JP2822427B2 - プロセス制御方法 - Google Patents

プロセス制御方法

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JP2822427B2
JP2822427B2 JP6321489A JP6321489A JP2822427B2 JP 2822427 B2 JP2822427 B2 JP 2822427B2 JP 6321489 A JP6321489 A JP 6321489A JP 6321489 A JP6321489 A JP 6321489A JP 2822427 B2 JP2822427 B2 JP 2822427B2
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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は、プロセス制御の方法に関し、特に応答特
性を改善する方法に関するものである。
<従来技術> 第8図に調節計の構成を示す。すなわち、レートリミ
ッタ1には目標設定値TSP与えられ、その変化率が制限
された設定値SPが出力される。すなわち、設定値SPは所
定の時間で目標設定値TSPに達する変化率一定の信号に
なる。この設定値SP及びプロセス量PVはPID演算部2に
入力されて比例、積分、微分演算が施されて操作量MVが
求められ、制御対象に出力される。
第9図は制御の様子を示した特性図である。時刻T0
目標設定値TSPが与えられると、レートリミッタ1は連
続的に増加する設定値SPを出力する。PVD演算部2はこ
の設定値SP及びプロセス量PVから操作量MVを出力し、そ
の為プロセス量PVは設定値SPに追従する。このようにし
て、プロセス量PVを最終的に目標設定値TSPに一致させ
ることが出来る。
<発明が解決すべき課題> しかしながら、第9図からも明らかなように、プロセ
ス量PVは所定の遅れで設定値SPに追従しているので、設
定値SPが目標設定値TSPに到達しても直ぐにはプロセス
量の増加傾向を抑制することが出来ず、3で示すような
オーバーシュートが発生する。その為、制御特性が悪化
するという課題があった。
<発明の目的> この発明の目的は、プロセス量のオーバーシュートを
抑制することが出来る、プロセス制御方法を提供するこ
とにある。
<課題を解決する為の手段> 上記目的を達成する本発明は、プロセス量(PV)及び
設定値(SP)に演算処理を行って操作量を求めるプロセ
ス制御方法において、設定値とプロセス量の偏差の絶対
値とプロセス量自体の変化量(DPV)を比較して、前者
が大きいとプロセス量に対して一定振幅で変化し、前者
が小さいとプロセス量の変化に基づいて目標設定値(TS
P)に漸近的に近づくような暫定設定値(MKP)を定め、
プロセス量がこの暫定設定値を越えたときに、このプロ
セス量に基づいて前記目標設定値に漸近的に近づくよう
な暫定設定値に変更し、この暫定設定値が設定値及び目
標設定値の何れよりも大きい場合、この暫定設定値が設
定値及び目標設定値の何れよりも小さい場合、若しくは
この暫定設定値が目標設定値と設定値の間にあって、且
つプロセス量が暫定設定値に近づく割合が適当でない場
合には、過制動と評価されるときは暫定設定値を設定値
と等しく、不足制動と評価されるときは暫定設定値を目
標設定値から大きくプロセス量に寄せた値に変更し、こ
の暫定設定値が目標設定値と設定値の間にあって、且つ
プロセス量が暫定設定値に近づく割合が適当である場合
は、暫定設定値を設定値と等しくし、当該暫定設定値と
プロセス量から操作量を演算するようにしたことを特徴
としている。
<作用> 設定値が一定値になる近辺で設定値を微修正すること
により、プロセス量のオーバーシュートを防止する。
<実施例> 第2図に本発明に係るプロセス制御方法を実現する装
置の構成を示す。なお、第8図と同じ要素には同一符号
を付し、説明を省略する。第2図において、10はスーパ
バイザであり、目標設定値TSP、プロセス量PV、設定値S
P及び操作量MVが入力される。11はレジスタであり、設
定値SPが入力され、またスーパバイザ10からの出力MKP
でその値が書き替えられる。12は演算部であり、レジス
タ11に格納された値、プロセス量PV及びスーパバイザ10
の出力MODEが入力され、入力MODEによりその演算モード
が選択されると共に、操作量MVを演算して図示しないプ
ロセスに出力する。
次に、第1図のフローチャートに基づいてスーパバイ
ザ10の動作を説明する。なお、このフローチャートにお
いて、TSP,SP,PVはそれぞれ目標設定値、設定値、プロ
セス量、k1〜k8は定数、MKPは暫定設定値、PBは比例定
数、DPVはプロセス量PVの今回の変化量、BDPVはプロセ
ス量PVの前回の変化量、DMVは操作量MVの変化量であ
る。また、POLは極性データであり、TSP−PV<0の時に
−1、TSP−PV>0の時に1をとる。最初に、SPとPVの
偏差の絶対値とPV自体の変化量とを比較するために、 |SP−PV|>DPV×k1 ………(1) を評価する。なお、| |は絶対値をとることを表わ
す。この評価式(1)が満足されると MKP=PV+PB×POL ………(2) とする。すなわち、PVがSPに比べて遅れている状況で
は、SPとPVの偏差から操作量を求めるよりも比例演算が
過飽和しないような設定値を与えるほうがより適切であ
る為、PVに対して一定幅で変化するように暫定設定値MK
Pを定める。満足されないと、 MKP=TSP−k5×DPV×POL …(3) とする。すなわち、DPVに基づいてTSPに漸近的に近付く
ようにMKPを定める。この事により、DPVが大きいときは
TSPから離し、小さいときはTSPに近付けるようにMKPが
定められる。次に、PVがMKPを越えたときに、漸近的にT
SPに近付くようにMKPを変更する。その為、 TSP>MKP<PV ………(4) または TSP<MKP>PV ………(5) であるときに、前記MKPを次の式によって求める。
MKP=TSP−(TSP−PV)×k6 ………(6) この演算によりMKPをTSPから若干PVに寄せた位置に定
め、弱い制動を与える。次に、SPとMKPを比較してMODE
を定める。すなわち、 TSP>MKP<SP ………(7) または TSP<MKP>SP のときにMODEを1にする。MKPがTSPとSPの間にあるとMK
P=SPとし、さらに、TSPとPVの差とPVの変化量を比較す
るために、 |TSP−PV|<DPV×k4 ……(8) を評価する。この評価式はPVがTSPに近付いたときに、
その近付く割合が適当であるかを判断するものである。
この評価式が満たされるとMODEを1し、満たされないと
MODEを0にする。MODEが0の場合はそのまま終了し、MK
Pがレジスタ11にセットされ、かつMODEが演算部12に出
力される。MKPは常にSPに等しくなる。MODEが1になる
と、暫定設定値MKPに制動をかける。最初に過制動であ
るかを調べる。その為に、下記の評価式によりPVの変化
量とPVの過去の変化量を比較する。
DPV<BDPV×k2 ………(9) この評価式を満足すると過制動になるので、 MKP=SP にする。次に、不足制動であるかを調べる。その為に、
下記の評価式によりTSPとPVの差とPVの変化量を比較す
る。
|TSP−PV|<DPV×k3DPV>BDPV ……(10) この評価式の双方とも満たしていると制動が不足して
いるので、MKPは TSP−(TSP−PV)×(k7−k8×DMV) に変更される。すなわち、TSPから大きくPVの方に寄せ
た値をMKPとし、強い制動を与える。また、DMVが大きい
ときはMKPを補正する効果を合せ持つ。このMKPはレジス
タ11にセットされ、かつMODEは演算部12に出力される。
この操作は制御周期(例えば1秒)毎に行う。演算部12
はこの暫定設定値MKP及びプロセス量PVからPID演算によ
り操作量を演算して出力する。また、MODEが0のときは
PID演算を行い、またMODEが1のときはI−PD演算を行
うようにしてもよい。なお、k1〜k8は経験に基づいて定
められる値であり、例えばk16、k2=0.9、k3=4、k4
8、k5=4、k6=0.25、k7=0.75、k8=0.5を用いる。k
6、k7により制動の程度を調整することが出来る。
次に、第3図に基づいてプロセス量PVの変化DPV及びB
DPVを求める方法を説明する。各制御周期毎のプロセス
量PVは領域A0〜A15にこの順に格納される。(A)は時
点t1における格納状態を表わしたものであり、A0は最新
のプロセス量、A15は15制御周期前のプロセス量を表わ
す。次の制御周期t2ではA0〜A15に格納されたプロセス
量PVは1つずつ下方にシフトされ、A0には最新のプロセ
ス量が格納される。DPV、BDPVは例えば次式により求め
られる。
DPV=|DA0−DA7| BDPV=|DA8−DA15| 但し、DA0、DA7、DA8、DA15はそれぞれ領域A0、A7、A
8、A15に格納されているプロセス量である。どの領域を
演算に用いるかによって、変化を求める時間幅を変える
ことが出来る。通常、60秒、120秒程度のプロセスの無
駄時間に近い値を選択するようにする。その為、制御周
期を1秒とすると、60〜120個、場合によっては1000個
程度の領域を確保するようにする。同様にして、操作量
の変化DMVを求めることも出来る。
次に、第4図に基づいて第1図のフローチャートの意
味を説明する。(A)は評価式(1)の意味を説明した
ものであり、横軸は時間、縦軸は相対的な大きさを表わ
す。また、h1は設定量SPとプロセス量PVの差、h2はプロ
セス量の変化量DPVに定数k1を乗算したものである。h1
がh2より大きいときは設定量SPが一定幅で増加している
ので、前記(2)式で暫定設定値MKPを一定幅で増加さ
せる。設定量SPが目標設定値TSPになると設定量SPとプ
ロセス量PVの差が小さくなるのでh2の方が大きくなり、
前記(3)式により暫定設定値MKPを徐々にTSPに近付け
るようにする。(B)は前記評価式(4)の状況を説明
するものである。暫定設定値MKPは目標設定値TSPの手前
に位置する。通常はプロセス量PVは暫定設定値MKPの下
側に位置するが、暫定設定値MKPを越えるとオーバーシ
ュートの危険性が高くなるので、前記(6)式により暫
定設定値MKPを修正するようにする。(5)式は上方か
らTSPに近付く場合の評価式である。また、この図は暫
定設定値MKPと設定量SPの関係をも示す。すなわち、前
記(7)式が成立すると制動をかけるようにする。
(C)は前記評価式(8)の状況を説明する為の図であ
る。前記(7)式が成立しなくても目標設定値TSPとプ
ロセス量PVの差がプロセス量の変化DPVに比べて小さい
とオーバーシュートの可能性がある。従って、TSTとPV
の差h3とPVの変化量h4の比較結果によって制動をかける
ようにする。(D)は評価式(9)を説明する為の物で
あり、過制動であるかを評価する。プロセス量PVの今回
の変化量DPVが前回の変化量BDPVに比べて小さいと過制
動であると判断し、暫定設定値MKPを設定値SPで置き換
える。(E)は評価式(10)を説明するものであり、不
足制動であるかを判断する。目標設定値TSPとプロセス
量PVの差がプロセス量の変化DPVより小さく、かつプロ
セス量PVの変化が増加傾向にある時は、制動が不足して
いるとして、新たな暫定設定値MKPを設定する。
第5図にPID演算部及びI−PD演算部の構成を示す。
第5図(A)はPID演算部であり、暫定設定値MKPとプロ
セス量PVの偏差を偏差演算部13で演算し、その出力を積
分演算部14及び比例演算部15に入力する。微分演算部16
にはプロセス量PVが入力される。積分演算部14、比例演
算部15、微分演算部16の出力は加算部17で加算され、操
作量MVとして出力される。(B)はI−PD演算部であ
り、偏差演算部13の出力は積分演算部14のみに入力され
る。比例演算部15及び微分演算部16はプロセス量PVが入
力される。PID演算は応答性はよいがオーバーシュート
が発生しやすく、またI−PD演算はオーバーシュートは
発生し難いが応答性が悪いという特徴がある。MODEが1
のときのみI−PD演算を行うことにより、応答性を犠牲
にすることなくオーバーシュートを防止出来る。
第6図にこの実施例の動作を示す。第6図において、
横軸は時間、縦軸は相対的な大きさであり、図中の記号
は第1図の記号と同じである。設定値SPが目標設定値TS
Pに近付いた時点で暫定設定値MKPを徐々に目標設定値TS
Pに近付けるようにして、この暫定設定値MKPによって操
作量を演算する事により、プロセス量PVのオーバーシュ
ートを防止する。第7図はさらに詳細な図であり、
(A)は設定値SPが目標設定値TSPに一致した後のプロ
セス量PVと暫定設定値MKP及び操作量MVの変化を示す。
暫定設定値MKPはプロセス量PVに追従して、常に偏差を
小さくするように動くので、プロセス量PVのオーバーシ
ュートを小さくして短時間で収束するようにすることが
出来る。その結果、従来例では(B)のようにプロセス
量PVが振動してなかなか収束しない状況においても、本
実施例によると短時間で収束させることが出来る。
<発明の効果> 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、こ
の発明では設定量の外に暫定設定値を求め、この暫定設
定値を状況によって操作するようにした。その為、プロ
セス量のオーバーシュートがない制御を実現することが
出来るという効果がある。
また、暫定設定値はプロセス量その他の値によってき
め細かく調整するようにしたので、短時間でかつ極自然
にプロセス量を収束することが出来るという効果もあ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るプロセス制御方法の一実施例を示
すフローチャート、第2図はこのプロセス制御方法を実
現する装置の構成図、第3図はプロセス量の変化を求め
る方法を説明するための図、第4図は第1図フローチャ
ートを説明する為の図、第5図はPID及びI−PD演算部
の構成を示す図、第6図及び第7図は制御の状態を示す
特性曲線図、第8図は従来の制御装置の構成図、第9図
はその制御状態を示す特性曲線図である。 10……スーパバイザ、11……レジスタ、12……演算部、
SP……設定量、PV……プロセス量、DPV……プロセス量
の変化量、BDPV……プロセス量の変化量の前回値、MKP
……暫定設定値、TSP……目標設定値、DMV……操作量の
変化量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−103978(JP,A) 特開 昭54−69855(JP,A) 実開 昭62−129603(JP,U) 実開 昭60−47002(JP,U) 特公 昭50−34176(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05B 1/00 - 11/60 G05D 23/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プロセス量(PV)及び設定値(SP)に演算
    処理を行って操作量を求めるプロセス制御方法におい
    て、 設定値とプロセス量の偏差の絶対値とプロセス量自体の
    変化量(DPV)を比較して、前者が大きいとプロセス量
    に対して一定振幅で変化し、前者が小さいとプロセス量
    の変化に基づいて目標設定値(TSP)に漸近的に近づく
    ような暫定設定値(MKP)を定め、 プロセス量がこの暫定設定値を越えたときに、このプロ
    セス量に基づいて前記目標設定値に漸近的に近づくよう
    な暫定設定値に変更し、 この暫定設定値が設定値及び目標設定値の何れよりも大
    きい場合、この暫定設定値が設定値及び目標設定値の何
    れよりも小さい場合、若しくはこの暫定設定値が目標設
    定値と設定値の間にあって、且つプロセス量が暫定設定
    値に近づく割合が適当でない場合には、過制動と評価さ
    れるときは暫定設定値を設定値と等しく、不足制動と評
    価されるときは暫定設定値を目標設定値から大きくプロ
    セス量に寄せた値に変更し、 この暫定設定値が目標設定値と設定値の間にあって、且
    つプロセス量が暫定設定値に近づく割合が適当である場
    合は、暫定設定値を設定値と等しくし、 当該暫定設定値とプロセス量から操作量を演算するよう
    にしたことを特徴とするプロセス制御方法。
  2. 【請求項2】前記暫定設定値とプロセス量から操作量を
    演算する制御演算は、 この暫定設定値が設定値及び目標設定値の何れよりも大
    きい場合、この暫定設定値が設定値及び目標設定値の何
    れよりも小さい場合、若しくはこの暫定設定値が目標設
    定値と設定値の間にあって、且つプロセス量が暫定設定
    値に近づく割合が適当でない場合には、I−PD演算であ
    り、 この暫定設定値が目標設定値と設定値の間にあって、且
    つプロセス量が暫定設定値に近づく割合が適当である場
    合には、PID演算であることを特徴する請求項1記載の
    プロセス制御方法。
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