JP3234109B2 - プロセス制御装置 - Google Patents
プロセス制御装置Info
- Publication number
- JP3234109B2 JP3234109B2 JP21488394A JP21488394A JP3234109B2 JP 3234109 B2 JP3234109 B2 JP 3234109B2 JP 21488394 A JP21488394 A JP 21488394A JP 21488394 A JP21488394 A JP 21488394A JP 3234109 B2 JP3234109 B2 JP 3234109B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control
- amount
- predicted
- model
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば各種プラントを
制御するプロセス制御装置に係り、特に、そのプロセス
モデルを内包したプロセス制御装置に関する。
制御するプロセス制御装置に係り、特に、そのプロセス
モデルを内包したプロセス制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自己平衡性を持つ長い無駄時間を持つプ
ロセスでは、通常のＰＩＤ制御ではうまくコントロール
できないことが多い。したがって、従来より、長い無駄
時間を持つプロセスにおいては、サンプルＰＩ制御もし
くはプロセスのモデルを用いる制御によってそのプロセ
スがコントロールされている。
ロセスでは、通常のＰＩＤ制御ではうまくコントロール
できないことが多い。したがって、従来より、長い無駄
時間を持つプロセスにおいては、サンプルＰＩ制御もし
くはプロセスのモデルを用いる制御によってそのプロセ
スがコントロールされている。
【０００３】図６は、サンプルＰＩ制御の制御系を示す
図である。
図である。
【０００４】サンプルＰＩ制御の制御器３１は、操作量
を変更した後、一定時間すなわち操作量を変更してから
制御量の応答が現れるまでの無駄時間の間（制御周
期）、制御を停止する。この無駄時間経過後、プロセス
３２からの応答により制御量が変化しているので、制御
器３１は、その変化量を用いて、次回の操作量を決定す
る。
を変更した後、一定時間すなわち操作量を変更してから
制御量の応答が現れるまでの無駄時間の間（制御周
期）、制御を停止する。この無駄時間経過後、プロセス
３２からの応答により制御量が変化しているので、制御
器３１は、その変化量を用いて、次回の操作量を決定す
る。
【０００５】図７は、プロセスモデルを用いる制御の制
御系を示す図である。
御系を示す図である。
【０００６】図７（ａ）は、プロセスモデルを用いる制
御（いわゆるモデル予測制御）の制御系の一般的な概念
を示している。つまり、制御量および設定値に基づか
れ、制御器４１によって操作量が算出される。そして、
制御装置内のプロセスモデル４２を用いて操作量に対す
る制御量の変化が予測され、さらに、この変化量に基づ
き制御器４１内で操作量が算出される。
御（いわゆるモデル予測制御）の制御系の一般的な概念
を示している。つまり、制御量および設定値に基づか
れ、制御器４１によって操作量が算出される。そして、
制御装置内のプロセスモデル４２を用いて操作量に対す
る制御量の変化が予測され、さらに、この変化量に基づ
き制御器４１内で操作量が算出される。
【０００７】図７（ｂ）に示す制御系は、スミスの無駄
時間補償制御と呼ばれる従来のプロセスモデルを用いる
制御方法である。
時間補償制御と呼ばれる従来のプロセスモデルを用いる
制御方法である。
【０００８】スミスの無駄時間補償制御を用いた制御装
置は、制御装置内に制御器４３と、無駄時間を除いたプ
ロセスモデル４４ａと、プロセスモデルの無駄時間部４
４ｂとを備えている。スミスの無駄時間補償制御を用い
た制御装置は、無駄時間を除いたプロセスモデル４４ａ
を仮の制御対象として操作量に対する制御量がどのよう
に変化するか予測し、その結果を用い、さらに制御器４
３によって操作量を算出する。したがって、無駄時間よ
り短い周期で制御を実施することができる。
置は、制御装置内に制御器４３と、無駄時間を除いたプ
ロセスモデル４４ａと、プロセスモデルの無駄時間部４
４ｂとを備えている。スミスの無駄時間補償制御を用い
た制御装置は、無駄時間を除いたプロセスモデル４４ａ
を仮の制御対象として操作量に対する制御量がどのよう
に変化するか予測し、その結果を用い、さらに制御器４
３によって操作量を算出する。したがって、無駄時間よ
り短い周期で制御を実施することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】まず、サンプルＰＩ制
御を用いる方法は制御装置の制御周期を長くとる必要が
あるため、制御量が設定値に整定されるまで非常に長い
時間を必要とするという問題点がある。したがって、プ
ロセスに外乱等が入る場合、整定はさらに長いものとな
る。
御を用いる方法は制御装置の制御周期を長くとる必要が
あるため、制御量が設定値に整定されるまで非常に長い
時間を必要とするという問題点がある。したがって、プ
ロセスに外乱等が入る場合、整定はさらに長いものとな
る。
【００１０】次に、従来のプロセスモデルを用いる制御
はプロセスモデルを仮の制御対象として操作量を算出す
るので、制御対象のプロセスモデルが不正確であると、
その不正確部分が制御量の予測値に蓄積されてゆき、制
御が悪化するという問題点がある。また、プロセスは、
運転状態等によってその応答特性（すなわちプロセスモ
デル）が変わってしまうことがあり、このような場合、
制御性が著しく悪化する。特に、外乱が発生する場合、
プロセスモデルに外乱の影響を考慮させることができな
いので、制御性が悪化するという問題点がある。
はプロセスモデルを仮の制御対象として操作量を算出す
るので、制御対象のプロセスモデルが不正確であると、
その不正確部分が制御量の予測値に蓄積されてゆき、制
御が悪化するという問題点がある。また、プロセスは、
運転状態等によってその応答特性（すなわちプロセスモ
デル）が変わってしまうことがあり、このような場合、
制御性が著しく悪化する。特に、外乱が発生する場合、
プロセスモデルに外乱の影響を考慮させることができな
いので、制御性が悪化するという問題点がある。
【００１１】さらに、従来のプロセスモデルを用いる制
御は、調整すべきパラメータの数が増えるので（例えば
ＰＩＤの各定数およびプロセスモデル）、その調整が困
難であるという問題点がある。
御は、調整すべきパラメータの数が増えるので（例えば
ＰＩＤの各定数およびプロセスモデル）、その調整が困
難であるという問題点がある。
【００１２】本発明は、このような実情を考慮してなさ
れたもので、プロセス制御装置において、制御対象のプ
ロセスが長い無駄時間を持ち、この制御対象に対するプ
ロセスモデルを用いてプロセスの制御をおこなうとき
に、プロセスモデルが完全に正確でないとき制御性を悪
化させることなくプロセスを制御することを目的とす
る。
れたもので、プロセス制御装置において、制御対象のプ
ロセスが長い無駄時間を持ち、この制御対象に対するプ
ロセスモデルを用いてプロセスの制御をおこなうとき
に、プロセスモデルが完全に正確でないとき制御性を悪
化させることなくプロセスを制御することを目的とす
る。
【００１３】また、外乱が発生したときやプロセスの応
答特性が変化したときに、制御性を悪化させることなく
プロセスを制御することを目的とする。
答特性が変化したときに、制御性を悪化させることなく
プロセスを制御することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、自己平衡型の長い無駄
時間を有するプロセスから出力される制御量ＰＶに基づ
いて制御部にて操作量ＭＶを演算して前記プロセスへ送
出するプロセス制御装置において、複数の少なくともプ
ロセス変量及び負荷からなるプロセス条件にそれぞれ対
応させた前記プロセスにステップ状の操作量を与えたと
きに出力されるステップ応答値ａｉの時間に対する応答
特性を有するステップ応答モデルからなる複数のプロセ
スモデルを保持するプロセスモデル手段と、前記少なく
ともプロセス変量及び負荷からなるプロセス条件を示す
信号を入力し、該信号入力が予め定めた選択条件を満た
すか否かを判定する切換条件判定手段と、この切換条件
判定手段による選択条件に従って、前記プロセスモデル
手段が保持する複数のプロセスモデルから前記選択条件
に従うプロセスモデルを選択するプロセスモデル選択手
段と、このプロセスモデル選択手段により選択されたプ
ロセスモデルから出力されるステップ応答値ａｉと、前
記制御部から時刻ｔにて出力されている操作量ＭＶにお
ける時間差分ΔＭＶとに対して下式に従い、時刻ｔ＋１
の制御量として予測される予測制御量に対する増減分で
ある予測増減量ΔＰＶｐを算出する予測量算出手段と、
前記プロセスモデル選択手段によりプロセスモデルが選
択されると、選択後のプロセスモデルに従う前記予測増
減量ΔＰＶｐを前記プロセスからの制御量ＰＶに対して
加算して、時刻ｔ＋１における予測制御量ＰＶｐを求め
て、この予測制御量ＰＶｐを前記制御部に対する制御量
とする制御量加算手段とを具備したことを特徴とするプ
ロセス制御装置である。
に、請求項１に対応する発明は、自己平衡型の長い無駄
時間を有するプロセスから出力される制御量ＰＶに基づ
いて制御部にて操作量ＭＶを演算して前記プロセスへ送
出するプロセス制御装置において、複数の少なくともプ
ロセス変量及び負荷からなるプロセス条件にそれぞれ対
応させた前記プロセスにステップ状の操作量を与えたと
きに出力されるステップ応答値ａｉの時間に対する応答
特性を有するステップ応答モデルからなる複数のプロセ
スモデルを保持するプロセスモデル手段と、前記少なく
ともプロセス変量及び負荷からなるプロセス条件を示す
信号を入力し、該信号入力が予め定めた選択条件を満た
すか否かを判定する切換条件判定手段と、この切換条件
判定手段による選択条件に従って、前記プロセスモデル
手段が保持する複数のプロセスモデルから前記選択条件
に従うプロセスモデルを選択するプロセスモデル選択手
段と、このプロセスモデル選択手段により選択されたプ
ロセスモデルから出力されるステップ応答値ａｉと、前
記制御部から時刻ｔにて出力されている操作量ＭＶにお
ける時間差分ΔＭＶとに対して下式に従い、時刻ｔ＋１
の制御量として予測される予測制御量に対する増減分で
ある予測増減量ΔＰＶｐを算出する予測量算出手段と、
前記プロセスモデル選択手段によりプロセスモデルが選
択されると、選択後のプロセスモデルに従う前記予測増
減量ΔＰＶｐを前記プロセスからの制御量ＰＶに対して
加算して、時刻ｔ＋１における予測制御量ＰＶｐを求め
て、この予測制御量ＰＶｐを前記制御部に対する制御量
とする制御量加算手段とを具備したことを特徴とするプ
ロセス制御装置である。
【００１５】
【数２】
【００１６】また、請求項２，３に対応する発明は、請
求項１において、前記プロセスをフィードフォワード制
御するフィードフォワード制御手段を設けると共に、前
記プロセスに外乱が入ったとき前記予測制御量ＰＶｐを
用いた制御から前記フィードフォワード制御手段による
制御に切り換え又は前記制御との併用を行うことを特徴
とする。
求項１において、前記プロセスをフィードフォワード制
御するフィードフォワード制御手段を設けると共に、前
記プロセスに外乱が入ったとき前記予測制御量ＰＶｐを
用いた制御から前記フィードフォワード制御手段による
制御に切り換え又は前記制御との併用を行うことを特徴
とする。
【００１７】さらに、請求項４に対応する発明は、請求
項１乃至３に対応する発明のプロセス制御装置におい
て、予測量算出手段に、予測増減量ΔＰＶｐの上下限値
を設ける上下限制限設定手段を付加したプロセス制御装
置である。
項１乃至３に対応する発明のプロセス制御装置におい
て、予測量算出手段に、予測増減量ΔＰＶｐの上下限値
を設ける上下限制限設定手段を付加したプロセス制御装
置である。
【００１８】
【作用】請求項１に対応する発明のプロセス制御装置に
おいては、プロセスモデルから出力されるステップ応答
値ａｉとプロセス制御装置本体から出力される操作量Ｍ
Ｖの時間差分ΔＭＶに基づかれ、予測量算出手段によっ
て、時刻ｔ＋１の制御量として予測される予測制御量に
対する増減分である予測増減量ΔＰＶｐが出力される。
これはいわゆる予測制御量の一部であるが、この値に予
測でない現実の制御量ＰＶを加算手段で加えて予測制御
量ＰＶｐとすることにより、制御量ＰＶで補正された現
実的で発散のしにくい予測制御量を得ることができる。
この場合、制御量ＰＶを用いてプロセスを制御するの
で、たとえ無駄時間の長いプロセスであっても短時間で
制御量を目標値に整定でき、且つ安定して制御すること
ができる。
おいては、プロセスモデルから出力されるステップ応答
値ａｉとプロセス制御装置本体から出力される操作量Ｍ
Ｖの時間差分ΔＭＶに基づかれ、予測量算出手段によっ
て、時刻ｔ＋１の制御量として予測される予測制御量に
対する増減分である予測増減量ΔＰＶｐが出力される。
これはいわゆる予測制御量の一部であるが、この値に予
測でない現実の制御量ＰＶを加算手段で加えて予測制御
量ＰＶｐとすることにより、制御量ＰＶで補正された現
実的で発散のしにくい予測制御量を得ることができる。
この場合、制御量ＰＶを用いてプロセスを制御するの
で、たとえ無駄時間の長いプロセスであっても短時間で
制御量を目標値に整定でき、且つ安定して制御すること
ができる。
【００１９】また、複数のプロセスモデルを有してお
り、切換条件判定手段及びプロセスモデル選択手段によ
って、プロセス変量や負荷といったプロセス条件に適合
するステップ応答モデルを内包したプロセスモデルを前
記複数のプロセスモデルから選択することにより、必要
なステップ応答モデルを変更し、その予測増減値ΔＰＶ
ｐがバンプレスに切り換えられるようにしたので、条件
によりプロセス特性が変化する場合でも制御性を落とす
ことなく、品質を向上し、操業安全を確保することがで
きる。
り、切換条件判定手段及びプロセスモデル選択手段によ
って、プロセス変量や負荷といったプロセス条件に適合
するステップ応答モデルを内包したプロセスモデルを前
記複数のプロセスモデルから選択することにより、必要
なステップ応答モデルを変更し、その予測増減値ΔＰＶ
ｐがバンプレスに切り換えられるようにしたので、条件
によりプロセス特性が変化する場合でも制御性を落とす
ことなく、品質を向上し、操業安全を確保することがで
きる。
【００２０】また、請求項２，３に対応する発明のプロ
セス制御装置においては、請求項１に対応する発明と同
様に作用する他、フィードフォワード制御手段によりフ
ィードフォワード制御が可能であり、予め定められた条
件で制御切換手段によって予測制御量ＰＶｐを用いた制
御とフィードフォワード制御との併用又は切り換えを行
う。
セス制御装置においては、請求項１に対応する発明と同
様に作用する他、フィードフォワード制御手段によりフ
ィードフォワード制御が可能であり、予め定められた条
件で制御切換手段によって予測制御量ＰＶｐを用いた制
御とフィードフォワード制御との併用又は切り換えを行
う。
【００２１】したがって、外乱が発生してフィードフォ
ワード制御に適した状況になったとき、予め定められた
条件でこれらを併用又は切り換えることにより、安定し
た制御を継続させることができる。
ワード制御に適した状況になったとき、予め定められた
条件でこれらを併用又は切り換えることにより、安定し
た制御を継続させることができる。
【００２２】さらに、請求項４に対応する発明のプロセ
ス制御装置においては、請求項１又は２に対応する発明
と同様に作用する他、上下限制限設定手段によって、予
測増減量ΔＰＶｐの上下限値が設けられている。
ス制御装置においては、請求項１又は２に対応する発明
と同様に作用する他、上下限制限設定手段によって、予
測増減量ΔＰＶｐの上下限値が設けられている。
【００２３】したがって、予測増減量ΔＰＶｐの絶対値
が非常に大きい場合であっても予測制御量ＰＶｐは急激
に変化することなく、安定した制御を継続させることが
できる。
が非常に大きい場合であっても予測制御量ＰＶｐは急激
に変化することなく、安定した制御を継続させることが
できる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００２５】図１は、本発明の第１の実施例に係るプロ
セス制御装置の構成を示すブロック図である。
セス制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２６】図１において、制御系は、設定値ＳＶおよ
び制御量ＰＶが入力され操作量ＭＶを出力するプロセス
制御装置１と操作量ＭＶが入力され制御量ＰＶが出力さ
れるプロセス２とからなっている。
び制御量ＰＶが入力され操作量ＭＶを出力するプロセス
制御装置１と操作量ＭＶが入力され制御量ＰＶが出力さ
れるプロセス２とからなっている。
【００２７】プロセス制御装置１は、設定値ＳＶと制御
量の予測値ＰＶｐとの間の偏差を計算する減算部３と、
偏差が入力され操作量ＭＶを出力する制御器４とを備え
ている。
量の予測値ＰＶｐとの間の偏差を計算する減算部３と、
偏差が入力され操作量ＭＶを出力する制御器４とを備え
ている。
【００２８】さらに、プロセス制御装置１内には、制御
器４の制御周期に同期してタイミング信号を発生するタ
イミング発生器５と、タイミング発生器５のタイミング
信号によって操作量の前回出力と今回出力の差を計算す
る差分部６と、プロセス２に対するステップ応答モデル
が設定されている。さらにプロセス制御装置１内には、
タイミング発生器５のタイミング信号に応じてステップ
応答値を出力するプロセスモデル部７と、差分部６およ
びプロセスモデル部７の出力に基づいて１制御周期（１
ステップ）後の予測増減値ΔＰＶｐを算出する予測値算
出部８と、プロセスからの制御量ＰＶに予測増減値ΔＰ
Ｖｐを加えて制御量の予測値ＰＶｐを計算する加算部９
とが備えられている。
器４の制御周期に同期してタイミング信号を発生するタ
イミング発生器５と、タイミング発生器５のタイミング
信号によって操作量の前回出力と今回出力の差を計算す
る差分部６と、プロセス２に対するステップ応答モデル
が設定されている。さらにプロセス制御装置１内には、
タイミング発生器５のタイミング信号に応じてステップ
応答値を出力するプロセスモデル部７と、差分部６およ
びプロセスモデル部７の出力に基づいて１制御周期（１
ステップ）後の予測増減値ΔＰＶｐを算出する予測値算
出部８と、プロセスからの制御量ＰＶに予測増減値ΔＰ
Ｖｐを加えて制御量の予測値ＰＶｐを計算する加算部９
とが備えられている。
【００２９】また、プロセスモデル部７には、高周波・
低周波ノイズ除去処理を施して応答波形のノイズを除去
した、例えば図２（ａ）に示すようなユニットステップ
応答モデル（ステップ入力の高さを高さ１に換算したス
テップ応答）、すなわちプロセスにステップ状の操作量
を与えたときに出力される制御量すなわちステップ応答
値の時間に対する応答特性であるステップ応答モデルが
折れ線の形で入力されている。
低周波ノイズ除去処理を施して応答波形のノイズを除去
した、例えば図２（ａ）に示すようなユニットステップ
応答モデル（ステップ入力の高さを高さ１に換算したス
テップ応答）、すなわちプロセスにステップ状の操作量
を与えたときに出力される制御量すなわちステップ応答
値の時間に対する応答特性であるステップ応答モデルが
折れ線の形で入力されている。
【００３０】予測値算出部８には、以下に示す予測式
（１）が設定されており、差分部６によって計算される
操作量ＭＶの差ΔＭＶとユニットステップ応答モデルよ
り得られるステップ応答値ａｉに基づいて予測増減量Δ
ＰＶｐが算出される。
（１）が設定されており、差分部６によって計算される
操作量ＭＶの差ΔＭＶとユニットステップ応答モデルよ
り得られるステップ応答値ａｉに基づいて予測増減量Δ
ＰＶｐが算出される。
【００３１】
【数３】
【００３２】（１）式の導出および意味については、後
程詳しく説明する。
程詳しく説明する。
【００３３】次に、以上のように構成された本実施例の
プロセス制御装置の動作について説明する。
プロセス制御装置の動作について説明する。
【００３４】まず、プロセス２からの制御量ＰＶは、予
測値算出部８からの予測増減量ΔＰＶｐを加算部９で加
えられて、制御量の予測値ＰＶｐとして、減算部３に入
力される。減算部３は、設定値ＳＶと制御量の予測値Ｐ
Ｖｐとの差を求めて制御器４に入力する。
測値算出部８からの予測増減量ΔＰＶｐを加算部９で加
えられて、制御量の予測値ＰＶｐとして、減算部３に入
力される。減算部３は、設定値ＳＶと制御量の予測値Ｐ
Ｖｐとの差を求めて制御器４に入力する。
【００３５】ここで、制御量ＰＶに予測増減量ΔＰＶｐ
が加えられる理由は、無駄時間の長いプロセス２では図
２（ａ）に示すように操作量を与えてもすぐに応答せ
ず、例えば制御周期が無駄時間よりも短い場合であれば
１制御周期前の操作による変化が制御量ＰＶに反映され
ないからである。
が加えられる理由は、無駄時間の長いプロセス２では図
２（ａ）に示すように操作量を与えてもすぐに応答せ
ず、例えば制御周期が無駄時間よりも短い場合であれば
１制御周期前の操作による変化が制御量ＰＶに反映され
ないからである。
【００３６】次に、制御器４からの操作量ＭＶは、プロ
セス２を操作する例えば操作バルブ等の図示しない操作
器に与えられてプロセス２が制御されると共に、当該操
作量ＭＶは差分部６に入力される。
セス２を操作する例えば操作バルブ等の図示しない操作
器に与えられてプロセス２が制御されると共に、当該操
作量ＭＶは差分部６に入力される。
【００３７】差分部６は、タイミング発生器５からのタ
イミング信号を受けると、入力された操作量ＭＶとその
１制御周期前の操作量との差がとられ、その差分が予測
値算出部８に入力される。
イミング信号を受けると、入力された操作量ＭＶとその
１制御周期前の操作量との差がとられ、その差分が予測
値算出部８に入力される。
【００３８】一方、タイミング信号はプロセスモデル部
７にも入力され、プロセスモデル部８は、タイミング信
号を受信すると設定されたステップ応答モデルの折れ線
からステップ応答値ａｉを読取り、予測値算出部８に入
力する。
７にも入力され、プロセスモデル部８は、タイミング信
号を受信すると設定されたステップ応答モデルの折れ線
からステップ応答値ａｉを読取り、予測値算出部８に入
力する。
【００３９】予測値算出部８は、操作量の差分およびス
テップ応答値ａｉを入力されることにより、（１）式に
したがって予測増減値ΔＰＶｐを出力する。
テップ応答値ａｉを入力されることにより、（１）式に
したがって予測増減値ΔＰＶｐを出力する。
【００４０】さらに、実際のプロセス２からの制御量Ｐ
Ｖに予測増減値ΔＰＶｐが加えられ、再び制御量の予測
値ＰＶｐとして、減算部３に入力される。
Ｖに予測増減値ΔＰＶｐが加えられ、再び制御量の予測
値ＰＶｐとして、減算部３に入力される。
【００４１】ここで、予測値算出部８内の式（１）の導
出について詳しく説明し、本実施例における制御量の予
測値ＰＶｐの意味するところを解説する。
出について詳しく説明し、本実施例における制御量の予
測値ＰＶｐの意味するところを解説する。
【００４２】まず、図２（ａ）に示すような高さ１のス
テップ状に変化する操作量を加えると、プロセスが自己
平衡性であれば、制御量の変化量（この場合はステップ
応答値ａｉ）は一定時間ｔ＝ｓ後に定常値（平衡値）ａ
ｓに落ち着く。したがって、時間ｔ＝ｓ以降は、ａｉ＝
ａｓ（ｉ≧ｓ）が成り立つ。
テップ状に変化する操作量を加えると、プロセスが自己
平衡性であれば、制御量の変化量（この場合はステップ
応答値ａｉ）は一定時間ｔ＝ｓ後に定常値（平衡値）ａ
ｓに落ち着く。したがって、時間ｔ＝ｓ以降は、ａｉ＝
ａｓ（ｉ≧ｓ）が成り立つ。
【００４３】このようにプロセス２がステップ応答モデ
ルで表現できるとき、この応答波形を用いて操作量に対
する制御量の変化を予測することができる。ただし、操
作量が高さ１のステップ信号でないときは操作量のステ
ップ信号の振幅でユニット化した応答波形をステップ応
答モデルとする。
ルで表現できるとき、この応答波形を用いて操作量に対
する制御量の変化を予測することができる。ただし、操
作量が高さ１のステップ信号でないときは操作量のステ
ップ信号の振幅でユニット化した応答波形をステップ応
答モデルとする。
【００４４】例えば時刻ｔに高さΔＭＶ（ｔ）のステッ
プ状操作量をプロセスに与えたときの時刻ｔ＋ｊにおけ
る制御量の変化量ΔＰＶ（ｔ＋ｊ）は、 ΔＰＶ（ｔ＋ｊ）＝ａｊ・ΔＭＶ（ｔ） …（２） となる。したがって、この考え方を拡張して、操作量が
連続的にゼロ次ホールド回路を通してプロセスに加えら
れたものとすると、操作量は図２（ｂ）に示すように複
数のステップ入力を合成したものとみなすことができ
る。
プ状操作量をプロセスに与えたときの時刻ｔ＋ｊにおけ
る制御量の変化量ΔＰＶ（ｔ＋ｊ）は、 ΔＰＶ（ｔ＋ｊ）＝ａｊ・ΔＭＶ（ｔ） …（２） となる。したがって、この考え方を拡張して、操作量が
連続的にゼロ次ホールド回路を通してプロセスに加えら
れたものとすると、操作量は図２（ｂ）に示すように複
数のステップ入力を合成したものとみなすことができ
る。
【００４５】ここで、時間に対する操作量の差分を ｄＭＶ（ｔ−ｋ）＝ΔＭＶ（ｔ−ｋ）−ΔＭＶ（ｔ−ｋ−１）…（３） とする。
【００４６】このとき、例えば過去から現在時刻に至る
までの操作量の差分（ｄＭＶ（−∞）〜ｄＭＶ（ｔ））
を合計すると現在の操作量が得られる。これらの差分値
とステップ応答値を用いると現在時刻ｔからｊ制御周期
（すなわちｊステップ）後の制御量の予測値ＰＶｍ（ｔ
＋ｊ）を求めることができ、（４）式に示すようにな
る。
までの操作量の差分（ｄＭＶ（−∞）〜ｄＭＶ（ｔ））
を合計すると現在の操作量が得られる。これらの差分値
とステップ応答値を用いると現在時刻ｔからｊ制御周期
（すなわちｊステップ）後の制御量の予測値ＰＶｍ（ｔ
＋ｊ）を求めることができ、（４）式に示すようにな
る。
【００４７】
【数４】
【００４８】一方、現在時刻ｔにおいて予測される制御
量ＰＶｍ（ｔ）は、同様に、
量ＰＶｍ（ｔ）は、同様に、
【数５】 と表わされる。
【００４９】ここで、ステップ応答値ａｉはｉ≧ｓでａ
ｉ＝ａｓとなるので、時刻ｔ＋ｊにおける制御量の予測
値ＰＶｍ（ｔ＋ｊ）は、
ｉ＝ａｓとなるので、時刻ｔ＋ｊにおける制御量の予測
値ＰＶｍ（ｔ＋ｊ）は、
【数６】 となる。
【００５０】ここで、現在時刻で予想される制御量ＰＶ
ｍ（ｔ）は、あくまでステップ応答モデルにより算出さ
れたものであって実際のプロセス２より出力されたもの
ではない。プロセスモデル（ステップ応答モデル）が完
全であり、かつ、外乱が全くなければ（６）式により、
制御量を完全に予測できるが、実際にはプロセスモデル
が完全にプロセスを表現していることは有り得ないし、
外乱が入ることもしばしばある。
ｍ（ｔ）は、あくまでステップ応答モデルにより算出さ
れたものであって実際のプロセス２より出力されたもの
ではない。プロセスモデル（ステップ応答モデル）が完
全であり、かつ、外乱が全くなければ（６）式により、
制御量を完全に予測できるが、実際にはプロセスモデル
が完全にプロセスを表現していることは有り得ないし、
外乱が入ることもしばしばある。
【００５１】したがって、本実施例は、プロセスモデル
のみを用いて予測を行うのでなく、現在時刻で予想され
る制御量ＰＶｍ（ｔ）の代わりに、実際に計測される現
在時刻のプロセス２の制御量ＰＶ（ｔ）を基準値に用い
て制御量の予測値ＰＶｐ（ｔ＋ｊ）を算出している。こ
のとき、（６）式は次に示す通りとなる。
のみを用いて予測を行うのでなく、現在時刻で予想され
る制御量ＰＶｍ（ｔ）の代わりに、実際に計測される現
在時刻のプロセス２の制御量ＰＶ（ｔ）を基準値に用い
て制御量の予測値ＰＶｐ（ｔ＋ｊ）を算出している。こ
のとき、（６）式は次に示す通りとなる。
【００５２】
【数７】
【００５３】また、本実施例の場合、１ステップ後の予
測値ＰＶｐ（ｔ＋１）がわかれば十分なのでｊ＝１とす
ると、
測値ＰＶｐ（ｔ＋１）がわかれば十分なのでｊ＝１とす
ると、
【数８】 となる。さらに、本実施例のように長い無駄時間を持つ
プロセスの場合、１ステップ後のステップ応答値ａ
１は、図２（ａ）に示すようにａ１＝０と近似でき、逆
に、本実施例のプロセス制御装置は、制御周期が無駄時
間よりも短い時間であっても制御可能なプロセス制御装
置であり、（８）式においてａ１＝０とすると、
プロセスの場合、１ステップ後のステップ応答値ａ
１は、図２（ａ）に示すようにａ１＝０と近似でき、逆
に、本実施例のプロセス制御装置は、制御周期が無駄時
間よりも短い時間であっても制御可能なプロセス制御装
置であり、（８）式においてａ１＝０とすると、
【数９】 が得られる。本実施例の予測算出部８にセットされてい
る（１）式は、（９ａ）式の右辺右項と（９ｂ）式とに
より成り立っている。
る（１）式は、（９ａ）式の右辺右項と（９ｂ）式とに
より成り立っている。
【００５４】予測式（９ａ）は、現在の計測された制御
量ＰＶの項と過去の操作量およびステップ応答波形から
予測される予測増減量の項の和である。（９ｂ）式は操
作量の差分値である。
量ＰＶの項と過去の操作量およびステップ応答波形から
予測される予測増減量の項の和である。（９ｂ）式は操
作量の差分値である。
【００５５】（９）式は制御量の予測値ＰＶｐ（ｔ＋
１）の基準量（（９ａ）式右辺左項）としてプロセスに
おける現実の現在制御量ＰＶを用い、なおかつ、（９
ａ）式右辺右項の予測増減量は過去にすでに算出された
操作量を用いている。また、この各操作量はその時点で
の現在制御量を基準量として用いて算出されたものであ
る。
１）の基準量（（９ａ）式右辺左項）としてプロセスに
おける現実の現在制御量ＰＶを用い、なおかつ、（９
ａ）式右辺右項の予測増減量は過去にすでに算出された
操作量を用いている。また、この各操作量はその時点で
の現在制御量を基準量として用いて算出されたものであ
る。
【００５６】このように、本実施例のプロセス制御装置
１では、操作量の差分値を求める差分部６と、ステップ
応答モデルを設定したプロセスモデル部７と、予測量算
出部８とを設け、操作量の差分値とステップ応答値とか
ら予測量算出部８において（１）式（（９ａ）式右辺右
項）による予測増減量ΔＰＶｐを求め、これに制御量Ｐ
Ｖを加えて制御量の予測値ＰＶｐを得ている（すなわち
（９）式を実現している）ので、操作量計算に用いられ
る制御量の予測値ＰＶｐが常に現実の値ＰＶで補正さ
れ、かつ、予測増減量ΔＰＶｐに用いられる値もその直
前までの現実の値（制御量および操作量）により補正さ
れたものが用いられている。
１では、操作量の差分値を求める差分部６と、ステップ
応答モデルを設定したプロセスモデル部７と、予測量算
出部８とを設け、操作量の差分値とステップ応答値とか
ら予測量算出部８において（１）式（（９ａ）式右辺右
項）による予測増減量ΔＰＶｐを求め、これに制御量Ｐ
Ｖを加えて制御量の予測値ＰＶｐを得ている（すなわち
（９）式を実現している）ので、操作量計算に用いられ
る制御量の予測値ＰＶｐが常に現実の値ＰＶで補正さ
れ、かつ、予測増減量ΔＰＶｐに用いられる値もその直
前までの現実の値（制御量および操作量）により補正さ
れたものが用いられている。
【００５７】したがって、従来のプロセスモデルを用い
る制御はプロセスモデルを仮の制御対象として操作量を
算出するので、プロセスモデルが不正確であるとその不
正確な部分が制御量の予測値の中に蓄積されて制御性が
悪化していくが、本実施例では上述したように制御量の
予測値ＰＶｐが実際の制御対象からの出力により常に補
正され、プロセスモデルの不正確さが蓄積されることが
ないので、ある程度プロセスモデルが不正確であっても
制御性が悪化することはない。
る制御はプロセスモデルを仮の制御対象として操作量を
算出するので、プロセスモデルが不正確であるとその不
正確な部分が制御量の予測値の中に蓄積されて制御性が
悪化していくが、本実施例では上述したように制御量の
予測値ＰＶｐが実際の制御対象からの出力により常に補
正され、プロセスモデルの不正確さが蓄積されることが
ないので、ある程度プロセスモデルが不正確であっても
制御性が悪化することはない。
【００５８】また、同じ理由により、外乱が発生した場
合でも、制御性が著しく悪化することはない。
合でも、制御性が著しく悪化することはない。
【００５９】しかも、その制御周期は無駄時間よりも短
い時間に設定されるので、本実施例のプロセス制御装置
は長い無駄時間を持つプロセスであっても制御量を早く
整定させることができる。
い時間に設定されるので、本実施例のプロセス制御装置
は長い無駄時間を持つプロセスであっても制御量を早く
整定させることができる。
【００６０】さらに、本実施例のプロセス制御装置は、
プロセスモデルからの情報として、ステップ応答値を用
いるだけなので、複雑なプロセスモデル（いわゆる動特
性モデル）を導出する必要がなく簡便である。また、こ
のステップ応答モデルの折れ線を表示させることによ
り、オペレータは、プロセスの応答パターンを直観的に
把握することができ、プロセス状態を正確に認識するこ
とができるので、必要に応じて適確な対応を取ることが
できる。
プロセスモデルからの情報として、ステップ応答値を用
いるだけなので、複雑なプロセスモデル（いわゆる動特
性モデル）を導出する必要がなく簡便である。また、こ
のステップ応答モデルの折れ線を表示させることによ
り、オペレータは、プロセスの応答パターンを直観的に
把握することができ、プロセス状態を正確に認識するこ
とができるので、必要に応じて適確な対応を取ることが
できる。
【００６１】図３は、本発明の第２の実施例に係るプロ
セス制御装置の構成を示すブロック図である。図１と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。
セス制御装置の構成を示すブロック図である。図１と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。
【００６２】図３において、上下限制限設定器１０は、
予測量算出部８で算出された予測増減量ΔＰＶｐの上下
限値を設定している。
予測量算出部８で算出された予測増減量ΔＰＶｐの上下
限値を設定している。
【００６３】予測増減値が上限値あるいは下限値を越え
る場合、予測増減値ΔＰＶｐとして上下限値が与えられ
る。
る場合、予測増減値ΔＰＶｐとして上下限値が与えられ
る。
【００６４】このように本実施例によるプロセス制御装
置は、第１の実施例の構成の他、上下限制限設定器１０
を設けて、予測増減量ΔＰＶｐの上下限値を制限したの
で、第１の実施例と同様な効果の他、プロセスの特性が
変わって予測算出部８の出力値が不適切なものとなって
もかけ離れた制御量の予測値ＰＶｐを出力せず、操業上
の安全が確保される。
置は、第１の実施例の構成の他、上下限制限設定器１０
を設けて、予測増減量ΔＰＶｐの上下限値を制限したの
で、第１の実施例と同様な効果の他、プロセスの特性が
変わって予測算出部８の出力値が不適切なものとなって
もかけ離れた制御量の予測値ＰＶｐを出力せず、操業上
の安全が確保される。
【００６５】図４は、本発明の第３の実施例に係るプロ
セス制御装置の構成を示すブロック図である。図１と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。
セス制御装置の構成を示すブロック図である。図１と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。
【００６６】プロセス制御装置１ｃには、第１の実施例
のプロセス制御装置１に、それぞれ同様の機能を有する
プロセスモデル部７ｂと、予測値算出部８ｂと、加算部
９ｂとが付加され、さらに、プロセスモデル選択手段で
ある切換条件判定器１１と、入切スイッチ１２ａ，１２
ｂとが付加されている。
のプロセス制御装置１に、それぞれ同様の機能を有する
プロセスモデル部７ｂと、予測値算出部８ｂと、加算部
９ｂとが付加され、さらに、プロセスモデル選択手段で
ある切換条件判定器１１と、入切スイッチ１２ａ，１２
ｂとが付加されている。
【００６７】ただし、プロセスモデル部８ｂには、プロ
セスモデル部８とは異なるプロセスモデルが設定されて
いる。これは、プロセス変量、負荷等が一定条件を満足
されると、プロセス２がプロセスモデル部８のステップ
応答モデルとは異なったステップ応答モデルに従うとわ
かっているときのそのステップ応答モデルである。
セスモデル部８とは異なるプロセスモデルが設定されて
いる。これは、プロセス変量、負荷等が一定条件を満足
されると、プロセス２がプロセスモデル部８のステップ
応答モデルとは異なったステップ応答モデルに従うとわ
かっているときのそのステップ応答モデルである。
【００６８】また、タイミング発生器５ｂのタイミング
信号は、プロセスモデル部７ｂにも入力される。さら
に、差分部６の出力値は予測値算出部８または８ｂのい
ずれか一方のみに入力されており、いずれに入力される
かの切換は切換条件判定器１１によって決められる。
信号は、プロセスモデル部７ｂにも入力される。さら
に、差分部６の出力値は予測値算出部８または８ｂのい
ずれか一方のみに入力されており、いずれに入力される
かの切換は切換条件判定器１１によって決められる。
【００６９】この切換条件判定器１１には、プロセス変
量、負荷等のモデルを切り換えるための信号が入力され
ており、これらの信号によりプロセスモデル切換条件が
満たされると、差分部６ｂから予測値算出部８または８
ｂへの出力は入切スイッチ１２ａ，１２ｂをオンオフす
ることで一方から他方へ切り換えられる。
量、負荷等のモデルを切り換えるための信号が入力され
ており、これらの信号によりプロセスモデル切換条件が
満たされると、差分部６ｂから予測値算出部８または８
ｂへの出力は入切スイッチ１２ａ，１２ｂをオンオフす
ることで一方から他方へ切り換えられる。
【００７０】次に、以上のように構成された本実施例の
プロセス制御装置の動作について説明する。
プロセス制御装置の動作について説明する。
【００７１】まず、入切スイッチ１２ａ，１２ｂのう
ち、オンになっている側では差分部６ｂからの出力がそ
のまま予測値算出部８または８ｂに入力される。一方、
オフになっている側では操作量の差分値として「０」が
予測値算出部８または８ｂに入力されている。
ち、オンになっている側では差分部６ｂからの出力がそ
のまま予測値算出部８または８ｂに入力される。一方、
オフになっている側では操作量の差分値として「０」が
予測値算出部８または８ｂに入力されている。
【００７２】したがって、入切スイッチ１２ａ，１２ｂ
がオンになっている側では、予測増減値ΔＰＶｐが第１
の実施例で説明した通りに算出され、制御量ＰＶに加算
される。一方、入切スイッチ１２ａ，１２ｂがオフにな
っている側では、操作量の差分値として「０」が入力さ
れているので、予測増減量ΔＰＶｐは「０」が出力され
ている。この「０」出力は、制御量ＰＶまたはすでに予
測増減量ΔＰＶｐの加算された制御量の予測値ＰＶｐに
加算される。
がオンになっている側では、予測増減値ΔＰＶｐが第１
の実施例で説明した通りに算出され、制御量ＰＶに加算
される。一方、入切スイッチ１２ａ，１２ｂがオフにな
っている側では、操作量の差分値として「０」が入力さ
れているので、予測増減量ΔＰＶｐは「０」が出力され
ている。この「０」出力は、制御量ＰＶまたはすでに予
測増減量ΔＰＶｐの加算された制御量の予測値ＰＶｐに
加算される。
【００７３】次に、プロセスモデル切換条件が満たさ
れ、切換条件判定器１１により差分部６ｂからの出力先
が切り換えられると、予測増減量ΔＰＶｐを算出する予
測値算出器が切り換えられる。このとき、当該予測値算
出器における前ステップまでの操作量の差分値は「０」
であるので、切り換えはバンプレスに行われる。
れ、切換条件判定器１１により差分部６ｂからの出力先
が切り換えられると、予測増減量ΔＰＶｐを算出する予
測値算出器が切り換えられる。このとき、当該予測値算
出器における前ステップまでの操作量の差分値は「０」
であるので、切り換えはバンプレスに行われる。
【００７４】一方、それまで予測演算を行っていた予測
算出器では、差分部６ｂからの入力は「０」となるが、
切り換えまでの差分値が「０」でないので、しばらく、
予測増減値が出力され続ける。しかし、時間経過（ステ
ップ進行）と共に、係数ａ１＋ｔ−ａｔが「０」に近付
いていくので、当該予測増減値出力ΔＰＶｐも徐々に小
さくなり最終的には「０」となる。
算出器では、差分部６ｂからの入力は「０」となるが、
切り換えまでの差分値が「０」でないので、しばらく、
予測増減値が出力され続ける。しかし、時間経過（ステ
ップ進行）と共に、係数ａ１＋ｔ−ａｔが「０」に近付
いていくので、当該予測増減値出力ΔＰＶｐも徐々に小
さくなり最終的には「０」となる。
【００７５】このように本実施例によるプロセス制御装
置は、第１の実施例の構成の他、プロセスモデル部７ｂ
と、予測値算出部８ｂと、加算部９ｂと、さらに、切換
条件判定器１１と、入切スイッチ１２ａ，１２ｂを設
け、プロセスモデル切換条件によって、必要なステップ
応答モデルを変更し、その予測増減値ΔＰＶｐがバンプ
レスに切り換えられるようにしたので、第１の実施例と
同様な効果の他、条件によりプロセス特性が変化する場
合でも制御性を落とすことなく、品質を向上し、操業安
全を確保することができる。
置は、第１の実施例の構成の他、プロセスモデル部７ｂ
と、予測値算出部８ｂと、加算部９ｂと、さらに、切換
条件判定器１１と、入切スイッチ１２ａ，１２ｂを設
け、プロセスモデル切換条件によって、必要なステップ
応答モデルを変更し、その予測増減値ΔＰＶｐがバンプ
レスに切り換えられるようにしたので、第１の実施例と
同様な効果の他、条件によりプロセス特性が変化する場
合でも制御性を落とすことなく、品質を向上し、操業安
全を確保することができる。
【００７６】なお、本実施例ではプロセスモデル（ステ
ップ応答モデル）が２つの場合で説明したが、３つ以上
の場合でも適応可能であり、２つの場合と同様に処理す
ることができる。
ップ応答モデル）が２つの場合で説明したが、３つ以上
の場合でも適応可能であり、２つの場合と同様に処理す
ることができる。
【００７７】図５は、本発明の第４の実施例に係るプロ
セス制御装置の構成を示すブロック図である。図１と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。
セス制御装置の構成を示すブロック図である。図１と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。
【００７８】プロセス制御装置１ｄには、第１の実施例
のプロセス制御装置１に、外乱１３が発生した時に動作
するフィードフォワードモデルが内蔵されているフィー
ドフォワード制御器１４と、フィードフォワード制御器
１４からの操作量を受け、制御器４を停止するか否か判
定する制御切換手段であるフィードバック制御停止判定
器１５と、フィードフォワード制御器１４からの操作量
を加算する加算部１６とが付加されている。ここに、フ
ィードフォワード制御は、出力変数に影響を与える外乱
を予測して入力変数に対して前記外乱を補償するような
変化を発生させる制御方式である。
のプロセス制御装置１に、外乱１３が発生した時に動作
するフィードフォワードモデルが内蔵されているフィー
ドフォワード制御器１４と、フィードフォワード制御器
１４からの操作量を受け、制御器４を停止するか否か判
定する制御切換手段であるフィードバック制御停止判定
器１５と、フィードフォワード制御器１４からの操作量
を加算する加算部１６とが付加されている。ここに、フ
ィードフォワード制御は、出力変数に影響を与える外乱
を予測して入力変数に対して前記外乱を補償するような
変化を発生させる制御方式である。
【００７９】さらに、プロセス制御装置１ｄには、外乱
１３の外乱モデルが設定され、外乱による予測増減量を
算出する外乱モデル部１７と、この予測増減量をプロセ
ス２からの出力に加算する加算部１８とが付加されてい
る。
１３の外乱モデルが設定され、外乱による予測増減量を
算出する外乱モデル部１７と、この予測増減量をプロセ
ス２からの出力に加算する加算部１８とが付加されてい
る。
【００８０】次に、以上のように構成された本実施例の
プロセス制御装置の動作について説明する。
プロセス制御装置の動作について説明する。
【００８１】第１，２および３の実施例の装置は、自ル
ープの操作量変更に対する制御量変更量の予測演算を実
施するものである。したがって、プロセスの特性に影響
を与えないような外乱が入ってくる場合、外乱信号によ
り制御量が変動してから操作量を演算するという通常
（モデル予測制御でない）のフィードバック制御の動作
と見掛上同じ動作をする。
ープの操作量変更に対する制御量変更量の予測演算を実
施するものである。したがって、プロセスの特性に影響
を与えないような外乱が入ってくる場合、外乱信号によ
り制御量が変動してから操作量を演算するという通常
（モデル予測制御でない）のフィードバック制御の動作
と見掛上同じ動作をする。
【００８２】したがって、第１，２および３の実施例の
プロセス制御装置は、モデル予測制御を行う制御装置で
ありながらフィードフォワード制御を組み込むことが可
能となる。
プロセス制御装置は、モデル予測制御を行う制御装置で
ありながらフィードフォワード制御を組み込むことが可
能となる。
【００８３】その構成は、上述した通りであり、その動
作として、まず、外乱がない場合、フィードフォワード
制御器１４は動作しておらず、外乱モデル部１７の出力
は「０」または無出力である。
作として、まず、外乱がない場合、フィードフォワード
制御器１４は動作しておらず、外乱モデル部１７の出力
は「０」または無出力である。
【００８４】次に、外乱が発生すると、フィードフォワ
ード制御器１４は内設された外乱フィードフォワードモ
デルにより、フィードフォワード量（操作量）を算出
し、出力する。
ード制御器１４は内設された外乱フィードフォワードモ
デルにより、フィードフォワード量（操作量）を算出
し、出力する。
【００８５】出力された操作量は、加算部１６で制御器
４からの操作量に加算されてプロセス２に入力されると
共に、フィードバック制御停止判定器１５に入力され
る。フィードバック制御停止判定器１５は、フィードフ
ォワード量の絶対値が一定値以上になったら、制御器４
のフィードバック動作によりフィードフォワード量が打
ち消されないように制御器４の動作を停止する。
４からの操作量に加算されてプロセス２に入力されると
共に、フィードバック制御停止判定器１５に入力され
る。フィードバック制御停止判定器１５は、フィードフ
ォワード量の絶対値が一定値以上になったら、制御器４
のフィードバック動作によりフィードフォワード量が打
ち消されないように制御器４の動作を停止する。
【００８６】したがって、外乱の影響が一定の大きさを
越えている間は、プロセス２はフィードフォワード制御
器により制御される。フィードフォワード量の絶対値が
一定値以下になり、かつ、フィードフォワード制御の効
果が現れる無駄時間が経過すると、フィードバック制御
停止判定器１５は、制御器４を再び動作させ、フィード
バック制御を再開させる。
越えている間は、プロセス２はフィードフォワード制御
器により制御される。フィードフォワード量の絶対値が
一定値以下になり、かつ、フィードフォワード制御の効
果が現れる無駄時間が経過すると、フィードバック制御
停止判定器１５は、制御器４を再び動作させ、フィード
バック制御を再開させる。
【００８７】一方、制御器４が停止している間、予測量
算出部８による予測増減量ΔＰＶｐは算出されていない
ので、その代わりに外乱モデル部１７の外乱モデルに基
づいて予測増減量を算出しプロセス２の出力に加算して
おく。このように制御量の予測値に相当するものを制御
器４系に与え続けておくことより、フィードバック制御
停止判定器１５が制御器４を再び動作させたとき、制御
器４，予測量算出部８等を含むフィードバック制御系
は、スムーズ（バンプレスに近い形で）に制御を再開さ
せることができる。
算出部８による予測増減量ΔＰＶｐは算出されていない
ので、その代わりに外乱モデル部１７の外乱モデルに基
づいて予測増減量を算出しプロセス２の出力に加算して
おく。このように制御量の予測値に相当するものを制御
器４系に与え続けておくことより、フィードバック制御
停止判定器１５が制御器４を再び動作させたとき、制御
器４，予測量算出部８等を含むフィードバック制御系
は、スムーズ（バンプレスに近い形で）に制御を再開さ
せることができる。
【００８８】このように本実施例によるプロセス制御装
置は、第１の実施例の構成の他、フィードフォワード制
御器１４とフィードバック制御停止判定器１５と外乱モ
デル部１７とを設け、外乱が入った場合、フィードフォ
ワード制御を加え、あるいは一定条件間、フィードフォ
ワード制御のみに切り換えられるようにしたので、第１
の実施例と同様な効果の他、外乱が入った場合でも制御
量の変動を最小限に押さえることができる。
置は、第１の実施例の構成の他、フィードフォワード制
御器１４とフィードバック制御停止判定器１５と外乱モ
デル部１７とを設け、外乱が入った場合、フィードフォ
ワード制御を加え、あるいは一定条件間、フィードフォ
ワード制御のみに切り換えられるようにしたので、第１
の実施例と同様な効果の他、外乱が入った場合でも制御
量の変動を最小限に押さえることができる。
【００８９】また、外乱モデル部１７からの出力をプロ
セス２からの出力に加算しているので、フィードフォワ
ード制御のみに切り換えた後、制御器４を再び動作させ
たとき、フィードバック制御をスムーズ（バンプレスに
近い形で）に再開させることができる。
セス２からの出力に加算しているので、フィードフォワ
ード制御のみに切り換えた後、制御器４を再び動作させ
たとき、フィードバック制御をスムーズ（バンプレスに
近い形で）に再開させることができる。
【００９０】なお、本実施例は、第１の実施例にフィー
ドフォワード制御を適用させたが、同様にして、第２，
第３の実施例にフィードフォワード制御を適用できるこ
とはいうまでもない。
ドフォワード制御を適用させたが、同様にして、第２，
第３の実施例にフィードフォワード制御を適用できるこ
とはいうまでもない。
【００９１】
【発明の効果】以上詳記したように本発明のプロセス制
御装置によれば、制御対象のプロセスが長い無駄時間を
持ち、この制御対象に対するプロセスモデルを用いてプ
ロセスの制御をおこなうときに、プロセスモデルが完全
に正確でないとき制御性を悪化させることなくプロセス
を制御することができ、外乱が発生したとき制御性を悪
化させることなくプロセスを制御でき、プロセスの応答
特性が変化したとき制御性を悪化させることなくプロセ
スを制御できる。
御装置によれば、制御対象のプロセスが長い無駄時間を
持ち、この制御対象に対するプロセスモデルを用いてプ
ロセスの制御をおこなうときに、プロセスモデルが完全
に正確でないとき制御性を悪化させることなくプロセス
を制御することができ、外乱が発生したとき制御性を悪
化させることなくプロセスを制御でき、プロセスの応答
特性が変化したとき制御性を悪化させることなくプロセ
スを制御できる。
【図１】本発明の第１の実施例に係るプロセス制御装置
の構成を示すブロック図。
の構成を示すブロック図。
【図２】ステップ応答と操作量のステップ信号への分解
についての説明図。
についての説明図。
【図３】本発明の第２の実施例に係るプロセス制御装置
の構成を示すブロック図。
の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第３の実施例に係るプロセス制御装置
の構成を示すブロック図。
の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第４の実施例に係るプロセス制御装置
の構成を示すブロック図。
の構成を示すブロック図。
【図６】従来のサンプルＰＩ制御の制御系を示す図。
【図７】従来のプロセスモデルを用いる制御の制御系を
示す図。
示す図。
４…制御器、５…タイミング発生器、６，６ｂ…差分
部、７，７ｂ…プロセスモデル部、８，８ｂ…予測値算
出部、１０…上下限制限設定器、１１…切換条件判定
器、１４…フィードフォワード制御器、１５…フィード
バック制御停止判定器、１７…外乱モデル部。
部、７，７ｂ…プロセスモデル部、８，８ｂ…予測値算
出部、１０…上下限制限設定器、１１…切換条件判定
器、１４…フィードフォワード制御器、１５…フィード
バック制御停止判定器、１７…外乱モデル部。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−204102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−41004（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−264302（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−309101（ＪＰ，Ａ) 大嶋正裕、「モデル予測制御」、化学 工学展望シリーズ第５回「プロセス制御 技術1989」、化学工学会関西支部、平成 元年、Ｐ．94−112 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05B 11/00 - 13/04
Claims (4)
- 【請求項１】 自己平衡型の長い無駄時間を有するプロ
セスから出力される制御量ＰＶに基づいて制御部にて操
作量ＭＶを演算して前記プロセスへ送出するプロセス制
御装置において、 複数の少なくともプロセス変量及び負荷からなるプロセ
ス条件にそれぞれ対応させた前記プロセスにステップ状
の操作量を与えたときに出力されるステップ応答値ａｉ
の時間に対する応答特性を有するステップ応答モデルか
らなる複数のプロセスモデルを保持するプロセスモデル
手段と、 前記少なくともプロセス変量及び負荷からなるプロセス
条件を示す信号を入力し、該信号入力が予め定めた選択
条件を満たすか否かを判定する切換条件判定手段と、 この切換条件判定手段による選択条件に従って、前記プ
ロセスモデル手段が保持する複数のプロセスモデルから
前記選択条件に従うプロセスモデルを選択するプロセス
モデル選択手段と、 このプロセスモデル選択手段により選択されたプロセス
モデルから出力されるステップ応答値ａｉと、前記制御
部から時刻ｔにて出力されている操作量ＭＶにおける時
間差分ΔＭＶとに対して下式に従い、時刻ｔ＋１の制御
量として予測される予測制御量に対する増減分である予
測増減量ΔＰＶｐを算出する予測量算出手段と、 前記プロセスモデル選択手段によりプロセスモデルが選
択されると、選択後のプロセスモデルに従う前記予測増
減量ΔＰＶｐを前記プロセスからの制御量ＰＶに対して
加算して、時刻ｔ＋１における予測制御量ＰＶｐを求め
て、この予測制御量ＰＶｐを前記制御部に対する制御量
とする制御量加算手段とを具備したことを特徴とするプ
ロセス制御装置。 【数１】 - 【請求項２】 前記プロセスに外乱が入ったとき、前記
予測制御量ＰＶｐを用いた制御と共に前記プロセスをフ
ィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段
を具備したことを特徴とする請求項１記載のプロセス制
御装置。 - 【請求項３】 前記プロセスをフィードフォワード制御
するフィードフォワード制御手段と、前記プロセスに外
乱が入ったとき前記予測制御量ＰＶｐを用いた制御から
前記フィードフォワード制御手段による制御に切り換え
る制御切換手段とを具備したことを特徴とする請求項１
記載のプロセス制御装置。 - 【請求項４】 前記予測量算出手段に、予測増減量ΔＰ
Ｖｐの上下限値を設ける上下限制限設定手段を付加した
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の
プロセス制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21488394A JP3234109B2 (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | プロセス制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21488394A JP3234109B2 (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | プロセス制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0876811A JPH0876811A (ja) | 1996-03-22 |
| JP3234109B2 true JP3234109B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=16663147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21488394A Expired - Fee Related JP3234109B2 (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | プロセス制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3234109B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009294879A (ja) * | 2008-06-04 | 2009-12-17 | Fuji Electric Systems Co Ltd | モデル予測制御装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6760716B1 (en) * | 2000-06-08 | 2004-07-06 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | Adaptive predictive model in a process control system |
| WO2013125671A1 (ja) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | 株式会社明治 | 比例混合システム |
| JP2023032289A (ja) * | 2021-08-26 | 2023-03-09 | オムロン株式会社 | 温度制御装置および温度制御方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5941004A (ja) * | 1982-09-01 | 1984-03-07 | Toshiba Corp | プロセス制御装置 |
| JPH01204102A (ja) * | 1988-02-08 | 1989-08-16 | Yokogawa Electric Corp | プロセス制御装置 |
| JPH02264302A (ja) * | 1989-04-04 | 1990-10-29 | Toshiba Corp | プロセス制御装置 |
| JPH04309101A (ja) * | 1991-04-08 | 1992-10-30 | Toshiba Corp | モデル予測制御の入力装置 |
-
1994
- 1994-09-08 JP JP21488394A patent/JP3234109B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 大嶋正裕、「モデル予測制御」、化学工学展望シリーズ第５回「プロセス制御技術１９８９」、化学工学会関西支部、平成元年、Ｐ．９４−１１２ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009294879A (ja) * | 2008-06-04 | 2009-12-17 | Fuji Electric Systems Co Ltd | モデル予測制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0876811A (ja) | 1996-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR900005546B1 (ko) | 적응프로세스 제어장치 | |
| KR920004079B1 (ko) | 프로세스 제어장치 및 방법 | |
| EP0296638B1 (en) | Process control having improved combination of feedforward feedback control | |
| US5706193A (en) | Control system, especially for a non-linear process varying in time | |
| JP3234109B2 (ja) | プロセス制御装置 | |
| JPH0535309A (ja) | モデル予測制御装置 | |
| JP2839626B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JPH11242502A (ja) | Ｐｗｍ制御装置 | |
| JPH10333704A (ja) | Ｐｉｄチューニング方法および装置 | |
| JPS61156303A (ja) | プロセス制御装置 | |
| JPH04256102A (ja) | モデル予測制御装置 | |
| JPH09146610A (ja) | 多変数非線形プロセス・コントローラー | |
| JP2805821B2 (ja) | 調節計 | |
| JP3277484B2 (ja) | Ｐｉｄコントローラ | |
| JP7089336B2 (ja) | 制御装置 | |
| JPH0934503A (ja) | Ｐｉｄコントローラの調整法 | |
| JPH0778001A (ja) | デジタルコントローラ | |
| JP3025928B2 (ja) | 調節計 | |
| JPH03268103A (ja) | オートチューニングコントローラ | |
| JP2844636B2 (ja) | プログラム制御装置 | |
| RU2583746C1 (ru) | Система управления динамическими объектами управления с их идентификацией | |
| JPH06195107A (ja) | ファジィ温度制御システム | |
| JPH09146611A (ja) | 多変数非線形プロセス制御方法並びに装置 | |
| JPS63284603A (ja) | プロセスプラント制御装置 | |
| Marchetti et al. | Real-time optimization via adaptation and control of the constraints |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |