JP6792790B2 - 制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
まず、本実施の形態の基本構成について説明する。本実施の形態では、多点温度制御などの多入出力制御系(多入出力制御システム)において、入力に対して測定値(例えば、温度)の立ち上がりが比較的遅い点(この点に対する制御系を、以下スローモード(Slow mode)とも称する)に着目し、その出力に上記測定点以外の測定点(この点に対する制御系を、以下ファストモード(Fast mode)とも称する)を追従させる。このような構成を基本構成とし、多点間の温度差とともに平均温度の過渡特性を所望の特性に制御する。また、PID制御器設計時にむだ時間を考慮することなく設計可能な制御装置及び設計方法を提案する。更に、多点の目標値が異なる場合であっても、立ち上がりの温度比率(目標値に対する測定温度の比率)を均等にし、ほぼ同じタイミングで各点を目標値に到達させる。
図1は、本実施の形態における多入出力制御系のブロック図である。本実施の形態における制御装置10は、制御対象1の複数の測定点における各物理量を制御する。制御装置10は、例えば、第1のPID制御器(第1の制御器)11と、第1のむだ時間差補償器12と、第1のむだ時間補償器13と、第2のむだ時間差補償器14と、フィードフォワ―ド補償器(FF補償器)15と、第2のPID制御器(第2の制御器)16と、第2のむだ時間補償器17と、目標値調整器18とを備える。なお、後述するように、第1のむだ時間差補償器12、第1のむだ時間補償器13、第2のむだ時間差補償器14、FF補償器15、第2のむだ時間補償器17、及び、目標値調整器18は適宜省略することができる。
本実施の形態は、上述の基本構成で述べたように、スローモードの出力にファストモードの出力を追従させる構成を有する。例えば、第2の部分制御対象1Bの目標値SV2を、第1の部分制御対象1Aの出力PV1に基づいて定め、第2のPID制御器16に与える。なお、第1の部分制御対象1Aの出力PV1をそのまま第2の部分制御対象1Bの目標値SV2としてもよいが、後述するように、第1のむだ時間補償器13、第2のむだ時間差補償器14、及び/又は、目標値調整器18により、第1の部分制御対象1Aの出力PV1に基づいて第2の部分制御対象1Bの目標値SV2を求めることができる。図1に示すように、ブロック線図の左側(信号の上流側。マスタと呼ぶ場合もある)にスローモードを配置し、右側(信号の下流側。スレーブと呼ぶ場合もある)にファストモードを配置する。
本実施の形態は、スローモードの出力PV1に対して第1の部分制御対象1Aの時間遅れを補償してファストモードにおける目標値SV2を求める構成(第1のむだ時間補償器13)を有する。
(構成3)
本実施の形態は、スローモードとファストモードの間のむだ時間差を補償する構成(第1のむだ時間差補償器12、第2のむだ時間差補償器14)を有する。
本実施の形態は、スローモードとファストモードにおける目標値が異なる場合でも、各モードにおける目標値の比を用いてファストモードにおける目標値を適切に設定する構成(目標値調整器18)を有する。
制御装置10は上述の構成1で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と第2のPID制御器16を備える。第2の部分制御対象1Bの目標値として第1の部分制御対象1Aの出力を用いる。
制御装置10は、上述の構成1と構成2で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、第1のむだ時間補償器13を備える。制御装置10は、第2のむだ時間補償器17をさらに備えても良い。第2の部分制御対象1Bの目標値として、第1のむだ時間補償器13の出力を用いる。
制御装置10は、上述の構成1〜構成3で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、第1のむだ時間補償器13と、FF補償器15を備える。制御装置10は、第2のむだ時間補償器17をさらに備えても良い。第2の部分制御対象1Bの目標値として、第1のむだ時間補償器13の出力を用いる。
制御装置10は、上述の構成1〜構成4で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、第1のむだ時間補償器13と、FF補償器15と、第1のむだ時間差補償器12と、第2のむだ時間差補償器14を備える。制御装置10は、第2のむだ時間補償器17をさらに備えても良い。第2の部分制御対象1Bの目標値として、第2のむだ時間差補償器14の出力を用いる。
制御装置10は、上述の構成1〜構成5で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、第1のむだ時間補償器13と、FF補償器15と、第1のむだ時間差補償器12と、第2のむだ時間差補償器14と目標値調整器18を備える。制御装置10は、第2のむだ時間補償器17をさらに備えても良い。第2の部分制御対象1Bの目標値として、目標値調整器18の出力を用いる。
制御装置10は、上述の構成1と構成3で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、FF補償器15を備える。第2の部分制御対象1Bの目標値として第1の部分制御対象1Aの出力を用いる。
制御装置10は、上述の構成1と構成5で構成してもよい。換言すると、制御装置10は、第1のPID制御器11と、第2のPID制御器16と、目標値調整器18を備える。第2の部分制御対象1Bの目標値として、目標値調整器18の出力を用いる。
上述の態様1、態様2、及び、態様6に対して、構成4を更に付加してもよい。この場合、第2の部分制御対象1Bの目標値として、第2のむだ時間差補償器14の出力を用いる。
上述の態様1、態様2、態様6、及び、態様8に対して、構成5を更に付加してもよい。第2の部分制御対象1Bの目標値として、目標値調整器18の出力を用いる。
次に、2入出力温度制御でのシミュレーション結果を示す。図2は、従来の制御法による平均温度と多点間の温度差のシミュレーション結果を示す。図では、多点制御、特許文献1に示す方法及び特許文献2に示す方法について、制御対象の2点の平均温度21と各点間の温度差22の結果を示している。図中、多点制御における結果を実線で示し、符号にaを付している。また、特許文献1に示す方法における結果を破線で示し、符号にbを付している。特許文献2に示す方法における結果を一点鎖線で示し、符号にcを付している。図より、多点制御、特許文献1に示す方法、及び特許文献2に示す方法での最大温度差は、それぞれ約68℃、約18℃、約25℃である。
4.3点以上の制御
11 第1のPID制御器
12 第1のむだ時間差補償器
13 第1のむだ時間補償器
14 第2のむだ時間差補償器
14 フィードフォワ―ド補償器(FF補償器)
16 第2のPID制御器
17 第2のむだ時間補償器
18 目標値調整器
Claims (13)
- 複数の測定点と各測定点に対応する複数の入力を有する制御対象を制御する制御装置であって、
前記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第1の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御する第1の制御器と、
前記測定点のうち前記第1の部分制御対象の測定点以外の測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第2の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御する第2の制御器と、
前記第1の部分制御対象の出力から、前記第1の部分制御対象のむだ時間成分を除去して出力する第1のむだ時間補償器
を備え、
前記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値を前記第1のむだ時間補償器の出力に基づいて定め、前記第2の制御器に与える制御装置。 - 前記第1のむだ時間補償器の出力は、前記第1の部分制御対象に対する外乱成分及び/又は前記第2の部分制御対象からの干渉成分を含む請求項1に記載の制御装置。
- 前記第2の部分制御対象の逆特性を有するフィードフォワード制御器
を更に備え、
前記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値を、前記フィードフォワード制御器と前記第2の制御器に与え、
前記フィードフォワード制御器の出力と前記第2の制御器の出力を、前記第2の部分制御対象に与える請求項1又は2に記載の制御装置。 - 前記第2の部分制御対象のむだ時間から前記第1の部分制御対象のむだ時間を引いた差分の時間、前記第1の部分制御対象の操作量を遅らせる第1のむだ時間差補償器
をさらに備える請求項1乃至3のいずれかに記載の制御装置。 - 前記第1の部分制御対象のむだ時間から前記第2の部分制御対象のむだ時間を引いた差分の時間、前記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値又は操作量を遅らせる第2のむだ時間差補償器
をさらに備える請求項1乃至4のいずれかに記載の制御装置。 - 前記第1の部分制御対象の操作量を遅らせる第1のむだ時間差補償器と、
前記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値又は操作量を遅らせる第2のむだ時間差補償器と、
前記第1の部分制御対象のむだ時間が前記第2の部分制御対象のむだ時間より長い場合、前記第2のむだ時間差補償器を有効にし、前記第2の部分制御対象のむだ時間が前記第1の部分制御対象のむだ時間より長い場合、前記第1のむだ時間差補償器を有効にする切り替え部と
をさらに備える請求項1乃至3のいずれかに記載の制御装置。 - 前記第2の制御器に入力する目標値に対して、前記第1の部分制御対象の測定点に対する目標値と前記第2の部分制御対象の測定点を最終的に整定させる最終目標値の比を乗じて、前記第2の制御器に入力する請求項1乃至6のいずれかに記載の制御装置。
- 前記複数の測定点は、3つ以上の測定点を有し、
前記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答と比べて相対的に遅い測定点のひとつを出力とする部分制御対象を前記第1の部分制御対象とし、前記第1の制御器は、該第1の部分制御対象に対して該測定点における物理量を制御し、
前記測定点のうち前記第1の部分制御対象の測定点以外の複数の測定点を出力する部分制御対象を前記第2の部分制御対象とし、前記第2の制御器は、該第2の部分制御対象に対して各測定点における物理量を制御する請求項1乃至7のいずれかに記載の制御装置。 - 前記測定点のうち入力に対する応答が最も遅い測定点を出力とする部分制御対象を前記第1の部分制御対象とする請求項8に記載の制御装置。
- 前記第1の制御器及び前記第2の制御器が制御する物理量は、温度である請求項1乃至9のいずれかに記載の制御装置。
- 前記制御対象はむだ時間要素を含み、
前記第1の制御器及び前記第2の制御器はそれぞれ、PID制御器である請求項1乃至10のいずれかに記載の制御装置。 - 前記第1の部分制御対象及び前記第2の部分制御対象は、互いに干渉する請求項1乃至11のいずれかに記載の制御装置。
- 複数の測定点と各測定点に対応する複数の入力を有する制御対象を制御する制御方法であって、
前記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第1の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御することと、
前記測定点のうち前記第1の部分制御対象の測定点以外の測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第2の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御することと、
前記第1の部分制御対象の出力から、前記第1の部分制御対象のむだ時間成分を除去することと、
前記第2の部分制御対象の測定点に対する目標値を、前記むだ時間成分の除去後の第1の部分制御対象の出力に基づいて定めること
を含む制御方法。
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