JP4444915B2 - Control apparatus and control method - Google Patents
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Description
本発明は、複数の制御対象を制御するマルチループ制御系の状態量制御技術に関するものである。 The present invention relates to a state quantity control technique for a multi-loop control system that controls a plurality of controlled objects.
例えば電気ヒータを用いたマルチループの温度制御系として、図12に示すような炉がある。図12の例では、炉100の内部が第1のゾーンZ1、第2のゾーンZ2、第3のゾーンZ3に分割されており、ゾーンZ1,Z2,Z3にそれぞれヒータ101,102,103が設置され、コントローラ104,105,106により温度制御される。コントローラ104,105,106は、それぞれゾーンZ1,Z2,Z3の温度PV1,PV2,PV3を測定し、温度PV1,PV2,PV3がそれぞれ設定値SP1,SP2,SP3と一致するように操作量MV1,MV2,MV3を算出する。ヒータ101,102,103は、それぞれコントローラ104,105,106から出力された操作量MV1,MV2,MV3に応じてゾーンZ1,Z2,Z3を加熱する。コントローラ104,105,106としては、例えば市販の温調計などがあり、代表的な制御アルゴリズムとしてPIDが用いられる。
For example, there is a furnace as shown in FIG. 12 as a multi-loop temperature control system using an electric heater. In the example of FIG. 12, the interior of the
通常、このような温度制御系では、隣接ゾーン間に温度干渉が発生する。例えば第1のゾーンZ1のヒータ101は、第1のゾーンZ1のみではなく、隣接する第2のゾーンZ2に対しても温度を上昇させるように影響する。同様に、第2のゾーンZ2のヒータ102は、隣接する第1、第3のゾーンZ1,Z3に影響を与え、第3のゾーンZ3のヒータ103は、隣接する第2のゾーンZ2に影響を与える。このように隣接ゾーン間に相互干渉がある場合であっても、前述の市販の温調計を始めとする従来のコントローラを用いる温度制御系では、各コントローラがゾーン毎に完全に独立したPIDループを形成することになる。
Usually, in such a temperature control system, temperature interference occurs between adjacent zones. For example, the
一方、最近では、マルチループ間に相互作用を与えることで、第1、第2、第3のゾーンZ1,Z2,Z3の温度PV1,PV2,PV3が、昇温時の過渡状態においてもほぼ同じ値を維持するようにした制御方法が提案されている(例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4参照)。
特許文献1に開示された制御方法は、制御対象の複数のゾーンの温度から平均温度と傾斜温度を算出して、この平均温度と各傾斜温度に基づいてそれぞれ操作量を算出し、各ゾーンのコントローラによる温度制御が他のゾーンのコントローラによる温度制御に与える影響がなくなるか又は小さくなるように、操作量を各ゾーンのヒータに配分することで、制御ループ間の非干渉化を実現するものである。
On the other hand, the temperatures PV1, PV2, and PV3 of the first, second, and third zones Z1, Z2, and Z3 are almost the same in the transient state at the time of temperature increase by giving an interaction between the multi-loops. Control methods that maintain the values have been proposed (see, for example,
The control method disclosed in
特許文献2、特許文献3に開示された制御方法は、最も遅く昇温する制御ループに他の制御ループを自動的に同調させるようにしたものである。
特許文献4に開示された制御方法は、マルチループの制御系において、特定の基準となる温度等の状態量を基準状態量とし、基準状態量との相対量が予め規定された値を維持するように制御される状態量を追従状態量としたとき、追従状態量を制御するコントローラに入力される設定値を内部入力値に変換した上でコントローラに入力し、この内部入力値を算出する際に内部入力値を基準状態量に対する第1の要素と相対量に対する第2の要素との和として算出することにより、基準状態量と追従状態量との相対量を所望の値に維持しつつ、基準状態量を所望の値に変更する制御を実現するものである。
The control methods disclosed in
In the control method disclosed in Patent Document 4, in a multi-loop control system, a state quantity such as a temperature serving as a specific reference is set as a reference state quantity, and a relative amount with respect to the reference state quantity is maintained at a predetermined value. When the state quantity controlled in this way is the follow-up state quantity, the setting value input to the controller that controls the follow-up state quantity is converted into the internal input value and then input to the controller, and this internal input value is calculated. By calculating the internal input value as the sum of the first element with respect to the reference state quantity and the second element with respect to the relative quantity, the relative quantity between the reference state quantity and the tracking state quantity is maintained at a desired value. Control for changing the reference state quantity to a desired value is realized.
図12のマルチループの温度制御系において、例えば第2のゾーンZ2のヒータ102が劣化して十分なヒータパワーが発揮できなくなると、図13に示すように第2のゾーンZ2のコントローラ105から出力される操作量MV2が上限値の100%になっていても、設定値SP2=200℃に対して実際の温度PV2は190℃という低い値になり、10℃の定常偏差が発生してしまう。同様な定常偏差は、温度に限らず湿度など他の状態量の制御においても発生し得る。
In the multi-loop temperature control system of FIG. 12, for example, when the
このように、ヒータの劣化あるいは断線などといった不備が状態量制御のためのアクチュエータに発生すると、この不備を補うべくコントローラが操作量MVを変更するが、操作量MVが上限値あるいは下限値に到達した時点で飽和してしまうため、設定値と計測される状態量との間に定常偏差が発生するという問題点があった。定常偏差が偏差の許容量を超える場合には、例えば製造プロセスのための炉であれば不良品が製造されるような不具合にも発展し得る。
なお、前記の特許文献1〜特許文献4に開示された技術を適用したとしても、定常偏差が発生しているゾーンの温度に他のゾーンの温度を近づけるような作用になるため、許容量を超える定常偏差を解消するような効果は得られない。
As described above, when a defect such as heater deterioration or disconnection occurs in the actuator for controlling the state quantity, the controller changes the manipulated variable MV to compensate for this defect, but the manipulated variable MV reaches the upper limit value or the lower limit value. Since this is saturated at the time, the stationary deviation occurs between the set value and the measured state quantity. When the steady deviation exceeds the allowable amount of deviation, for example, if it is a furnace for a manufacturing process, it may be developed into a problem that a defective product is manufactured.
Even if the techniques disclosed in
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、マルチループの状態量制御系における特定の制御ループに例えば制御アクチュエータの不備による定常偏差が発生した場合に、定常偏差の絶対値を小さくすることができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem. When a steady deviation is generated in a specific control loop in a multi-loop state quantity control system due to, for example, a deficiency of a control actuator, the absolute value of the steady deviation is reduced. It is an object of the present invention to provide a control device and a control method that can be used.
本発明は、互いの制御量に干渉する関係にある複数の制御対象をそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、特定の制御ループについて設定値と制御量との偏差を算出する第1の偏差算出部と、前記特定の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記特定の制御ループの制御対象に出力する第1の制御演算部と、前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定部と、前記操作量が上下限値に達していると判定された場合は、前記特定の制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された場合は、前記乗算結果を0にする倍率演算部と、前記特定の制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループに設けられ、対応する制御ループの設定値に前記倍率演算部の乗算結果を加算して補正設定値を算出する加算部と、前記他の制御ループについて前記補正設定値と制御量との偏差を算出する第2の偏差算出部と、前記他の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記他の制御ループの制御対象に出力する第2の制御演算部とを備えるものである。
また、本発明の制御装置は、制御ループ毎に設定値を補正した補正設定値と制御量との偏差を算出する偏差算出部と、制御ループ毎に前記偏差を入力として操作量を算出して対応する制御ループの制御対象に出力する制御演算部と、制御ループ毎に前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定部と、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を0にする倍率演算部と、制御ループ毎の設定値に、この制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループについての前記倍率演算部の乗算結果を加算して前記補正設定値を算出する加算部とを備えるものである。
また、本発明の制御装置の1構成例は、さらに、制御ループ毎に前記偏差を受け取って出力する際に、この偏差の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差を0にする不感帯処理部と、制御ループ毎に前記不感帯処理部から出力された偏差を予め設定された上限値と下限値の範囲内に制限する上下限処理を実行する上下限処理部とを備え、前記倍率演算部は、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの前記上下限処理された偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を0にするものである。
The present invention provides a control device for multi-loop control system having a plurality of control loops for controlling each of the plurality of control target in interfering relation to the control amount of each other, setting values for the control loop of the particular control quantity and A first deviation calculating unit that calculates a deviation of the specific control loop, a first control calculating unit that calculates an operation amount using the deviation of the specific control loop as an input, and outputs the operation amount to a control target of the specific control loop, and the operation An operation amount saturation determination unit that determines whether or not the amount has reached the upper and lower limit value, and when it is determined that the operation amount has reached the upper and lower limit value, the deviation of the specific control loop is preset. The multiplication result is output and the multiplication result is output. If it is determined that the manipulated variable has not reached the upper and lower limit values, the multiplication operation unit that sets the multiplication result to 0 and the specific control loop Other control rules in which the interference exists And an addition unit that calculates a correction setting value by adding the multiplication result of the magnification calculating unit to a setting value of a corresponding control loop, and a deviation between the correction setting value and the control amount for the other control loop And a second control calculation unit that calculates a manipulated variable with a deviation of the other control loop as an input and outputs the operation amount to a control target of the other control loop. .
The control device of the present invention calculates a deviation between a corrected set value obtained by correcting a set value for each control loop and a control amount, and calculates an operation amount using the deviation as an input for each control loop. A control calculation unit that outputs to a control target of a corresponding control loop, an operation amount saturation determination unit that determines whether or not the operation amount has reached an upper and lower limit value for each control loop , and the operation amount is set to an upper and lower limit value For a control loop determined to have reached, the deviation of this control loop is multiplied by a preset magnification to output a multiplication result, and the control loop determined that the manipulated variable has not reached the upper and lower limit values For the control loop, the multiplication unit for setting the multiplication result to 0 for the control loop, and the multiplication unit for the other control loop in which the interference exists between the control loop and the set value for each control loop the multiplication result Calculated to one in which an adding section for calculating the correction value.
Further, in one configuration example of the control device of the present invention, when the deviation is received and output for each control loop, the dead zone processing unit that sets the deviation to 0 when the absolute value of the deviation is smaller than a specific value. When, and a lower limit processing unit for running a lower limit processing on to limit the range of preset upper and lower limits of the output deviation from the dead-zone processing unit for each control loop, the magnification calculator is For the control loop in which it is determined that the manipulated variable has reached the upper / lower limit value, a multiplication factor is output by multiplying the deviation subjected to the upper / lower limit process of this control loop by a preset magnification, and the operation For a control loop in which it is determined that the amount has not reached the upper and lower limit values, the multiplication result for this control loop is set to zero.
また、本発明の制御方法は、特定の制御ループについて設定値と制御量との偏差を算出する第1の偏差算出手順と、前記特定の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記特定の制御ループの制御対象に出力する第1の制御演算手順と、前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定手順と、前記操作量が上下限値に達していると判定された場合は、前記特定の制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された場合は、前記乗算結果を0にする倍率演算手順と、前記特定の制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループの設定値に前記倍率演算手順の乗算結果を加算して補正設定値を算出する加算手順と、前記他の制御ループについて前記補正設定値と制御量との偏差を算出する第2の偏差算出手順と、前記他の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記他の制御ループの制御対象に出力する制御演算手順とを繰り返し実行するようにしたものである。
また、本発明の制御方法は、制御ループ毎に設定値を補正した補正設定値と制御量との偏差を算出する偏差算出手順と、制御ループ毎に前記偏差を入力として操作量を算出して対応する制御ループの制御対象に出力する制御演算手順と、制御ループ毎に前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定手順と、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を0にする倍率演算手順と、制御ループ毎の設定値に、この制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループについての前記倍率演算手順の乗算結果を加算して前記補正設定値を算出する加算手順とを繰り返し実行するようにしたものである。
また、本発明の制御方法の1構成例は、さらに、制御ループ毎に前記偏差を受け取って出力する際に、この偏差の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差を0にする不感帯処理手順と、制御ループ毎に前記不感帯処理手順で出力された偏差を予め設定された上限値と下限値の範囲内に制限する上下限処理を実行する上下限処理手順とを備え、前記倍率演算手順は、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの前記上下限処理された偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を0にするようにしたものである。
In the control method of the present invention, a first deviation calculating procedure for calculating a deviation between a set value and a control amount for a specific control loop, and calculating an operation amount using the deviation of the specific control loop as an input, A first control calculation procedure output to a control target of a specific control loop, an operation amount saturation determination procedure for determining whether or not the operation amount has reached an upper and lower limit value, and the operation amount has reached an upper and lower limit value If it is determined that the operation amount has not reached the upper and lower limit values, the multiplication result is output by multiplying the deviation of the specific control loop by a preset magnification. The correction calculation value is calculated by adding the multiplication result of the magnification calculation procedure to the setting value of the magnification calculation procedure for setting the multiplication result to 0 and the other control loop in which the interference exists between the specific control loop. And add to the other control loop And a second deviation calculating procedure for calculating a deviation between the correction set value and the control amount, and a control for calculating an operation amount using the deviation of the other control loop as an input and outputting the operation amount to a control target of the other control loop. The calculation procedure is repeatedly executed.
Further, the control method of the present invention calculates a deviation between a correction set value obtained by correcting a set value for each control loop and a control amount, and calculates an operation amount using the deviation as an input for each control loop. A control calculation procedure for outputting to the control target of the corresponding control loop, an operation amount saturation determination procedure for determining whether or not the manipulated variable has reached the upper and lower limit values for each control loop , and the manipulated variable at the upper and lower limit values For a control loop determined to have reached, the deviation of this control loop is multiplied by a preset magnification to output a multiplication result, and the control loop determined that the manipulated variable has not reached the upper and lower limit values For the control loop, the multiplication operation procedure for setting the multiplication result to 0 for the control loop, and the multiplication operation procedure for another control loop in which the interference exists between the control loop and the set value for each control loop of The calculated result is added is obtained by the repeatedly executes an adding step of calculating said correction value.
Further, in one configuration example of the control method of the present invention, when the deviation is received and output for each control loop, a dead zone processing procedure for setting the deviation to 0 when the absolute value of the deviation is smaller than a specific value. When, and a lower limit processing procedure for running the lower limit processing on to limit the range of the output deviation in the dead zone processing procedure for each control loop preset upper and lower limits, the magnification calculator procedure For the control loop in which it is determined that the manipulated variable has reached the upper / lower limit value, a multiplication factor is output by multiplying the deviation subjected to the upper / lower limit process of this control loop by a preset magnification, and the operation For the control loop in which it is determined that the amount has not reached the upper and lower limit values, the multiplication result for this control loop is set to zero.
本発明によれば、定常偏差が発生している特定の制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して、この乗算結果を、特定の制御ループとの間に干渉が存在する他の制御ループの設定値に加算して設定値を補正することにより、補正設定値に基づく他の制御ループの操作量のずれが特定の制御ループの定常偏差を削減する方向に影響を与えるので、定常偏差の絶対値を小さくする協調動作を実現することができる。 According to the present invention, the deviation of a specific control loop in which a steady-state deviation occurs is multiplied by a preset magnification, and this multiplication result is used for another control in which interference exists with the specific control loop. By correcting the set value by adding it to the set value of the loop, the deviation of the operation amount of the other control loop based on the corrected set value affects the direction of reducing the steady error of the specific control loop. It is possible to realize a cooperative operation that reduces the absolute value of.
また、本発明では、制御ループ毎に倍率演算部と加算部を設けることにより、互いに干渉する関係にある複数の制御ループ間で互いの定常偏差を削減する方向に影響を与えるようにすることができるので、複数の制御ループの定常偏差の絶対値を小さくすることができる。 Further, in the present invention, by providing a magnification calculating unit and an adding unit for each control loop, it is possible to influence the direction of reducing the mutual steady deviation between a plurality of control loops that interfere with each other. As a result, the absolute value of the steady deviation of the plurality of control loops can be reduced.
また、本発明では、操作量飽和判定部の判定結果に応じて倍率演算部が、操作量が上下限値に達している場合は偏差に予め設定された倍率を乗算し、操作量が上下限値に達していない場合は乗算結果を0にするので、操作量に応じて制御装置の動作を適切に切り換えることができる。また、本発明では、不感帯処理部を設けることにより、定常偏差が微小な場合は、マルチループ間の協調動作をオフにすることができる。また、本発明では、上下限処理部を設けることにより、定常偏差が極端に大きい場合に補正設定値が本来の設定値から大きく乖離し過ぎないようにすることができる。 Further, in the present invention, the magnification calculation unit according to the determination result of the operation amount saturation determination unit multiplies the deviation by a preset magnification when the operation amount has reached the upper and lower limit values, and the operation amount exceeds the upper and lower limit values. When the value does not reach the value, the multiplication result is set to 0, so that the operation of the control device can be appropriately switched according to the operation amount. Further, in the present invention, by providing the dead zone processing unit, the cooperative operation between the multi-loops can be turned off when the steady deviation is very small. In the present invention, by providing an upper and lower limit processing unit, it is possible to prevent the correction set value from deviating too much from the original set value when the steady-state deviation is extremely large.
[発明の原理]
本発明は、マルチループの状態量制御系におけるゾーン間干渉に着眼する。すなわち、定常偏差Erが発生している特定の制御ループのゾーンに隣接するゾーンの制御ループにおいて、設定値が本来の設定値SP’から多少ずれると操作量MV’が本来の値からずれて出力され、この操作量MV’のずれがゾーン間干渉により特定の制御ループの定常偏差Erを削減する方向に影響を与えることができるという点に着眼する。
[Principle of the Invention]
The present invention focuses on inter-zone interference in a multi-loop state quantity control system. That is, in the control loop of a zone adjacent to the zone of the specific control loop in which the steady deviation Er has occurred, if the set value slightly deviates from the original set value SP ′, the manipulated variable MV ′ deviates from the original value and is output. In view of this, it is noted that the deviation of the manipulated variable MV ′ can affect the direction in which the steady deviation Er of a specific control loop is reduced by inter-zone interference.
具体的には、特定の制御ループにEr=SP−PV(SPは特定の制御ループの設定値、PVは特定の制御ループの制御量)が発生しているときに、隣接ゾーンの制御ループの設定値SP’を、特定の制御ループの設定値SPから見た制御量PVの方向と逆方向に補正することにより、定常偏差Erを削減する。このような定常偏差Erの削減を自動的に行なうためには、定常偏差Erを特定の倍率で修正した量を設定値SP’に加算すればよい。 Specifically, when Er = SP-PV (SP is a set value of a specific control loop and PV is a control amount of the specific control loop) is generated in a specific control loop, the control loop of the adjacent zone The steady-state deviation Er is reduced by correcting the set value SP ′ in a direction opposite to the direction of the control amount PV viewed from the set value SP of the specific control loop. In order to automatically reduce such steady-state deviation Er, an amount obtained by correcting the steady-state deviation Er with a specific magnification may be added to the set value SP '.
なお、定常偏差Erを監視して、隣接ゾーンの操作量MV’を自動補正することも有効ではあるが、隣接ゾーンの制御ループにPIDのようなフィードバック制御が適用されている場合は、操作量MV’の自動補正がフィードバック制御により補償されてしまうため実用にならない。本発明は、定常偏差Erを隣接ゾーンの制御ループの設定値SP’に反映していることに特徴がある。 It is also effective to monitor the steady-state deviation Er and automatically correct the operation amount MV ′ of the adjacent zone. However, when feedback control such as PID is applied to the control loop of the adjacent zone, the operation amount Since automatic correction of MV ′ is compensated by feedback control, it is not practical. The present invention is characterized in that the steady-state error Er is reflected in the set value SP ′ of the control loop of the adjacent zone.
状態量としては例えば温度、圧力、流量などがあるが、ここでは温度制御を例として、本発明の原理とその効果をより具体的に説明する。図13に示すように第2のゾーンZ2のコントローラ105から出力される操作量MV2が上限値100%になっていて、Er2=SP2−PV2=200℃−190℃=10℃の定常偏差が発生しているものとする。このとき、第1、第3のゾーンZ1,Z3では、ともに設定値SP1,SP3が200℃になっているのに対して制御量(温度)PV1,PV3も200℃になっていて、操作量MV1,MV3は60%である。なお、炉100の内部全体で見ると、第1、第2、第3のゾーンZ1,Z2,Z3の平均温度は(200+190+200)/3=196.7℃である。
The state quantity includes, for example, temperature, pressure, flow rate, and the like. Here, the principle of the present invention and its effect will be described more specifically by taking temperature control as an example. As shown in FIG. 13, the manipulated variable MV2 output from the
ここで、例えば第2のゾーンZ2の定常偏差Er2の0.6倍を、それぞれ隣接する第1、第3のゾーンZ1,Z3の設定値SP1,SP3に加算すると、設定値SP1,SP3が206℃になり、その結果として操作量MV1,MV3も60%よりも上昇する(例えばMV1=MV3=70%)。この操作量MV1,MV3の上昇がゾーン間の温度干渉により第2のゾーンZ2の温度PV2に影響を与えるため、温度PV2も上昇する。その後、最終的には例えば図1に示すように、第1、第3のゾーンZ1,Z3の設定値SP1,SP3が203℃で、温度PV1,PV3も203℃になり、第2のゾーンZ2の定常偏差がEr2=SP2−PV2=200℃−195℃=5℃という状態になって、第2のゾーンZ2の定常偏差Er2の0.6倍が第1、第3のゾーンZ1,Z3の設定値SP1,SP3に加算された平衡点に温度制御が収束する。 For example, when 0.6 times the steady deviation Er2 of the second zone Z2 is added to the set values SP1 and SP3 of the adjacent first and third zones Z1 and Z3, the set values SP1 and SP3 are 206. As a result, the manipulated variables MV1 and MV3 also increase from 60% (for example, MV1 = MV3 = 70%). Since the increase in the manipulated variables MV1 and MV3 affects the temperature PV2 in the second zone Z2 due to temperature interference between the zones, the temperature PV2 also increases. Thereafter, as shown in FIG. 1, for example, the set values SP1 and SP3 of the first and third zones Z1 and Z3 are 203 ° C., the temperatures PV1 and PV3 are also 203 ° C., and the second zone Z2 The steady-state deviation Er2 = SP2-PV2 = 200.degree. C.-195.degree. C. = 5.degree. C., so that 0.6 times the steady deviation Er2 of the second zone Z2 is equal to that of the first and third zones Z1, Z3. The temperature control converges to the equilibrium point added to the set values SP1 and SP3.
この場合、第1、第3ゾーンZ1,Z3については当初の設定値SP1,SP3が200℃であったのに対して3℃の定常偏差が発生していることにはなるが、第2のゾーンZ2の定常偏差が5℃に削減されるため、大きな定常偏差は改善される。炉100の内部全体で見ても、第1、第2、第3のゾーンZ1,Z2,Z3の平均温度は(203+195+203)/3=200.3℃となるので、本手法を適用する前の196.7℃よりも改善していると言える。
In this case, for the first and third zones Z1 and Z3, although the initial set values SP1 and SP3 were 200 ° C., a steady deviation of 3 ° C. occurred, Since the steady deviation of the zone Z2 is reduced to 5 ° C., the large steady deviation is improved. Even in the entire interior of the
以上のような原理により、マルチループの状態量制御系における特定の制御ループに発生している定常偏差の絶対値を小さくする協調動作を実現することができる。なお、本発明は、図1に示すようなマルチループ間の協調動作を扱う状態量制御装置107(市販のマルチループコントローラなど)を利用することになる。 Based on the principle as described above, it is possible to realize a cooperative operation for reducing the absolute value of the steady-state deviation occurring in a specific control loop in the multi-loop state quantity control system. The present invention uses a state quantity control device 107 (such as a commercially available multi-loop controller) that handles cooperative operations between multi-loops as shown in FIG.
[第1参考例]
図2は本発明の第1参考例となる状態量制御装置の構成を示すブロック図、図3は図2の状態量制御装置の動作を示すフローチャートである。本参考例は、本発明の状態量制御装置の最小限の構成を示しており、特定の第1の制御ループのみに定常偏差が発生することを想定している。
[ First Reference Example ]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a state quantity control device as a first reference example of the present invention, and FIG. 3 is a flowchart showing an operation of the state quantity control device of FIG. This reference example shows the minimum configuration of the state quantity control device of the present invention, and assumes that a steady deviation occurs only in the specific first control loop.
本参考例の状態量制御装置は、第1の制御ループに関する構成として、設定値SP1入力部1−1と、制御量PV1入力部2−1と、第1の制御ループの設定値SP1と制御量PV1との偏差Er1を算出する偏差Er1算出部3−1と、偏差Er1を入力としてPID制御演算により操作量MV1を算出し、さらに操作量MV1の上下限処理を実行するPID演算部4−1と、操作量MV1出力部5−1とを備え、第2の制御ループに関する構成として、設定値SP2入力部1−2と、制御量PV2入力部2−2と、第2の制御ループの設定値SP2を補正した補正設定値SP2xと制御量PV2との偏差Er2を算出する偏差Er2算出部3−2と、偏差Er2を入力としてPID制御演算により操作量MV2を算出し、さらに操作量MV2の上下限処理を実行するPID演算部4−2と、操作量MV2出力部5−2とを備える。
The state quantity control device of this reference example has a setting value SP1 input unit 1-1, a control amount PV1 input unit 2-1, a setting value SP1 of the first control loop, and a control as a configuration related to the first control loop. A deviation Er1 calculation unit 3-1 for calculating a deviation Er1 from the amount PV1, and a PID calculation unit 4 for calculating the operation amount MV1 by PID control calculation with the deviation Er1 as an input, and further executing upper and lower limit processing of the
さらに、本参考例の状態量制御装置は、マルチループ間の協調動作に関する構成として、偏差Er1に予め設定された倍率A1を乗算する倍率A1演算部6−1と、設定値SP2に倍率A1演算部6−1の乗算結果を加算して補正設定値SP2xを算出する加算部7−2とを備える。 Further, the state quantity control device of the present reference example has, as a configuration relating to the cooperative operation between the multi-loops, a magnification A1 calculation unit 6-1 that multiplies the deviation Er1 by a preset magnification A1, and a setting value SP2 that calculates the magnification A1. An addition unit 7-2 that adds the multiplication results of the unit 6-1 and calculates the correction set value SP2x.
図4は本参考例のマルチループの状態量制御系のブロック線図である。図4において、P1は第1の制御ループの制御対象、P2は第2の制御ループの制御対象である。なお、図4では明記していないが、第1の制御ループと第2の制御ループとの間には互いの制御量に影響を与える干渉が存在する。 FIG. 4 is a block diagram of the multi-loop state quantity control system of this reference example . In FIG. 4, P1 is a control target of the first control loop, and P2 is a control target of the second control loop. Although not explicitly shown in FIG. 4, there is interference between the first control loop and the second control loop that affects the mutual control amount.
次に、本参考例の状態量制御装置の動作を図3を用いて説明する。第1の制御ループの状態量の要求値である設定値SP1は、制御装置のオペレータによって設定され、設定値SP1入力部1−1を介して偏差Er1算出部3−1に入力される(図3ステップS100)。
第1の制御ループの状態量の計測値である制御量PV1は、図示しない第1の計測手段によって計測され、制御量PV1入力部2−1を介して偏差Er1算出部3−1に入力される(ステップS101)。
偏差Er1算出部3−1は、設定値SP1と制御量PV1との偏差Er1を次式により算出する(ステップS102)。
Er1=SP1−PV1 ・・・(1)
Next, the operation of the state quantity control device of this reference example will be described with reference to FIG. The set value SP1, which is the required value of the state quantity of the first control loop, is set by the operator of the control device and input to the deviation Er1 calculating unit 3-1 via the set value SP1 input unit 1-1 (FIG. 3 step S100).
The control amount PV1, which is a measurement value of the state quantity of the first control loop, is measured by a first measurement unit (not shown) and is input to the deviation Er1 calculation unit 3-1 via the control amount PV1 input unit 2-1. (Step S101).
The deviation Er1 calculation unit 3-1 calculates the deviation Er1 between the set value SP1 and the control amount PV1 by the following equation (step S102).
Er1 = SP1-PV1 (1)
次に、PID演算部4−1は、偏差Er1を入力として次式の伝達関数式のようなPID制御演算を行って操作量MV1を算出する(ステップS103)。
MV1=(100/Pb1){1+(1/Ti1s)+Td1s}Er1 ・・(2)
式(2)において、Pb1は比例帯、Ti1は積分時間、Td1は微分時間、sはラプラス演算子である。なお、PID演算部4−1は、算出した操作量MV1が予め設定された出力下限値OL1より小さい場合、操作量MV1=OL1とし、算出した操作量MV1が予め設定された出力上限値OH1より大きい場合、操作量MV1=OH1とする操作量上下限処理を行う。
Next, the PID calculation unit 4-1 calculates the manipulated variable MV <b> 1 by performing a PID control calculation such as the following transfer function equation with the deviation Er <b> 1 as an input (step S <b> 103).
MV1 = (100 / Pb1) {1+ (1 / Ti1s) + Td1s} Er1 (2)
In Expression (2), Pb1 is a proportional band, Ti1 is an integration time, Td1 is a differentiation time, and s is a Laplace operator. When the calculated operation amount MV1 is smaller than the preset output lower limit value OL1, the PID calculation unit 4-1 sets the operation amount MV1 = OL1 and the calculated operation amount MV1 is greater than the preset output upper limit value OH1. If larger, an operation amount upper / lower limit process is performed with the operation amount MV1 = OH1.
操作量MV1出力部5−1は、PID演算部4−1から出力された操作量MV1を第1の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する(ステップS104)。制御アクチュエータは、操作量MV1に基づいて第1の制御ループの状態量を制御するために動作する。
倍率A1演算部6−1は、偏差Er1に予め設定された倍率A1を乗算して乗算結果A1Er1を出力する(ステップS105)。倍率A1の値としては通常は0<A1<1の範囲の値を用いる。A1=0とすると、本発明を適用しない場合と同じになり、倍率A1の値を1に近付けるほど定常偏差を削減する効果は大きくなる。
The manipulated variable MV1 output unit 5-1 outputs the manipulated variable MV1 output from the PID calculating unit 4-1 to a control actuator (not shown) of the first control loop (step S104). The control actuator operates to control the state quantity of the first control loop based on the operation quantity MV1.
The magnification A1 calculation unit 6-1 multiplies the deviation Er1 by a preset magnification A1, and outputs a multiplication result A1Er1 (step S105). A value in the range of 0 <A1 <1 is usually used as the value of the magnification A1. When A1 = 0, it is the same as when the present invention is not applied, and the effect of reducing the steady-state deviation increases as the value of the magnification A1 approaches 1.
一方、第2の制御ループの状態量の要求値である設定値SP2は、制御装置のオペレータによって設定され、設定値SP2入力部1−2を介して加算部7−2に入力される(ステップS106)。
第2の制御ループの状態量の計測値である制御量PV2は、図示しない第2の計測手段によって計測され、制御量PV2入力部2−2を介して偏差Er2算出部3−2に入力される(ステップS107)。
On the other hand, the set value SP2, which is the required value of the state quantity of the second control loop, is set by the operator of the control device and is input to the adder 7-2 via the set value SP2 input unit 1-2 (step). S106).
The control amount PV2, which is a measurement value of the state quantity of the second control loop, is measured by a second measuring unit (not shown) and is input to the deviation Er2 calculation unit 3-2 via the control amount PV2 input unit 2-2. (Step S107).
加算部7−2は、設定値SP2に倍率A1演算部6−1の乗算結果A1Er1を加算して次式のように補正設定値SP2xを算出する(ステップS108)。
SP2x=SP2+A1Er1 ・・・(3)
偏差Er2算出部3−2は、補正設定値SP2xと制御量PV2との偏差Er2を次式により算出する(ステップS109)。
Er2=SP2x−PV2 ・・・(4)
The adding unit 7-2 adds the multiplication result A1Er1 of the magnification A1 calculating unit 6-1 to the set value SP2 to calculate the corrected set value SP2x as in the following equation (step S108).
SP2x = SP2 + A1Er1 (3)
The deviation Er2 calculation unit 3-2 calculates the deviation Er2 between the correction set value SP2x and the control amount PV2 by the following equation (step S109).
Er2 = SP2x-PV2 (4)
次に、PID演算部4−2は、偏差Er2を入力として次式の伝達関数式のようなPID制御演算を行って操作量MV2を算出する(ステップS110)。
MV2=(100/Pb2){1+(1/Ti2s)+Td2s}Er2 ・・(5)
式(5)において、Pb2は比例帯、Ti2は積分時間、Td2は微分時間である。なお、PID演算部4−2は、算出した操作量MV2が予め設定された出力下限値OL2より小さい場合、操作量MV2=OL2とし、算出した操作量MV2が予め設定された出力上限値OH2より大きい場合、操作量MV2=OH2とする操作量上下限処理を行う。
Next, the PID calculation unit 4-2 receives the deviation Er2 and performs a PID control calculation like the following transfer function equation to calculate the manipulated variable MV2 (step S110).
MV2 = (100 / Pb2) {1+ (1 / Ti2s) + Td2s} Er2 (5)
In Expression (5), Pb2 is a proportional band, Ti2 is an integration time, and Td2 is a differentiation time. When the calculated operation amount MV2 is smaller than the preset output lower limit value OL2, the PID calculation unit 4-2 sets the operation amount MV2 = OL2 and the calculated operation amount MV2 is greater than the preset output upper limit value OH2. If larger, an operation amount upper / lower limit process is performed with the operation amount MV2 = OH2.
操作量MV2出力部5−2は、PID演算部4−2から出力された操作量MV2を第2の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する(ステップS111)。制御アクチュエータは、操作量MV2に基づいて第2の制御ループの状態量を制御するために動作する。
以上のようなステップS100〜S111の処理が例えばオペレータによって制御の終了が指示されるまで(ステップS112においてYES)、制御サイクル毎に繰り返し実行される。
The manipulated variable MV2 output unit 5-2 outputs the manipulated variable MV2 output from the PID calculating unit 4-2 to a control actuator (not shown) of the second control loop (step S111). The control actuator operates to control the state quantity of the second control loop based on the operation quantity MV2.
The processes in steps S100 to S111 as described above are repeatedly executed for each control cycle until the operator instructs the end of the control (YES in step S112).
本参考例では、定常偏差が発生している特定の第1の制御ループの偏差Er1に倍率A1を乗算して、乗算結果A1Er1を設定値SP2に加算して設定値SP2を補正することにより、補正設定値SP2xに基づく第2の制御ループの操作量MV2のずれが第1の制御ループの定常偏差Er1を削減する方向に影響を与えるので、定常偏差Er1の絶対値を小さくする協調動作を実現することができる。その結果、例えば温度制御でのヒータの劣化あるいは断線などといった不備が制御アクチュエータに発生している場合に、この制御アクチュエータの不備による定常偏差の絶対値を小さくすることができる。 In the present reference example , by multiplying the deviation Er1 of the specific first control loop in which the steady deviation is generated by the magnification A1, and adding the multiplication result A1Er1 to the set value SP2, the set value SP2 is corrected. Since the deviation of the manipulated variable MV2 of the second control loop based on the correction setting value SP2x affects the direction of reducing the steady deviation Er1 of the first control loop, a cooperative operation for reducing the absolute value of the steady deviation Er1 is realized. can do. As a result, when a defect such as deterioration or disconnection of the heater in temperature control occurs in the control actuator, the absolute value of the steady deviation due to the defect in the control actuator can be reduced.
[第2参考例]
次に、本発明の第2参考例について説明する。図5は本発明の第2参考例となる状態量制御装置の構成を示すブロック図、図6は図5の状態量制御装置の動作を示すフローチャートである。本参考例は、双方向に作用する形態の最小限の構成を示しており、第1の制御ループと第2の制御ループの両方に定常偏差が発生することを想定している。
[ Second Reference Example ]
Next, a second reference example of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a state quantity control device as a second reference example of the present invention, and FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the state quantity control device of FIG. This reference example shows a minimum configuration that operates in both directions, and assumes that a steady deviation occurs in both the first control loop and the second control loop.
本参考例の状態量制御装置は、第1の制御ループに関する構成として、設定値SP1入力部11−1と、制御量PV1入力部12−1と、第1の制御ループの設定値SP1を補正した補正設定値SP1xと制御量PV1との偏差Er1を算出する偏差Er1算出部13−1と、PID演算部14−1と、操作量MV1出力部15−1とを備え、第2の制御ループに関する構成として、設定値SP2入力部11−2と、制御量PV2入力部12−2と、第2の制御ループの設定値SP2を補正した補正設定値SP2xと制御量PV2との偏差Er2を算出する偏差Er2算出部13−2と、PID演算部14−2と、操作量MV2出力部15−2とを備える。 The state quantity control device of the present reference example corrects the set value SP1 input unit 11-1, the control quantity PV1 input unit 12-1, and the set value SP1 of the first control loop as the configuration related to the first control loop. The second control loop includes a deviation Er1 calculation unit 13-1, a PID calculation unit 14-1, and an operation amount MV1 output unit 15-1 for calculating a deviation Er1 between the corrected set value SP1x and the control amount PV1. As a configuration relating to this, a deviation Er2 between the set value SP2 input unit 11-2, the control amount PV2 input unit 12-2, the corrected set value SP2x obtained by correcting the set value SP2 of the second control loop, and the control amount PV2 is calculated. The deviation Er2 calculating unit 13-2, the PID calculating unit 14-2, and the operation amount MV2 output unit 15-2 are provided.
さらに、本参考例の状態量制御装置は、マルチループ間の協調動作に関する構成として、偏差Er1に予め設定された倍率A1を乗算する倍率A1演算部16−1と、偏差Er2に予め設定された倍率A2を乗算する倍率A2演算部16−2と、設定値SP1に倍率A2演算部16−2の1制御サイクル前の乗算結果を加算して補正設定値SP1xを算出する加算部17−1と、設定値SP2に倍率A1演算部6−1の乗算結果を加算して補正設定値SP2xを算出する加算部17−2とを備える。 Furthermore, the state quantity control device of the present reference example has a magnification A1 calculation unit 16-1 for multiplying the deviation Er1 by a preset magnification A1 and a deviation Er2 as a configuration related to the cooperative operation between the multi-loops. A magnification A2 calculating unit 16-2 that multiplies the magnification A2, and an adding unit 17-1 that calculates a correction set value SP1x by adding the multiplication result one control cycle before the magnification A2 calculating unit 16-2 to the set value SP1. And an adding unit 17-2 that calculates the corrected set value SP2x by adding the multiplication result of the magnification A1 calculating unit 6-1 to the set value SP2.
図7は本参考例のマルチループの状態量制御系のブロック線図である。図4の場合と同様に、第1の制御ループと第2の制御ループとの間には互いの制御量に影響を与える干渉が存在する。 FIG. 7 is a block diagram of the multi-loop state quantity control system of this reference example . Similar to the case of FIG. 4, there is interference between the first control loop and the second control loop that affects the mutual control amount.
次に、本参考例の状態量制御装置の動作を図6を用いて説明する。第1の制御ループの設定値SP1は、オペレータによって設定され、設定値SP1入力部11−1を介して加算部17−1に入力される(図6ステップS200)。
第1の制御ループの制御量PV1は、図示しない第1の計測手段によって計測され、制御量PV1入力部12−1を介して偏差Er1算出部13−1に入力される(ステップS201)。
Next, the operation of the state quantity control device of this reference example will be described with reference to FIG. The set value SP1 of the first control loop is set by the operator and is input to the adder 17-1 via the set value SP1 input unit 11-1 (step S200 in FIG. 6).
The control amount PV1 of the first control loop is measured by a first measuring unit (not shown) and is input to the deviation Er1 calculation unit 13-1 via the control amount PV1 input unit 12-1 (step S201).
加算部17−1は、設定値SP1に倍率A2演算部16−2の1制御サイクル前の乗算結果A2Er2を加算して次式のように補正設定値SP1xを算出する(ステップS202)。
SP1x=SP1+A2Er2 ・・・(6)
偏差Er1算出部13−1は、補正設定値SP1xと制御量PV1との偏差Er1を次式により算出する(ステップS203)。
Er1=SP1x−PV1 ・・・(7)
The adder 17-1 adds the multiplication result A2Er2 before one control cycle of the magnification A2 calculator 16-2 to the set value SP1 to calculate the corrected set value SP1x as shown in the following equation (step S202).
SP1x = SP1 + A2Er2 (6)
The deviation Er1 calculation unit 13-1 calculates the deviation Er1 between the correction set value SP1x and the control amount PV1 by the following equation (step S203).
Er1 = SP1x-PV1 (7)
次に、PID演算部14−1は、PID演算部4−1と同様に、偏差Er1を入力としてPID制御演算により操作量MV1を算出し、さらに操作量MV1の上下限処理を実行する(ステップS204)。
操作量MV1出力部15−1は、PID演算部14−1から出力された操作量MV1を第1の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する(ステップS205)。
倍率A1演算部16−1は、倍率A1演算部6−1と同様に、偏差Er1に予め設定された倍率A1を乗算して乗算結果A1Er1を出力する(ステップS206)。
Next, similarly to the PID calculation unit 4-1, the PID calculation unit 14-1 calculates the manipulated variable MV1 by the PID control calculation using the deviation Er1 as an input, and further executes the upper and lower limit processing of the manipulated variable MV1 (step). S204).
The manipulated variable MV1 output unit 15-1 outputs the manipulated variable MV1 output from the PID calculating unit 14-1 to a control actuator (not shown) of the first control loop (step S205).
Similar to the magnification A1 calculation unit 6-1, the magnification A1 calculation unit 16-1 multiplies the deviation Er1 by a preset magnification A1 and outputs a multiplication result A1Er1 (step S206).
一方、第2の制御ループの設定値SP2は、オペレータによって設定され、設定値SP2入力部11−2を介して加算部17−2に入力される(ステップS207)。
第2の制御ループの制御量PV2は、図示しない第2の計測手段によって計測され、制御量PV2入力部12−2を介して偏差Er2算出部13−2に入力される(ステップS208)。
On the other hand, the set value SP2 of the second control loop is set by the operator and is input to the adder 17-2 via the set value SP2 input unit 11-2 (step S207).
The control amount PV2 of the second control loop is measured by a second measurement unit (not shown) and is input to the deviation Er2 calculation unit 13-2 via the control amount PV2 input unit 12-2 (step S208).
加算部17−2は、加算部7−2と同様に、設定値SP2に倍率A1演算部16−1の乗算結果A1Er1を加算して補正設定値SP2xを算出する(ステップS209)。
偏差Er2算出部13−2は、偏差Er2算出部3−2と同様に、補正設定値SP2xと制御量PV2との偏差Er2を算出する(ステップS210)。
Similarly to the adding unit 7-2, the adding unit 17-2 adds the multiplication result A1Er1 of the magnification A1 calculating unit 16-1 to the set value SP2 to calculate a corrected set value SP2x (step S209).
The deviation Er2 calculation unit 13-2 calculates the deviation Er2 between the correction set value SP2x and the control amount PV2 in the same manner as the deviation Er2 calculation unit 3-2 (step S210).
次に、PID演算部14−2は、PID演算部4−2と同様に、偏差Er2を入力としてPID制御演算により操作量MV2を算出し、さらに操作量MV2の上下限処理を実行する(ステップS211)。
操作量MV2出力部15−2は、PID演算部14−2から出力された操作量MV2を第2の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する(ステップS212)。
Next, similarly to the PID calculation unit 4-2, the PID calculation unit 14-2 calculates the operation amount MV2 by the PID control calculation with the
The manipulated variable MV2 output unit 15-2 outputs the manipulated variable MV2 output from the PID calculating unit 14-2 to a control actuator (not shown) of the second control loop (step S212).
倍率A2演算部16−2は、偏差Er2に予め設定された倍率A2を乗算して乗算結果A2Er2を出力する(ステップS213)。倍率A2の値としては通常は0<A2<1の範囲の値を用いる。A2=0とすると、本発明を適用しない場合と同じになり、倍率A2の値を1に近付けるほど定常偏差を削減する効果は大きくなる。
以上のようなステップS200〜S213の処理が例えばオペレータによって制御の終了が指示されるまで(ステップS214においてYES)、制御サイクル毎に繰り返し実行される。
The magnification A2 calculating unit 16-2 multiplies the deviation Er2 by a preset magnification A2, and outputs a multiplication result A2Er2 (step S213). A value in the range of 0 <A2 <1 is usually used as the value of the magnification A2. When A2 = 0, it is the same as when the present invention is not applied, and the effect of reducing the steady-state deviation increases as the value of the magnification A2 approaches 1.
The processes in steps S200 to S213 as described above are repeatedly executed for each control cycle until the operator instructs the end of the control (YES in step S214).
本参考例では、偏差Er1に倍率A1を乗算して、乗算結果A1Er1を設定値SP2に加算して設定値SP2を補正すると共に、偏差Er2に倍率A2を乗算して、乗算結果A2Er2を設定値SP1に加算して設定値SP1を補正することにより、補正設定値SP2xに基づく第2の制御ループの操作量MV2のずれが第1の制御ループの定常偏差Er1を削減する方向に影響を与えると共に、補正設定値SP1xに基づく第1の制御ループの操作量MV1のずれが第2の制御ループの定常偏差Er2を削減する方向に影響を与えるので、定常偏差Er1,Er2の絶対値を小さくする協調動作を実現することができる。 In this reference example , the deviation Er1 is multiplied by the magnification A1, the multiplication result A1Er1 is added to the set value SP2 to correct the set value SP2, and the deviation Er2 is multiplied by the magnification A2 to obtain the multiplication result A2Er2 as the set value. By correcting the setting value SP1 by adding to SP1, the deviation of the operation amount MV2 of the second control loop based on the correction setting value SP2x affects the direction of reducing the steady deviation Er1 of the first control loop. Since the deviation of the manipulated variable MV1 of the first control loop based on the correction set value SP1x affects the direction of reducing the steady deviation Er2 of the second control loop, the cooperation for reducing the absolute values of the steady deviations Er1 and Er2 is reduced. Operation can be realized.
[第1の実施の形態]
次に、本発明の第1の実施の形態について説明する。図8は本発明の第1の実施の形態となる状態量制御装置の構成を示すブロック図、図9は図8の状態量制御装置の動作を示すフローチャートである。本実施の形態は、本発明を図1のマルチループの温度制御系に適用したものである。
[ First Embodiment ]
Next, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the state quantity control device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the state quantity control device of FIG. In the present embodiment, the present invention is applied to the multi-loop temperature control system of FIG.
本実施の形態の状態量制御装置は、第1の制御ループに関する構成として、設定値SP1入力部21−1と、制御量PV1入力部22−1と、第1の制御ループの設定値SP1を補正した補正設定値SP1xと制御量PV1との偏差Er1を算出する偏差Er1算出部23−1と、PID演算部24−1と、操作量MV1出力部25−1とを備え、第2の制御ループに関する構成として、設定値SP2入力部21−2と、制御量PV2入力部22−2と、第2の制御ループの設定値SP2を補正した補正設定値SP2xと制御量PV2との偏差Er2を算出する偏差Er2算出部23−2と、PID演算部24−2と、操作量MV2出力部25−2とを備え、第3の制御ループに関する構成として、設定値SP3入力部21−3と、制御量PV3入力部22−3と、第3の制御ループの設定値SP3を補正した補正設定値SP3xと制御量PV3との偏差Er3を算出する偏差Er3算出部23−3と、偏差Er3を入力としてPID制御演算により操作量MV3を算出し、さらに操作量MV3の上下限処理を実行するPID演算部24−3と、操作量MV3出力部25−3とを備える。
The state quantity control device of the present embodiment has a set value SP1 input unit 21-1, a control quantity PV1 input unit 22-1, and a set value SP1 of the first control loop as the configuration related to the first control loop. A deviation Er1 calculation unit 23-1, a PID calculation unit 24-1, and an operation amount MV1 output unit 25-1 for calculating a deviation Er1 between the corrected correction set value SP1x and the control amount PV1 are provided, and the second control. As a configuration relating to the loop, a deviation Er2 between the set value SP2 input unit 21-2, the control amount PV2 input unit 22-2, the correction set value SP2x obtained by correcting the set value SP2 of the second control loop, and the control amount PV2 is set. A deviation Er2 calculation unit 23-2 to be calculated, a PID calculation unit 24-2, and an operation amount MV2 output unit 25-2 are provided. As a configuration related to the third control loop, a set value SP3 input unit 21-3,
さらに、本実施の形態の状態量制御装置は、マルチループ間の協調動作に関する構成として、操作量MV1が上下限値に達している場合は後述する上下限処理された偏差Er1に倍率A1を乗算し、操作量MV1が上下限値に達していない場合は乗算結果を0にする倍率A1演算部26−1と、操作量MV2が上下限値に達している場合は後述する上下限処理された偏差Er2に倍率A2を乗算し、操作量MV2が上下限値に達していない場合は乗算結果を0にする倍率A2演算部26−2と、操作量MV3が上下限値に達している場合は後述する上下限処理された偏差Er3に倍率A3を乗算し、操作量MV3が上下限値に達していない場合は乗算結果を0にする倍率A3演算部26−3と、設定値SP1に倍率A2演算部26−2の1制御サイクル前の乗算結果を加算して補正設定値SP1xを算出する加算部27−1と、設定値SP2に倍率A1演算部26−1の乗算結果を加算し、さらに倍率A3演算部26−3の1制御サイクル前の乗算結果を加算して補正設定値SP2xを算出する加算部27−2と、設定値SP3に倍率A2演算部26−2の乗算結果を加算して補正設定値SP3xを算出する加算部27−3と、偏差Er1を受け取って出力する際に偏差Er1の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差Er1を0にする不感帯処理部28−1と、偏差Er2を受け取って出力する際に偏差Er2の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差Er2を0にする不感帯処理部28−2と、偏差Er3を受け取って出力する際に偏差Er3の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差Er3を0にする不感帯処理部28−3と、不感帯処理部28−1から出力された偏差Er1の上下限処理を実行する上下限処理部29−1と、不感帯処理部28−2から出力された偏差Er2の上下限処理を実行する上下限処理部29−2と、不感帯処理部28−3から出力された偏差Er3の上下限処理を実行する上下限処理部29−3と、操作量MV1が上下限値に達しているか否かを判定し、その判定結果を倍率A1演算部26−1に通知する操作量MV1飽和判定部30−1と、操作量MV2が上下限値に達しているか否かを判定し、その判定結果を倍率A2演算部26−2に通知する操作量MV2飽和判定部30−2と、操作量MV3が上下限値に達しているか否かを判定し、その判定結果を倍率A3演算部26−3に通知する操作量MV3飽和判定部30−3とを備える。 Further, the state quantity control device according to the present embodiment has a configuration related to the cooperative operation between the multi-loops. When the manipulated variable MV1 has reached the upper and lower limit values, the upper limit / lower limit processed deviation Er1 described later is multiplied by the magnification A1. When the manipulated variable MV1 does not reach the upper / lower limit value, the magnification A1 calculating unit 26-1 sets the multiplication result to 0. When the manipulated variable MV2 reaches the upper / lower limit value, the upper / lower limit process described later is performed. When the deviation Er2 is multiplied by the magnification A2 and the manipulated variable MV2 has not reached the upper / lower limit value, the magnification A2 calculating unit 26-2 that makes the multiplication result 0, and when the manipulated variable MV3 has reached the upper / lower limit value A deviation Er3, which will be described later, is multiplied by a magnification A3. If the manipulated variable MV3 does not reach the upper / lower limit value, a multiplication A3 calculating unit 26-3 that sets the multiplication result to 0, and a setting value SP1 with a magnification A2 One system of calculation unit 26-2 An addition unit 27-1 that calculates the corrected set value SP1x by adding the multiplication results before the cycle, adds the multiplication result of the magnification A1 calculation unit 26-1 to the set value SP2, and further adds the multiplication result of the magnification A3 calculation unit 26-3. An addition unit 27-2 that calculates the correction set value SP2x by adding the multiplication results of one control cycle before, and calculates the correction set value SP3x by adding the multiplication result of the magnification A2 calculation unit 26-2 to the set value SP3. When the absolute value of the deviation Er1 is smaller than a specific value when the deviation Er1 is received and output, the adder 27-3, the dead zone processing unit 28-1 that sets the deviation Er1 to 0, and the deviation Er2 are received and output. When the absolute value of the deviation Er2 is smaller than the specific value, the dead zone processing unit 28-2 that sets the deviation Er2 to 0, and when the deviation Er3 is received and output, the absolute value of the deviation Er3 is smaller than the specific value. From the dead zone processing unit 28-3 that sets the deviation Er3 to 0, the upper and lower limit processing unit 29-1 that executes the upper and lower limit processing of the deviation Er1 output from the dead zone processing unit 28-1, and the dead zone processing unit 28-2. Upper / lower limit processing unit 29-2 for executing upper / lower limit processing of output deviation Er2, upper / lower limit processing unit 29-3 for executing upper / lower limit processing of deviation Er3 output from dead zone processing unit 28-3, and operation The operation amount MV1 saturation determination unit 30-1 that determines whether or not the amount MV1 has reached the upper and lower limit values and notifies the magnification A1 calculation unit 26-1 of the determination result, and the operation amount MV2 has reached the upper and lower limit values. An operation amount MV2 saturation determination unit 30-2 for notifying the magnification A2 calculation unit 26-2 of the determination result, and determining whether the operation amount MV3 has reached the upper and lower limit values. The determination result is passed to the magnification A3 calculation unit 26-3. And an operation amount MV3 saturation determination unit 30-3 to be known.
図10は本実施の形態のマルチループの状態量制御系のブロック線図である。第1の制御ループと第2の制御ループとの間には互いの制御量に影響を与える干渉が存在し、また第2の制御ループと第3の制御ループとの間にも干渉が存在する。 FIG. 10 is a block diagram of the multi-loop state quantity control system of the present embodiment. There is interference between the first control loop and the second control loop that affects the mutual control amount, and there is also interference between the second control loop and the third control loop. .
次に、本実施の形態の状態量制御装置の動作を図9を用いて説明する。第1の制御ループの設定値SP1は、オペレータによって設定され、設定値SP1入力部21−1を介して加算部27−1に入力される(図9ステップS300)。
第1の制御ループの制御量PV1は、図示しない第1の計測手段によって計測され、制御量PV1入力部22−1を介して偏差Er1算出部23−1に入力される(ステップS301)。
Next, the operation of the state quantity control device of the present embodiment will be described with reference to FIG. The set value SP1 of the first control loop is set by the operator and is input to the adder 27-1 via the set value SP1 input unit 21-1 (step S300 in FIG. 9).
The control amount PV1 of the first control loop is measured by a first measurement unit (not shown) and is input to the deviation Er1 calculation unit 23-1 via the control amount PV1 input unit 22-1 (step S301).
加算部27−1は、加算部17−1と同様に、設定値SP1に倍率A2演算部26−2の1制御サイクル前の乗算結果A2Er2を加算して補正設定値SP1xを算出する(ステップS302)。
偏差Er1算出部23−1は、偏差Er1算出部13−1と同様に、補正設定値SP1xと制御量PV1との偏差Er1を算出する(ステップS303)。
Similar to the adding unit 17-1, the adding unit 27-1 adds the multiplication result A2Er2 before one control cycle of the magnification A2 calculating unit 26-2 to the set value SP1 to calculate the corrected set value SP1x (step S302). ).
The deviation Er1 calculation unit 23-1 calculates the deviation Er1 between the correction set value SP1x and the control amount PV1 in the same manner as the deviation Er1 calculation unit 13-1 (step S303).
次に、PID演算部24−1は、PID演算部4−1と同様に、偏差Er1算出部23−1で算出された偏差Er1を入力としてPID制御演算により操作量MV1を算出し、さらに操作量MV1の上下限処理を実行する(ステップS304)。
操作量MV1出力部25−1は、PID演算部24−1から出力された操作量MV1を第1の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する(ステップS305)。
Next, similarly to the PID calculation unit 4-1, the PID calculation unit 24-1 calculates the operation amount MV1 by the PID control calculation with the deviation Er1 calculated by the deviation Er1 calculation unit 23-1 as an input, and further performs the operation. The upper and lower limit processing of the amount MV1 is executed (step S304).
The manipulated variable MV1 output unit 25-1 outputs the manipulated variable MV1 output from the PID calculating unit 24-1 to a control actuator (not shown) of the first control loop (step S305).
不感帯処理部28−1は、偏差Er1算出部23−1で算出された偏差Er1の絶対値が特定の値(不感帯R1)より小さい場合に、上下限処理部29−1に出力する偏差Er1を0にする(ステップS306)。不感帯処理部28−1は、具体的には以下の式を実行する。
IF|Er1|<R1 THEN Er1=0
ELSEIF Er1>0 THEN Er1←Er1−R1
ELSEIF Er1<0 THEN Er1←Er1+R1 ・・・(8)
When the absolute value of the deviation Er1 calculated by the deviation Er1 calculating unit 23-1 is smaller than a specific value (dead zone R1), the dead zone processing unit 28-1 outputs the deviation Er1 output to the upper / lower limit processing unit 29-1. Set to 0 (step S306). Specifically, the dead zone processing unit 28-1 executes the following expression.
IF | Er1 | <R1 THEN Er1 = 0
ELSEIF Er1> 0 THEN Er1 ← Er1-R1
ELSEIF Er1 <0 THEN Er1 ← Er1 + R1 (8)
なお、式(8)によると、|Er1|≧R1かつEr1>0の場合、偏差Er1から不感帯R1を減算し、一方|Er1|≧R1かつEr1<0の場合、偏差Er1に不感帯R1を加算することになっている(式(8)の2つのELSEIF文以下の処理)。その理由は、このような処理を行わない場合、|Er1|<R1の条件を満たす場合と満たさない場合で不感帯処理後の偏差Er1が不連続になるからである。そこで、|Er1|<R1の条件を満たさない場合も偏差Er1の絶対値が不感帯R1の分だけ小さくなるようにすることで、不感帯処理後の偏差Er1に連続性を持たせている。 According to Equation (8), when | Er1 | ≧ R1 and Er1> 0, the dead zone R1 is subtracted from the deviation Er1, while when | Er1 | ≧ R1 and Er1 <0, the dead zone R1 is added to the deviation Er1. (Processing following two ELSEIF statements in equation (8)). The reason is that when such processing is not performed, the deviation Er1 after the dead zone processing becomes discontinuous depending on whether or not the condition | Er1 | <R1 is satisfied. Therefore, even when the condition of | Er1 | <R1 is not satisfied, the deviation Er1 after the dead zone process is made continuous by making the absolute value of the deviation Er1 smaller by the dead zone R1.
上下限処理部29−1は、不感帯処理部28−1から出力された偏差Er1が予め設定された上限値H1より大きい場合、Er1=H1とし、不感帯処理部28−1から出力された偏差Er1が予め設定された下限値L1より小さい場合、Er1=L1とする偏差上下限処理を実行する(ステップS307)。すなわち、上下限処理部29−1は以下の式を実行する。
IF Er1>H1 THEN Er1=H1 ・・・(9)
IF Er1<L1 THEN Er1=L1 ・・・(10)
The upper / lower limit processing unit 29-1 sets Er1 = H1 when the deviation Er1 output from the dead zone processing unit 28-1 is larger than the preset upper limit value H1, and sets the deviation Er1 output from the dead zone processing unit 28-1. Is smaller than the preset lower limit value L1, deviation upper and lower limit processing is executed with Er1 = L1 (step S307). That is, the upper / lower limit processing unit 29-1 executes the following expression.
IF Er1> H1 THEN Er1 = H1 (9)
IF Er1 <L1 THEN Er1 = L1 (10)
操作量MV1飽和判定部30−1は、操作量MV1が上限値OH1又は下限値OL1に達しているか否かを判定して、判定結果を倍率A1演算部26−1に送る(ステップS308)。
倍率A1演算部26−1は、操作量MV1が上限値OH1又は下限値OL1に達していると判定された場合は、上下限処理部29−1から出力された偏差Er1に予め設定された倍率A1を乗算して乗算結果A1Er1を出力し、操作量MV1が上限値OH1と下限値OL1のいずれにも達していないと判定された場合は、乗算結果A1Er1を0にして出力する(ステップS309)。倍率A1の値としては通常は0<A1<1の範囲の値を用いる。なお、乗算結果A1Er1を0にする処理は、A1=0に相当する処理であることは言うまでもない。
The operation amount MV1 saturation determination unit 30-1 determines whether or not the operation amount MV1 has reached the upper limit value OH1 or the lower limit value OL1, and sends the determination result to the magnification A1 calculation unit 26-1 (step S308).
When it is determined that the manipulated variable MV1 has reached the upper limit value OH1 or the lower limit value OL1, the magnification A1 calculating unit 26-1 is set to the magnification Er1 output in advance from the upper / lower limit processing unit 29-1. Multiplying A1, the multiplication result A1Er1 is output, and when it is determined that the manipulated variable MV1 has not reached either the upper limit value OH1 or the lower limit value OL1, the multiplication result A1Er1 is set to 0 (step S309). . A value in the range of 0 <A1 <1 is usually used as the value of the magnification A1. Needless to say, the process of setting the multiplication result A1Er1 to 0 is a process corresponding to A1 = 0.
一方、第2の制御ループの設定値SP2は、オペレータによって設定され、設定値SP2入力部21−2を介して加算部27−2に入力される(ステップS310)。
第2の制御ループの制御量PV2は、図示しない第2の計測手段によって計測され、制御量PV2入力部22−2を介して偏差Er2算出部23−2に入力される(ステップS311)。
On the other hand, the set value SP2 of the second control loop is set by the operator and is input to the adder 27-2 via the set value SP2 input unit 21-2 (step S310).
The control amount PV2 of the second control loop is measured by a second measurement unit (not shown) and is input to the deviation Er2 calculation unit 23-2 via the control amount PV2 input unit 22-2 (step S311).
加算部27−2は、設定値SP2に倍率A1演算部26−1の乗算結果A1Er1を加算し、さらに倍率A3演算部26−3の1制御サイクル前の乗算結果A3Er3を加算して次式のように補正設定値SP2xを算出する(ステップS312)。
SP2x=SP2+A1Er1+A3Er3 ・・・(11)
偏差Er2算出部23−2は、偏差Er2算出部3−2と同様に、補正設定値SP2xと制御量PV2との偏差Er2を算出する(ステップS313)。
The adding unit 27-2 adds the multiplication result A1Er1 of the magnification A1 calculating unit 26-1 to the set value SP2, and further adds the multiplication result A3Er3 of one magnification before the control cycle of the magnification A3 calculating unit 26-3. Thus, the correction set value SP2x is calculated (step S312).
SP2x = SP2 + A1Er1 + A3Er3 (11)
The deviation Er2 calculation unit 23-2 calculates the deviation Er2 between the correction set value SP2x and the control amount PV2 in the same manner as the deviation Er2 calculation unit 3-2 (step S313).
次に、PID演算部24−2は、PID演算部4−2と同様に、偏差Er2算出部23−2で算出された偏差Er2を入力としてPID制御演算により操作量MV2を算出し、さらに操作量MV2の上下限処理を実行する(ステップS314)。
操作量MV2出力部25−2は、PID演算部24−2から出力された操作量MV2を第2の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する(ステップS315)。
Next, similarly to the PID calculation unit 4-2, the PID calculation unit 24-2 calculates the operation amount MV2 by the PID control calculation using the deviation Er2 calculated by the deviation Er2 calculation unit 23-2 as an input, and further performs an operation. The upper and lower limit processing of the amount MV2 is executed (step S314).
The manipulated variable MV2 output unit 25-2 outputs the manipulated variable MV2 output from the PID calculating unit 24-2 to a control actuator (not shown) of the second control loop (step S315).
不感帯処理部28−2は、偏差Er2算出部23−2で算出された偏差Er2の絶対値が特定の値(不感帯R2)より小さい場合に、上下限処理部29−2に出力する偏差Er2を0にする(ステップS316)。不感帯処理部28−2は、具体的には以下の式を実行する。
IF |Er2|<R2 THEN Er2=0
ELSEIF Er2>0 THEN Er2←Er2−R2
ELSEIF Er2<0 THEN Er2←Er2+R2 ・・・(12)
When the absolute value of the deviation Er2 calculated by the deviation Er2 calculation unit 23-2 is smaller than a specific value (dead zone R2), the dead zone processing unit 28-2 outputs the deviation Er2 output to the upper / lower limit processing unit 29-2. Set to 0 (step S316). Specifically, the dead zone processing unit 28-2 executes the following expression.
IF | Er2 | <R2 THEN Er2 = 0
ELSEIF Er2> 0 THEN Er2 ← Er2-R2
ELSEIF Er2 <0 THEN Er2 ← Er2 + R2 (12)
上下限処理部29−2は、不感帯処理部28−2から出力された偏差Er2が予め設定された上限値H2より大きい場合、Er2=H2とし、不感帯処理部28−2から出力された偏差Er2が予め設定された下限値L2より小さい場合、Er2=L2とする偏差上下限処理を実行する(ステップS317)。すなわち、上下限処理部29−2は以下の式を実行する。
IF Er2>H2 THEN Er2=H2 ・・・(13)
IF Er2<L2 THEN Er2=L2 ・・・(14)
The upper / lower limit processing unit 29-2 sets Er2 = H2 when the deviation Er2 output from the dead zone processing unit 28-2 is larger than a preset upper limit value H2, and sets the deviation Er2 output from the dead zone processing unit 28-2. Is smaller than the preset lower limit value L2, deviation upper and lower limit processing is executed to set Er2 = L2 (step S317). That is, the upper / lower limit processing unit 29-2 executes the following expression.
IF Er2> H2 THEN Er2 = H2 (13)
IF Er2 <L2 THEN Er2 = L2 (14)
操作量MV2飽和判定部30−2は、操作量MV2が上限値OH2又は下限値OL2に達しているか否かを判定して、判定結果を倍率A2演算部26−2に送る(ステップS318)。
倍率A2演算部26−2は、操作量MV2が上限値OH2又は下限値OL2に達していると判定された場合は、上下限処理部29−2から出力された偏差Er2に予め設定された倍率A2を乗算して乗算結果A2Er2を出力し、操作量MV2が上限値OH2と下限値OL2のいずれにも達していないと判定された場合は、乗算結果A2Er2を0にして出力する(ステップS319)。倍率A2の値としては通常は0<A2<1の範囲の値を用いる。なお、乗算結果A2Er2を0にする処理は、A2=0に相当する処理であることは言うまでもない。
The operation amount MV2 saturation determination unit 30-2 determines whether or not the operation amount MV2 has reached the upper limit value OH2 or the lower limit value OL2, and sends the determination result to the magnification A2 calculation unit 26-2 (step S318).
When it is determined that the manipulated variable MV2 has reached the upper limit value OH2 or the lower limit value OL2, the magnification A2 calculation unit 26-2 has a magnification set in advance to the deviation Er2 output from the upper / lower limit processing unit 29-2. Multiply A2 and output the multiplication result A2Er2. If it is determined that the manipulated variable MV2 has not reached either the upper limit value OH2 or the lower limit value OL2, the multiplication result A2Er2 is set to 0 (step S319). . A value in the range of 0 <A2 <1 is usually used as the value of the magnification A2. Needless to say, the process of setting the multiplication result A2Er2 to 0 is a process corresponding to A2 = 0.
一方、第3の制御ループの状態量の要求値である設定値SP3は、オペレータによって設定され、設定値SP3入力部21−3を介して加算部27−3に入力される(ステップS320)。
第3の制御ループの状態量の計測値である制御量PV3は、図示しない第3の計測手段によって計測され、制御量PV3入力部22−3を介して偏差Er3算出部23−3に入力される(ステップS321)。
On the other hand, the set value SP3, which is the required value of the state quantity of the third control loop, is set by the operator and input to the adder 27-3 via the set value SP3 input unit 21-3 (step S320).
The control amount PV3, which is a measurement value of the state amount of the third control loop, is measured by a third measuring unit (not shown) and is input to the deviation Er3 calculation unit 23-3 via the control amount PV3 input unit 22-3. (Step S321).
加算部27−3は、設定値SP3に倍率A2演算部26−2の乗算結果A2Er2を加算して次式のように補正設定値SP3xを算出する(ステップS322)。
SP3x=SP3+A2Er2 ・・・(15)
偏差Er3算出部23−3は、補正設定値SP3xと制御量PV3との偏差Er3を次式により算出する(ステップS323)。
Er3=SP3x−PV3 ・・・(16)
The adder 27-3 adds the multiplication result A2Er2 of the magnification A2 calculator 26-2 to the set value SP3 to calculate the corrected set value SP3x as shown in the following equation (step S322).
SP3x = SP3 + A2Er2 (15)
The deviation Er3 calculation unit 23-3 calculates the deviation Er3 between the correction set value SP3x and the control amount PV3 by the following equation (step S323).
Er3 = SP3x-PV3 (16)
次に、PID演算部24−3は、偏差Er3算出部23−3で算出された偏差Er3を入力として次式の伝達関数式のようなPID制御演算を行って操作量MV3を算出する(ステップS324)。
MV3=(100/Pb3){1+(1/Ti3s)+Td3s}Er3
・・・(17)
式(17)において、Pb3は比例帯、Ti3は積分時間、Td3は微分時間である。なお、PID演算部24−3は、算出した操作量MV3が予め設定された出力下限値OL3より小さい場合、操作量MV3=OL3とし、算出した操作量MV3が予め設定された出力上限値OH3より大きい場合、操作量MV3=OH3とする操作量上下限処理を行う。
Next, the PID calculation unit 24-3 calculates the manipulated variable MV3 by performing a PID control calculation like the following transfer function equation using the deviation Er3 calculated by the deviation Er3 calculation unit 23-3 as an input (step S3). S324).
MV3 = (100 / Pb3) {1+ (1 / Ti3s) + Td3s} Er3
... (17)
In Expression (17), Pb3 is a proportional band, Ti3 is an integration time, and Td3 is a differentiation time. Note that, when the calculated operation amount MV3 is smaller than the preset output lower limit value OL3, the PID calculation unit 24-3 sets the operation amount MV3 = OL3, and the calculated operation amount MV3 is greater than the preset output upper limit value OH3. If larger, an operation amount upper / lower limit process is performed with the operation amount MV3 = OH3.
操作量MV3出力部25−3は、PID演算部24−3から出力された操作量MV3を第3の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する(ステップS325)。制御アクチュエータは、操作量MV3に基づいて第3の制御ループの状態量を制御するために動作する。 The manipulated variable MV3 output unit 25-3 outputs the manipulated variable MV3 output from the PID calculating unit 24-3 to a control actuator (not shown) of the third control loop (step S325). The control actuator operates to control the state quantity of the third control loop based on the operation quantity MV3.
不感帯処理部28−3は、偏差Er3算出部23−3で算出された偏差Er3の絶対値が特定の値(不感帯R3)より小さい場合に、上下限処理部29−3に出力する偏差Er3を0にする(ステップS326)。不感帯処理部28−3は、具体的には以下の式を実行する。
IF |Er3|<R3 THEN Er3=0
ELSEIF Er3>0 THEN Er3←Er3−R3
ELSEIF Er3<0 THEN Er3←Er3+R3 ・・・(18)
When the absolute value of the deviation Er3 calculated by the deviation Er3 calculation unit 23-3 is smaller than a specific value (dead zone R3), the dead zone processing unit 28-3 outputs the deviation Er3 output to the upper / lower limit processing unit 29-3. It is set to 0 (step S326). Specifically, the dead zone processing unit 28-3 executes the following expression.
IF | Er3 | <R3 THEN Er3 = 0
ELSEIF Er3> 0 THEN Er3 ← Er3-R3
ELSEIF Er3 <0 THEN Er3 ← Er3 + R3 (18)
上下限処理部29−3は、不感帯処理部28−3から出力された偏差Er3が予め設定された上限値H3より大きい場合、Er3=H3とし、不感帯処理部28−3から出力された偏差Er3が予め設定された下限値L3より小さい場合、Er3=L3とする偏差上下限処理を実行する(ステップS327)。すなわち、上下限処理部29−3は以下の式を実行する。
IF Er3>H3 THEN Er3=H3 ・・・(19)
IF Er3<L3 THEN Er3=L3 ・・・(20)
The upper / lower limit processing unit 29-3 sets Er3 = H3 when the deviation Er3 output from the dead zone processing unit 28-3 is larger than a preset upper limit value H3, and the deviation Er3 output from the dead zone processing unit 28-3. Is smaller than the preset lower limit value L3, deviation upper / lower limit processing is performed to set Er3 = L3 (step S327). That is, the upper / lower limit processing unit 29-3 executes the following expression.
IF Er3> H3 THEN Er3 = H3 (19)
IF Er3 <L3 THEN Er3 = L3 (20)
操作量MV3飽和判定部30−3は、操作量MV3が上限値OH3又は下限値OL3に達しているか否かを判定して、判定結果を倍率A3演算部26−3に送る(ステップS328)。
倍率A3演算部26−3は、操作量MV3が上限値OH3又は下限値OL3に達していると判定された場合は、上下限処理部29−3から出力された偏差Er3に予め設定された倍率A3を乗算して乗算結果A3Er3を出力し、操作量MV3が上限値OH3と下限値OL3のいずれにも達していないと判定された場合は、乗算結果A3Er3を0にして出力する(ステップS329)。倍率A3の値としては通常は0<A3<1の範囲の値を用いる。なお、乗算結果A3Er3を0にする処理は、A3=0に相当する処理であることは言うまでもない。
The operation amount MV3 saturation determination unit 30-3 determines whether or not the operation amount MV3 has reached the upper limit value OH3 or the lower limit value OL3, and sends the determination result to the magnification A3 calculation unit 26-3 (step S328).
When it is determined that the manipulated variable MV3 has reached the upper limit value OH3 or the lower limit value OL3, the magnification A3 calculating unit 26-3 sets the magnification set in advance to the deviation Er3 output from the upper / lower limit processing unit 29-3. Multiply A3 and output the multiplication result A3Er3. If it is determined that the manipulated variable MV3 has not reached either the upper limit value OH3 or the lower limit value OL3, the multiplication result A3Er3 is set to 0 (step S329). . As the value of the magnification A3, a value in the range of 0 <A3 <1 is usually used. Needless to say, the process of setting the multiplication result A3Er3 to 0 is a process corresponding to A3 = 0.
以上のようなステップS300〜S329の処理が例えばオペレータによって制御の終了が指示されるまで(ステップS330においてYES)、制御サイクル毎に繰り返し実行される。 The processes in steps S300 to S329 as described above are repeatedly executed for each control cycle until the operator instructs the end of the control (YES in step S330).
本実施の形態では、偏差Er1,Er2,Er3にそれぞれ倍率A1,A2,A3を乗算して、乗算結果A2Er2をそれぞれ設定値SP1,SP3に加算して設定値SP1,SP3を補正すると共に、乗算結果A1Er1とA3Er3を設定値SP2に加算して設定値SP2を補正することにより、補正設定値SP2xに基づく第2の制御ループの操作量MV2のずれが第1、第3の制御ループの定常偏差Er1,Er3を削減する方向に影響を与えると共に、補正設定値SP1x,SP3xに基づく第1、第3の制御ループの操作量MV1,MV3のずれが第2の制御ループの定常偏差Er2を削減する方向に影響を与えるので、定常偏差Er1,Er2,Er3の絶対値を小さくする協調動作を実現することができる。 In the present embodiment, the deviations Er1, Er2, and Er3 are multiplied by the magnifications A1, A2, and A3, respectively, and the multiplication results A2Er2 are added to the set values SP1 and SP3 to correct the set values SP1 and SP3. By correcting the setting value SP2 by adding the results A1Er1 and A3Er3 to the setting value SP2, the deviation of the operation amount MV2 of the second control loop based on the correction setting value SP2x is a steady deviation of the first and third control loops. This affects the direction in which Er1 and Er3 are reduced, and the deviation of the operation amounts MV1 and MV3 of the first and third control loops based on the correction setting values SP1x and SP3x reduces the steady-state deviation Er2 of the second control loop. Since the direction is affected, it is possible to realize a cooperative operation for reducing the absolute values of the steady-state errors Er1, Er2, Er3.
また、本実施の形態では、操作量飽和判定部30−1〜30−3の判定結果に応じて倍率演算部26−1〜26−3が、操作量MV1,MV2,MV3が上下限値に達している場合は偏差Er1,Er2,Er3に倍率A1,A2,A3を乗算し(マルチループ間の協調動作オン)、操作量MV1,MV2,MV3が上下限値に達していない場合は乗算結果を0にするので(協調動作オフ)、操作量MV1,MV2,MV3の状態に応じて制御装置の動作を適切に切り換えることができる。また、本実施の形態では、不感帯処理部28−1〜28−3を設けることにより、定常偏差が微小な場合は、この定常偏差を無視してマルチループ間の協調動作をオフにすることができる。また、本実施の形態では、上下限処理部29−1〜29−3を設けることにより、定常偏差が極端に大きい場合に補正設定値SPxが本来の設定値SPから大きく乖離し過ぎないようにすることができる。こうして、本実施の形態では、実用上好適な付加機能を実現することができる。 In the present embodiment, the magnification calculators 26-1 to 26-3 set the operation amounts MV1, MV2, and MV3 to the upper and lower limit values according to the determination results of the operation amount saturation determination units 30-1 to 30-3. If it has reached, the deviations Er1, Er2, Er3 are multiplied by the magnifications A1, A2, A3 (cooperation between multi-loops is on), and if the manipulated variables MV1, MV2, MV3 have not reached the upper and lower limit values, the multiplication result Since 0 is set to 0 (cooperative operation off), the operation of the control device can be appropriately switched according to the state of the operation amounts MV1, MV2, and MV3. Further, in the present embodiment, by providing the dead zone processing units 28-1 to 28-3, when the steady deviation is very small, the steady deviation can be ignored and the cooperative operation between the multi-loops can be turned off. it can. In the present embodiment, the upper and lower limit processing units 29-1 to 29-3 are provided so that the correction set value SPx does not deviate significantly from the original set value SP when the steady-state deviation is extremely large. can do. In this way, in this embodiment, a practically suitable additional function can be realized.
なお、第2参考例および第1の実施の形態では、一部の加算部で他の制御ループの倍率演算部の1制御サイクル前の乗算結果を使用しているが、補正設定値を算出する際に他の制御ループの倍率演算部の乗算結果が同一の制御サイクルで既に演算されている場合はその乗算結果を使用すればよく、乗算結果が未だ演算されていない場合は1制御サイクル前の乗算結果を使用すればよい。 In the second reference example and the first embodiment , the multiplication result of one control cycle before the magnification calculation unit of another control loop is used in some addition units, but the correction set value is calculated. When the multiplication result of the magnification calculation unit of another control loop has already been calculated in the same control cycle, the multiplication result may be used. If the multiplication result has not been calculated yet, one multiplication cycle before The multiplication result may be used.
[第2の実施の形態]
第1〜第2参考例および第1の実施の形態では、PID演算に使用される段階での偏差Er=SPx−PVを処理して隣接する制御ループの設定値SPを補正しているが、市販の温調計などにおいては、図11の破線で示すように偏差算出部23−1,23−2,23−3とPID演算部24−1,24−2,24−3が温調計の内部にあるため、偏差Er1,Er2,Er3を温調計の外部に取り出すことは困難である。この場合、別途偏差Er1,Er2,Er3を算出しなければならないが、本発明の効果を得るためには、簡易的に偏差Er’=SP−PVで代用しても問題ない。
[ Second Embodiment ]
In the first to second reference examples and the first embodiment , the deviation Er = SPx−PV at the stage used for the PID calculation is processed to correct the set value SP of the adjacent control loop. In a commercially available temperature controller or the like, as shown by a broken line in FIG. 11, the deviation calculating units 23-1, 23-2, 23-3 and the PID calculating units 24-1, 24-2, 24-3 are temperature controllers. Therefore, it is difficult to extract the deviations Er1, Er2, Er3 to the outside of the temperature controller. In this case, the deviations Er1, Er2, and Er3 must be calculated separately, but in order to obtain the effects of the present invention, there is no problem even if the deviation Er ′ = SP−PV is simply substituted.
図11は、偏差Er1,Er2,Er3の代わりに偏差Er1’,Er2’,Er3’を使用するようにした状態量制御系のブロック線図であり、設定値SP1と制御量PV1との偏差Er1’=SP1−PV1を偏差算出部31−1で算出して、偏差Er1の代わりに偏差Er1’を不感帯処理部28−1に入力し、設定値SP2と制御量PV2との偏差Er2’=SP2−PV2を偏差算出部31−2で算出して、偏差Er2の代わりに偏差Er2’を不感帯処理部28−2に入力し、設定値SP3と制御量PV3との偏差Er3’=SP3−PV3を偏差算出部31−3で算出して、偏差Er3の代わりに偏差Er3’を不感帯処理部28−3に入力している。この偏差Er1,Er2,Er3の代わりに偏差Er1’,Er2’,Er3’を使用して設定値SP1,SP2,SP3を補正する点を除けば、状態量制御装置としての構成は第1の実施の形態と同じである。なお、第1〜第2参考例および第1〜第2の実施の形態で説明した状態量制御装置は、演算装置、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。 FIG. 11 is a block diagram of a state quantity control system in which deviations Er1 ′, Er2 ′, and Er3 ′ are used instead of deviations Er1, Er2, and Er3. Deviation Er1 between set value SP1 and control quantity PV1 '= SP1-PV1 is calculated by the deviation calculating unit 31-1, and the deviation Er1' is input to the dead zone processing unit 28-1 instead of the deviation Er1, and the deviation Er2 'between the set value SP2 and the control amount PV2' = SP2 -PV2 is calculated by the deviation calculating unit 31-2, and the deviation Er2 'is input to the dead zone processing unit 28-2 instead of the deviation Er2, and the deviation Er3' = SP3-PV3 between the set value SP3 and the control amount PV3 is The deviation calculation unit 31-3 calculates the deviation Er3 ′ instead of the deviation Er3, and inputs the deviation Er3 ′ to the dead zone processing unit 28-3. The configuration as the state quantity control device is the first embodiment except that the deviations Er1 ′, Er2 ′, Er3 ′ are used instead of the deviations Er1, Er2, Er3 to correct the set values SP1, SP2, SP3. It is the same as the form . The state quantity control device described in the first to second reference examples and the first to second embodiments is based on a computer having an arithmetic device, a storage device, and an interface, and a program for controlling these hardware resources. Can be realized.
本発明は、マルチループの状態量制御に適用することができる。 The present invention can be applied to multi-loop state quantity control.
3−1,3−2,13−1,13−2,23−1,23−2,23−3…偏差算出部、4−1,4−2,14−1,14−2,24−1,24−2,24−3…PID演算部、6−1,16−1,16−2,26−1,26−2,26−3…倍率演算部、7−2,17−1,17−2,27−1,27−2,27−3…加算部、28−1,28−2,28−3…不感帯処理部、29−1,29−2,29−3…上下限処理部、30−1,30−2,30−3…操作量飽和判定部。 3-1, 3-2, 13-1, 13-2, 23-1, 23-2, 23-3 ... Deviation calculation unit, 4-1, 4-2, 14-1, 14-2, 24- 1, 24-2, 24-3 ... PID operation unit, 6-1, 16-1, 16-2, 26-1, 26-2, 26-3 ... magnification operation unit, 7-2, 17-1, 17-2, 27-1, 27-2, 27-3 ... addition unit, 28-1, 28-2, 28-3 ... dead zone processing unit, 29-1, 29-2, 29-3 ... upper / lower limit processing Unit, 30-1, 30-2, 30-3, operation amount saturation determination unit.
Claims (6)
特定の制御ループについて設定値と制御量との偏差を算出する第1の偏差算出部と、
前記特定の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記特定の制御ループの制御対象に出力する第1の制御演算部と、
前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定部と、
前記操作量が上下限値に達していると判定された場合は、前記特定の制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された場合は、前記乗算結果を0にする倍率演算部と、
前記特定の制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループに設けられ、対応する制御ループの設定値に前記倍率演算部の乗算結果を加算して補正設定値を算出する加算部と、
前記他の制御ループについて前記補正設定値と制御量との偏差を算出する第2の偏差算出部と、
前記他の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記他の制御ループの制御対象に出力する第2の制御演算部とを備えることを特徴とする制御装置。 In a control device of a multi-loop control system provided with a plurality of control loops that respectively control a plurality of controlled objects that have a relationship of interfering with each other's control amount,
A first deviation calculating unit for calculating a deviation between the set value and the controlled variable for a specific control loop;
A first control calculation unit that calculates an operation amount using a deviation of the specific control loop as an input and outputs the operation amount to a control target of the specific control loop;
An operation amount saturation determination unit for determining whether or not the operation amount has reached an upper and lower limit;
When it is determined that the manipulated variable has reached the upper / lower limit value, the deviation of the specific control loop is multiplied by a preset magnification to output a multiplication result, and the manipulated variable reaches the upper / lower limit value. If it is determined that the multiplication result is not, a multiplication unit that sets the multiplication result to 0;
An adder that is provided in another control loop in which the interference exists with the specific control loop, and that adds a multiplication result of the magnification calculator to a setting value of the corresponding control loop to calculate a correction setting value; ,
A second deviation calculating unit for calculating a deviation between the correction set value and the control amount for the other control loop;
A control device comprising: a second control calculation unit that calculates an operation amount using a deviation of the other control loop as an input and outputs the operation amount to a control target of the other control loop .
制御ループ毎に設定値を補正した補正設定値と制御量との偏差を算出する偏差算出部と、
制御ループ毎に前記偏差を入力として操作量を算出して対応する制御ループの制御対象に出力する制御演算部と、
制御ループ毎に前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定部と、
前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を0にする倍率演算部と、
制御ループ毎の設定値に、この制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループについての前記倍率演算部の乗算結果を加算して前記補正設定値を算出する加算部とを備えることを特徴とする制御装置。 In a control device of a multi-loop control system provided with a plurality of control loops that respectively control a plurality of controlled objects that have a relationship of interfering with each other's control amount,
A deviation calculating unit for calculating a deviation between the correction set value obtained by correcting the set value for each control loop and the control amount;
A control operation unit that calculates an operation amount using the deviation as an input for each control loop and outputs it to a control target of a corresponding control loop; and
An operation amount saturation determination unit that determines whether or not the operation amount has reached an upper and lower limit value for each control loop;
For a control loop in which it is determined that the manipulated variable has reached the upper / lower limit value, the deviation of this control loop is multiplied by a preset magnification, and a multiplication result is output, and the manipulated variable reaches the upper / lower limit value. For a control loop that is determined not to be, a multiplication unit that sets the multiplication result for this control loop to 0,
An addition unit for calculating the correction set value by adding the multiplication result of the magnification calculation unit for another control loop in which the interference exists between the control loop and the set value for each control loop; A control device characterized by.
さらに、制御ループ毎に前記偏差を受け取って出力する際に、この偏差の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差を0にする不感帯処理部と、
制御ループ毎に前記不感帯処理部から出力された偏差を予め設定された上限値と下限値の範囲内に制限する上下限処理を実行する上下限処理部とを備え、
前記倍率演算部は、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの前記上下限処理された偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を0にすることを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 1 or 2,
Furthermore, when receiving and outputting the deviation for each control loop, if the absolute value of the deviation is smaller than a specific value, a dead zone processing unit that sets the deviation to 0,
An upper / lower limit processing unit for executing an upper / lower limit process for limiting the deviation output from the dead zone processing unit for each control loop within a range between a preset upper limit value and a lower limit value;
For the control loop in which it is determined that the manipulated variable has reached the upper and lower limit values, the magnification calculating unit multiplies the deviation subjected to the upper and lower limit processing of the control loop by a preset magnification and obtains a multiplication result. For a control loop that is output and determined that the manipulated variable has not reached the upper and lower limit values, the control result for the control loop is set to zero .
特定の制御ループについて設定値と制御量との偏差を算出する第1の偏差算出手順と、
前記特定の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記特定の制御ループの制御対象に出力する第1の制御演算手順と、
前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定手順と、
前記操作量が上下限値に達していると判定された場合は、前記特定の制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された場合は、前記乗算結果を0にする倍率演算手順と、
前記特定の制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループの設定値に前記倍率演算手順の乗算結果を加算して補正設定値を算出する加算手順と、
前記他の制御ループについて前記補正設定値と制御量との偏差を算出する第2の偏差算出手順と、
前記他の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記他の制御ループの制御対象に出力する制御演算手順とを繰り返し実行することを特徴とする制御方法。 In a control method of a multi-loop control system including a plurality of control loops that respectively control a plurality of control objects that interfere with each other's control amount,
A first deviation calculating procedure for calculating a deviation between the set value and the controlled variable for a specific control loop;
A first control calculation procedure for calculating an operation amount using a deviation of the specific control loop as an input and outputting the operation amount to a control target of the specific control loop;
An operation amount saturation determination procedure for determining whether or not the operation amount has reached an upper and lower limit value;
When it is determined that the manipulated variable has reached the upper / lower limit value, the deviation of the specific control loop is multiplied by a preset magnification to output a multiplication result, and the manipulated variable reaches the upper / lower limit value. If it is determined that it is not, a magnification calculation procedure for setting the multiplication result to 0,
An addition procedure for calculating a correction setting value by adding the multiplication result of the magnification calculation procedure to a setting value of another control loop in which the interference exists with the specific control loop;
A second deviation calculating procedure for calculating a deviation between the correction set value and the controlled variable for the other control loop;
A control method comprising: repeatedly executing a control calculation procedure for calculating an operation amount using a deviation of the other control loop as an input and outputting the operation amount to a control target of the other control loop .
制御ループ毎に設定値を補正した補正設定値と制御量との偏差を算出する偏差算出手順と、
制御ループ毎に前記偏差を入力として操作量を算出して対応する制御ループの制御対象に出力する制御演算手順と、
制御ループ毎に前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定手順と、
前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を0にする倍率演算手順と、
制御ループ毎の設定値に、この制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループについての前記倍率演算手順の乗算結果を加算して前記補正設定値を算出する加算手順とを繰り返し実行することを特徴とする制御方法。 In a control method of a multi-loop control system including a plurality of control loops that respectively control a plurality of control objects that interfere with each other's control amount,
A deviation calculation procedure for calculating a deviation between the correction set value obtained by correcting the set value for each control loop and the control amount;
A control calculation procedure for calculating an operation amount using the deviation as an input for each control loop and outputting it to a control target of a corresponding control loop;
An operation amount saturation determination procedure for determining whether or not the operation amount has reached an upper and lower limit value for each control loop;
For a control loop in which it is determined that the manipulated variable has reached the upper / lower limit value, the deviation of this control loop is multiplied by a preset magnification, and a multiplication result is output, and the manipulated variable reaches the upper / lower limit value. For a control loop determined not to be, a multiplication operation procedure for setting the multiplication result for this control loop to 0,
An addition procedure for calculating the correction set value by repeatedly adding the multiplication result of the magnification calculation procedure for another control loop in which the interference exists between the control loop and the set value for each control loop is repeatedly executed. A control method characterized by:
さらに、制御ループ毎に前記偏差を受け取って出力する際に、この偏差の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差を0にする不感帯処理手順と、
制御ループ毎に前記不感帯処理手順で出力された偏差を予め設定された上限値と下限値の範囲内に制限する上下限処理を実行する上下限処理手順とを備え、
前記倍率演算手順は、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの前記上下限処理された偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を0にすることを特徴とする制御方法。 In the control method according to claim 4 or 5,
Furthermore, when receiving and outputting the deviation for each control loop, if the absolute value of the deviation is smaller than a specific value, a dead zone processing procedure for setting the deviation to 0,
An upper and lower limit processing procedure for performing upper and lower limit processing for limiting the deviation output in the dead zone processing procedure for each control loop within a range between a preset upper limit value and lower limit value;
For the control loop in which it is determined that the manipulated variable has reached the upper and lower limit values, the magnification calculation procedure multiplies the deviation subjected to the upper and lower limit processing of this control loop by a preset magnification to obtain a multiplication result. For a control loop that is output and determined that the manipulated variable has not reached the upper and lower limit values, the multiplication result for this control loop is set to zero .
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