ステップａ）。なお、図４の例のように制
御対象に積分要素がある場合にはｙ(t) のかわりとして
差分値Δｙ(t) ＝ｙ(t) −ｙ(t−1)を使う。次に予め設
定された定数である忘却係数ρ（０＜ρ＜１）を用いて
漸化式（１） Ｐ(t) ＝１＋ρ・Ｐ(t−1)，Ｐ(0) ＝０ …
（１） より、パラメータＰ(t) を算出し、その値を用いて漸化
式（２)(３）、 ｙm (t) ＝ｙm (t−1)＋｛ｙ(t) −ｙm (t−1)｝／Ｐ
(t), ｙm (0) ＝０ …
（２） ｕm (t,d) ＝ｕm (t−1,d)＋｛ｕ(t−d)−ｕm (t−1,
d)｝／Ｐ(t), ｕm (0,d) ＝０；ただしｄ＝０，１…Ｄ …
（３） より、ｙ(t) の重み付き平均値ｙm (t) およびｕ(t−d)
の重み付き平均値ｕm (t,d)を算出し、それらの値から
漸化式（４） Ｒ(t,d) ＝Ｒ(t−1,d) ＋１／Ｐ(t) 〔ρ・Ｐ(t−1)／Ｐ(t)2・｛ｙ(t) −ｙm
(t−1)｝｛ｕ(t−d)−ｕm (t−1,d)｝＋｛ｙ(t) −ｙm
t)｝｛ｕ(t−d)−ｕm (t,d) ｝−Ｒ(t−1,d)〕， Ｒ(0,d) ＝０ …
（４） より操作量ｕ(t) をｄだけ遅延させたｕ(t−d)と制御量
ｙ(t) との相互相関係数Ｒ(t,d) を算出する（ステップ
ｂ）。そして、算出されたＲ(t,d) ; ｄ＝０，１…Ｄの
中で最大のＲ(t,d) を与えるｄを推定むだ時間τ′(t)
とする（ステップｃ）。
よび図２の制御量予測演算部26を実現するソフトウェア
処理のフローチャートである。操作量ｕ(t) と制御量ｙ
(t) はともにＡ／Ｄ変換して演算周期毎にとり込まれて
記憶され、ｕ(t) については過去の値とともにｕ(t−
d)，…ｕ(t−1), ｕ(t)のＤ個のサンプルがメモリ上に
保持される（ステップａ）。なお、図４の例のように制
御対象に積分要素がある場合にはｙ(t) のかわりとして
差分値Δｙ(t) ＝ｙ(t) −ｙ(t−1)を使う。次に予め設
定された定数である忘却係数ρ（０＜ρ＜１）を用いて
漸化式（１） Ｐ(t) ＝１＋ρ・Ｐ(t−1)，Ｐ(0) ＝０ …
（１） より、パラメータＰ(t) を算出し、その値を用いて漸化
式（２)(３）、 ｙm (t) ＝ｙm (t−1)＋｛ｙ(t) −ｙm (t−1)｝／Ｐ
(t), ｙm (0) ＝０ …
（２） ｕm (t,d) ＝ｕm (t−1,d)＋｛ｕ(t−d)−ｕm (t−1,
d)｝／Ｐ(t), ｕm (0,d) ＝０；ただしｄ＝０，１…Ｄ …
（３） より、ｙ(t) の重み付き平均値ｙm (t) およびｕ(t−d)
の重み付き平均値ｕm (t,d)を算出し、それらの値から
漸化式（４） Ｒ(t,d) ＝Ｒ(t−1,d) ＋１／Ｐ(t) 〔ρ・Ｐ(t−1)／Ｐ(t)2・｛ｙ(t) −ｙm
(t−1)｝｛ｕ(t−d)−ｕm (t−1,d)｝＋｛ｙ(t) −ｙm
t)｝｛ｕ(t−d)−ｕm (t,d) ｝−Ｒ(t−1,d)〕， Ｒ(0,d) ＝０ …
（４） より操作量ｕ(t) をｄだけ遅延させたｕ(t−d)と制御量
ｙ(t) との相互相関係数Ｒ(t,d) を算出する（ステップ
ｂ）。そして、算出されたＲ(t,d) ; ｄ＝０，１…Ｄの
中で最大のＲ(t,d) を与えるｄを推定むだ時間τ′(t)
とする（ステップｃ）。
【００１４】制御対象モデルを ｙm (t) ＝ｆ（ｕ(t−τ(t)) とすると、τ′(t) 時間後の予測制御量は ｙm (t＋τ′(t))＝ｙ(t) ＋（ｆ（ｕ(t))−ｆ（ｕ(t−
τ′(t))） で計算される（ステップｄ）。ただし、ｙ(t) は実測値
である。
τ′(t))） で計算される（ステップｄ）。ただし、ｙ(t) は実測値
である。
【００１５】算出された予測制御量ｙ(t＋τ′(t))が出
力され（ステップｅ）、目標制御量との偏差が操作量演
算部28（図２）へ供給される。図７は、本制御装置を用
いた制御の例で、図４の連続鋳造機のモールドレベル制
御チャートである。現在時刻ｔを34分40秒として、本制
御装置の演算内容を説明する。まず操作量であるＳＮ
（スライディングノズル開度）ｕ(t) と制御量であるモ
ールドレベルｙ(t) よりむだ時間τ′(t) を同定する。
（ただしこの場合は制御対象にモールド58 (図２）とい
う積分要素があるので、ｕ(t) とΔｙ(t)＝ｙ(t) −ｙ
(t−1)とからτ′(t) を求める。）この場合は同定結果
がτ′(t)＝２秒だから、２秒前の34分38秒から34分40
秒までのｕ(k) の影響が制御量にあらわれていないの
で、その２秒間に制御量が、どのくらい変化しているか
をモデルを使って推定演算し、それを実測レベルｙ(t)
に加え、予測レベルｙ(t＋τ′(t))とする。この予測レ
ベルによりフィードバック制御を行う。
力され（ステップｅ）、目標制御量との偏差が操作量演
算部28（図２）へ供給される。図７は、本制御装置を用
いた制御の例で、図４の連続鋳造機のモールドレベル制
御チャートである。現在時刻ｔを34分40秒として、本制
御装置の演算内容を説明する。まず操作量であるＳＮ
（スライディングノズル開度）ｕ(t) と制御量であるモ
ールドレベルｙ(t) よりむだ時間τ′(t) を同定する。
（ただしこの場合は制御対象にモールド58 (図２）とい
う積分要素があるので、ｕ(t) とΔｙ(t)＝ｙ(t) −ｙ
(t−1)とからτ′(t) を求める。）この場合は同定結果
がτ′(t)＝２秒だから、２秒前の34分38秒から34分40
秒までのｕ(k) の影響が制御量にあらわれていないの
で、その２秒間に制御量が、どのくらい変化しているか
をモデルを使って推定演算し、それを実測レベルｙ(t)
に加え、予測レベルｙ(t＋τ′(t))とする。この予測レ
ベルによりフィードバック制御を行う。
【００１６】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
制御対象が無視できないむだ時間要素を含み、そのむだ
時間の値が時間とともに変化する場合であっても、安定
な制御を行なう制御装置が、比較的安価なコンピュータ
を使用して実現することができる。
制御対象が無視できないむだ時間要素を含み、そのむだ
時間の値が時間とともに変化する場合であっても、安定
な制御を行なう制御装置が、比較的安価なコンピュータ
を使用して実現することができる。
【図１】本発明の原理構成図である。
【図２】本発明の一実施例を表わす図である。
【図３】本発明を鋼板の圧延工程における板厚制御に適
用した例を表わす図である。
用した例を表わす図である。
【図４】本発明を連続鋳造機のモールドレベル制御に適
用した例を表わす図である。
用した例を表わす図である。
【図５】本発明を室温の制御に適用した例を表わす図で
ある。
ある。
【図６】むだ時間同定演算および予測制御量算出の処理
のフローチャートである。
のフローチャートである。
【図７】本発明の制御装置による連続鋳造機のモールド
レベル制御の制御結果を表わす図である。
レベル制御の制御結果を表わす図である。
40…圧下装置 42…厚み計 44…ロール 46…鋼板 50…スライディングノズル 52…モールドレベル計 54…浸漬ノズル 56…タンディッシュ 58…モールド 64…温度計
Claims (2)
- 【請求項１】 目標値と観測値との偏差から観測値を目
標値に一致させるための操作量を演算して制御対象（1
0）に与える操作量演算手段（12) を具備する制御装置
であって、 制御対象（10) に与えた操作量と制御対象 (10) におい
て観測される制御量とから、該制御対象 (10) のむだ時
間を逐次的かつ連続的に同定するむだ時間逐次型同定手
段 (14) と、 該むだ時間逐次型同定手段 (14) が同定したむだ時間の
値と前記制御量と操作量とから、制御対象 (10) のモデ
ルを用いてむだ時間経過後の制御量を予測演算する制御
量予測演算手段 (16) とを具備し、 目標制御量と該制御量予測演算手段 (16) が予測した制
御量との差が前記偏差として前記操作量演算手段 (12)
に与えられる制御装置において、 前記むだ時間逐次型同定手段（10) は複数通りの遅延時
間で遅延させた操作量と制御量との相互相関係数を算出
し、該相互相関係数が最大となる遅延時間を前記むだ時
間とすることを特徴とする制御装置。 - 【請求項２】 前記むだ時間逐次型同定手段（10) は前
回の演算における相互相関係数を用いて漸化式により今
回の相互相関係数を算出する請求項１記載の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3147255A JP2697970B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3147255A JP2697970B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04370804A JPH04370804A (ja) | 1992-12-24 |
| JP2697970B2 true JP2697970B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=15426099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3147255A Expired - Fee Related JP2697970B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2697970B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6477867B1 (en) * | 1998-12-23 | 2002-11-12 | Fisher & Paykel Limited | Laundry appliance |
| US8930031B2 (en) | 2008-12-17 | 2015-01-06 | Fisher & Paykel Appliances Limited | Laundry machine |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62231303A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-09 | Toshiba Corp | 無駄時間制御装置 |
| JP2665906B2 (ja) * | 1986-11-18 | 1997-10-22 | 株式会社日立製作所 | 比例・積分形予測適応制御装置 |
| JPS63163505A (ja) * | 1986-12-25 | 1988-07-07 | Idemitsu Petrochem Co Ltd | プロセスの適応制御方法 |
-
1991
- 1991-06-19 JP JP3147255A patent/JP2697970B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04370804A (ja) | 1992-12-24 |
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