JP3922593B2 - ガス分析計における温度制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス分析計におけるガス流路、光源、検出器などが所定の温度になるように温度調節する時の制御対象である温度を制御する際に用いられるガス分析計における温度制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガス分析計においては、ガス流路、光源、検出器などが所定の温度になるように温度調節(以下、温調と略記する)している。これは、次のようなことを回避するためである。例えば、サンプルガスが通るガス流路における温調が不十分であると、サンプルガス中に含まれる成分の分子密度が変化するなどして、感度が低下したり、測定値に誤差が生じたりする。また、光源の温調が不十分であると、光量が変化し、例えばダブルビームタイプの赤外線ガス分析計における測定側と比較側の光量にアンバランスが生じ、ゼロ点が変化してこれが測定値に悪影響を及ぼす。そして、検出器の温調が不十分であると感度が低下するといった不都合が生ずる。
【0003】
そして、特に、低濃度成分を高感度、高精度で測定するような場合、上述の不都合が生
じないように十分な温調を行うことが肝要となる。
【0004】
従来のガス分析計における温度制御で使用するPID(比例−積分−微分)制御器では、図4に示すような演算を行っていた。例えば、サンプルガス流路における温度を立ち上げて所定の目標値Sに到達し、その状態を維持させる場合、同図(A)に示すように、スタートアップ時からPI(比例−積分)演算またはPID演算を行うか、あるいは、同図(B)に示すように、目標値Sよりやや下方にもう一つの目標値S0 を設定し、スタートアップ時はP(比例)演算を行い、制御温度が前記設定目標値S0 を超えると、PI演算またはPID演算を行うのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記いずれの手法においても、次のような不都合があった。例えば、図5(A),(B)に示すように、当初はP演算を行い、温度が所定の設定値S0 を超えるとPI演算またはPID演算を行うようにしているときに、図5(A)において符号Aで示すように、大きな外乱によって制御温度が大きく目標値Sを外れた場合や、図5(B)において符号S’で示すように、目標値を大きく変えたような場合、I(積分)要素の積算値の影響を大きくあるいは長く受けてしまい、結果として大きなオーバーシュートB〔図5(A)参照〕やC〔図5(B)参照〕が生ずる。このため、所定の温度制御の安定性や応答性に欠けるといった問題があった。
【0006】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、温調時の温度を目標温度に制御する際、大きな外乱により制御温度が大きく目標値を外れた場合や制御途中で目標値を大きく設定しなおした場合において生ずるオーバーシュートを可及的に小さくして、温調時の温度を安定性よく、しかも応答性よく制御することができるガス分析計における温度制御方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明のガス分析計における温度制御方法は、ガス分析計におけるガス流路、光源、検出器等を所定の温度になるように温度調節する場合の制御対象である温度を、P(比例)演算とPI(比例−積分)演算との切り換えにより目標温度に制御するガス分析計における温度制御方法であって、前記目標温度の上下に演算の切り換えレベルを設け、制御対象である温度が前記上下両レベルのうち下の切り換えレベルに達するまでのスタートアップ時はP演算を行い、そのP演算の結果に基づいて温度を制御し、前記制御対象である温度が前記上下両レベルの間にあるときは、PI演算に切り換えて、そのPI演算の結果に基づいて温度を制御し、このPI演算の結果に基づいて温度制御を行っている状態で外乱が生じて前記制御対象温度が上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスするように変化したときは、PI演算からP演算に切り換えると同時に、それまで蓄積されていたI(積分)要素の積分値をリセットしてP演算の結果に基づいて温度を制御し、かつ、前記制御対象温度が上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスして両レベル間に戻ると、再びP演算からPI演算に切り換え、そのPI演算の結果に基づいて温度を制御することを特徴としている。
また、請求項2に係る発明のガス分析計における温度制御方法は、ガス分析計におけるガス流路、光源、検出器等を所定の温度になるように温度調節する場合の制御対象である温度を、P(比例)演算とPI(比例−積分)演算との切り換えにより目標温度に制御するガス分析計における温度制御方法であって、前記目標温度の上下に演算の切り換えレベルを設け、制御対象である温度が前記上下両レベルのうち下の切り換えレベルに達するまでのスタートアップ時はP演算を行い、そのP演算の結果に基づいて温度を制御し、前記制御対象温度が前記上下両レベル間にあるときは、PI演算に切り換えて、そのPI演算の結果に基づいて温度を制御し、このPI演算の結果に基づいて温度制御を行っている途中で前記目標温度を設定し直して前記制御対象温度が前記上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスするように変化したときは、PI演算からP演算に切り換えると同時に、 それまで蓄積されていたI(積分)要素の積分値をリセットしてP演算の結果に基づいて温度を制御し、かつ、前記制御対象温度が設定し直された目標温度の上下に新たに設定した上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスして両レベル間に戻ると、再びPI演算に切り換え、そのPI演算の結果に基づいて温度を制御することを特徴としている。
【0008】
上記のようなガス分析計における温度制御方法においては、安定時に意味があるI演算を、外乱発生時や制御の途中での目標温度変更時に外すとともに、蓄積されていたI要素の積分値をリセットことにより、I動作特有の影響を排除することができる。したがって、大きな外乱によって制御温度が目標温度を大きく外れた場合や目標値を大きく設定しなおした場合におけるオーバーシュートを可及的に小さくすることができ、温調時の温度を安定性よくしかも応答性よく制御することができる。
【0009】
【0010】
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。
【0012】
図1は、例えばガス分析計におけるガス流路の温度を制御する系の構成の一例を概略的に示すもので、この図において、1はガス流路、2はこのガス流路1の温度調節器(図示してない)に対してオンオフ信号を出力する演算部で、互いに並列的に接続されたP演算部21とPI演算部22とからなる。3はP演算部21とPI演算部22のいずれか一方をガス流路側に接続する切り換えスイッチ、4は目標温度Sと流路1において測定された温度Tとが付き合わせられる突き合わせ点である。
【0013】
そして、上記制御系においては、目標温度Sのほかに、この目標温度Sの上下に、目標温度Sの例えば±5%のところにレベルS1 ,S2 (図2および図3参照)を設け、このレベルS1 ,S2 を演算部2におけるP演算とPI演算の切り換えレベルとしている。より詳しくは、制御対象かつ制御変数である流路温度Tが前記上下両レベルS1 ,S2 の間にあるときは、PI演算を行い、前記流路温度Tが切り換えレベルS1 ,S2 のいずれか一方をクロスしたときは、PI演算からP演算に切り換えるとともに、蓄積していたI要素の積分値をリセットするのである。
【0014】
これを、外乱が生じた場合と、制御の途中で目標温度を大きく変えた場合に分けて説明する。そして、以下の例においては、温度を低い方から立ち上げ、所定の温度に維持する場合について説明する。
【0015】
図2は、外乱が生じた場合における温度制御の状態を示す図で、流路温度Tがスタートアップ時から下の切り換えレベルS1 に達するまでは、P演算を行い、その結果に基づいて流路温度Tを制御する(図2において、符号(1)で示す部分)。
【0016】
そして、流路温度Tが下の切り換えレベルS1 と上の切り換えレベルS2 との間にあるときは、PI演算を行い、その結果に基づいて流路温度Tを制御する(符号(2)で示す部分)。
【0017】
このPI演算による流路温度の制御時に外乱が生じ、流路温度Tが下の切り換えレベルS1 をクロスするように低下すると、その時点で、PI演算からP演算に切り換える。この演算の切り換えと同時に、今まで蓄積されていたI要素の積分値をリセットし、P演算の結果に基づいて流路温度Tを制御する(符号(3)で示す部分)。
【0018】
そして、前記P演算に基づいて制御される流路温度Tが下の切り換えレベルS1 を下方からクロスするように上昇して、下の切り換えレベルS1 と上の切り換えレベルS2 との間に戻ると、再びPI演算を行い、その結果に基づいて流路温度Tを制御する(符号(4)で示す部分)。
【0019】
上述のようにして、演算を切り換え、かつ蓄積されていたI要素の積分値をリセットすることにより、大きな外乱があって流路温度Tが目標温度Sを大きく外れたとしても、図5(A)に示すような大きなオーバーシュートBが生ずることがなく、したがって、流路温度Tを安定よくしかも応答性よく制御することができる。
【0020】
図3は、制御を行っている途中で目標温度をSからS’に変更したときの温度制御の状態を示す図で、この場合も流路温度Tがスタートアップ時から下の切り換えレベルS1 に達するまでは、P演算を行い、その結果に基づいて流路温度Tを制御する(図3において、符号(5)で示す部分)。
【0021】
そして、流路温度Tが下の切り換えレベルS1 と上の切り換えレベルS2 との間にあるときは、PI演算を行い、その結果に基づいて流路温度Tを制御する(符号(6)で示す部分)。
【0022】
そして、ある時点で目標温度をSからS’(ここで、S<S’)に設定しなおしたとする。このとき、新たな目標温度S’の上下に、目標温度S’の例えば±5%のところに上下の切り換えレベルS1 ’,S2 ’を設定する。そして、流路温度Tが上の切り換えレベルS2 をクロスするように上昇すると、その時点で、PI演算からP演算に切り換える。この演算の切り換えと同時に、今まで蓄積されていたI要素の積分値をリセットし、P演算の結果に基づいて流路温度Tを制御する(符号(7)で示す部分)。
【0023】
そして、前記P演算に基づいて制御される流路温度Tが新たに設定した下の切り換えレベルS1 ’を下方からクロスするように上昇して、下の切り換えレベルS1 ’と上の切り換えレベルS2 ’との間に入ると、再びPI演算に切り換え、そのPI演算の結果に基づいて流路温度Tを制御する(符号(8)で示す部分)。
【0024】
上述のようにして、演算を切り換えることにより、制御の途中で目標温度をSからS’に大きく変えた場合でも、図5(B)に示すような大きなオーバーシュートCが生ずることがなく、したがって、流路温度Tを安定よくしかも応答性よく制御することができる。
【0025】
【0026】
【0027】
そして、上記の実施の形態においては、温度を低い方から立ち上がらせるようにしているが、この発明はこれに限られるものではなく、温度を高い方から立ち下がらせ、所定の目標温度となるように制御する場合にも同様に適用できることはいうまでもない。
【0028】
また、図3に示すような目標温度の変更の場合において、S>S’であっても同様に適用できることは勿論である。
【0029】
さらに、切り換えレベルS1 ,S2 の目標温度Sに対する大きさは、上述した値に限定されるものではなく、制御対象に応じて任意に設定できることはいうまでもない。
【0030】
【0031】
そして、この発明は、ガス流路の温度調節を行う時の温度制御に限定されるものではなく、ガス分析計における光源や検出器等の測定精度に悪影響を及ばす他の温度調節を行う時の温度制御にも適用することができる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ガス分析計の測定精度に悪影響を及ばすことがないようにするために分析計の構成要素であるガス流路、光源、検出器等が所定の温度になるように温調するときの制御対象、制御変数である温度を目標温度に制御する際、大きな外乱によって制御温度が目標温度を大きく外れた場合や制御途中で目標値を大きく設定しなおした場合などにおいて生ずるオーバーシュートを可及的に小さく抑えることができる。したがって、各種の構成要素の温調時の温度を安定性よくしかも応答性よく制御し、特に、低濃度成分を測定する場合の感度の低下や測定精度の低下という不都合の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一つの実施の形態を示すもので、ガス分析計におけるガス流路の温度を制御する系の構成の一例を示すブロック図である。
【図2】 外乱が生じた場合における温度制御の状態を示す図である。
【図3】 制御を行っている途中で目標温度を変更したときの温度制御の状態を示す図である。
【図4】 従来のガス分析計における温度制御方法を説明するための図である。
【図5】 従来の温度制御方法の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
2…演算部、21…P演算部、22…PI演算部、S…目標温度、S´…変更された目標温度、S1 ,S2 ,S1 ´,S2 ´…演算の切り換えレベル、T…制御対象温度。
Claims (2)
- ガス分析計におけるガス流路、光源、検出器等を所定の温度になるように温度調節する場合の制御対象である温度を、P(比例)演算とPI(比例−積分)演算との切り換えにより目標温度に制御するガス分析計における温度制御方法であって、前記目標温度の上下に演算の切り換えレベルを設け、制御対象である温度が前記上下両レベルのうち下の切り換えレベルに達するまでのスタートアップ時はP演算を行い、そのP演算の結果に基づいて温度を制御し、前記制御対象である温度が前記上下両レベルの間にあるときは、PI演算に切り換えて、そのPI演算の結果に基づいて温度を制御し、このPI演算の結果に基づいて温度制御を行っている状態で外乱が生じて前記制御対象温度が上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスするように変化したときは、PI演算からP演算に切り換えると同時に、それまで蓄積されていたI(積分)要素の積分値をリセットしてP演算の結果に基づいて温度を制御し、かつ、前記制御対象温度が上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスして両レベル間に戻ると、再びP演算からPI演算に切り換え、そのPI演算の結果に基づいて温度を制御することを特徴とするガス分析計における温度制御方法。
- ガス分析計におけるガス流路、光源、検出器等を所定の温度になるように温度調節する場合の制御対象である温度を、P(比例)演算とPI(比例−積分)演算との切り換えにより目標温度に制御するガス分析計における温度制御方法であって、前記目標温度の上下に演算の切り換えレベルを設け、制御対象である温度が前記上下両レベルのうち下の切り換えレベルに達するまでのスタートアップ時はP演算を行い、そのP演算の結果に基づいて温度を制御し、前記制御対象温度が前記上下両レベル間にあるときは、PI演算に切り換えて、そのPI演算の結果に基づいて温度を制御し、このPI演算の結果に基づいて温度制御を行っている途中で前記目標温度を設定し直して前記制御対象温度が前記上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスするように変化したときは、PI演算からP演算に切り換えると同時に、それまで蓄積されていたI(積分)要素の積分値をリセットしてP演算の結果に基づいて温度を制御し、かつ、前記制御対象温度が設定し直された目標温度の上下に新たに設定した上下両切り換えレベルのいずれか一方をクロスして両レベル間に戻ると、再びPI演算に切り換え、そのPI演算の結果に基づいて温度を制御することを特徴とするガス分析計における温度制御方法。
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