JP7089335B2 - Control device - Google Patents
Control device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7089335B2 JP7089335B2 JP2018141225A JP2018141225A JP7089335B2 JP 7089335 B2 JP7089335 B2 JP 7089335B2 JP 2018141225 A JP2018141225 A JP 2018141225A JP 2018141225 A JP2018141225 A JP 2018141225A JP 7089335 B2 JP7089335 B2 JP 7089335B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control unit
- target value
- unit
- value
- order
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、複数の制御部が縦続接続されたカスケード制御系の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device of a cascade control system in which a plurality of control units are connected in sequence.
むだ時間や時定数が大きい制御対象(プロセス)に有効な制御系としてカスケード制御が知られている。カスケード制御系は、プロセスからの複数の測定値(制御量)と、プロセスへの1つの操作量により図8のように構成される制御系である。1次制御部1001は、1次プロセス1011の制御量PV1が目標値SP1と一致するように操作量MV1を算出する。2次制御部1002は、1次制御部1001から出力された操作量MV1を目標値SP2とし、2次プロセス1012の制御量PV2が目標値SP2と一致するように操作量MV2を算出して2次プロセス1012に出力する。この図8の例では、1次制御部1001と2次制御部1002と2次プロセス1012と1次プロセス1011とが1次側の制御ループを構成し、2次制御部1002と2次プロセス1012とが2次側の制御ループを構成している。
Cascade control is known as an effective control system for controlled objects (processes) with large wasted time and time constant. The cascade control system is a control system configured as shown in FIG. 8 by a plurality of measured values (control quantities) from the process and one operation amount to the process. The
ただし、カスケード制御系を構成するためには、図8のように1次プロセス1011と2次プロセス1012の切り分けのための2次プロセス制御量PV2が必要となる。また、図8に示したカスケード制御系は2段構成であるが、図9のように多段構成にもできる。 However, in order to configure the cascade control system, a secondary process control amount PV 2 for separating the primary process 10 11 and the secondary process 10 12 is required as shown in FIG. Further, although the cascade control system shown in FIG. 8 has a two-stage configuration, it can also have a multi-stage configuration as shown in FIG.
実用のカスケード制御系におけるn(nは2以上の整数)次以降の制御部では、直前の制御部の操作量MVn-1を目標値SPnとして使用するため、この操作量MVn-1と目標値SPnの静的特性を合わせ込むためのスケーリングが必要となる。さらに、カスケード制御はハンチングし易いため、n次以降の制御部の目標値SPnの値域に制限(リミット処理)を設けることが多い。スケーリングとリミット処理には、次の(I)~(III)の3方式が存在する。なお、以下の説明では、直前の(n-1)次の構成を主(プライマリ)と呼び、後段のn次の構成を副(セカンダリ)と呼ぶこととする。 In the control unit after n (n is an integer of 2 or more) in the practical cascade control system, the operation amount MV n-1 of the immediately preceding control unit is used as the target value SP n , so this operation amount MV n-1 And scaling to match the static characteristics of the target value SP n is required. Further, since cascade control is easy to hunt, a limit (limit processing) is often provided in the range of the target value SP n of the control unit after the nth order. There are the following three methods (I) to (III) for scaling and limit processing. In the following description, the immediately preceding (n-1) next configuration is referred to as a main (primary), and the subsequent nth-order configuration is referred to as a sub (secondary).
(I)副制御部目標値SPnの固定スケーリング・リミット。
SPn=(Hn-Ln)/100×MVn-1+Ln ・・・(1)
式(1)において、MVn-1は主制御部から出力された操作量、Hn(%)は副制御部目標値スケーリング・リミット上限値、Ln(%)は副制御部目標値スケーリング・リミット下限値である。
(I) Fixed scaling limit of sub-control unit target value SP n .
SP n = (H n -L n ) / 100 x MV n-1 + L n ... (1)
In equation (1), MV n-1 is the manipulated variable output from the main control unit, H n (%) is the sub-control unit target value scaling limit upper limit value, and L n (%) is the sub-control unit target value scaling. -The lower limit of the limit.
(II)主制御部目標値SPn-1をオフセットとした副制御部目標値SPnの固定スケーリング・リミット。
SPn=(Hn-Ln)/100×MVn-1+Ln+SPn-1 ・・・(2)
(II) Fixed scaling limit of the sub-control unit target value SP n with the main control unit target value SP n-1 as an offset.
SP n = (H n -L n ) / 100 x MV n-1 + L n + SP n-1 ... (2)
(III)主制御部制御量PVn-1をオフセットとした副制御部目標値SPnの固定スケーリング・リミット。
SPn=(Hn-Ln)/100×MVn-1+Ln+PVn-1 ・・・(3)
(III) Fixed scaling limit of the sub-control unit target value SP n with the main control unit control amount PV n-1 as an offset.
SP n = (H n -L n ) / 100 x MV n-1 + L n + PV n-1 ... (3)
上記の(I)の方式では、主制御部目標値SPn-1を変更した場合、変更前後の主制御部操作量MVn-1の平衡点が変化することで、副制御部目標値SPnの変化域が広がる。したがって、副制御部目標値スケーリング・リミット上下限値Hn,Ln(%)を、主制御部目標値SPn-1の変更による副制御部目標値SPnの変化域全域を包含するように広めに設定しなければならない。その結果として、制御がハンチングし易くなり、カスケード制御系の安定性が損なわれる可能性があった。 In the above method (I), when the main control unit target value SP n-1 is changed, the equilibrium point of the main control unit operation amount MV n-1 before and after the change changes, so that the sub-control unit target value SP The range of change of n expands. Therefore, the sub-control unit target value scaling limit upper and lower limit values H n and L n (%) should include the entire change range of the sub-control unit target value SP n due to the change of the main control unit target value SP n-1 . Must be set wider. As a result, control becomes easy to hunt, and the stability of the cascade control system may be impaired.
上記の(II)の方式では、主制御部目標値SPn-1が副制御部目標値SPnのオフセットとして反映されるため、主制御部目標値SPn-1を変更した場合、副制御部目標値SPnの変動幅を維持したまま、主制御部目標値SPn-1の変更前後で同程度のスケール比率を維持できるため、制御を安定化させ易いという利点がある。しかしながら、(II)の方式で対応できるのは、主制御部目標値SPn-1と副制御部目標値SPnとが同種の物理量である場合(例えば主制御部目標値SPn-1と副制御部目標値SPnとが共に温度である場合)に限られる、という問題点があった。 In the above method (II), the main control unit target value SP n-1 is reflected as an offset of the sub-control unit target value SP n . Therefore, when the main control unit target value SP n-1 is changed, the sub-control Since the same scale ratio can be maintained before and after the change of the main control unit target value SP n -1 while maintaining the fluctuation range of the unit target value SP n, there is an advantage that the control can be easily stabilized. However, the method (II) can be applied when the main control unit target value SP n-1 and the sub control unit target value SP n have the same physical quantity (for example, the main control unit target value SP n-1 ). There is a problem that it is limited to the case where both the sub-control unit target value SP n and the temperature are the same).
上記の(III)の方式では、制御応答として得られる主制御部制御量PVn-1が、ステップ的な振る舞いになる可能性のある主制御部目標値SPn-1の変更よりも緩やかに変化するため、(II)の方式よりも制御の応答性が損なわれるものの、制御をより安定化させ易いという利点がある。しかしながら、(II)の方式と同様に、対応できるのは主制御部目標値SPn-1と副制御部目標値SPnとが同種の物理量である場合に限られる、という問題点があった。 In the above method (III), the control amount PV n-1 of the main control unit obtained as a control response is more gradual than the change of the target value SP n-1 of the main control unit, which may behave in a stepwise manner. Since it changes, the responsiveness of the control is impaired as compared with the method (II), but there is an advantage that the control is more easily stabilized. However, as in the method (II), there is a problem that the target value SP n-1 of the main control unit and the target value SP n of the sub control unit can be dealt with only when they have the same physical quantity. ..
一方、特許文献1には、主制御部操作量MVn-1を副制御部目標値SPnに変換する際に減衰器を動作させることで制御を安定化させる技術が開示されている。特許文献1に開示された技術は、制御状況(イベント)に従って減衰器を適切に入れ替える(減衰率を変更する)ようにしたものであり、主制御部目標値SPn-1の変更などのイベントを検出して、HnやLnを切り替える技術に相当する。しかしながら、この特許文献1に開示された技術においても、(II)、(III)の方式と同様に、対応できるのは主制御部目標値SPn-1と副制御部目標値SPnとが同種の物理量である場合に限られる、という問題点があった。
On the other hand,
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、主制御部目標値と副制御部目標値とが異なる種類の物理量であっても適用が可能なカスケード制御系の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a control device for a cascade control system that can be applied even if the target value of the main control unit and the target value of the sub control unit are different types of physical quantities. The purpose is.
本発明は、n(nは2以上の整数)個の制御部が縦続接続されたカスケード制御系の制御装置において、それぞれ目標値と制御量とを入力として操作量を算出するように構成されたn個の前記制御部と、(i-1)次(iは2~nの整数)制御部とi次制御部との間に設けられ、(i-1)次制御部によって算出された操作量をi次制御部の目標値に変換するように構成された(n-1)個の目標値変換部と、これら目標値変換部のパラメータを設定するように構成されたパラメータ設定部とを備え、n個の前記制御部のうち、1次から(n-1)次の各制御部は、算出した操作量を直後の前記目標値変換部に出力し、最終段のn次の制御部は、算出した操作量を制御対象の操作端に出力し、各目標値変換部は、(i-1)次制御部の目標値をSP i-1 、(i-1)次制御部の制御量をPV i-1 、(i-1)次制御部によって算出された操作量をMV i-1 、i次制御部の目標値をSP i 、予め設定されたi次制御部目標値スケーリング・リミット上限値をH i 、予め設定されたi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値をL i 、(i-1)次制御部の目標値SP i-1 または制御量PV i-1 に乗じるパラメータであるレシオをR i 、定数項となるバイアスをB i としたとき、SP i =(H i -L i )/100×MV i-1 +SP i-1 ×R i +B i 、またはSP i =(H i -L i )/100×MV i-1 +PV i-1 ×R i +B i により、(i-1)次制御部によって算出された操作量MV i-1 をi次制御部の目標値SP i に変換し、前記パラメータ設定部は、過去のデータ取得時に(i-1)次制御部の目標値SP i-1 が第1の値から第2の値に変更されたときの前記第1、第2の値と、この目標値SP i-1 の変更前後のそれぞれについて取得された、整定時のi次制御部の目標値SP i とを含む既知のデータに基づいて、前記レシオR i とバイアスB i とをi次目標値変換部毎に算出するように構成されたレシオ・バイアス算出部と、このレシオ・バイアス算出部によってi次目標値変換部毎に算出されたレシオR i とバイアスB i とをそれぞれ対応するi次目標値変換部に設定するように構成されたレシオ・バイアス設定部とを含むことを特徴とするものである。 The present invention is configured to calculate an operation amount by inputting a target value and a control amount, respectively, in a control device of a cascade control system in which n (n is an integer of 2 or more) control units are connected in sequence. An operation provided between the n control units, the (i-1) order (i is an integer of 2 to n) control unit, and the i-order control unit, and calculated by the (i-1) order control unit. (N-1) target value conversion units configured to convert quantities to target values of the i-order control unit, and parameter setting units configured to set the parameters of these target value conversion units. Of the n control units, each of the primary to (n-1) next control units outputs the calculated operation amount to the target value conversion unit immediately after, and the nth control unit in the final stage. Outputs the calculated operation amount to the operation end of the control target, and each target value conversion unit controls the target value of the (i-1) primary control unit to SP i-1 and (i-1) the primary control unit. The amount is PV i-1 , the operation amount calculated by the (i-1) primary control unit is MV i-1 , the target value of the i-order control unit is SP i , and the preset i-order control unit target value scaling. Multiply the upper limit value by Hi , the preset i-order control unit target value scaling limit lower limit value by Li , and ( i -1) the target value SP i-1 or control amount PV i-1 of the next control unit. When the ratio as a parameter is R i and the bias as a constant term is Bi , SP i = (H i − Li ) / 100 × MV i -1 + SP i-1 × R i + Bi , or SP i . = (H i − Li ) / 100 × MV i -1 + PV i-1 × R i + Bi , so that the operation amount MV i-1 calculated by the (i-1) primary control unit is the i- th control unit. Converted to the target value SP i , the parameter setting unit changes the target value SP i-1 of the (i-1) next control unit from the first value to the second value at the time of acquiring the past data. Based on the known data including the first and second values and the target value SP i of the i-order control unit at the time of setting, which was acquired before and after the change of the target value SP i-1 . A ratio bias calculation unit configured to calculate the ratio R i and the bias B i for each i-order target value conversion unit, and a ratio calculated for each i-th order target value conversion unit by this ratio bias calculation unit. It is characterized by including a ratio bias setting unit configured to set R i and bias B i to the corresponding i-order target value conversion units, respectively.
また、本発明は、n(nは2以上の整数)個の制御部が縦続接続されたカスケード制御系の制御装置において、それぞれ目標値と制御量とを入力として操作量を算出するように構成されたn個の前記制御部と、(i-1)次(iは2~nの整数)制御部とi次制御部との間に設けられ、(i-1)次制御部によって算出された操作量をi次制御部の目標値に変換するように構成された(n-1)個の目標値変換部と、これら目標値変換部のパラメータを設定するように構成されたパラメータ設定部とを備え、n個の前記制御部のうち、1次から(n-1)次の各制御部は、算出した操作量を直後の前記目標値変換部に出力し、最終段のn次の制御部は、算出した操作量を制御対象の操作端に出力し、各目標値変換部は、(i-1)次制御部の目標値をSP i-1 、(i-1)次制御部の制御量をPV i-1 、(i-1)次制御部によって算出された操作量をMV i-1 、i次制御部の目標値をSP i 、予め設定されたi次制御部目標値スケーリング・リミット上限値をH i 、予め設定されたi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値をL i 、(i-1)次制御部の目標値SP i-1 または制御量PV i-1 に乗じるパラメータであるレシオをR i 、定数項となるバイアスをB i としたとき、SP i =(H i -L i )/100×MV i-1 +SP i-1 ×R i +B i 、またはSP i =(H i -L i )/100×MV i-1 +PV i-1 ×R i +B i により、(i-1)次制御部によって算出された操作量MV i-1 をi次制御部の目標値SP i に変換し、前記パラメータ設定部は、過去のデータ取得時に(i-1)次制御部の目標値SP i-1 が第1の値から第2の値に変更されたときの前記第1、第2の値と、この目標値SP i-1 の変更前後のそれぞれについて取得された、整定時のi次制御部の目標値SP i とを含む既知のデータに基づいて、前記レシオR i とバイアスB i とをi次目標値変換部毎に算出するように構成されたレシオ・バイアス算出部と、このレシオ・バイアス算出部によってi次目標値変換部毎に算出されたレシオR i とバイアスB i とをそれぞれ対応するi次目標値変換部に設定するように構成されたレシオ・バイアス設定部と、初段の1次制御部の目標値SP 1 の変更に対して(i-1)次制御部の制御量PV i-1 の所望の制御応答が得られることを条件として、i次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅が可能な限り狭くなるように、前記i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値H i と前記i次制御部目標値スケーリング・リミット下限値L i とをi次目標値変換部毎に決定するように構成された上下限値決定部と、この上下限値決定部によってi次目標値変換部毎に決定されたi次制御部目標値スケーリング・リミット上限値H i とi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値L i とをそれぞれ対応するi次目標値変換部に設定するように構成された上下限値設定部とを含むことを特徴とするものである。 Further, the present invention is configured to calculate an operation amount by inputting a target value and a control amount, respectively, in a control device of a cascade control system in which n (n is an integer of 2 or more) control units are connected in cascade. The n control units are provided between the (i-1) order (i is an integer of 2 to n) control unit and the i-order control unit, and are calculated by the (i-1) order control unit. (N-1) target value conversion units configured to convert the operation amount to the target values of the i-order control unit, and parameter setting units configured to set the parameters of these target value conversion units. Of the n control units, each control unit from the primary to the (n-1) order outputs the calculated operation amount to the target value conversion unit immediately after the operation amount, and is the nth order in the final stage. The control unit outputs the calculated operation amount to the operation end of the control target, and each target value conversion unit sets the target value of the (i-1) primary control unit to SP i-1 and the (i-1) primary control unit. The control amount of PV i-1 , the operation amount calculated by the (i-1) primary control unit is MV i-1 , the target value of the i-order control unit is SP i , and the preset i-order control unit target value. The upper limit of the scaling limit is Hi , the preset target value of the i-order control unit is Li , and ( i -1) the target value of the next control unit is SP i-1 or the control amount PV i-1 . When the ratio that is the parameter to be multiplied by is R i and the bias that is the constant term is Bi , SP i = ( Hi − Li ) / 100 × MV i - 1 + SP i-1 × R i + Bi , or By SP i = (H i − Li ) / 100 × MV i -1 + PV i-1 × R i + Bi , the operation amount MV i-1 calculated by the (i-1) next control unit is i- order controlled. Converted to the target value SP i of the unit, the parameter setting unit changed the target value SP i-1 of the (i-1) next control unit from the first value to the second value when the past data was acquired. Based on the known data including the first and second values of the time and the target value SP i of the i-order control unit at the time of setting, which was acquired before and after the change of the target value SP i-1 . , The ratio bias calculation unit configured to calculate the ratio R i and the bias B i for each i-th order target value conversion unit, and the ratio bias calculation unit calculates each i- th order target value conversion unit. Change of the ratio bias setting unit configured to set the ratio R i and the bias B i to the corresponding i-th target value conversion unit and the target value SP 1 of the primary control unit of the first stage. On the other hand, on condition that the desired control response of the control amount PV i-1 of the (i-1) order control unit can be obtained, the upper and lower limit widths of the target value scaling limit of the i-order control unit are made as narrow as possible. The upper and lower limits configured to determine the i-order control unit target value scaling limit upper limit value Hi and the i -order control unit target value scaling limit lower limit value Li for each i - order target value conversion unit. The value determination unit and the i-order control unit target value scaling limit upper limit value Hi and the i -order control unit target value scaling limit lower limit value Lii determined for each i-order target value conversion unit by the upper and lower limit value determination units. It is characterized by including an upper / lower limit value setting unit configured to set the above / lower limit value in the corresponding i-order target value conversion unit.
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記レシオ・バイアス算出部は、過去のデータ取得時の(i-1)次制御部の目標値の第1の値をSPi-1、第2の値をSP’i-1、(i-1)次制御部の目標値が第1の値SPi-1の場合の整定時のi次制御部の目標値をSPi、(i-1)次制御部の目標値が第1の値SPi-1から第2の値SP’i-1に変更された場合の整定時のi次制御部の目標値をSP’ i
としたとき、Ri=(SPi-SP’i)/(SPi-1-SP’i-1)、Bi=SPi-SPi-1×Riにより、レシオRiとバイアスBiとを算出することを特徴とするものである。
Further, in one configuration example of the control device of the present invention, the ratio bias calculation unit sets the first value of the target value of the (i-1) next control unit at the time of past data acquisition to SP i-1 and the first. When the value of 2 is SP'i-1 , (i-1) the target value of the next control unit is the first value SP i-1 , the target value of the i-order control unit at the time of setting is SP i , (i-). 1) When the target value of the i-order control unit at the time of setting is SP'i when the target value of the next control unit is changed from the first value SP i - 1 to the second value SP'i -1 . , R i = (SP i -SP'i) / (SP i -1 -SP'i -1 ), B i = SP i -SP i-1 × R i , the ratio R i and the bias B i It is characterized by calculating.
本発明によれば、主制御部目標値と副制御部目標値とが異なる種類の物理量であっても適用可能な制御装置を実現することができる。従来技術では、主制御部目標値の変更に対してイベント検出を必要としたが、本発明によれば、主制御部目標値の変更に対してイベントによる係数の変換を必要とせず、より連続的な制御の挙動を実現できるため、円滑かつ安定的な制御応答を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to realize a control device that can be applied even if the target value of the main control unit and the target value of the sub control unit are different types of physical quantities. In the prior art, event detection was required for a change in the target value of the main control unit, but according to the present invention, it is not necessary to convert a coefficient by an event for a change in the target value of the main control unit, and it is more continuous. Since the behavior of the control can be realized, a smooth and stable control response can be obtained.
[発明の原理]
本発明は、主制御部から出力される操作量MVi-1を副制御部目標値SPiに変換する際、主制御部操作量MVi-1と副制御部目標値SPiとに依存関係がある場合、つまりは独立変数である主制御部操作量MVi-1が決定されると従属変数である副制御部目標値SPiが決定される関係にある場合に、主制御部目標値SPi-1と副制御部目標値SPiの物理量の違いをパラメータ設定によって吸収することを可能とした制御装置である。
[Principle of invention]
The present invention depends on the operation quantity MV i-1 of the main control unit and the target value SP i of the sub-control unit when converting the operation quantity MV i -1 output from the main control unit into the target value SP i of the sub-control unit. When there is a relationship, that is, when the main control unit operation amount MV i-1 , which is an independent variable, is determined, the sub-control unit target value SP i , which is a dependent variable, is determined. It is a control device that can absorb the difference in physical quantity between the value SP i-1 and the sub-control unit target value SP i by setting parameters.
例えば主制御部操作量MVi-1と副制御部目標値SPiとの間に線型的な依存関係がある場合、主制御部操作量MVi-1を副制御部目標値SPiに変換する従来のスケーリングに加え、主制御部目標値SPi-1もしくは主制御部制御量PVi-1に対してレシオとバイアスを設定値として加えることで、主制御部と副制御部とが異なる種類の物理量に対する制御を行う場合であっても、主制御部操作量MVi-1から副制御部目標値SPiへの適切な変換が実現できる。 For example, when there is a linear dependency between the main control unit operation amount MV i-1 and the sub-control unit target value SP i , the main control unit operation amount MV i-1 is converted to the sub-control unit target value SP i . In addition to the conventional scaling, the main control unit and the sub control unit are different by adding the ratio and bias as set values to the main control unit target value SP i-1 or the main control unit control amount PV i-1 . Even when controlling for different types of physical quantities, appropriate conversion from the main control unit operation quantity MV i-1 to the sub-control unit target value SP i can be realized.
[実施例]
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施例に係る制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、縦続接続されたn(nは2以上の整数)個の制御部11~1nと、(i-1)次(iは2~nの整数)制御部1i-1とi次制御部1iとの間に設けられ、(i-1)次制御部1i-1によって算出された操作量MVi-1をi次制御部1iの目標値SPiに変換する(n-1)個の目標値変換部22~2nと、目標値変換部22~2nのパラメータを設定するパラメータ設定部3とから構成される。
[Example]
Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control device according to an embodiment of the present invention. The control device includes n (n is an integer of 2 or more)
図2はパラメータ設定部3の構成を示すブロック図である。パラメータ設定部3は、(i-1)次制御部1i-1の目標値SPi-1または制御量PVi-1に乗じるパラメータであるレシオと、変換式の定数項となるバイアスとを目標値変換部毎に算出するレシオ・バイアス算出部30と、レシオ・バイアス算出部30によって目標値変換部毎に算出されたレシオとバイアスとをそれぞれ対応する目標値変換部22~2nに設定するレシオ・バイアス設定部31と、i次制御部1iの目標値SPiの上下限を設定するためのi次制御部目標値スケーリング・リミット上下限値の初期値を設定する上下限初期設定部32と、1次制御部11の目標値SP1の変更に対して(i-1)次制御部1i-1の制御量PVi-1の所望の制御応答が得られることを条件として、i次目標値スケーリング・リミット上下限幅が可能な限り狭くなるように、i次目標値スケーリング・リミット上下限値を目標値変換部毎に決定する上下限値決定部33と、上下限値決定部33によって目標値変換部毎に決定されたi次目標値スケーリング・リミット上下限値をそれぞれ対応する目標値変換部22~2nに設定する上下限値設定部34と、各制御部11~1nのPIDパラメータ(比例帯、積分時間、微分時間)を調整するPIDパラメータ調整部35とから構成される。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
上下限値決定部33は、目標値入力部330と、到達時間計測部331と、振動量計測部332と、上下限調整部333とから構成される。
The upper / lower limit
図3は本実施例の制御装置の制御動作を説明するフローチャートである。1次制御部11の目標値SP1は、制御装置のユーザーによって設定され、1次制御部11に入力される(図3ステップS100)。
1次制御部11の制御量PV1は、1次プロセス41に設けられたセンサ(不図示)によって計測され、1次制御部11に入力される(図3ステップS101)。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a control operation of the control device of this embodiment. The target value SP 1 of the primary control unit 11 is set by the user of the control device and input to the primary control unit 11 (step S100 in FIG. 3).
The controlled variable PV 1 of the primary control unit 11 is measured by a sensor (not shown) provided in the primary
1次制御部11は、目標値SP1と制御量PV1とを入力として、制御量PV1が目標値SP1と一致するように周知のPID制御演算により操作量MV1を算出する(図3ステップS102)。
The
2次目標値変換部22は、1次制御部11から出力された操作量MV1を、式(4)の変換式により2次制御部12の目標値SP2に変換して2次制御部12に出力する(図3ステップS103)。
SP2=(H2-L2)/100×MV1+SP1×R2+B2 ・・・(4)
The secondary target value conversion unit 2 2 converts the manipulated variable MV 1 output from the
SP 2 = (H 2 -L 2 ) / 100 x MV 1 + SP 1 x R 2 + B 2 ... (4)
式(4)において、H2(%)は2次制御部目標値スケーリング・リミット上限値、L2(%)は2次制御部目標値スケーリング・リミット下限値、R2は式(4)の変換式の1次制御部目標値SP1の項に乗じるパラメータであるレシオ、B2は式(4)の変換式の定数項となるバイアスである。
なお、2次目標値変換部22は、1次制御部目標値SP1の代わりに、1次制御部制御量PV1を用いる以下の式(5)により2次制御部目標値SP2を算出するようにしてもよい。
SP2=(H2-L2)/100×MV1+PV1×R2+B2 ・・・(5)
In equation (4), H 2 (%) is the upper limit of the target value scaling limit of the secondary control unit, L 2 (%) is the lower limit of the target value of the secondary control unit, and R 2 is the lower limit of the target value of the secondary control unit. The ratio, B 2 , which is a parameter to be multiplied by the term of the primary control unit target value SP 1 of the conversion formula, is a bias which is a constant term of the conversion formula of the formula (4).
The secondary target value conversion unit 2 2 uses the primary control unit control amount PV 1 instead of the primary control unit target value SP 1 by the following equation (5) to obtain the secondary control unit target value SP 2 . It may be calculated.
SP 2 = (H 2 -L 2 ) / 100 x MV 1 + PV 1 x R 2 + B 2 ... (5)
2次制御部12の制御量PV2は、2次プロセス42に設けられたセンサ(不図示)によって計測され、2次制御部12に入力される(図3ステップS104)。
2次制御部12は、目標値SP2と制御量PV2とを入力として、制御量PV2が目標値SP2と一致するように周知のPID制御演算により操作量MV2を算出する(図3ステップS105)。
The control amount PV 2 of the
The
3次目標値変換部23は、2次制御部12から出力された操作量MV2を、式(6)の変換式により3次制御部13の目標値SP3に変換して3次制御部13に出力する(図3ステップS106)。
SP3=(H3-L3)/100×MV2+SP2×R3+B3 ・・・(6)
The tertiary target value conversion unit 2 3 converts the manipulated variable MV 2 output from the
SP 3 = (H 3 -L 3 ) / 100 x MV 2 + SP 2 x R 3 + B 3 ... (6)
式(6)において、H3(%)は3次制御部目標値スケーリング・リミット上限値、L3(%)は3次制御部目標値スケーリング・リミット下限値、R3は式(5)の変換式の2次制御部目標値SP2の項に乗じるパラメータであるレシオ、B3は式(5)の変換式の定数項となるバイアスである。
なお、3次目標値変換部23は、2次制御部目標値SP2の代わりに、2次制御部制御量PV2を用いる以下の式(7)により3次制御部目標値SP3を算出するようにしてもよい。
SP3=(H3-L3)/100×MV2+PV2×R3+B3 ・・・(7)
In equation (6), H 3 (%) is the upper limit of the target value scaling limit of the tertiary control unit, L 3 (%) is the lower limit of the target value of the tertiary control unit, and R 3 is the lower limit of the target value of the tertiary control unit. The ratio, B 3 , which is a parameter to be multiplied by the term of the target value SP 2 of the secondary control unit of the conversion formula, is a bias which is a constant term of the conversion formula of the formula (5).
The tertiary target value conversion unit 2 3 uses the secondary control unit control amount PV 2 instead of the secondary control unit target value SP 2 according to the following equation (7) to obtain the tertiary control unit target value SP 3 . It may be calculated.
SP 3 = (H 3 -L 3 ) / 100 x MV 2 + PV 2 x R 3 + B 3 ... (7)
こうして、1次、2次、3次・・・・と順番に処理が実施される。次に、n次目標値変換部2nは、(n-1)次制御部(不図示)から出力された操作量MVn-1を、式(8)の変換式によりn次制御部1nの目標値SPnに変換してn次制御部1nに出力する(図3ステップS107)。
SPn=(Hn-Ln)/100×MVn-1+SPn-1×Rn+Bn ・・・(8)
In this way, the processes are carried out in the order of primary, secondary, tertiary, and so on. Next, the nth-order target value conversion unit 2 n converts the manipulated variable MV n-1 output from the (n-1) -th order control unit (not shown) into the n-th
SP n = (H n -L n ) / 100 x MV n-1 + SP n-1 x R n + B n ... (8)
式(8)において、Hn(%)はn次制御部目標値スケーリング・リミット上限値、Ln(%)はn次制御部目標値スケーリング・リミット下限値、Rnは式(8)の変換式の(n-1)次制御部目標値SPn-1の項に乗じるパラメータであるレシオ、Bnは式(8)の変換式の定数項となるバイアスである。
なお、n次目標値変換部2nは、(n-1)次制御部目標値SPn-1の代わりに、(n-1)次制御部制御量PVn-1を用いる以下の式(9)によりn次制御部目標値SPnを算出するようにしてもよい。
SPn=(Hn-Ln)/100×MVn-1+PVn-1×Rn+Bn ・・・(9)
In equation (8), H n (%) is the nth-order control unit target value scaling limit upper limit value, L n (%) is the n-th order control unit target value scaling limit lower limit value, and R n is the equation (8). The ratio and B n , which are parameters to be multiplied by the term of the target value SP n-1 of the (n-1) -order control unit of the conversion equation, are biases that are constant terms of the conversion equation of the equation (8).
In addition, the nth-order target value conversion unit 2n uses the (n-1) -th order control unit control amount PV n-1 instead of the (n-1) -th order control unit target value SP n-1 by the following equation (n-1). The nth-order control unit target value SP n may be calculated according to 9).
SP n = (H n -L n ) / 100 x MV n-1 + PV n-1 x R n + B n ... (9)
i(iは2~nの整数)次制御部1iの目標値SPiについて式(4)~式(9)を一般化すると、以下のようになる。
SPi=(Hi-Li)/100×MVi-1+SPi-1×Ri+Bi ・・・(10)
SPi=(Hi-Li)/100×MVi-1+PVi-1×Ri+Bi ・・・(11)
i (i is an integer of 2 to n) The following is a generalization of equations (4) to (9) for the target value SP i of the
SP i = (H i -L i ) / 100 x MV i-1 + SP i-1 x R i + B i ... (10)
SP i = (H i -L i ) / 100 x MV i-1 + PV i-1 x R i + B i ... (11)
次に、n次制御部1nの制御量PVnは、n次プロセス4nに設けられたセンサ(不図示)によって計測され、n次制御部1nに入力される(図3ステップS108)。
n次制御部1nは、目標値SPnと制御量PVnとを入力として、制御量PVnが目標値SPnと一致するように周知のPID制御演算により操作量MVnを算出してn次プロセス4nに出力する(図3ステップS109)。操作量MVnの出力先は例えばバルブ等の操作端となる。
以上のようなステップS100~S109の処理を、制御装置の動作が終了するまで(図3ステップS110においてYES)、制御周期毎に繰り返し実行する。
Next, the controlled variable PV n of the nth-
The nth-
The processes of steps S100 to S109 as described above are repeatedly executed every control cycle until the operation of the control device is completed (YES in step S110 of FIG. 3).
次に、以上のような制御動作の前に行われる、パラメータ設定部3によるパラメータH2~Hn,L2~Ln,R2~Ln,B2~Bnの設定動作を図4を参照して説明する。
ここでは、(i-1)次制御部1i-1(iは2~nの整数)を主制御部、後段のi次制御部1iを副制御部として代表的に説明する。
Next, FIG. 4 shows the setting operation of the parameters H 2 to H n , L 2 to L n , R 2 to L n , and B 2 to B n performed by the
Here, (i-1) a primary control unit 1 i-1 (i is an integer of 2 to n) will be typically described as a main control unit, and a subsequent i-
パラメータHi,Li,Ri,Biの設定に際して、ユーザーは、事前に取得したデータから、(i-1)次制御部目標値がSPi-1からSP’i-1に変更されたときの変更前後の(i-1)次制御部目標値のそれぞれについて、整定時の(i-1)次制御部操作量MVi-1と整定時のi次制御部目標値SPiとを取得する。 When setting the parameters H i , Li i , R i , B i , the user changes the target value of the (i-1) next control unit from SP i -1 to SP'i-1 from the data acquired in advance. For each of the (i-1) primary control unit target values before and after the change, the (i-1) primary control unit operation amount MV i-1 at the time of setting and the i-order control unit target value SP i at the time of setting To get.
パラメータ設定部3のレシオ・バイアス算出部30は、ユーザーによって取得された既知のデータ、すなわち変更前の(i-1)次制御部目標値SPi-1と、(i-1)次制御部目標値がSPi-1の場合の整定時のi次制御部目標値SPiと、変更後の(i-1)次制御部目標値SP’i-1と、(i-1)次制御部目標値がSPi-1からSP’i-1に変更された場合の整定時のi次制御部目標値SP’iとに基づいて、i次目標値変換部2iのレシオRiとバイアスBiとを算出する(図4ステップS200)。
The ratio
上記の既知のデータにより、以下の連立方程式が成立する。
SPi=SPi-1×Ri+Bi ・・・(12)
SP’i=SP’i-1×Ri+Bi ・・・(13)
From the above known data, the following simultaneous equations hold.
SP i = SP i-1 x R i + B i ... (12)
SP'i = SP'i -1 x R i + B i ... (13)
式(12)、式(13)より次式が得られる。
Ri=(SPi-SP’i)/(SPi-1-SP’i-1) ・・・(14)
Bi=SPi-SPi-1×Ri ・・・(15)
The following equations can be obtained from the equations (12) and (13).
R i = (SP i -SP'i) / (SP i -1 -SP'i -1 ) ... (14)
B i = SP i -SP i-1 x R i ... (15)
レシオ・バイアス算出部30は、式(14)によりレシオRiを算出し、式(15)によりバイアスBiを算出すればよい。なお、レシオRiの単位は、i次制御部目標値SPiの単位/(i-1)次制御部目標値SPi-1の単位となる。一方、バイアスBiの単位は、i次制御部目標値SPiの単位と同じである。
The ratio
次に、パラメータ設定部3のレシオ・バイアス設定部31は、i次目標値変換部2iに対して、レシオ・バイアス算出部30によって算出されたレシオRiとバイアスBiとを設定する(図4ステップS201)。
Next, the ratio
レシオ・バイアス算出部30とレシオ・バイアス設定部31(iは2~nの整数)とは、i次目標値変換部2i毎にステップS200,S201の処理を実施すればよい。
The ratio
次に、パラメータ設定部3の上下限初期設定部32は、上記のようにi次目標値変換部2iのレシオRiとバイアスBiとが設定された後に、i次目標値変換部2iに対して、i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiとi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liのそれぞれの初期値を設定する(図4ステップS202)。
Next, the upper / lower limit
試行時間の短縮、装置の安全操業を考慮して、i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiの初期値を、i次制御部1iの制御量PViの既知の上限値とし、i次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liの初期値を、i次制御部1iの制御量PViの既知の下限値とする。
上下限初期設定部32(iは2~nの整数)は、i次目標値変換部2i毎にステップS202の処理を実施すればよい。
In consideration of shortening the trial time and safe operation of the device, the initial value of the i-order control unit target value scaling limit upper limit value H i is set as the known upper limit value of the control amount PV i of the i-th
The upper and lower limit initial setting units 32 (i is an integer of 2 to n) may perform the process of step S202 for each i-order target value conversion unit 2 i .
次に、パラメータ設定部3のPIDパラメータ調整部35は、各制御部11~1nのPIDパラメータ(比例帯、積分時間、微分時間)を調整する(図4ステップS203)。各制御部11~1nのPIDパラメータ調整方法は周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。なお、PIDパラメータの調整の際には、n次制御部1n→(n-1)次制御部1n-1→・・・・→2次制御部12→1次制御部11の順に調整を行う必要がある。また、本実施例では、PIDパラメータ調整部35を制御装置の内部に設けているが、外部に設けるようにしてもよい。
Next, the PID
次に、パラメータ設定部3の上下限値決定部33は、1次制御部目標値SP1の変更に対して(i-1)次制御部制御量PVi-1の所望の制御応答が得られることを条件として、i次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅(HiとLiとの差)が可能な限り狭くなるように、i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiとi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liとを決定する(図4ステップS204)。
Next, the upper / lower limit
i次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅を狭めることは、(i-1)次制御部制御量PVi-1を安定化させ易くする一方で、(i-1)次制御部制御量PVi-1の目標値到達時間短縮のポテンシャルを弱める方向に作用する。したがって、(i-1)次制御部制御量PVi-1の所望の制御応答が得られる範囲で、i次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅をできるだけ狭めるようにする。 Narrowing the upper and lower limit widths of the i-order control unit target value scaling limit makes it easier to stabilize the (i-1) primary control unit control amount PV i-1 , while (i-1) the primary control unit control amount. It acts in the direction of weakening the potential of shortening the time to reach the target value of PV i-1 . Therefore, the upper and lower limit widths of the i-order control unit target value scaling limit are narrowed as much as possible within the range in which the desired control response of the (i-1) next control unit control amount PV i-1 can be obtained.
i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiとi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liとは、主制御部である(i-1)次制御部1i-1の制御量PVi-1の安定化と、制御量PVi-1の目標値到達時間などの制御特性や経時変化等の環境変動等の許容特性などとのトレードオフで決めるべき値である。このi次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiとi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liとは、コントローラゲインがある程度定まっていないと設定することが困難である。例えば、(i-1)次制御部1i-1のコントローラゲインが強めの調整結果となった場合、(i-1)次制御部制御量PVi-1の制御応答は振動的になり易く、この状況でi次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅を広めに選ぶと、制御量PVi-1の制御応答がさらに振動的傾向となる。そのため、i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiとi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liとは、制御量PVi-1の制御応答に基づいて決める必要がある。
The i-order control unit target value scaling limit upper limit value H i and the i-order control unit target value scaling limit lower limit value L i are the control amounts of the (i-1)
図5は上下限値決定部33の動作を説明するフローチャートである。上下限値決定部33の目標値入力部330は、1次制御部11に所定の目標値SP1を入力し(図5ステップS300)、一定時間経過後(例えば制御系が整定するのに十分な時間の経過後)に目標値SP1を所定の目標値変更幅だけ変更する(図5ステップS301)。
FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of the upper / lower limit
上下限値決定部33の到達時間計測部331は、1次制御部目標値SP1が変更されたときから、(i-1)次制御部制御量PVi-1が(i-1)次制御部目標値SPi-1に到達するまでの目標値到達時間Ti-1を計測する(図5ステップS302)。
In the arrival
上下限値決定部33の振動量計測部332は、1次制御部目標値SP1が変更された後に、(i-1)次制御部制御量PVi-1が(i-1)次制御部目標値SPi-1に到達したときから所定の振動量計測時間が経過するまでの間の(i-1)次制御部目標値SPi-1と(i-1)次制御部制御量PVi-1との偏差(SPi-1-PVi-1)の絶対値の積算値である振動量Di-1を計測する(図5ステップS303)。
In the vibration
上下限値決定部33の上下限調整部333は、振動量計測部332によって計測された振動量Di-1が所定の振動量指標値以上の場合(図5ステップS304においてYES)、i次目標値変換部2iのi次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiを所定の上下限値変更幅だけ下げて、i次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liを所定の上下限値変更幅だけ上げることにより、i次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅を狭めて(図5ステップS306)、ステップS300に戻る。振動量指標値は、制御対象装置の目的に合わせて予め設定されている。
The upper / lower
ただし、上下限調整部333は、振動量Di-1が振動量指標値以上の場合に、i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiが許容可能な最小値に達するか、i次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liが許容可能な最大値に達するかのうち、少なくとも一方が成立していて、i次制御部目標値スケーリング・リミット上下限値が許容範囲外の場合には(図5ステップS305においてNO)、i次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅をさらに狭めることはできない。
However, when the vibration amount D i-1 is equal to or greater than the vibration amount index value, the upper / lower
そこで、上下限調整部333は、(i-1)次制御部1i-1のコントローラゲインを下げて(図5ステップS307)、ステップS300に戻る。具体的には、上下限調整部333は、(i-1)次制御部1i-1に設定されている比例帯に、1より大きい所定の係数を乗じることにより、比例帯を上げて(i-1)次制御部1i-1のコントローラゲインを下げるようにすればよい。i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiの許容可能な最小値、およびi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liの許容可能な最大値は、経時変化等の環境変動等の許容特性から予め設定されている。
Therefore, the upper / lower
また、上下限調整部333は、振動量Di-1が振動量指標値未満の場合に、到達時間計測部331によって計測された目標値到達時間Ti-1が所定の時間指標値以上の場合(図5ステップS308においてYES)、i次目標値変換部2iのi次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiを所定の上下限値変更幅だけ上げて、i次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liを所定の上下限値変更幅だけ下げることにより、i次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅を広げて(図5ステップS310)、ステップS300に戻る。時間指標値は、制御対象装置の目的に合わせて予め設定されている。
Further, in the upper / lower
ただし、上下限調整部333は、目標値到達時間Ti-1が時間指標値以上の場合に、i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiが許容可能な最大値に達するか、i次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liが許容可能な最小値に達するかのうち、少なくとも一方が成立していて、i次制御部目標値スケーリング・リミット上下限値が許容範囲外の場合には(図5ステップS309においてNO)、i次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅をさらに広げることはできない。
However, when the target value arrival time Ti -1 is equal to or longer than the time index value, the upper / lower
そこで、上下限調整部333は、(i-1)次制御部1i-1のコントローラゲインを上げて(図5ステップS311)、ステップS300に戻る。具体的には、上下限調整部333は、(i-1)次制御部1i-1に設定されている比例帯に、1より小さい所定の係数を乗じて、比例帯を下げて(i-1)次制御部1i-1のコントローラゲインを上げるようにすればよい。i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiの許容可能な最大値は、上限値Hiの上記の初期値と同じであり、i次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liの許容可能な最小値は、下限値Liの上記の初期値と同じである。
Therefore, the upper / lower limit adjusting unit 333 (i-1) raises the controller gain of the next control unit 1 i-1 (step S311 in FIG. 5), and returns to step S300. Specifically, the upper / lower
こうして、振動量Di-1が振動量指標値未満、かつ目標値到達時間Ti-1が時間指標値未満となるまでステップS300~S311の処理が繰り返し実行され、振動量Di-1が振動量指標値未満、かつ目標値到達時間Ti-1が時間指標値未満となった時点で、i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiとi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liの決定が完了し、上下限値決定部33の処理が終了する。
In this way, the processes of steps S300 to S311 are repeatedly executed until the vibration amount D i-1 is less than the vibration amount index value and the target value arrival time T i-1 is less than the time index value, and the vibration amount D i-1 is obtained. When the vibration amount index value is less than the target value arrival time Ti -1 is less than the time index value, the i- order control unit target value scaling limit upper limit H i and the i-order control unit target value scaling limit lower limit The determination of the value L i is completed, and the processing of the upper / lower limit
パラメータ設定部3の上下限値設定部34は、i次目標値変換部2iに対して、上下限値決定部33によって決定されたi次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiとi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liとを設定する(図4ステップS205)。
The upper / lower limit
上下限値決定部33と上下限値設定部34とは、以上のステップS204(ステップS300~S311),S205の処理を、i=2,3,・・・,nの順(2次目標値変換部22→3次目標値変換部23→n次目標値変換部2nの順)にi次目標値変換部2i毎に実施する。この順番で実施する理由は、低次側の制御部の振動を抑えないと制御を安定化させることが難しいと考えられるからである。
全てのi次目標値変換部2iについてステップS204,S205の処理が終わった時点で(図4ステップS206においてYES)、パラメータ設定部3の処理が終了する。
The upper / lower limit
When the processing of steps S204 and S205 is completed for all i -order target value conversion units 2i (YES in step S206 of FIG. 4), the processing of the
本実施例では、上記の(II)、(III)の方式および特許文献1に開示された技術の問題点を解消することができ、主制御部目標値SPi-1と副制御部目標値SPiとが異なる種類の物理量であっても適用することができる。特許文献1に開示された技術では、減衰率というレシオ係数で(i-1)次制御部操作量の変換を行っているが、単純なレシオだけでは異なる種類の物理量の変換に対応できないため、(i-1)次制御部の目標値変更等何らかのイベントをトリガとした係数変換が必要となる。これに対して、本実施例では、イベントによる係数の変換を必要とせず、レシオRiとバイアスBiと目標値スケーリング・リミット上下限値Hi,Liとにより、(i-1)次制御部目標値SPi-1をi次制御部目標値SPiの物理量に合わせて変換することが可能となる。
In this embodiment, the problems of the above methods (II) and (III) and the technique disclosed in
なお、本実施例では、上下限値決定部33によってi次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Hiとi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Liとを決定しているが、これに限るものではなく、ユーザーによって予め決定された上下限値Hi,Liを用いてもよい。
In this embodiment, the upper / lower limit
図6は本実施例の制御対象の1例を示す図である。この図6に示したカスケード制御系では、燃焼炉200内に設けられた温度計201によって計測された温度(1次制御部制御量PV1)が1次制御部11に入力される。1次制御部11は、操作量MV1を算出して出力する。2次目標値変換部22は、1次制御部操作量MV1を2次制御部目標値SP2に変換する。流量発信器202によって計測された燃料流量(2次制御部制御量PV2)が2次制御部12に入力される。2次制御部12は、操作量MV2を算出してバルブ203に出力する。バルブ203によって流量が調整された燃料は、燃焼炉200のバーナ204に供給される。
FIG. 6 is a diagram showing one example of the controlled object of this embodiment. In the cascade control system shown in FIG. 6, the temperature (primary control unit control amount PV 1 ) measured by the
1次制御部操作量MV1の0~100%が2次制御部目標値SP2の0~40m3/hに対応する場合、1次制御部操作量MV1の1%は0.4m3/h相当の2次制御部目標値SP2の変化に相当する。一方、1次制御部操作量MV1の0~100%が2次制御部目標値SP2の0~400m3/hに対応するとした場合、1次制御部操作量MV1の1%は4m3/h相当の2次制御部目標値SP2の変化になってしまう。このように2次制御部目標値SP2が広範囲になると、制御系はハンチングし易くなる。 When 0 to 100% of the primary control unit operation amount MV 1 corresponds to 0 to 40 m 3 / h of the secondary control unit target value SP 2 , 1% of the primary control unit operation amount MV 1 is 0.4 m 3 It corresponds to the change of the secondary control unit target value SP 2 corresponding to / h. On the other hand, if 0 to 100% of the primary control unit operation amount MV 1 corresponds to 0 to 400 m 3 / h of the secondary control unit target value SP 2 , 1% of the primary control unit operation amount MV 1 is 4 m. It will be a change of the secondary control unit target value SP 2 equivalent to 3 / h. When the target value SP 2 of the secondary control unit becomes wide in this way, the control system becomes easy to hunt.
例えば図6に示したカスケード制御系において、燃焼炉設定温度(1次制御部目標値SP1)と必要な燃料流量とについて以下の関係が判明しているとする。 For example, in the cascade control system shown in FIG. 6, it is assumed that the following relationship is known between the combustion furnace set temperature (primary control unit target value SP 1 ) and the required fuel flow rate.
1次制御部目標値SP1が200℃しか選ばれない場合、2次制御部目標値SP2の範囲は多少余裕を見ても15~25m3/hと設定すれば良いことになる。しかし、実際には例えば1次制御部目標値SP1が3000℃のとき、必要な2次制御部目標値SP2の範囲は15~25m3/hとなり、1次制御部目標値SP1が5000℃のとき、必要な2次制御部目標値SP2の範囲は35~45m3/hとなる。したがって、2次制御部目標値SP2の範囲を15~45m3/hとせざるを得ない。このような状況を認識しているユーザーは、2次制御部目標値スケーリング・リミット上限値H2,L2を予め設定しているものとする。 When the target value SP 1 of the primary control unit is selected only at 200 ° C., the range of the target value SP 2 of the secondary control unit may be set to 15 to 25 m 3 / h even if there is some margin. However, in reality, for example, when the primary control unit target value SP 1 is 3000 ° C., the required range of the secondary control unit target value SP 2 is 15 to 25 m 3 / h, and the primary control unit target value SP 1 is set. At 5000 ° C., the required range of the secondary control unit target value SP 2 is 35 to 45 m 3 / h. Therefore, the range of the target value SP 2 of the secondary control unit must be set to 15 to 45 m 3 / h. It is assumed that the user who is aware of such a situation has preset the secondary control unit target value scaling limit upper limit values H 2 and L 2 .
そして、本実施例のレシオ・バイアス算出部30は、ユーザーによって取得された既知のデータ、すなわち変更前の1次制御部目標値SP1=3000℃、1次制御部目標値がSP1=3000℃の場合の整定時の2次制御部目標値SP2=20m3/hと、変更後の1次制御部目標値SP’1=5000℃と、1次制御部目標値がSP1=3000℃からSP’1=5000℃に変更された場合の整定時の2次制御部目標値SP’2=40m3/hとに基づいて、以下の連立方程式を解くことにより、2次目標値変換部22のレシオR2とバイアスB2とを算出する。
20=3000×R2+B2 ・・・(16)
40=5000×R2+B2 ・・・(17)
Then, the ratio
20 = 3000 x R 2 + B 2 ... (16)
40 = 5000 x R 2 + B 2 ... (17)
その結果、レシオR2=0.01m3/h℃、バイアスB2=-10m3/hが得られる。1次制御部操作量MV1=0~100%で±5m3/hをとるようにスケーリング設定を行えば、1次制御部操作量MV1を適切に異なる物理量である2次制御部目標値SP2に変換することが可能となる。 As a result, a ratio R 2 = 0.01 m 3 / h ° C. and a bias B 2 = −10 m 3 / h can be obtained. If the scaling is set so that the primary control unit operation amount MV 1 = 0 to 100% and ± 5 m 3 / h is set, the primary control unit operation amount MV 1 is a physical quantity that is appropriately different from the secondary control unit target value. It becomes possible to convert to SP 2 .
本実施例で説明した制御装置は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置及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。このコンピュータの構成例を図7に示す。コンピュータは、CPU300と、記憶装置301と、インターフェース装置(以下、I/Fと略する)302とを備えている。I/F302には、例えば温度計、流量発信器等のセンサや、バルブ等の操作端などが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明のパラメータ設定方法を実現させるためのプログラムは記憶装置301に格納される。CPU300は、記憶装置301に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。
The control device described in this embodiment can be realized by a computer provided with a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an interface, and a program for controlling these hardware resources. An example of the configuration of this computer is shown in FIG. The computer includes a
なお、カスケード制御機能はマルチループ制御装置(調節計)の周知の機能として搭載されている。すなわち、内部に複数の制御部を備えた調節計を用いることで、本発明のように複数の制御部が縦続接続されたカスケード制御系を実現することが可能である。また、個々の制御部を調節計で実現し、複数の調節計を縦続接続して本発明のカスケード制御系を構成してもよい。 The cascade control function is installed as a well-known function of the multi-loop control device (regulator). That is, by using a controller having a plurality of control units inside, it is possible to realize a cascade control system in which a plurality of control units are connected in series as in the present invention. Further, each control unit may be realized by a regulator, and a plurality of regulators may be connected in series to form the cascade control system of the present invention.
本発明は、カスケード制御系に適用することができる。 The present invention can be applied to a cascade control system.
11~1n…制御部、22~2n…目標値変換部、3…パラメータ設定部、41~4n…プロセス、30…レシオ・バイアス算出部、31…レシオ・バイアス設定部、32…上下限初期設定部、33…上下限値決定部、34…上下限値設定部、35…PIDパラメータ調整部、330…目標値入力部、331…到達時間計測部、332…振動量計測部、333…上下限調整部。 1 1 to 1 n ... Control unit, 2 2 to 2 n ... Target value conversion unit, 3 ... Parameter setting unit, 4 1 to 4 n ... Process, 30 ... Ratio / bias calculation unit, 31 ... Ratio bias setting unit, 32 ... Upper and lower limit initial setting unit, 33 ... Upper and lower limit value determination unit, 34 ... Upper and lower limit value setting unit, 35 ... PID parameter adjustment unit, 330 ... Target value input unit, 331 ... Arrival time measurement unit, 332 ... Vibration amount measurement Unit, 333 ... Upper and lower limit adjustment unit.
Claims (3)
それぞれ目標値と制御量とを入力として操作量を算出するように構成されたn個の前記制御部と、
(i-1)次(iは2~nの整数)制御部とi次制御部との間に設けられ、(i-1)次制御部によって算出された操作量をi次制御部の目標値に変換するように構成された(n-1)個の目標値変換部と、
これら目標値変換部のパラメータを設定するように構成されたパラメータ設定部とを備え、
n個の前記制御部のうち、1次から(n-1)次の各制御部は、算出した操作量を直後の前記目標値変換部に出力し、最終段のn次の制御部は、算出した操作量を制御対象の操作端に出力し、
各目標値変換部は、(i-1)次制御部の目標値をSP i-1 、(i-1)次制御部の制御量をPV i-1 、(i-1)次制御部によって算出された操作量をMV i-1 、i次制御部の目標値をSP i 、予め設定されたi次制御部目標値スケーリング・リミット上限値をH i 、予め設定されたi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値をL i 、(i-1)次制御部の目標値SP i-1 または制御量PV i-1 に乗じるパラメータであるレシオをR i 、定数項となるバイアスをB i としたとき、SP i =(H i -L i )/100×MV i-1 +SP i-1 ×R i +B i 、またはSP i =(H i -L i )/100×MV i-1 +PV i-1 ×R i +B i により、(i-1)次制御部によって算出された操作量MV i-1 をi次制御部の目標値SP i に変換し、
前記パラメータ設定部は、
過去のデータ取得時に(i-1)次制御部の目標値SP i-1 が第1の値から第2の値に変更されたときの前記第1、第2の値と、この目標値SP i-1 の変更前後のそれぞれについて取得された、整定時のi次制御部の目標値SP i とを含む既知のデータに基づいて、前記レシオR i とバイアスB i とをi次目標値変換部毎に算出するように構成されたレシオ・バイアス算出部と、
このレシオ・バイアス算出部によってi次目標値変換部毎に算出されたレシオR i とバイアスB i とをそれぞれ対応するi次目標値変換部に設定するように構成されたレシオ・バイアス設定部とを含むことを特徴とする制御装置。 In a control device of a cascade control system in which n (n is an integer of 2 or more) control units are connected in sequence.
The n control units configured to calculate the operation amount by inputting the target value and the control amount, respectively, and
(I-1) The operation amount provided between the next (i is an integer of 2 to n) control unit and the i-order control unit, and the operation amount calculated by the (i-1) order control unit is the target of the i-order control unit. (N-1) target value conversion units configured to convert to values,
It is provided with a parameter setting unit configured to set the parameters of these target value conversion units.
Of the n control units, each of the primary to (n-1) next control units outputs the calculated operation amount to the target value conversion unit immediately after, and the nth-order control unit in the final stage is The calculated operation amount is output to the operation end of the control target, and
Each target value conversion unit uses SP i-1 for the target value of the (i-1) primary control unit, PV i-1 for the control amount of the (i-1) primary control unit, and (i-1) primary control unit. The calculated operation amount is MV i-1 , the target value of the i-order control unit is SP i , the preset i-order control unit target value scaling limit upper limit value is Hi , and the preset i-order control unit target . The lower limit of the value scaling limit is Li, the ratio (i-1), which is a parameter multiplied by the target value SP i-1 of the next control unit or the control amount PV i-1, is R i , and the bias that is a constant term is Bi . When SP i = (H i - L i ) / 100 x MV i-1 + SP i-1 x R i + Bi , or SP i = (H i - L i ) / 100 x MV i-1 + PV By i-1 × R i + B i , the operation amount MV i-1 calculated by the (i-1) primary control unit is converted into the target value SP i of the i-order control unit.
The parameter setting unit is
(I-1) Target value SP of the next control unit at the time of past data acquisition The first and second values when i-1 is changed from the first value to the second value, and this target value SP . Based on the known data including the target value SP i of the i-order control unit at the time of settling, which was acquired before and after the change of i-1 , the ratio R i and the bias B i were converted to the i-order target value. A ratio / bias calculation unit configured to calculate for each unit,
A ratio bias setting unit configured to set the ratio R i and the bias B i calculated for each i -th target value conversion unit by the ratio bias calculation unit to the corresponding i-th target value conversion units. A control device characterized by including.
それぞれ目標値と制御量とを入力として操作量を算出するように構成されたn個の前記制御部と、
(i-1)次(iは2~nの整数)制御部とi次制御部との間に設けられ、(i-1)次制御部によって算出された操作量をi次制御部の目標値に変換するように構成された(n-1)個の目標値変換部と、
これら目標値変換部のパラメータを設定するように構成されたパラメータ設定部とを備え、
n個の前記制御部のうち、1次から(n-1)次の各制御部は、算出した操作量を直後の前記目標値変換部に出力し、最終段のn次の制御部は、算出した操作量を制御対象の操作端に出力し、
各目標値変換部は、(i-1)次制御部の目標値をSP i-1 、(i-1)次制御部の制御量をPV i-1 、(i-1)次制御部によって算出された操作量をMV i-1 、i次制御部の目標値をSP i 、予め設定されたi次制御部目標値スケーリング・リミット上限値をH i 、予め設定されたi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値をL i 、(i-1)次制御部の目標値SP i-1 または制御量PV i-1 に乗じるパラメータであるレシオをR i 、定数項となるバイアスをB i としたとき、SP i =(H i -L i )/100×MV i-1 +SP i-1 ×R i +B i 、またはSP i =(H i -L i )/100×MV i-1 +PV i-1 ×R i +B i により、(i-1)次制御部によって算出された操作量MV i-1 をi次制御部の目標値SP i に変換し、
前記パラメータ設定部は、
過去のデータ取得時に(i-1)次制御部の目標値SP i-1 が第1の値から第2の値に変更されたときの前記第1、第2の値と、この目標値SP i-1 の変更前後のそれぞれについて取得された、整定時のi次制御部の目標値SP i とを含む既知のデータに基づいて、前記レシオR i とバイアスB i とをi次目標値変換部毎に算出するように構成されたレシオ・バイアス算出部と、
このレシオ・バイアス算出部によってi次目標値変換部毎に算出されたレシオR i とバイアスB i とをそれぞれ対応するi次目標値変換部に設定するように構成されたレシオ・バイアス設定部と、
初段の1次制御部の目標値SP 1 の変更に対して(i-1)次制御部の制御量PV i-1 の所望の制御応答が得られることを条件として、i次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅が可能な限り狭くなるように、前記i次制御部目標値スケーリング・リミット上限値H i と前記i次制御部目標値スケーリング・リミット下限値L i とをi次目標値変換部毎に決定するように構成された上下限値決定部と、
この上下限値決定部によってi次目標値変換部毎に決定されたi次制御部目標値スケーリング・リミット上限値H i とi次制御部目標値スケーリング・リミット下限値L i とをそれぞれ対応するi次目標値変換部に設定するように構成された上下限値設定部とを含むことを特徴とする制御装置。 In a control device of a cascade control system in which n (n is an integer of 2 or more) control units are connected in sequence.
The n control units configured to calculate the operation amount by inputting the target value and the control amount, respectively, and
(I-1) The operation amount provided between the next (i is an integer of 2 to n) control unit and the i-order control unit, and the operation amount calculated by the (i-1) order control unit is the target of the i-order control unit. (N-1) target value conversion units configured to convert to values,
It is provided with a parameter setting unit configured to set the parameters of these target value conversion units.
Of the n control units, each of the primary to (n-1) next control units outputs the calculated operation amount to the target value conversion unit immediately after, and the nth-order control unit in the final stage is The calculated operation amount is output to the operation end of the control target, and
Each target value conversion unit uses SP i-1 for the target value of the (i-1) primary control unit, PV i-1 for the control amount of the (i-1) primary control unit, and (i-1) primary control unit. The calculated operation amount is MV i-1 , the target value of the i-order control unit is SP i , the preset i-order control unit target value scaling limit upper limit value is Hi , and the preset i-order control unit target . The lower limit of the value scaling limit is Li, the ratio (i-1), which is a parameter multiplied by the target value SP i-1 of the next control unit or the control amount PV i-1, is R i , and the bias that is a constant term is Bi . When SP i = (H i - L i ) / 100 x MV i-1 + SP i-1 x R i + Bi , or SP i = (H i - L i ) / 100 x MV i-1 + PV By i-1 × R i + B i , the operation amount MV i-1 calculated by the (i-1) primary control unit is converted into the target value SP i of the i-order control unit.
The parameter setting unit is
(I-1) Target value SP of the next control unit at the time of past data acquisition The first and second values when i-1 is changed from the first value to the second value, and this target value SP . Based on the known data including the target value SP i of the i-order control unit at the time of settling, which was acquired before and after the change of i-1 , the ratio R i and the bias B i were converted to the i-order target value. A ratio / bias calculation unit configured to calculate for each unit,
A ratio bias setting unit configured to set the ratio R i and the bias B i calculated for each i -th target value conversion unit by the ratio bias calculation unit to the corresponding i-th target value conversion units. ,
Target value of the primary control unit in the first stage (i-1) Target value of the primary control unit on condition that the desired control response of the control amount PV i-1 of the primary control unit can be obtained in response to the change of SP 1 . The i-order control unit target value scaling limit upper limit value Hi and the i -order control unit target value scaling limit lower limit value Li are set to the i - order target value so that the scaling limit upper and lower limit widths are as narrow as possible. An upper / lower limit value determination unit configured to be determined for each conversion unit,
The i-order control unit target value scaling limit upper limit value Hi and the i -order control unit target value scaling limit lower limit value Li, which are determined for each i-order target value conversion unit by the upper and lower limit value determination units, correspond to each other. A control device including an upper / lower limit value setting unit configured to be set in the i-order target value conversion unit.
前記レシオ・バイアス算出部は、過去のデータ取得時の(i-1)次制御部の目標値の第1の値をSPi-1、第2の値をSP’i-1、(i-1)次制御部の目標値が第1の値SPi-1の場合の整定時のi次制御部の目標値をSPi、(i-1)次制御部の目標値が第1の値SPi-1から第2の値SP’i-1に変更された場合の整定時のi次制御部の目標値をSP’ i としたとき、Ri=(SPi-SP’i)/(SPi-1-SP’i-1)、Bi=SPi-SPi-1×Riにより、レシオRiとバイアスBiとを算出することを特徴とする制御装置。 In the control device according to claim 1 or 2 .
The ratio bias calculation unit sets the first value of the target value of the (i-1) next control unit at the time of past data acquisition to SP i-1 , the second value to SP'i -1 , and (i-). 1) When the target value of the next control unit is the first value SP i-1 , the target value of the i-order control unit at the time of setting is SP i , and (i-1) the target value of the next control unit is the first value. When the target value of the i-order control unit at the time of setting is SP'i when the second value is changed from SP i-1 to SP'i-1 , R i = (SP i - SP'i ) / (SP i-1- SP'i -1 ), Bi = SP i -SP i -1 × R i , a control device characterized in that the ratio R i and the bias B i are calculated.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018141225A JP7089335B2 (en) | 2018-07-27 | 2018-07-27 | Control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018141225A JP7089335B2 (en) | 2018-07-27 | 2018-07-27 | Control device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020017186A JP2020017186A (en) | 2020-01-30 |
JP7089335B2 true JP7089335B2 (en) | 2022-06-22 |
Family
ID=69580539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018141225A Active JP7089335B2 (en) | 2018-07-27 | 2018-07-27 | Control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7089335B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001512257A (en) | 1997-07-31 | 2001-08-21 | ハネウエル・インコーポレーテッド | Adaptive cascade control algorithm |
US20130060353A1 (en) | 2011-09-01 | 2013-03-07 | Honeywell International Inc. | Apparatus and method for predicting windup and improving process control in an industrial process control system |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62163107A (en) * | 1986-01-14 | 1987-07-18 | Yokogawa Electric Corp | Process controller |
JPH036601A (en) * | 1989-06-02 | 1991-01-14 | Toshiba Corp | Control mode switching device |
JP4555647B2 (en) * | 2004-09-21 | 2010-10-06 | 株式会社日立国際電気 | Substrate processing apparatus, semiconductor device manufacturing method, temperature control method |
-
2018
- 2018-07-27 JP JP2018141225A patent/JP7089335B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001512257A (en) | 1997-07-31 | 2001-08-21 | ハネウエル・インコーポレーテッド | Adaptive cascade control algorithm |
US20130060353A1 (en) | 2011-09-01 | 2013-03-07 | Honeywell International Inc. | Apparatus and method for predicting windup and improving process control in an industrial process control system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020017186A (en) | 2020-01-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100621830B1 (en) | System and method for a variable gain proportional-integral pi controller | |
US8195312B2 (en) | Multi-mode control loop with improved performance for mass flow controller | |
KR101478450B1 (en) | Design method of variable pid gains for multivariable nonlinear systems | |
CA2411378A1 (en) | Multi-variable matrix process control | |
JP3437807B2 (en) | Control calculation device and control calculation method | |
JP7089335B2 (en) | Control device | |
US5796608A (en) | Self controllable regulator device | |
JP7089336B2 (en) | Control device | |
KR20160119511A (en) | Apparatus and method for generating fuzzy pid controller | |
JP2004086858A (en) | Controller, thermoregulator and thermal treatment equipment | |
JP4982905B2 (en) | Control method and control apparatus | |
Kurien et al. | Overview of different approaches of pid controller tuning | |
WO2017085781A1 (en) | Temperature control device and temperature control method | |
CN109695893B (en) | Method, device, equipment and system for controlling oxygen concentration in boiler system | |
US6847851B1 (en) | Apparatus for improved general-purpose PID and non-PID controllers | |
JPS61198302A (en) | Regulator | |
de Azevedo Júnior et al. | Optimal analytical cascade control for FOPDT systems | |
US20050177253A1 (en) | Controller | |
JP2830640B2 (en) | Adjustment control device | |
JPH11506553A (en) | Dynamic process modeling equipment | |
JPH09146610A (en) | Multivariable nonlinear process controller | |
JP2018112858A (en) | Controller, method for control, and control program | |
RU2648516C1 (en) | Proportional-integral controller | |
JP4119358B2 (en) | Control method and control apparatus | |
Nguyen et al. | A Novel Finite-time Continuous Exact First-order Differentiator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210324 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220127 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220208 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220405 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220422 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220517 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220609 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7089335 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |