JP2825230B2 - Process control equipment - Google Patents
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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
制御系とを組合わせて成るプロセス制御装置に係り、特
に混合プロセス制御系に適用されるプロセス制御装置の
改良に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a process control device comprising a combination of a feedback control system and a feedforward control system, and is particularly applied to a mixed process control system. The improvement of the process control device.
（従来の技術） 従来から、熱量を混合する温度制御系や物質を混合す
る成分制御系等の混合プロセス制御系に適用されるプロ
セス制御装置としては、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合わせたプロセス制御装置が
開発されてきている。(Prior art) Conventionally, as a process control device applied to a mixing process control system such as a temperature control system for mixing heat and a component control system for mixing substances, a feedback control system and a feedforward control system are combined. Tailored process control devices have been developed.
第３図は、熱量を混合する混合プロセスの代表例であ
る、熱交換器出口温度を制御する場合のプロセス制御装
置の構成例を示す図である。第３図において、熱交換器
１には、原料ラインL1を通して温度Ti（℃），流量Fi
（m3）の原料を供給し、これに蒸気ラインL2を通して加
熱媒体として蒸気を供給し、原料の温度を入口原料温度
Tiから出口原料温度Toに上昇させる。ここで用いる各種
プロセス値の諸元を第４図に示し、これらを用いて制御
式を求める。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a process control device for controlling a heat exchanger outlet temperature, which is a typical example of a mixing process for mixing heat. In FIG. 3, the heat exchanger 1 has a temperature Ti (° C.) and a flow rate Fi through a raw material line L1.
(M 3 ) of raw material, and steam is supplied to the raw material through a steam line L2 as a heating medium.
The temperature is increased from Ti to the outlet raw material temperature To. FIG. 4 shows the specifications of the various process values used here, and a control formula is obtained using these.
すなわち、まず原料流量Fiを入口原料温度Tiから目標
温度Tsに加熱するのに必要な熱交換器１への入熱量Q
Dは、 QD＝原料流量×比重×比熱×温度差／熱交換効率 ＝ρ×Ci/η×Fi（Ts−Ti＋Tc） ＝ｆ×Fi（MAX）×ρ×Ci/η×Fi（Ts−Ti＋Tc） …（１） にて表わされる。ここで、ρは原料比重、Ciは原料比
熱、ηは熱交換効率である。That is, first, the heat input Q to the heat exchanger 1 required to heat the raw material flow rate Fi from the inlet raw material temperature Ti to the target temperature Ts.
D is Q D = feed flow rate × specific gravity × specific heat × temperature difference / heat exchange efficiency = ρ × Ci / η × Fi (Ts−Ti + Tc) = f × Fi ( MAX ) × ρ × Ci / η × Fi (Ts− Ti + Tc) (1) Here, ρ is the specific gravity of the raw material, Ci is the specific heat of the raw material, and η is the heat exchange efficiency.
この（１）式のTcは、目標温度Tsと出口原料温度Toと
の偏差に基づく操作量信号（以下、フィードバック操作
量信号と称する）であり、この大きさを調整してTs＝T
o、すなわち偏差が零となるように制御することにな
る。Tc in the equation (1) is a manipulated variable signal (hereinafter, referred to as a feedback manipulated variable signal) based on a deviation between the target temperature Ts and the outlet raw material temperature To.
o, that is, control is performed so that the deviation becomes zero.
次に、蒸気流量Fsから得られる熱交換入熱量Qiは、 Qi＝Fss×Hs＝fss×Fs（MAX）×Hs ……（２） となる。ここで、Hsは蒸気潜熱を表わし、熱収支により
Qi＝QDから、 fss×Fs（MAX）×Hs＝ｆ×Fi（MAX） ×ρ×Ci/η×Fi（Ts−Ti＋Tc） ……（３） が成立する。Next, the heat exchange heat input Qi obtained from the steam flow rate Fs is as follows: Qi = Fss × Hs = fss × Fs ( MAX ) × Hs (2) Here, Hs represents the latent heat of vapor, and the heat balance
From Qi = Q D, fss × Fs (MAX) × Hs = f × Fi (MAX) × ρ × Ci / η × Fi (Ts-Ti + Tc) ...... (3) is satisfied.
Ks＝fss/f ＝｛ρ×Ci/η×Hs×Fi（MAX） /Fs（MAX）｝×（Ts−Ti＋Tc） ……（４） となる。この（４）式の｛｝内の部分は、原料流量に対
する単位温度当りの係数である。ここで、（４）式のT
s,Ti,Tcをノルマライズすると、 Ks＝｛ρ×Ci/η×Hs×Fi（MAX） /Fs（MAX）×To（MAX）｝×［｛ts ×To（MAX）−ｔ×To（MAX）＋tc ×To（MAX）｝/To（MAX）］＝｛ρ×Ci/η ×Hs×Fi（MAX）/Fs（MAX） ×To（MAX）｝×（Ts−Ti＋Tc） ……（５） となる。ここで、 Ｋ＝｛ρ×Ci/η×Hs×Fi（MAX） /Fs（MAX）×To（MAX）｝ ……（６） とおくと、Ｋは定数となり、 Ks＝Ｋ×（Ts−Ti＋Tc） ……（７） となる。ここで、Ks＝fss/fの関係から、fssは fss＝Ｋ×ｆ×（Ts−Ti＋Tc） ＝Ｋ×ｆ×（ts−ｔ）＋Ｋ×ｆ×tc ……（８） となる。ここで、Ｋ×（ts−ｔ）×ｆがフィードフォワ
ード制御出力成分（フィードフォワード操作量）fFF、
Ｋ×ｆ×tcがフィードバック制御出力成分（フィードバ
ック操作量）fFBを表わしている。この（８）式を、位
置形演算と速度形演算とで巧みに組合わせてプロセス制
御装置を構成すると、第３図のようになる。Ks = fss / f = {ρ × Ci / η × Hs × Fi ( MAX ) / Fs ( MAX )} × (Ts−Ti + Tc) (4) The portion within the square of the equation (4) is a coefficient per unit temperature with respect to the raw material flow rate. Here, T in equation (4)
When s, Ti, and Tc are normalized, Ks = {ρ × Ci / η × Hs × Fi ( MAX ) / Fs ( MAX ) × To ( MAX )} × [｛ts × To ( MAX ) −t × To ( MAX ) + tc × To ( MAX )｝ / To ( MAX )] = {ρ × Ci / η × Hs × Fi ( MAX ) / Fs ( MAX ) × To ( MAX )} × (Ts−Ti + Tc) (5) ). Here, K = {ρ × Ci / η × Hs × Fi ( MAX ) / Fs ( MAX ) × To ( MAX )} (6), K becomes a constant, and Ks = K × (Ts− Ti + Tc) (7) Here, from the relationship of Ks = fss / f, fss becomes fss = K × f × (Ts−Ti + Tc) = K × f × (ts−t) + K × f × tc (8) Here, K × (ts−t) × f is a feedforward control output component (feedforward manipulated variable) f FF ,
K × f × tc represents a feedback control output component (feedback manipulated variable) f FB . FIG. 3 shows a configuration of a process control apparatus in which the equation (8) is skillfully combined with the position type calculation and the speed type calculation.
すなわち、まずフィードバック制御系は、出口原料温
度Toを温度検出手段２で検出し、この温度に比例した信
号toを取出して速度形PID調節手段３に導入し、その目
標温度Tsに比例した目標値信号tsと比較して、その偏差
が零となるように速度形調節演算信号ΔCnを出力し、さ
らにこれを乗算手段４に入力して係数Ｋと原料流量ｆを
乗じてフィードバック操作量信号とした後、加算手段５
を経由して速度形／位置形信号変換手段６によって位置
形信号に変換する。すなわち、位置形のフィードバック
操作量信号をfFBとすると、 fFB＝Ｋ×Σfn×ΔCn＝Ｋ×ｆ×tc ……（９） となる。That is, the feedback control system first detects the outlet raw material temperature To with the temperature detecting means 2, extracts a signal proportional to this temperature, introduces the signal to the speed type PID adjusting means 3, and sets the target value proportional to the target temperature Ts. Compared with the signal ts, the speed-type adjustment calculation signal ΔCn is output so that the deviation becomes zero, and further input to the multiplication means 4 and multiplied by the coefficient K and the raw material flow rate f to obtain a feedback operation amount signal. Later, adding means 5
Is converted into a position type signal by the speed type / position type signal conversion means 6 via That is, assuming that the position-type feedback operation amount signal is f FB , f FB = K × Σfn × ΔCn = K × f × tc (9)
一方、フィードフォワード制御系は、原料流量Fiを流
量検出手段７で検出し、差圧式の場合には開平演算手段
８を通してこの原料流量Fiに比例した信号ｆを得、これ
を係数手段９に入力して係数Ｋを乗じた後に乗算手段10
に導入する。また、入口原料温度Tiを温度検出手段11で
検出し、この温度に比例した信号ｔを取出して減算手段
12に導入し、これを目標温度Tsに比例した目標値信号ts
から減じてその偏差（ts−ｔ）を得、これを乗算手段10
で乗じてDn（＝Ｋ×ｆ×（ts−ｔ））を得る。さらに、
これを位置形／速度形信号変換手段13で速度形信号ΔDn
に変換して、外乱の影響を補償するためのフィードフォ
ワード操作量信号とした後、この速度形信号ΔDnを加算
手段５を経由して速度形／位置形信号変換手段６に導入
し位置形信号に変換する。すなわち、位置形のフィード
フォワード操作量信号をfFFとすると、 fFF＝ΣΔDn＝Dn＝Ｋ×ｆ×（ts−ｔ） ……（10） となる。On the other hand, the feedforward control system detects the raw material flow rate Fi by the flow rate detecting means 7 and obtains a signal f proportional to the raw material flow rate Fi through the square root calculating means 8 in the case of the differential pressure type, and inputs this to the coefficient means 9. Multiplied by a coefficient K
To be introduced. Further, the inlet raw material temperature Ti is detected by the temperature detecting means 11, and a signal t proportional to this temperature is taken out and subtracted by the subtracting means.
12 and the target value signal ts proportional to the target temperature Ts
To obtain the deviation (ts-t), which is multiplied by 10
To obtain Dn (= K × f × (ts−t)). further,
This is converted by the position / speed signal conversion means 13 into the speed signal ΔDn.
After converting the signal into a feedforward manipulated variable signal for compensating for the influence of disturbance, the speed type signal ΔDn is introduced into the speed type / position type signal converting means 6 via the adding means 5 to obtain the position type signal. Convert to That is, when the feed-forward operation amount signal of the position-type and f FF, f FF = ΣΔDn = Dn = K × f × (ts-t) becomes ... (10).
すなわち、速度形／位置形信号変換手段６の出力信号
fssは、（９）式と（10）式の加算合成値 fss＝fFF＋fFB＝Ｋ×ｆ×（ts−ｔ）＋Ｋ×ｆ×tc ……（11） となり、上述の（８）式が実現されている。That is, the output signal of the speed / position signal conversion means 6
fss is the sum of the sum of the expressions (9) and (10): fss = f FF + f FB = K × f × (ts−t) + K × f × tc (11) Has been realized.
最終的な操作量信号であるこの速度形／位置形信号変
換手段６の出力信号fssを蒸気流量コントローラ14の設
定値とし、蒸気流量Fsを流量検出手段15で検出し、差圧
式の場合には開平演算手段16を通してこの蒸気流量Fsに
比例した信号fsを得、これを蒸気流量コントローラ14に
導入して上記設定値fssと一致するように調節演算を行
なう。そして、この調節演算信号を蒸気流量調節弁17に
与えて蒸気流量を増減することにより、出口原料温度To
が目標温度Tsと一致するように制御される。The output signal fss of the speed type / position type signal converting means 6, which is the final manipulated variable signal, is set as the set value of the steam flow controller 14, the steam flow rate Fs is detected by the flow rate detecting means 15, and in the case of the differential pressure type, A signal fs proportional to the steam flow rate Fs is obtained through the square root calculation means 16, and the signal fs is introduced into the steam flow controller 14 to perform an adjustment calculation so as to match the set value fss. Then, the control signal is supplied to the steam flow control valve 17 to increase or decrease the steam flow rate.
Is controlled to coincide with the target temperature Ts.
ところで、上述したような混合プロセス用のプロセス
制御装置においては、外乱すなわち原料流量Fiや入口原
料温度Tiの変化に対しては良好な制御性を示すが、目標
値変化に対しては （１）速度形PID調節手段３からのフィードバック操作
量信号中の目標値変化による成分と、 （２）乗算手段10からのフィードフォワード操作量信号
中の目標値変化による成分とが重畳することにより、等
価的に制御系のゲインが２倍と大きくなってしまう。そ
の結果、 （ａ）外乱抑制特性が最適となるように速度形PID調節
手段３のPIDパラメータを調整すると、目標値追随特性
がオーバーシュートする （ｂ）目標値追随特性が最適となるように速度形PID調
節手段３のPIDパラメータを調整すると、外乱抑制特性
が甘くなり非常に劣化する （ｃ）従って、実際の場合にはPIDパラメータの調整が
困難であり、また外乱抑制特性と目標値追随特性との双
方を同時に最適にすることができない という、非常に致命的な問題がある。特に、今後のプラ
ント運転はフレキシブル化，最適化に移行しつつあり、
これに対応するためにはどうしても、外乱抑制特性と目
標値追随特性とを同時に最適にすることが必要不可欠で
ある。By the way, in the process control apparatus for the mixing process as described above, good controllability is exhibited with respect to disturbance, that is, a change in the raw material flow rate Fi and a change in the inlet raw material temperature Ti. The component due to the change in the target value in the feedback manipulated variable signal from the speed-type PID adjusting means 3 and (2) the component due to the change in the target value in the feedforward manipulated variable signal from the multiplying means 10 are superimposed, so that the equivalent is obtained. In addition, the gain of the control system becomes twice as large. As a result, (a) when the PID parameter of the speed-type PID adjusting means 3 is adjusted so that the disturbance suppression characteristic is optimized, the target value tracking characteristic overshoots. (B) The speed is adjusted so that the target value tracking characteristic is optimized. When the PID parameters of the PID adjusting means 3 are adjusted, the disturbance suppression characteristics become weak and deteriorate significantly. (C) Therefore, it is difficult to adjust the PID parameters in an actual case, and the disturbance suppression characteristics and the target value follow-up characteristics There is a very fatal problem that both cannot be optimized at the same time. In particular, future plant operation is shifting to more flexible and optimized
To cope with this, it is absolutely essential to simultaneously optimize the disturbance suppression characteristic and the target value tracking characteristic.
（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来の混合プロセス用のプロセス制御
装置では、外乱抑制特性と目標値追随特性との双方の特
性を同時に最適化することができないという問題があっ
た。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the conventional process control apparatus for the mixing process has a problem that it is not possible to simultaneously optimize both the disturbance suppression characteristic and the target value tracking characteristic. Was.
本発明の目的は、外乱抑制特性と目標値追随特性との
双方の特性を同時に最適化することができ、目標値変化
に対する制御性の向上を図ることが可能なプロセス制御
装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a process control device capable of simultaneously optimizing both a disturbance suppression characteristic and a target value following characteristic and improving controllability with respect to a target value change. is there.
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、制御対象か
ら得られた制御量のフィードバック信号と制御対象の目
標値信号との偏差に基づき調節演算を行なって調節演算
信号を得、フィードバック操作量信号として出力するフ
ィードバック制御手段と、目標値信号に所定の目標値フ
ィードフォワード・ゲインを乗じ、これに外乱補償信号
を加算してフィードフォワード操作量信号を出力するフ
ィードフォワード制御手段と、フィードバック制御手段
からのフィードバック操作量信号にフィードフォワード
制御手段からのフィードフォワード操作量信号を加算し
て操作量信号を得る加算手段と、制御対象の目標値信号
の変化に伴うフィードフォワード操作量信号中の目標値
変化による成分を，フィードバック制御手段側でフィー
ドバック操作量信号中から等価的に相殺する手段とを備
えて構成している。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, in the present invention, adjustment is performed based on a deviation between a feedback signal of a control amount obtained from a control target and a target value signal of the control target. Feedback control means for performing an operation to obtain an adjustment operation signal and outputting it as a feedback operation amount signal; and a target value signal multiplied by a predetermined target value feedforward gain, and a disturbance compensation signal is added thereto to obtain a feedforward operation amount. Feedforward control means for outputting a signal, addition means for adding a feedforward operation amount signal from the feedforward control means to a feedback operation amount signal from the feedback control means to obtain an operation amount signal, and a target value signal to be controlled The component due to the target value change in the feedforward manipulated variable signal due to the change in It constitutes a means for equivalently offset from the feedback manipulated variable signal during the back control means side.
（作用） 従って、本発明では以上のような手段を備えたので、
制御対象の目標値の変化時には、フィードフォワード操
作量信号中の目標値変化による成分が、フィードバック
制御手段側でフィードバック操作量信号中から等価的に
相殺されることにより、外乱変化に対してはフィードバ
ック制御手段とフィードフォワード制御手段の双方で、
また目標値変化に対してはフィードバック制御手段のみ
でそれぞれ制御が行なわれる。これにより、外乱抑制特
性と目標値追随特性とを同時に最適にすることができ、
目標値変化に対する制御性の向上を図ることが可能とな
る。(Operation) Accordingly, the present invention has the means as described above,
When the target value of the control target changes, the component due to the change in the target value in the feedforward manipulated variable signal is equivalently canceled from the feedback manipulated signal on the feedback control means side, so that the feedback control for the disturbance change is performed. In both the control means and the feedforward control means,
Also, the change in the target value is controlled by only the feedback control means. This makes it possible to simultaneously optimize the disturbance suppression characteristic and the target value tracking characteristic,
It is possible to improve the controllability with respect to the target value change.
（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明
する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は、本発明による混合プロセス用のプロセス制
御装置の構成例を示す機能ブロック図であり、第３図と
同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここ
では異なる部分についてのみ述べる。すなわち、第１図
は第３図に加えて、フィードバック制御系側に位置形／
速度形信号変換手段18を備えると共に、速度形PID調節
手段３と乗算手段４との間に加算手段19を備えた構成と
している。ここで、位置形／速度形信号変換手段18は、
制御対象の目標値信号である熱交換器１の出口温度目標
値信号tsの変化分を抽出し、速度形信号Δtsnに変換し
て出力するものである。また、加算手段19は、位置形／
速度形信号変換手段18からの速度形信号Δtsnを、速度
形PID調節手段３の速度形調節演算信号ΔCnから減じる
ものである。FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of the configuration of a process control apparatus for a mixing process according to the present invention. The same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Is described only. That is, FIG. 1 is different from FIG. 3 in that the position type /
A speed-type signal conversion means 18 is provided, and an addition means 19 is provided between the speed-type PID adjustment means 3 and the multiplication means 4. Here, the position / speed signal conversion means 18
A change in the outlet temperature target value signal ts of the heat exchanger 1, which is a target value signal to be controlled, is extracted, converted into a speed-type signal Δtsn, and output. Further, the adding means 19 has a position type /
The speed type signal Δtsn from the speed type signal conversion means 18 is subtracted from the speed type adjustment calculation signal ΔCn of the speed type PID adjusting means 3.
以上のように構成したプロセス制御装置において、 （１）目標温度Tsに比例した熱交換器１の出口温度目標
値信号tsが一定の場合には、位置形／速度形信号変換手
段18からの速度形信号Δtsn＝０となり、前述した第３
図の場合と全く同様に制御が行なわれる。In the process control device configured as described above, (1) when the target output temperature signal ts of the heat exchanger 1 proportional to the target temperature Ts is constant, the speed from the position type / speed type signal converting means 18 The shape signal Δtsn = 0, and the third signal
Control is performed in exactly the same manner as in the case of FIG.
（２）目標温度がTsから（Ts＋ΔＴ）に変化し、これに
伴って熱交換器１の出口温度目標値信号がtsから（ts＋
Δｔ）に変化した場合には、その変化分を加算手段５で
見ると、 フィードフォワード制御側の操作量信号の変化分＝Ｋ
×ｆ×Δｔ フィードバック制御側の操作量信号の変化分＝ −Ｋ×ｆ×Δｔ となり、加算手段５で加算合成すると零となる。すなわ
ち、目標温度Tsを変化させた時には、フィードフォワー
ド操作量信号中の目標値Ts変化による成分がフィードバ
ック制御系側でフィードバック操作量信号中から等価的
に相殺されてしまい、目標値Ts変化に対する追随制御は
フィードバック制御系側のみで行なわれるようになる。
よって、速度形PID調節手段３として２自由度PID調節方
式を採用しておくことにより、外乱抑制特性と目標値追
随特性との最適化を同時に実現することができると共
に、外乱変化時のフィードフォワード制御機能は従来通
り発揮できるため、外乱の影響も最小限に抑制すること
ができる。(2) The target temperature changes from Ts to (Ts + ΔT), and accordingly, the outlet temperature target value signal of the heat exchanger 1 changes from ts to (ts + ΔT).
Δt), when the change is viewed by the adding means 5, the change in the operation amount signal on the feedforward control side = K
× f × Δt The amount of change in the manipulated variable signal on the feedback control side = −K × f × Δt. That is, when the target temperature Ts is changed, the component due to the change in the target value Ts in the feedforward operation amount signal is equivalently canceled from the feedback operation amount signal on the feedback control system side, and follows the change in the target value Ts. Control is performed only on the feedback control system side.
Therefore, by adopting the two-degree-of-freedom PID adjustment method as the speed-type PID adjustment means 3, it is possible to simultaneously optimize the disturbance suppression characteristic and the target value follow-up characteristic, and at the same time, perform feedforward at the time of disturbance change. Since the control function can be exerted as before, the influence of disturbance can be suppressed to a minimum.
以下、かかる点について第２図を用いてより詳細に説
明する。なお、デジタル演算はサンプリング的に行なわ
れるため、第２図では各信号にサフィックス（1,2,…,n
−1,n,n1…）を付して時刻を示している。ここで、ｎは
現時点、ｎ−１は１回前の時点、n1は次回の時点をそれ
ぞれ示す。Hereinafter, such a point will be described in more detail with reference to FIG. Since the digital operation is performed in a sampling manner, the suffixes (1, 2,..., N
−1, n, n1...) To indicate the time. Here, n indicates the current time, n-1 indicates the immediately preceding time, and n1 indicates the next time.
いま、目標温度Tsが変化した時の操作量信号の変化分
ΔMVを求めると、 ΔMVn＝Ｋ×fn×ΔCn−Ｋ×fn×Δtsn ＋ΔDn＝Ｋ×fn×ΔCn−Ｋ×fn ×（tsn−tsn−１）＋Ｋ×fn×（tsn −tin）−Ｋ×fn−１×（tsn−１−tin−１） ＝Ｋ×｛fn×ΔCn−fn×（tsn −tsn−１）＋fn×（tsn−tin） −fn−１×（tsn−１−tin−１）｝ ＝Ｋ×｛fn×ΔCn＋fn×（tsn−１ −tin）−fn−１×（tsn−１−tin−１）｝ ……（12） となる。ここで、ΔCnがフィードバック制御出力成分
（フィードバック操作量）、ΔDnがフィードフォワード
制御出力成分（フィードフォワード操作量）、Δtsnが
目標値信号変化分を表わしている。Now, when a change amount ΔMV of the manipulated variable signal when the target temperature Ts changes is obtained, ΔMVn = K × fn × ΔCn−K × fn × Δtsn + ΔDn = K × fn × ΔCn−K × fn × (tsn−tsn −1) + K × fn × (tsn−tin) −K × fn−1 × (tsn−1−tin−1) = K × ｛fn × ΔCn−fn × (tsn−tsn−1) + fn × (tsn− tin) −fn−1 × (tsn−1−tin−1)} = K × {fn × ΔCn + fn × (tsn−1−tin) −fn−1 × (tsn−1−tin−1)} 12) Here, ΔCn represents a feedback control output component (feedback manipulated variable), ΔDn represents a feedforward control output component (feedforward manipulated variable), and Δtsn represents a change in the target value signal.
（１）fn＝fn−1,tin≠tin−１の時（外乱の無い時） ΔMVn＝Ｋ×｛fn×ΔCn｝ ……（13） すなわち、この時はフィードバック制御のみとなる。(1) When fn = fn−1, tin ≠ tin−1 (when there is no disturbance) ΔMVn = K × {fn × ΔCn} (13) That is, at this time, only feedback control is performed.
（２）fn＝fn−1,tin≠tin−１の時（流量変化無し，入
口温度変化有りの時） ΔMVn＝Ｋ×｛fn×ΔCn＋fn−１×（tsn−１−tin）｝ ……（14） すなわち、この時はフィードバック制御＋フィードフォ
ワード制御（入口温度変化による）となる。(2) When fn = fn−1, tin ≠ tin−1 (when there is no change in flow rate and when there is a change in inlet temperature) ΔMVn = K × {fn × ΔCn + fn−1 × (tsn-1-tin)} 14) In other words, at this time, feedback control + feedforward control (due to inlet temperature change) is performed.
（３）fn≠fn−1,tin＝tin−１の時（流量変化有り，入
口温度変化無しの時） ΔMVn＝Ｋ×｛fn×ΔCn＋（fn−fn−１） （tsn−１−tin−１）｝ ……（15） すなわち、この時はフィードバック制御＋フィードフォ
ワード制御（流量および入口温度変化による）となる。(3) When fn ≠ fn−1, tin = tin−1 (when there is a flow rate change and there is no change in inlet temperature) ΔMVn = K × Δfn × ΔCn + (fn−fn−1) (tsn−1−tin− 1)｝ (15) That is, at this time, feedback control + feedforward control (depending on flow rate and inlet temperature change) is performed.
（４）fn≠fn−1,tin≠tin−１の時（全て変化する時） ΔMVn＝Ｋ×｛fn×ΔCn＋fn（tsn−１ −tin）−fn−１（tsn−１−tin−１）｝ ……（16） すなわち、この時はフィードバック制御＋フィードフォ
ワード制御で、目標温度変化によるフィードフォワード
制御分は前回値（tsn−１）で計算しており、今回分つ
まり目標温度変化分はフィードバック制御のみにより制
御するようになっている。(4) When fn ≠ fn-1 and tin ≠ tin-1 (when all change) ΔMVn = K × ｛fn × ΔCn + fn (tsn-1-tin) -fn-1 (tsn-1-tin-1) 16 (16) In other words, at this time, the feedback control + feedforward control is used, and the feedforward control component due to the target temperature change is calculated using the previous value (tsn-1). Control is performed only by control.
上述したように本実施例によれば、制御対象の目標値
（熱交換器１の出口温度目標値ts）信号の変化分を抽出
して速度形信号Δtnに変換した信号を、フィードバック
制御系を構成する速度形PID調節手段３の速度形調節演
算信号ΔCnから減じることによって、制御対象の目標値
の変化時には、フィードフォワード操作量信号中の目標
値変化による成分をフィードバック制御系側でフィード
バック操作量信号中から等価的に相殺するようにしたの
で、制御対象の目標値の変化時に目標値変化の影響が、
フィードフォワード操作量信号成分とフィードバック操
作量信号成分の双方に現われることを完全に防止して、
フィードフォワード制御とフィードバック制御の組合わ
せに２つの自由度を持たせることにより、外乱抑制特性
と目標値追随特性との双方の特性の最適化を同時に実現
することができ、目標値信号の変化に対する熱交換器出
口温度の制御性の向上を図ることが可能となる。これに
より、プラントのフレキシブル化や最適化に十分対処す
ることが可能となり、プラント運転の高度化に最適な混
合プロセス用のプロセス制御装置を得ることができる。As described above, according to the present embodiment, a signal obtained by extracting a change in the target value (the outlet temperature target value ts of the heat exchanger 1) signal and converting the extracted signal into the speed-type signal Δtn is transmitted to the feedback control system. When the target value of the control target changes, the component due to the change in the target value in the feedforward operation amount signal is fed back to the feedback control system side when the target value of the control target changes, by subtracting it from the speed-type adjustment calculation signal ΔCn of the speed-type PID adjusting means 3 to be constituted. Since the signal is equivalently canceled from the signal, the influence of the change in the target value when the target value of the control object changes,
By completely preventing both the feedforward manipulated variable signal component and the feedback manipulated variable signal component from appearing,
By giving two degrees of freedom to the combination of the feedforward control and the feedback control, both the disturbance suppression characteristic and the target value follow-up characteristic can be optimized at the same time. The controllability of the heat exchanger outlet temperature can be improved. As a result, it is possible to sufficiently cope with the flexibility and optimization of the plant, and it is possible to obtain a process control device for a mixing process that is optimal for enhancing plant operation.
尚、上記実施例では、混合プロセスの制御として熱交
換器出口温度制御に本発明を適用した場合について述べ
たが、これに限らず例えば流体加熱炉制御、連続焼鈍炉
板温制御、高炉送風温度・送風湿度、排煙脱硫設備のSO
X制御、カロリー制御、その他各種混合プロセスの制御
全般について、同様に本発明を適用することができるも
のである。In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the heat exchanger outlet temperature control as the control of the mixing process has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, fluid heating furnace control, continuous annealing furnace plate temperature control, blast furnace blast temperature・ Ventilation humidity, SO of flue gas desulfurization equipment
The present invention can be similarly applied to X control, calorie control, and other general control of various mixing processes.
以上説明したように本発明によれば、フィードバック
制御手段とフィードフォワード制御手段とを組合わせた
混合プロセス用のプロセス制御装置において、制御対象
の目標値信号の変化に伴うフィードフォワード操作量信
号中の目標値変化による成分を，フィードバック制御手
段側で等価的に相殺するようにしたので、外乱抑制特性
と目標値追随特性との双方の特性を同時に最適化するこ
とができ、目標値変化に対する制御性の向上を図ること
が可能なプロセス制御装置が提供できる。As described above, according to the present invention, in a process control device for a mixing process in which a feedback control unit and a feedforward control unit are combined, in a feedforward operation amount signal accompanying a change in a target value signal to be controlled, Since the component due to the change in the target value is equivalently canceled by the feedback control means, both the disturbance suppression characteristic and the target value follow-up characteristic can be simultaneously optimized, and the controllability for the target value change can be improved. And a process control device capable of improving the performance.
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明によるプロセス制御装置の一実施例を示
す機能ブロック図、第２図は同実施例における作用をよ
り具体的に説明するための図、第３図は従来のプロセス
制御装置の一例を示す機能ブロック図、第４図は熱交換
器出口温度制御のプロセス値の諸元を示す図である。 １……熱交換器、２……温度検出手段、３……速度形PI
D調節手段、４……乗算手段、５……加算手段、６……
速度形／位置形信号変換手段、７……流量検出手段、８
……開平演算手段、９……係数手段、10……乗算手段、
11……温度検出手段、12……減算手段、13……位置形／
速度形信号変換手段、14……蒸気流量コントローラ、15
……流量検出手段、16……開平演算手段、17……蒸気流
量調節弁、18……位置形／速度形信号変換手段、19……
加算手段。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a process control device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram for more specifically explaining the operation of the embodiment, FIG. FIG. 4 is a functional block diagram showing an example of a conventional process control device, and FIG. 4 is a diagram showing specifications of process values for heat exchanger outlet temperature control. 1 heat exchanger 2 temperature detecting means 3 speed PI
D adjustment means, 4 multiplication means, 5 addition means, 6 ...
Speed / position type signal conversion means, 7 ... Flow rate detection means, 8
... square root calculating means, 9 ... coefficient means, 10 ... multiplying means,
11: Temperature detection means, 12: Subtraction means, 13: Position type /
Speed type signal conversion means, 14 Steam flow controller, 15
………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… or come out of two ways
Addition means.
Claims (2)
ック信号と前記制御対象の目標値信号との偏差に基づき
調節演算を行なって調節演算信号を得、フィードバック
操作量信号として出力するフィードバック制御手段と、 前記目標値信号に所定の目標値フィードフォワード・ゲ
インを乗じ、これに外乱補償信号を加算してフィードフ
ォワード操作量信号を出力するフィードフォワード制御
手段と、 前記フィードバック制御手段からのフィードバック操作
量信号に前記フィードフォワード制御手段からのフィー
ドフォワード操作量信号を加算して操作量信号を得る加
算手段と、 前記制御対象の目標値信号の変化に伴うフィードフォワ
ード操作量信号中の目標値変化による成分を，前記フィ
ードバック制御手段側でフィードバック操作量信号中か
ら等価的に相殺する手段と、 を備えて成ることを特徴とするプロセス制御装置。1. A feedback control means for performing an adjustment operation based on a deviation between a feedback signal of a control amount obtained from a control object and a target value signal of the control object to obtain an adjustment operation signal and outputting it as a feedback operation amount signal. Feedforward control means for multiplying the target value signal by a predetermined target value feedforward gain, adding a disturbance compensation signal thereto and outputting a feedforward operation amount signal, and a feedback operation amount from the feedback control means Adding means for adding a feedforward operation amount signal from the feedforward control means to a signal to obtain an operation amount signal; and a component due to a change in a target value in the feedforward operation amount signal accompanying a change in the target value signal of the control target. Is output to the feedback control means at the feedback control means side. Process control apparatus characterized by comprising comprises means for equivalently canceled out from.
ック信号と前記制御対象の目標値信号との偏差に基づい
て速度形調節演算を行ない、速度形調節演算信号を出力
する速度形調節演算手段と、 前記制御対象の目標値信号の変化分を抽出し，これを速
度形信号に変換して出力する位置形／速度形信号変換手
段と、 前記速度形調節演算手段の速度形調節演算信号から前記
位置形／速度形信号変換手段の速度形信号を減じる加算
手段と、 前記加算手段からの速度形信号を位置形信号に変換し操
作量信号を得る速度形／位置形信号変換手段と、 を備えて成ることを特徴とするプロセス制御装置。2. A speed-type adjustment calculating means for performing a speed-type adjustment calculation based on a deviation between a feedback signal of a control amount obtained from a control target and a target value signal of the control target, and outputting a speed-type adjustment calculation signal. A position-type / speed-type signal conversion means for extracting a change in the target value signal to be controlled, converting the change into a speed-type signal, and outputting the signal; and a speed-type adjustment calculation signal from the speed-type adjustment calculation means. Adding means for reducing the speed-type signal of the position-type / speed-type signal converting means; and speed-type / position-type signal converting means for converting the speed-type signal from the adding means into a position-type signal to obtain an operation amount signal. A process control device, comprising:
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| JPH01239602A JPH01239602A (en) | 1989-09-25 |
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-
1988
- 1988-03-18 JP JP63066524A patent/JP2825230B2/en not_active Expired - Lifetime
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