JP2766395B2 - 制御装置 - Google Patents
制御装置Info
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- JP2766395B2 JP2766395B2 JP2340314A JP34031490A JP2766395B2 JP 2766395 B2 JP2766395 B2 JP 2766395B2 JP 2340314 A JP2340314 A JP 2340314A JP 34031490 A JP34031490 A JP 34031490A JP 2766395 B2 JP2766395 B2 JP 2766395B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、フィードバック制御系とフィードフォワー
ド制御系とを組み合せた制御装置に係わり、特に外乱信
号に追従するフィードフォワード制御モデル（以下、FF
制御モデルと呼ぶ）を改良した制御装置に関する。
ド制御系とを組み合せた制御装置に係わり、特に外乱信
号に追従するフィードフォワード制御モデル（以下、FF
制御モデルと呼ぶ）を改良した制御装置に関する。
（従来の技術） 従来のこの種の制御装置においては、第４図に示すよ
うに目標値SVと制御量PVとを偏差演算手段１に導き、こ
こで（SV−PV）なる演算を行って偏差Ｅを求めた後、こ
の偏差ＥをPID調節手段２に供給する。PID調節手段２で
は偏差Ｅが零となるようにPIまたはPID調節演算を実行
し、得られた調節演算出力、つまり調節信号を加算手段
３に導入する。
うに目標値SVと制御量PVとを偏差演算手段１に導き、こ
こで（SV−PV）なる演算を行って偏差Ｅを求めた後、こ
の偏差ＥをPID調節手段２に供給する。PID調節手段２で
は偏差Ｅが零となるようにPIまたはPID調節演算を実行
し、得られた調節演算出力、つまり調節信号を加算手段
３に導入する。
一方、フィードフォワード制御系では、外乱信号Ｄを
Ｋ（１＋TP・Ｓ）／（１＋TD・Ｓ）で表される伝達関数
をもつFF制御モデル４によって外乱補償信号を求めた
後、この外乱補償信号を前記加算手段３に導入する。
Ｋ（１＋TP・Ｓ）／（１＋TD・Ｓ）で表される伝達関数
をもつFF制御モデル４によって外乱補償信号を求めた
後、この外乱補償信号を前記加算手段３に導入する。
ここで、加算手段３は調節信号と外乱補償信号とを加
算して操作信号MVを得た後、この操作信号MVを制御対象
５に印加して制御することにより制御量PVを得る構成で
ある。
算して操作信号MVを得た後、この操作信号MVを制御対象
５に印加して制御することにより制御量PVを得る構成で
ある。
従って、この制御装置では、フィードバック制御系に
フィードフォワード制御系の外乱補償信号をフィードフ
ォワードすることにより、外乱による影響を抑制でき
る。
フィードフォワード制御系の外乱補償信号をフィードフ
ォワードすることにより、外乱による影響を抑制でき
る。
ところで、一般に、以上のようなFF制御モデル４の伝
達関数GF（Ｓ）は、操作量→制御量間の伝達関数をG
P（Ｓ）、外乱→制御量間の伝達関数をGD（Ｓ）とし、
かつ、分母系列をもって表すと、 GP（Ｓ）＝KP/（１＋TP・Ｓ＋TP2・S2 ＋……＋TPn・Sn） …（１） GD（Ｓ）＝KD/（１＋TD・Ｓ＋TD2・S2 ＋……＋TPn・Sn） …（２） のような式で表せる。但し、KPは制御対象ゲイン、TPは
制御対象時定数、Ｓはラプラス演算子、KDは外乱ゲイ
ン、TDは外乱時定数、KP/KDはFF制御モデルゲインであ
る。
達関数GF（Ｓ）は、操作量→制御量間の伝達関数をG
P（Ｓ）、外乱→制御量間の伝達関数をGD（Ｓ）とし、
かつ、分母系列をもって表すと、 GP（Ｓ）＝KP/（１＋TP・Ｓ＋TP2・S2 ＋……＋TPn・Sn） …（１） GD（Ｓ）＝KD/（１＋TD・Ｓ＋TD2・S2 ＋……＋TPn・Sn） …（２） のような式で表せる。但し、KPは制御対象ゲイン、TPは
制御対象時定数、Ｓはラプラス演算子、KDは外乱ゲイ
ン、TDは外乱時定数、KP/KDはFF制御モデルゲインであ
る。
ところで、この（３）式の伝達関数GF（Ｓ）は高次式
であるが、実際に制御装置に適用する段階では高次まで
特性を同定することは非常に難しいことであり、結局、
FF制御モデル４の実現の容易性、調整の容易性等を考慮
して１次式で近似するのが一般的である。ゆえに、実際
の制御装置では、 なる１次式の伝達関数をもつFF制御モデル４が使用され
ている。
であるが、実際に制御装置に適用する段階では高次まで
特性を同定することは非常に難しいことであり、結局、
FF制御モデル４の実現の容易性、調整の容易性等を考慮
して１次式で近似するのが一般的である。ゆえに、実際
の制御装置では、 なる１次式の伝達関数をもつFF制御モデル４が使用され
ている。
（発明が解決しようとする課題） 従って、以上のような制御装置においては、FF制御モ
デル４が進み／遅れ伝達関数で表されているので、第５
図に示すように外乱信号Ｄを前記（４）式に基づく進み
／遅れ伝達関数のFF制御モデル４を通して外乱補償信号
を得、この外乱補償信号をPIまたはPID調節信号に加算
合成して操作信号MVを得ている。
デル４が進み／遅れ伝達関数で表されているので、第５
図に示すように外乱信号Ｄを前記（４）式に基づく進み
／遅れ伝達関数のFF制御モデル４を通して外乱補償信号
を得、この外乱補償信号をPIまたはPID調節信号に加算
合成して操作信号MVを得ている。
しかし、実際のプロセス制御装置では、制御対象５の
特性が１次式で完全に近似できないこと、また制御対象
ゲインKP、制御対象時定数TP、外乱ゲインKD、外乱時定
数TD等が正確に測定できないなどの問題がある。
特性が１次式で完全に近似できないこと、また制御対象
ゲインKP、制御対象時定数TP、外乱ゲインKD、外乱時定
数TD等が正確に測定できないなどの問題がある。
にも拘らず、従来のフィードフォワード制御系では、
FF制御の効果を最大限に発揮させるためにFF制御モデル
４のFF制御モデルゲインＫ、制御対象時定数TP、外乱時
定数TDを調整することになるが、この調整が非常に難し
く、試行錯誤を繰り返さなければならない。これはフィ
ードフォワード制御の適用にあたって大きな欠陥でもあ
る。
FF制御の効果を最大限に発揮させるためにFF制御モデル
４のFF制御モデルゲインＫ、制御対象時定数TP、外乱時
定数TDを調整することになるが、この調整が非常に難し
く、試行錯誤を繰り返さなければならない。これはフィ
ードフォワード制御の適用にあたって大きな欠陥でもあ
る。
次に、FF制御モデル４における制御対象時定数TP等の
調整が非常に困難な理由について第５図を用いて説明す
る。今、前記（４）式に示す伝達関数を有し、かつ、Ｋ
＝１とするFF制御モデル４を用い、ユニットステップ状
の外乱（図示点線）が入力されたとき、前記（４）式か
ら次のような変形式、つまり が得られるが、この式からも明らかなようにFF制御モデ
ル４からは図示実線で示す応答特性波形（イ）が出力さ
れる。
調整が非常に困難な理由について第５図を用いて説明す
る。今、前記（４）式に示す伝達関数を有し、かつ、Ｋ
＝１とするFF制御モデル４を用い、ユニットステップ状
の外乱（図示点線）が入力されたとき、前記（４）式か
ら次のような変形式、つまり が得られるが、この式からも明らかなようにFF制御モデ
ル４からは図示実線で示す応答特性波形（イ）が出力さ
れる。
その結果、例えば外乱時定数TDを調整するために変化
させると、第５図と前記（５）式から分かるように、TP
/TDの大きさ、つまりＡ点の大きさが変化すると同時に
曲線（イ）の時定数、つまり曲線（イ）の傾きも変化す
る。このことは、FF制御が最適となるように調整したに
も拘らず、これらTP、TDの調整によって応答特性が複雑
に変化し、最適点を捜すのに非常に困難となる。
させると、第５図と前記（５）式から分かるように、TP
/TDの大きさ、つまりＡ点の大きさが変化すると同時に
曲線（イ）の時定数、つまり曲線（イ）の傾きも変化す
る。このことは、FF制御が最適となるように調整したに
も拘らず、これらTP、TDの調整によって応答特性が複雑
に変化し、最適点を捜すのに非常に困難となる。
特に最近の産業界では、外乱に弱いというFB制御の不
可避的欠陥を解消する観点から、FF制御が有効な手法と
して多用されているが、以上のような理由から調整が非
常に難しく手間がかかり、しかも調整に手間をかけた割
りには最適な結果が得られないというのが現状である。
可避的欠陥を解消する観点から、FF制御が有効な手法と
して多用されているが、以上のような理由から調整が非
常に難しく手間がかかり、しかも調整に手間をかけた割
りには最適な結果が得られないというのが現状である。
すなわち、FF制御は、外乱に弱いFB制御の欠陥を克服
しプラント運転制御システムのフレキシブル化、高速
化、制御性を改善するために大きな期待をもっているに
も拘らず、以上述べた如く１次近似のFF制御モデル４で
は正確に近似できないこと、また制御対象時定数TPおよ
び外乱時定数TDを正確に測定できないために制御対象５
の特性に合わせて最適になるよにプラントを見ながら制
御対象時定数TPおよび外乱時定数TDを調整しているが、
前述したように外乱時定数TDを変更したとき、外乱補償
の初期値と外乱補償の遅れ時間｛1/（１＋TD・Ｓ）｝の
双方が変化するので非常に調整が複雑となり、かつ、試
行錯誤的に調整するので時間がかかっている。
しプラント運転制御システムのフレキシブル化、高速
化、制御性を改善するために大きな期待をもっているに
も拘らず、以上述べた如く１次近似のFF制御モデル４で
は正確に近似できないこと、また制御対象時定数TPおよ
び外乱時定数TDを正確に測定できないために制御対象５
の特性に合わせて最適になるよにプラントを見ながら制
御対象時定数TPおよび外乱時定数TDを調整しているが、
前述したように外乱時定数TDを変更したとき、外乱補償
の初期値と外乱補償の遅れ時間｛1/（１＋TD・Ｓ）｝の
双方が変化するので非常に調整が複雑となり、かつ、試
行錯誤的に調整するので時間がかかっている。
しかも、プラントには多数の制御装置が用いられてい
るが、その際、FF制御を多く適用すればする程大変であ
り、また実際のプラントの場合には時間をかけて調整す
ることや何どもプラントを変動させることは許されない
ので、不完全な調整のままで稼働させることも多い。
るが、その際、FF制御を多く適用すればする程大変であ
り、また実際のプラントの場合には時間をかけて調整す
ることや何どもプラントを変動させることは許されない
ので、不完全な調整のままで稼働させることも多い。
本発明は上記実情にかんがみてなされたもので、調整
が非常に簡単に行え、かつ、最適制御を迅速に実現しう
る制御装置を提供することを目的とする。
が非常に簡単に行え、かつ、最適制御を迅速に実現しう
る制御装置を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、目標値と制御対
象からの制御量との偏差に基づいてPIまたはPID調節演
算を行って調節信号を得るフィードバック制御系に対
し、外乱信号の影響を抑制するフィードフォワード制御
系の出力を加算して操作信号を得、この操作信号を印加
して前記制御対象を制御する制御装置において、 前記フィードフォワード制御系に、 の何れか１つの伝達関数をもつFF制御モデルを設け、前
記外乱信号に対する追従動作を行う構成である。
象からの制御量との偏差に基づいてPIまたはPID調節演
算を行って調節信号を得るフィードバック制御系に対
し、外乱信号の影響を抑制するフィードフォワード制御
系の出力を加算して操作信号を得、この操作信号を印加
して前記制御対象を制御する制御装置において、 前記フィードフォワード制御系に、 の何れか１つの伝達関数をもつFF制御モデルを設け、前
記外乱信号に対する追従動作を行う構成である。
（作用） 従って、本発明は以上のような手段を講じたことによ
り、FF制御モデルにステップ状の外乱を与えたとき、応
答特性のＡに相当する「外乱補償の初期値」と同じく応
答特性の（イ）に相当する「外乱補償の初期値から最終
値に達するまでの補償遅れ時間」とが相互干渉なくそれ
ぞれ独立して設定でき、非常に簡単で短時間に最適な調
整を行うことができる。
り、FF制御モデルにステップ状の外乱を与えたとき、応
答特性のＡに相当する「外乱補償の初期値」と同じく応
答特性の（イ）に相当する「外乱補償の初期値から最終
値に達するまでの補償遅れ時間」とが相互干渉なくそれ
ぞれ独立して設定でき、非常に簡単で短時間に最適な調
整を行うことができる。
（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図を参照して説
明する。なお、同図において第４図と同一部分には同一
符号を付してその詳しい説明は省略する。本装置におい
て特に異なるところは、フィードフォワード制御系のFF
制御モデル10の伝達関数を改良したことにあり、以下、
第５図に示す従来の応答特性と対比しつつ本発明装置の
FF制御モデル10の伝達関数について説明する。
明する。なお、同図において第４図と同一部分には同一
符号を付してその詳しい説明は省略する。本装置におい
て特に異なるところは、フィードフォワード制御系のFF
制御モデル10の伝達関数を改良したことにあり、以下、
第５図に示す従来の応答特性と対比しつつ本発明装置の
FF制御モデル10の伝達関数について説明する。
先ず、第２図は本発明装置のFF制御モデル10による応
答特性であるが、このFF制御モデル10の伝達関数G
F（Ｓ）としては、 で表わされる。但し、α：α０＝TP/TD（TP:制御対象時
定数の測定値、TD:外乱時定数の測定値）を初期値とし
て調整する０〜10程度まで設定可能な定数、βはβ＝１
を除く０＜β＜10の関係をもつ設定可能な定数、Ｋ（FF
制御モデルゲイン）＝KD/KP（KD:外乱ゲイン、KP:制御
対象ゲイン）であり、第２図ではＫ＝１としている。
答特性であるが、このFF制御モデル10の伝達関数G
F（Ｓ）としては、 で表わされる。但し、α：α０＝TP/TD（TP:制御対象時
定数の測定値、TD:外乱時定数の測定値）を初期値とし
て調整する０〜10程度まで設定可能な定数、βはβ＝１
を除く０＜β＜10の関係をもつ設定可能な定数、Ｋ（FF
制御モデルゲイン）＝KD/KP（KD:外乱ゲイン、KP:制御
対象ゲイン）であり、第２図ではＫ＝１としている。
ゆえに、前記（６）式から言えることは、αについて
は制御対象時定数の測定値TP、外乱時定数の測定値TDか
ら初期値α０＝TP/TDを設定できる一方、βについては
β０＝１を初期値として設定する。従って、この状態で
はβを変化させても、αの値，つまり第２図に示す外乱
補償の初期値であるＢ点は不変であり、外乱補償の初期
値Ｂ点から最終値に達するまでの遅れ時間が（ロ）式の
1/（１＋βTD・Ｓ）によって変化するだけとなる。
は制御対象時定数の測定値TP、外乱時定数の測定値TDか
ら初期値α０＝TP/TDを設定できる一方、βについては
β０＝１を初期値として設定する。従って、この状態で
はβを変化させても、αの値，つまり第２図に示す外乱
補償の初期値であるＢ点は不変であり、外乱補償の初期
値Ｂ点から最終値に達するまでの遅れ時間が（ロ）式の
1/（１＋βTD・Ｓ）によって変化するだけとなる。
このことは、αによって「外乱補償の初期値」が決定
され、βによって「外乱補償の初期値から最終値に達す
るまでの遅れ時間」が決定され、さらにβを変化させた
場合でもαの値は不変である。一般に、プロセスの制御
上、第２図のαは初期段階で定めればその後可変するこ
とが少なく、専ら（ロ）の傾きを必要に応じて変えるこ
とが多いが、このときでもαの値は何ら変わらない。
され、βによって「外乱補償の初期値から最終値に達す
るまでの遅れ時間」が決定され、さらにβを変化させた
場合でもαの値は不変である。一般に、プロセスの制御
上、第２図のαは初期段階で定めればその後可変するこ
とが少なく、専ら（ロ）の傾きを必要に応じて変えるこ
とが多いが、このときでもαの値は何ら変わらない。
ゆえに、α、βはそれぞれ目的をもって設定すること
が可能となり、かつ、βを変えても従来技術のように初
期値αには全く影響を与えないので、調整が非常に簡単
になる。
が可能となり、かつ、βを変えても従来技術のように初
期値αには全く影響を与えないので、調整が非常に簡単
になる。
因みに、前記（６）式からFF制御モデル10の伝達関数
要素は第３図に示すような構成となる。すなわち、外乱
信号Ｄに係数αを乗算する係数手段11と、外乱信号Ｄか
ら係数手段11の出力を減算する減算手段12と、この減算
手段12の出力に遅れを持たせる１次遅れ要素13と、前記
係数手段11の出力に１次遅れ要素13の出力を加算する加
算手段14とによって構成される。
要素は第３図に示すような構成となる。すなわち、外乱
信号Ｄに係数αを乗算する係数手段11と、外乱信号Ｄか
ら係数手段11の出力を減算する減算手段12と、この減算
手段12の出力に遅れを持たせる１次遅れ要素13と、前記
係数手段11の出力に１次遅れ要素13の出力を加算する加
算手段14とによって構成される。
さらに、前記（６）式に示すFF制御モデル10の伝達関
数を等価交換すれば、 を得ることができる。
数を等価交換すれば、 を得ることができる。
従って、第１図に示すFF制御モデル10は第４図に示す
（７）式の伝達関数をもって構成したものであるが、前
記（６）式または前記（８）式を用いた場合でも、第１
図と全く同様な機能を達成できる。
（７）式の伝達関数をもって構成したものであるが、前
記（６）式または前記（８）式を用いた場合でも、第１
図と全く同様な機能を達成できる。
なお、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施できる。
して実施できる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、FF制御モデルと
して、「外乱補償の初期値」と「外乱補償の初期値から
最終値に達するまでの遅れ時間」を相互干渉なしに独立
に設定でき、調整が非常に簡単に行うことができ、ひい
ては最適制御を迅速に実現できる。
して、「外乱補償の初期値」と「外乱補償の初期値から
最終値に達するまでの遅れ時間」を相互干渉なしに独立
に設定でき、調整が非常に簡単に行うことができ、ひい
ては最適制御を迅速に実現できる。
その結果、プラント制御システムへのフィードフォワ
ード制御の適用を拡大でき、フィードフォワード制御を
最適状態に調整して使用することにより、プラント運転
のフレキシブル化、高速化、制御性の向上に大きく貢献
させることができる。
ード制御の適用を拡大でき、フィードフォワード制御を
最適状態に調整して使用することにより、プラント運転
のフレキシブル化、高速化、制御性の向上に大きく貢献
させることができる。
第１図ないし第３図は本発明に係わる制御装置の一実施
例を説明するために示したもので、第１図は本発明装置
の構成図、第２図は本発明によるFF制御モデルとその応
答特性を説明する図、第３図は本発明装置の要旨ともな
るFF制御モデルの伝達関数要素の一例を示す図、第４図
は従来装置の構成図、第５図は従来装置によるFF制御モ
デルとその応答特性を説明する図である。 SV……目標値、PV……制御量、MV……操作量、１……偏
差演算手段、２……調節演算手段、３……加算手段、５
……制御対象、10……FF制御モデル。
例を説明するために示したもので、第１図は本発明装置
の構成図、第２図は本発明によるFF制御モデルとその応
答特性を説明する図、第３図は本発明装置の要旨ともな
るFF制御モデルの伝達関数要素の一例を示す図、第４図
は従来装置の構成図、第５図は従来装置によるFF制御モ
デルとその応答特性を説明する図である。 SV……目標値、PV……制御量、MV……操作量、１……偏
差演算手段、２……調節演算手段、３……加算手段、５
……制御対象、10……FF制御モデル。
Claims (1)
- 【請求項１】目標値と制御対象からの制御量との偏差に
基づいてPI（P:比例、I:積分）またはPID（D:微分）調
節演算を行って調節信号を得るフィードバック制御系に
対し、外乱信号の影響を抑制するフィードフォワード制
御系の出力を加算して操作信号を得、この操作信号を印
加して前記制御対象を制御する制御装置において、 前記フィードフォワード制御系に前記外乱信号に追従動
作するための下記（イ）式ないし（ハ）式の何れか１つ
の伝達関数をもつフィードフォワード制御モデルを設け
たことを特徴とする制御装置。 Ｋ（１＋αβTD・Ｓ）／（１＋βTD・Ｓ） ……（イ） Ｋ｛α＋（１−α）・1/（１＋βTD・Ｓ）｝……（ロ） Ｋ［１＋｛（α−１）βTD・Ｓ｝／（１＋βTD・Ｓ）］
……（ハ） 但し、上式においてＫ（フィードフォワード制御モデル
ゲイン）＝KD/KP （KD:外乱ゲイン、KP:制御対象ゲイン）、α＝TP/TD（T
P:制御対象時定数、TD:外乱時定数）を初期値とする０
〜10程度まで設定可能な定数、βはβ＝１を除く０＜β
＜10の関係をもつ設定可能な定数、S:ラプラス演算子で
ある。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2340314A JP2766395B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2340314A JP2766395B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04205603A JPH04205603A (ja) | 1992-07-27 |
| JP2766395B2 true JP2766395B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=18335762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2340314A Expired - Lifetime JP2766395B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2766395B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58154002A (ja) * | 1982-03-06 | 1983-09-13 | Toshiba Corp | フイ−ドフオワ−ド制御装置 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2340314A patent/JP2766395B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04205603A (ja) | 1992-07-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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| S531 | Written request for registration of change of domicile |
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