JPH01106103A - プロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ｌ１１−するプロセスモデルの動特性を装置
の内部に持ち、数ステップ先のプロセスの応答を予測し
て制御出力値を１品１嚢するプロセスｌｌＩＪｗＪ装置
に関する。

（従来の技術） 品質管理、省エネルギー、安全操業、自動化による省力
化、収率向上、製品価値の向上等を目指して、プロセス
制御用コンピュータの導入が、近年−膜化してぎている
。

これまでのレロセス制御の中心は、Ｐ■あるいはＰＩＤ
演算によるフィードバック制御ないしはフィードフォワ
ード制御であり、その有効性は、既に多くの実績から明
らかである。　　　。

しかしながらプロセス７０−の複合化、プラントの大規
模化、運転方法の多様化などによって、これまでのフィ
ードバック制Ｗあるいはフィードフォワード制御だけで
は、各種の外乱に対して十分な制御性能を得られないプ
ロセスが出現してきている。

＜Ｒ明が解決しようとする問題点） 本発明は、この様な実情に鑑みてなされたものであって
、その目的は、これまでのＰＩＤフィードバック制御で
は制御が難しいようなプロセスの安定制御を簡Ｑｌな操
作で行えるプロセス１ｉｌＪ　ｔＸｌ装置を実現するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） 前記した目的を達成するための本発明は、プロセスから
の現在の測定信号（Ｙ）と目標値（Ｙｄ）とを入力し現
在の測定ｆｉｌｌ（Ｙ）から目標値（Ｙｄ）まで測定値
（Ｙ）が動いていくであろう参照軌道（ＹＲ）を計算す
る参照軌道計算部と、プロセスからの測定信号（Ｙ）を
目標値（Ｙｄ）に近付けるようにｉｌ、ｌＪ御出力（ｔ
Ｊ）を計算しこの制御出力をプロセスに送出する制御出
力計算部と、この制御出力計算部からの制御出力（ＬＪ
）を入力しプロセスの動特性を所定の予測距離（Ｐ）ま
で表すプロセスモデルを持ち、予測距［（Ｐ）までの測
定信号（Ｙ）の予測値（ＹＭ）を送出するモデル出力計
算部と、 ？ｙｉｒｔ！制御出力演ｎ部に制御性の評価基準を設定
する評価基準設定手段と、 この評価基準設定手段によって設定された評価基準から
、前記測定信号（Ｙ）の予測値（ＹＭ）を計算するにあ
たり、どれだけ先までの予測値を計算するかを決める予
測距離（Ｐ）を計算し、当該予測距離１１１（Ｐ）を前
記制御出力計Ｒ部と前記モデル出力計算部とに与える予
測距離計算部とを備えて構成される。

（作用） 制御出力計算部は現時刻から前記予測距離計算部より与
えられる予測距離（Ｐ）に対応する時刻　・先において
、プロセスからの測定信号（Ｙ）の予測値（ＹＭ）と参
照軌道信号（ＹＲ）とが一致するように制御出力（Ｕ）
を計ｎする。

（実施例） 以下図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。図において１はプロセス（制御対象）を示すブロッ
クで、生産機の変化、制御目標値の変化、各種外乱など
によってその動特性が変化するものとする。

２はプロセス１からの現在の測定信号（Ｙ）と、目標１
１（Ｙｄ）とを入力し現在の測定値（Ｙ）′から目標値
（Ｙｄ）まで測定値（Ｙ）が動いていくであろう参照軌
道（ＹＲ）を計算する参照軌道計算部である。ここには
、プロセス１を含゛む閉ループ応答時間ＴＬが演算定数
（パラメータ）として与えられている。　３はプロセス
１からの測定信号（Ｙ）を目標値（Ｙｄ）に近付けるよ
うに制御出力（Ｕ）を計算し、この制御出力をプロセス
１に送出する制御出力計算部である。この制御出力計算
部３には、後で述べる予測Ｖｆ！離計ｑ部６からの予測
距離（Ｐ）が与えられており、制御出力の制約条件、例
えば出力上下限埴、変化率制限等を考慮して、予測距Ｉ
ｌｌ　（Ｐ）に対応した時点でのプロセスからの測定値
の予測値と、参照軌道（ＹＲ）が一致するように次の制
御出力値を決定している。

４は制御出力計算７’Ｊ１３からのｌｌ１１１９１１出
力（Ｕ）を入力するモデル出力計算部である。このモデ
ル出力計篩部４内には、プロセスの動特性を所定の予測
距離（Ｐ）まで表すプロセスモデルを持ち、予測距ＩＩ
Ｉ　（Ｐ）までの測定信号（Ｙ）の予測値（ＹＭ）をモ
デル出力として送出する。

ここでプロセスモデルとしては、例えば（１）式で表さ
れるインパルス応答モデルが用いられる。

ここで、ｈ　Ｂ）はインパルス応答関数であり、Ｕ（ｔ
）、Ｙ（ｔ）はそれぞれプロヒス１の入力及びプロセス
からの測定信号（プロセスの出力）である。

第２図は、インパルス応答モデルによるプロセス動特性
を表現した説明図である。

このように表現されるインパルス応答モデルは、モデル
化の段階でモデル次数を仮定する必要はなく、リサイク
ル系のようなかなり特異なプロセスの場合でもモデル表
現が可能なことである。

第３図は、制御対像、プロセスをインパルス応答モデル
として同定する場合の説明図である。

（ａ）に示すように、制御対傘プロはスにプロセス入力
として微少なアップダウン変化を与え、それに対する（
ｂ）に示すようなプロセス出力（測定信号）（Ｙ）のダ
イナミック応答データを時系列的に解析することによっ
て得られる。

５は制御出力計算部３に行なわせる制御性のパターン（
制御評価基準）を設定する評価基準設定手段で、ここに
は、閉ループ応答時間ＴＬ、閉ループ応答を表す評価基
準の情報が設定されている。

第４図は、評価基準設定手段５に与える評価基準の一例
を示す閏ループ応答を表す波形図である。

（ａ）は操作出力（ＭＶ）変化を最小とするタイプであ
り、（ｂ）はオーバーシュートを最小とするタイプであ
り、（Ｃ）は制御偏差を最小とするタイプ、（ｄ）はス
テップ応答を近似させるタイプである。

制御Ｍ準設定手段５には、プロセス１の性質やアプリケ
ーション等に応じて第４図に示す評価基準のいずれかの
タイプを選定し、それが指定される。

６は評価基準設定手・段５によって設定された評価基準
や、閉ループ応答時間ＴＬから、測定信号（Ｙ）の予測
値（ＹＭ）を計算づるにあたり、どれだけ先までの予測
値を計算するかを決める予測路１１１　（Ｐ）を計算す
る予測距離計０部で、ここで計算して得られた予測距離
（Ｐ）は、制御出力計算部３及びモデル出力計算部４と
に与えられている。

７は測定信号（Ｙ）とモデル出力計算部４からの予測１
１１１（ＹＭ）との差をとる加算部であり、８は参照軌
道計算ａｌ１２からの参照軌道（Ｙｒ（）と、加算部７
からの差信号（Ｙｍ）との差をとる加算部で、これらは
いずれも制御出力計算部３内に設けられるものであって
もよい。

このように構成した装置の動作を次に説明する。

第５図は、動作の概念を示す動作概念図である。

プロセス１の出力（測定信号）（Ｙ）の将来値（予測値
）（ＹＭ）は（１）式にて計算される。

参照軌道計算部２は、現在の測定値（Ｙ）から目標値（
Ｙｄ）までの参照軌道（ＹＲ）を（２）式に従って計算
し、これを出力する。

ＹＲ（１）−Ｙ ＹＲ（＋）　　−α　・　゛イ門こん一す　＋　（１−
べ）Ｙｃｔ＋＝２．３・・・・・・、Ｔし たｒ：”Ｌ、又：　ｆ＾　（ＴＬ、） モデル出力計算２１Ｓ４は、後で述べる予測距離計算部
６から与えられる予測距離（Ｐ）を受け、プロセス出力
（測定値）（Ｙ）”が現在から予測距離（Ｐ）時点まで
の将来にわたってとるべき予測値（ＹＭ）を（３）式に
従って計算する。

ＹＭ（１）−’Ｉ’ ＹＭ　（ｉ　）　−Ｙｔ’ｌ　（ｉ−１）＋ン（Ｏｃ＝
＞−０（ん−１））ｒ−２，３，・・・・・・、Ｐ 汽ｒミーＬ　　σ：　　）ｆ／月呵Ｉ矢ｈ（ｔ＜・クヒ
ノリここでモデル出力計篩部４に与えられる予測距離（
Ｐ）は、予測距離計算部６によって（４）式に従って計
算される。

ｘ＝ｍａｘｉｍｕｍ　　ｏｒ　　ｍｉｎｉｍｕｍｆｏｒ
　　ｉ−１，ＴＬ Ｙ−ｆ２（ｉ） ｉｆ　　”ｙ’＜ｘ、ｔｈｅｎ　　”ｌ−ｘ、Ｐ＋−１
ｃｏｎｔ　ｉ　ｎｕｅ ただしＴＬ；閉ループ応答時間 ｆ２；評価関数である。

第６図は、予測距離計算部６において評価基準設定手段
５から指定される評価基準に従って予測距離（Ｐ）を求
める概念図である。

ここでＡ、Ｂ、Ｃは、評価基準設定手段５で設定される
評ｌｉ！５基準に基づくプロセス出力の変化をそれぞれ
示す信号波形であり、Ｄは、参照軌道として与えられる
例えば１次遅れの信号波形である。

これらにおいて、予測路１１１１　（Ｐ）を少しずつ変
えていくと、その信号波形は矢印ａ方向に移動する。

予測距離（Ｐ）は、例えば信号波形へと１次遅れの信号
波形りとで囲まれた斜線で示す部分の面積が最も小さく
なるような予測距離（Ｐ）の値を探すこと、すなわち、
例えば（５）式のような計算をすることで求めることが
できる。

また、これ以外に例えば（６）式及び（７）式のように
、制御出力あるいは測定信号の変化分が最小となるよう
な予測距離（Ｐ）を探すことで求めることができる。

Ｊ＝乙１＼Ｈ−）’：ｂｌ ＾＆１ 制御出力計算部３は、予測距離計算部６から与えられる
予測路１ｉ１（Ｐ）を受け、この予測距離（Ｐ）に対応
する時刻先において、プロセスからの測定信号（Ｙ）の
予？１１１１１１（ＹＭ）と、参照軌道（ＹＲ）とが一
致するように、すなわち、第５図において実線で示す参
照軌道と、破線で示すプロセス出力の予測値とが一致す
るように、（８）式に従った計算をし、これをプロセス
１に出力する。

Ｕ　（ｉ）　−Ｕ　（ｉ−１＞ ｉ−２，３，・・・・・・、Ｐ λはリラクセイション係数 第７図は、以上説明した動作の流れを示すフローチャー
トである。

この様な動作によって、制御出力計算部３からは、制御
出力が現在値から将来にわたってとるべき値を考慮し、
予測路Ｉｌｌ　（Ｐ）に対応する少し未来の時点におい
て、制御ＩＩ幅偏差零とするように現在の制御出力（Ｕ
）をプロセス１に送出することができる。

なお、評価基準設定手段５に設定する評１１Ｉｌ準とし
ては第４図に示したちの以外に、ＩＡＥ、ＩＳＥ、ＩＴ
ＡＥ、ＩＲＡＲと称される公知の評価基準を設定するよ
うにしてもよい。

また、第７図のフローチャートでは、評価基準を満たす
Ｐの計算を制御周期ごとに行う場合（プロセスモデルの
出力が現在の測定信号に依存する場合）を想定したもの
であるが、プロセスモデルの構成によっては、このステ
ップは必要に応じて実行するようにしてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によればこれまでの
ＰＩＤフィードバック制御では安定な制御を行うことが
難しいようなプロセスの制御を、制御基準と、閉ループ
応答時間ＴＬを設定すると古う簡単な操作で行えるプロ
セス制御袋ｄが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第
２図は、インパルス応答モデルによるプロセス動特性を
表現した説明図、第３図は、制御対象プロセスをインパ
ルス応答モデルとして同定する場合の説明図、第４図は
、評価基準設定手段５に与える評価基準の一例を示す閉
ループ応答を表す波形図、第５図は、動作の概念を示す
動作概念図、第６図は、予測圧１１１ｉｔ　８７部６に
おいて評価ｍｒ！Ｐ−設定手段５から指定される評価基
準に従って予測圧１Ｉｌｌｌ（Ｐ）を求める概念図、第
７図は、動作の流れを示すフローチャートである。 １・・・プロヒス（制御対象） ２・・・参照軌道計り部 ３・・・制御出力計算部 ４・・・モデル出力計痺部 ５・・・評Ｉｌ！Ｉｉ１！準設定手段 ６・・・予測距離計算部 第１図 ＩＬ　　　　肚＋Ｏａ＊ 第３図 第４図 （ａ）（ｂ） （ｃ）　　　　　　　　（ｄ） 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プロセスからの現在の測定信号（Ｙ）と目標値（Ｙｄ）
   とを入力し現在の測定値（Ｙ）から目標値（Ｙｄ）まで
   測定値（Ｙ）が動いていくであろう参照軌道（ＹＲ）を
   計算する参照軌道計算部と、プロセスからの測定信号（
   Ｙ）を目標値（Ｙｄ）に近付けるように制御出力（Ｕ）
   を計算しこの制御出力をプロセスに送出する制御出力計
   算部と、この制御出力計口部からの制御出力（Ｕ）を入
   力しプロセスの動特性を所定の予測距離（Ｐ）まで表す
   プロセスモデルを持ち、予測距離（Ｐ）までの測定信号
   （Ｙ）の予測値（ＹＭ）を送出するモデル出力計算部と
   、 前記制御出力演算部に制御性の評価基準を設定する評価
   基準設定手段と、 この評価基準設定手段によつて設定された評価基準から
   、前記測定信号（Ｙ）の予測値（ＹＭ）を計算するにあ
   たり、どれだけ先までの予測値を計算するかを決める予
   測距離（Ｐ）を計算し、当該予測距離（Ｐ）を前記制御
   出力計算部と前記モデル出力計算部とに与える予測距離
   計算部とを備え、 前記制御出力計算部は現時刻から前記予測距離計算部よ
   り与えられる予測距離（Ｐ）に対応する時刻先において
   、プロセスからの測定信号（Ｙ）の予測値（ＹＭ）と参
   照軌道信号（ＹＲ）とが一致するように制御出力（Ｕ）
   を計算することを特徴とするプロセス制御装置。