JP2861276B2

JP2861276B2 - 調節計

Info

Publication number: JP2861276B2
Application number: JP14683890A
Authority: JP
Inventors: 忠畔上; 嘉秀安田; 雅美本間
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JPH0439701A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、電気炉などの温度を制御するのに適する
調節計に関し、さらに詳しくは、プロセス量のオーバー
シュートを効果的に抑制できるようにした調節計に関す
るものである。

〈従来技術〉第９図は従来公知の調節計の構成を示したものであ
る。

プロセス量の目標設定値であるTSP及びプロセス量PV
がPID制御演算部１に入力される。PID制御演算部１は目
標設定値TSPとプロセス量PVとの偏差に比例、積分、微
分演算を施し、制御操作量を演算して、これを例えば電
気炉のようなプロセス２に出力し、最終的にプロセス量
が目標設定値TSPに一致するように制御される。なお、
目標設定値TSPを変化率規制部に入力して一定割合で増
加（または減少）する設定値を得て、この設定値をPID
制御演算部１に入力するような構成もある。

この様な構成の調節計では、プロセス量PVのオーバー
シュートを防止することが重要である。すなわち、プロ
セス量は目標設定値TSPに漸近して、このTSPを越えない
ようにしなければならない。

第10図（Ａ）〜（Ｄ）は制御の一例を表わす波形図で
あり、PVはプロセス量、OUTは操作量の変化を表わす。
また、時刻toで目標設定値TSPが印加されるものとす
る。目標設定値TSPが印加されると直ちに制御操作量OUT
が出力され、プロセス量PVが漸近的に目標設定値TSPに
接近する。オペレータは経験を積むことによってプロセ
ス量PVの変化の状態から、オーバーシュートの有無を判
定する事が出来る。

例えば、（Ａ）の場合はオーバーシュートする危険性
（NGで表わす）を、（Ｂ）の場合はオーバーシュートし
ないこと（Ｇで表わす）を判定する事が出来る。同様に
して、（Ａ）、（Ｂ）と異なる時点（Ｃ）、（Ｄ）にお
いても、（Ｃ）はオーバーシュートする危険性を（N
G）、（Ｄ）はしないこと（Ｇ）を判定することが出来
る。

第11図は第10図より応答の速い例を示す波形図であ
る。この場合も、オペレータは経験により（Ａ）、
（Ｃ）はオーバーシュートの危険性を（NG）、（Ｂ）、
（Ｄ）はしないこと（Ｇ）を判定することが出来る。オ
ペレータはオーバーシュートする危険性を察知した時
は、電気炉のヒータ電源の電圧を下げる等の処置を行っ
て、オーバーシュートを防止するようにする。

〈発明が解決すべき課題〉しかしながら、この様な調節計においては、オペレー
タが経験によりプロセス量のオーバーシュートの危険性
を察知するものであるため、オペレータが常についてい
なけばならず、省力化が出来ないという課題があった。

また、オーバーシュートの危険性を察知するには経験
が必要であるため、初心者には扱い難いという課題もあ
った。

そこで、本願発明者らは、先に、この様な課題を解決
するための新しい発想に基づく調節計を提案した（特願
平１−262531号）。

この調節計は、目標設定値及びプロセス量が入力され
る補助制御部を設け、この補助制御部によりプロセス量
が目標設定値に整定する状況を監視し、補助設定値を所
定の演算により求め、これを制御演算部に印加すること
により、プロセス量のオーバーシュートを防止するよう
にしたものである。

〈発明の目的〉この発明の目的は、この様な補助制御部を設けるよう
にした新しい構成の調節計をさらに改良し、プロセス量
のオーバーシュートを防止すると同時に、整定時間を短
縮することができる調節計を提供することにある。

〈課題を解決する為の手段〉前記課題を解決するため本発明は、目標設定値及びプロセス量が入力され、所定の演算に
より操作量をプロセスに出力する制御演算部と、前記目標設定値及びプロセス量が入力される補助制御
部とを有し、この補助制御部を、プロセス量が前記目標設定値に整
定する状況を監視し、その結果に応じて前記目標設定値
を一時的に変更する補助設定値を発生すると共に、この
補助設定値を除去した時操作量を維持するための補助操
作量を前記制御演算部に出力するように構成したもので
ある。

〈作用〉補助制御部は、プロセス量PVの変化量が逐次演算さ
れ、これに基づいて補助設定値を一時的に出力する。ま
た、この補助設定値を除去したとき、それまで出力して
いた制御操作量を維持するための補助操作量を出力す
る。

これにより、一時的な補助設定値を印加し、その後に
除去した時に、プロセス量と目標設定値との偏差、制御
操作量との位置関係が一時的に自動修正され、オーバー
シュートを抑制すると共に、整定時間を短縮させること
が可能となる。

〈実施例〉第１図に本発明に係る調節計の一実施例を示す構成ブ
ロック図である。

第１図において、１は目標設定値TSP及びプロセス量P
Vが入力され、例えば比例（Ｐ），積分（Ｉ），微分
（Ｄ）などの所定の制御演算を行って、制御操作量OUT
をプロセス２に出力する制御演算部である。

３は目標設定値TSP及びプロセス量PVが入力される補
助制御部である。この補助制御部３において、31はプロ
セス量PVが目標設定値TSPに整定する状況を監視し、そ
の結果に応じて目標設定値TSPを一時的に変更する補助
設定値SSPを発生する補助設定値出力手段、32はこの補
助設定値SSPを除去した時、制御操作量OUTを維持するた
めの補助操作量SOUTを制御演算部１に出力する補助操作
量出力手段である。

この様に構成した調節計の動作を、次に説明する。

PID制御演算部１は、目標設定値TSPと補助設定値SSP
との差（TSP−SSP）と、プロセス２からのプロセス量PV
を入力し、その偏差DVに対して通常のPID演算を行う。

補助制御部３は、目標設定値TSP（または設定値SP）
とプロセス量PVとを入力し、次の（１）、（２）式に基
づいてプロセス量PVのオーバーシュートが起こりうるか
（NG）、起こらないか（Ｇ）を判定する。

DV≧Ｋ・DPVのときはＧ ………（１） DV＜Ｋ・DPVのときはNG ……（２） DV:目標設定値TSP（または設定値SP）とプロセス量PV
の偏差 DPV:所定時間tL当りのプロセス量PVの変化 K:定数第２図は制御の一例を示したものであり、PVはプロセ
ス量、OUTは操作量、TSPは目標設定値、LAGはプロセス
に操作量が入力されてからプロセス量が変化するまでの
時間であるプロセスの等価無駄時間を表わす。Ｋ＝２と
すると、（Ａ）の場合はその先端部において DV＜Ｋ・DPV であるので前記（２）式から判定はNGとなり、オーバー
シュートが発生しうる。（Ｂ）はその先端部において、 DV＜Ｋ・DPV となり、前記（１）式から判定はＧとなり、オーバーシ
ュートは発生しないと判断される。なお、所定時間tLと
して、プロセスの等価無駄時間LAGの1/2を用いている。

前記（１）、（２）式の判定は経験則によって導出し
たものである。プロセス量PVが十分に立ち上がっていな
いとき、すなわちDVが大きいときは判定は常にＧとな
り、オーバーシュートの危険性はない。

補助制御部３において、補助設定値出力手段31は、判
定がNGのときはPID制御演算部１への設定値を、目標設
定値TSPから離すように修正するための補助設定値SSPを
一時的に出力し、Ｇの判定のときは目標設定値TSPに近
付けるように修正した値を一時的に出力する。

このような操作によりプロセス量PVのオーバーシュー
トを防止することができる。

補助操作量出力手段32は、この様な補助設定値出力手
段31の動作の中で、補助設定値SSPを除去する時に、PID
制御演算部１の制御操作量OUTが急変する動作を、この
制御操作量OUTを引き続き維持させ、整定時間を短縮さ
せるための補助操作量SOUTを出力する動作を行う。

補助操作量出力手段32が出力する補助操作量SOUTは、
制御操作量OUTに単に加算するだけのバイアス量でよ
い。この値SOUTは、例えば（３）式で表すように、補助
設定値SSPに依存したものとなっている。

SOUT＝（０−SSP）＊PB …（３）ただし、 PBはPID制御演算部１の比例ゲイン第３図〜第５図は、補助設定値出力手段31が一時的に
出力する補助設定値の値を説明するための図である。補
助設定値SSPの値は、各種のプロセスによって実験的に
決めてもよいが、この例では、補助設定値SSPを２つの
設定値SSP1とSSP2の加算値（SSP＋SSP2）として与える
場合を示している。

これらの図において、Koは補助設定値SSPを与える時
点のプロセス量PVの変化量DPVと、そのプロセスが持つ
変化量の最大値DPVmaxとの比（Ko＝DPV/DPVmax）であ
る。

第３図は、SSP1の様子を示すもので、SSPを与えると
きの初期値をSSP1（Ｆ）とするときのSSP1の関数は、
（４）式で表され、時間ｔに対して次第に減少してやが
て「０」になる関数となっている。

SSP1＝SSP1（Ｆ）−SSP1（Ｆ）＊t/2＊TL …（４）ここで、SSP1（Ｆ）＝２＊Ko＊DPVmax で与えられる。

第４図は、SSP2を示すもので、その関数は（５）式で
表され、時々のプロセスの変化量DPVに比例した関数と
なっている。

SSP2＝２＊Ｋ＊DPV …（５）第５図は、２つの設定値SSP1とSSP2の加算値（SSP1＋
SSP2）を示す図である。

ここで、，の各特性は、時間ｔにともなってDPV
が変化した場合である。

第５図において、補助設定値SSP（＝SSP1＋SSP2）
は、SSP＜SSP1（Ｆ）＊Ｋの関係になったとき、目標設
定値TSPから除去される。

第６図は、補助設定値SSPの除去を実行した時の偏差
と、操作出力OUTの関係を示す図である。ここで、〜
は、それぞれ第５図のそれと対応関係にある。，
は、，に比べて操作出力OUTの下降の影響を強く受
けており、SSPの変化が早まっているのが認められる。

第７図、第５図において、，の特性のSSP2を用い
た場合の動作を示すタイムチャートである。

補助設定値SSPを何時の時点で目標設定値TSPに印加す
るかは、別の論点となるが、ここではプロセス量PVが目
標設定値TSPへ接近中であって、TSPとPVとの差がDPVの
大きさの８倍以下に突入した時点で一時的に印加するよ
うにしている。すなわち、第５図において、Ko＝１のSS
Pの量はTSPとPVの差の1/2に選ばれている。そして、こ
のような補助設定値SSPが除去された時点で、補助操作
量SOUTが制御操作量OUTに印加される。

このようにして一時的な補助設定値の印加と、補助操
作量の印加により、プロセス量PVのオーバシュートを防
止すると共に、目標設定値への整定時間を短縮させるこ
とができる。ここで、，の特性の比較において、
の特性が整定に向かう勢いの弱いプロセス量PVの動きを
見ることができる。

第８図は、本発明を適用した場合において、補助設定
値SSPを決定した後、その値を1.5倍,1.0倍,0.5倍等に故
意に変更した場合のプロセス量PVの整定カーブを示す図
である。

これらの図から、補助設定値SSPの値を多少変動させ
ても、プロセス量PVの整定効果に影響が無いことが認め
られる。

前記の実施例ではDVとDPVの相関をＧとNGの２つの状
態で判定するようにしたが、補助設定値SSPの操作に用
いる場合には、より細分化して状態を評価してもよい。

また、補助設定値SSPを目標設定値TSPから除去した時
点で、印加する補助操作量SOUTは、制御操作量OUTに加
算する外に、例えばPID制御演算部１の積分項に印加す
るようにしてもよい。

また、補助設定値SSPの値は、第５図に示すような２
つの補助設定値SSP1,SSP2の加算値に限定されない。例
えば、SSPの値は、PID制御演算部１で用いる比較定数
（Ｐ）を参照して決定してもよい。例えば、比較定数
（比較帯）と同じ値の補助設定値SSPを、TSPとPVの差
が、比較帯の２倍以下の範囲に突入したとき、目標設定
値TSPに一時的に印加するようにしてもよい。

〈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
の発明によれば補助制御部により補助設定値を求め、こ
の補助設定値によって目標設定値TSPを修正すると共
に、これを除去した時点で、補助操作量SOUTを印加する
ようにしたものでプロセス量のオーバーシュートを効果
的に防止する事ができる上に、整定時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る調節計の一実施例を示す構成ブロ
ック図、第２図はその動作を説明するための特性曲線
図、第３図〜第５図は補助設定値出力手段が一時的に出
力する補助設定値の値を説明するための図、第６図は補
助設定値（SSP）の除去を実行した時の偏差と制御操作
量（OUT）の関係を示す図、第７図は第５図において、
，の特性のSSP2を用いた場合の動作を示すタイムチ
ャート、第８図は本発明を適用した場合において、補助
設定値SSPを決定した後、その値を1.5倍,1.0倍,0.5倍等
に故意に変更した場合のプロセス量PVの整定カーブを示
す図、第９図は従来公知の調節計の構成を示すブロック
図、第10図は制御の一例を表わした波形図、第11図は第
10図より応答の速い例を示す波形図である。１…PID制御演算部、２…プロセス、３…補助制御部、3
1…補助設定値出力手段 32…補助操作量出力手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 7/02 G05B 11/42

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】目標設定値及びプロセス量が入力され、所
定の演算により操作量をプロセスに出力する制御演算部
と、前記目標設定値及びプロセス量が入力される補助制御部
とを有し、この補助制御部はプロセス量が前記目標設定値に整定す
る状況を監視し、その結果に応じて前記目標設定値を一
時的に変更する補助設定値を発生すると共に、この補助
設定値を除去した時操作量を維持するための補助操作量
を前記制御演算部に出力し、プロセス量のオーバーシュートを防止するようにしたこ
とを特徴とする調節計。
【請求項２】補助制御部は、補助設定値をプロセス量の
変化量に関連して与え、補助操作量を目標設定値とプロ
セス量との偏差がゼロに至る以前に一時的に与えるよう
にしたことを特徴とする請求項第１項記載の調節計。
【請求項３】補助制御部は、プロセスの等価無駄時間を
参照し、前記補助設定値の大きさを決めるようにしたこ
とを特徴とする請求項第１項記載の調節計。