JPH01173201A - デジタル式プロセス制御装置 - 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】 （発明の分野） この発明は、ＰＩＤ制御系、２自由度ＰＩＤ制御系、積
分型最適レギュレータ等として好適なデジタル式プロセ
ス制御装置に関する。

（発明の概要） この発明では、この種のデジタル式プロセス制御装置に
おいて、操作量計算値ＵＮが飽和領域にある期間につい
ては、積分操作量計算値ＩＮをそのときどの制御状態に
応じて適宜補正し、過積弁等に起因する整定時間の遅れ
を防止したものである。

（従来技術とその問題点） 従来、この種のデジタル式プロセス制御装置では、ＩＪ
ｍｉｎ≦ＵＮ≦ＩＪ　ｍａｘなる操作量飽和特性を前提
として、下記（１）、（２）式 ％式％） 但し、１Ｎ：サンプリング時点Ｎにおける積分操作量 ＩＮ−＋　　：サンプリング時点Ｎ−１における積分操
作量 Ｕｍｉｎ　；操作量下限値 ＩＪｍａｘ　；操作量上限値 ＭＮ；積分操作量以外の操作量 ｒＮ；制御量目標値 ｙＮ：制御量検出値 Ｋｉ；積分ゲイン ＴＳ：サンプリング時間 に基いて、操作　ＵＮを決定出力するように構成されて
いる。

すなわち、第３図に示されるように、制御動作が開始さ
れると、まずサンプリングカウンタＮ。

積分ゲインＫｉ、サンプリング時間Ｔｓ、積分初期値Ｉ
ｎ、操作量上限値ＩＪｍａｘ、操作量下限値Ｕｍｉｎの
初期設定がなされる（ステップ３０１）。

この状態において、ユーザが制御量目標値ｒＮ。

制御量検出値’１／Ｎおよび積分操作量以外の操作量Ｍ
Ｎの計算に必要なデータを入力するとくステップ３０２
＞　、前述した（ｉ＞、（２）式に基いてサンプリング
時点Ｎにおける積分操作量Ｉ　Ｎ　＋サンプリング時点
Ｎにおけるトータル操作ｆｆ１ＵＮが求められる（ステ
ップ３０３）。

その後、求められたトータル操作量ＵＮの値が、ＬＪｍ
ｉｎ≦ＵＮ≦Ｕ　ｍａｘと判定されれば（ステップ３０
４）、計算値ＵＮの値はそのまま外部へと出力され（ス
テップ３０７）、サンプリングカウンタＮの値を＋１歩
進しでは、以上の動作が繰り返される。

これに対して、トータル操作ｆｆ１ＵＮの値が、上下限
値を越えると（ステップ３０４ＵＮ＞ＵｍａｘまたはＵ
　Ｎ　＜Ｕｍｉｎ　）　、操作量ＵＮの値はその上限値
Ｕ　ｍａｘまたは下限値ＩＪｍｉｎに制限される（ステ
ップ３０５または３０６）。

しかしながら、このような従来のデジタル式プロセス制
御装置にあっては、トータル操作ｉＵＮの値が上下限値
に制限されている期間においても、第４図（Ｂ）に点線
で示されるように、積分操作量ＩＮの値は増加していく
ため、制御量検出値ｙＮの値が制御量目標値ｙＮに達し
た時点においては過積弁の状態となりやすく、このため
第４図（Ａ）に実線で示されるように、オーバーシュー
トを生じて整定時間が長くなるという問題点があった。

そこで、従来この種のデジタル式プロセス制御装置では
、第５図（Ｂ）に点線で示されるように、トータル操作
量ＵＮの値がｔＪ　ｍａｘに制限されている期間につい
ては、積分動作を停止して過積弁を防止し、これにより
整定に至る時間を短縮化することが行なわれている。

しかしながら、このような従来対策にあっては、操作量
計算値ＵＮの値が飽和領域にある期間については、−率
に積分動作を停止させるようになされていたため、なお
も必ずしも充分に整定時間を短縮させるに至ってはいな
かった。

（発明の目的） この発明の目的は、この種のデジタル式プロセス制御装
置において、整定に至る時間を可及的に短縮化すること
にある。

（発明の構成と効果） この発明は上記の目的を達成するために、ＩＪｍｉｎ≦
ＵＮ≦Ｕ　ｍａｘなる操作量飽和特性を前提として、下
記（１）、（２）式 ％式％） 但し、■Ｎ；サンプリング時点Ｎにおりる積分操作量 ｆＮ−１＋サンプリング時点Ｎ−１における積分操作量 Ｕｍｉｎ　；操作吊下限値 Ｕｍａｘ　：操作量上限値 ＭＮ；積分操作量以外の操作量 ｒＮ；制御量目標値 ｙ〜；制御量検出値 Ｋｉ：積分ゲイン ＴＳ；サンプリング時間 に基いて、操作量ＵＮを決定出力するようにしたデジタ
ル式プロセス制御装置において、前記操作量計算値ＵＮ
が飽和領域にある期間については、前記積分操作量計算
値ＩＮをそのときどの制御状態に応じて適宜補正するこ
と、を特徴とするものである。

このような構成によれば、ＰＩＤ定数が適切に設定され
なかった場合等に起因して、制御量検出値が急激に変化
したような場合にも、これを直ちに整定状態に引き込む
ことができ、またトータル操作ｕＬＪＮの値を上下限値
に制限している期間においても、積分操作量の値を最適
値に保持することができ、飽和領域から復帰した時点に
おける回復動作を適切に行なわせることができる。

（実施例の説明） 第１図は本発明に係るデジタル式プロセス制御装置の制
御プログラムの構成を示すフローチャートであり、以下
このフローチャートに従って本発明装置の動作を系統的
に説明する。

なお、本発明装置の電気的なハードウェア構成について
は、いわゆるマイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭを主
体としたマイクロコンピュータよりなるものであり、そ
の構成は周知であるから図示説明は省略する。

また、出力手段としては、よく知られているようにパワ
ートランジスタ等のドライブ回路を備えており、これで
バルブ、モータ等を自在に制御が可能になされている。

第１図において、プログラムが開始されると、従来例と
同様にして、サンプリングカウンタＮ。

積分ゲインＫｉ、サンプリング時間ＴＳ、積分初期値■
。、操作量上限値ＩＪｍａｘ、操作量下限値Ｕｍｉｎの
初期設定がなされる（ステップ１０１）。

この状態において、制御量目標値ｒＮ、’ｙＮおよび他
の操作ｆｆｉＭＮの計算に必要なデータの入力が行なわ
れると（ステップ１０２＞、前述と同様にして、積分操
作ｆｆ１ＩＮ、トータル操作ｆａｔＵＮの計算が行なわ
れる（ステップ１０３）。

−９−′ その後、求められたトータル操作ｆｆ１ＵＮと上下限値
ＬＪｍａｘ　、　ＬＪｍｉｎとの大小比較が行なわれる
（ステップ１０４） ここで、トータル操作＠ＵＮの値が上下限値の範囲内と
判定されれば（ステップ１０４）、トータル操作量ＵＮ
の値はそのまま外部へと出力され（ステップ１１７）、
サンプリングカウンタを＋１歩進じてはくステップ１１
８）、以上の動作が繰り返される。

これに対して、トータル操作ｍ（ＪＮの値が上下限値Ｉ
Ｊｍａｘ　、　Ｌｌｍｉｎを越えていると判定された場
合には、従来例と同様にしてトータル操作量の値は上下
限値に制限される（ステップ１０５または１１１）。

ここまでは、従来の動作と同様であるが、以後の動作に
ついては本発明にあっては特別な工夫を行なっている。

なお、以後の本発明特徴事項については、上限値を越え
ている場合と、下限値を越えている場合とで対称的であ
るため、以下の説明では上限値を越えている場合を代表
して説明することとする。

トータル操作ｉＵＮの値を上限値Ｕ　ｍａｘに制限する
処理が終了するとくステップ１０５）、その後まず前回
の積分操作ｆｆ１ＩＮ−＋と今回の積分操作量ＩＮとの
大小比較が行なわれる（ステップ１０６）。

この比較は、制御量検出値ｙＮが制御量目標値ＩＮを越
えているか否かを判断することを意味する（ステップ１
０６）。

ここで、ＩＮ＞ＩＮ−＋、すなわち制御量検出値ｙＮが
制御量目標値ｒＮを越えていないと判定された場合には
（ステップ１０６ＹＥＳ）　、続いてその他の操作量Ｍ
Ｎと操作量上限値Ｕ　ｍａｘとの大小比較が行なわれる
（ステップ１０７）。

ここで、Ｍ　Ｎ　＜　ＩＪｍａｘと判定されると（ステ
ップ１０７ＹＥＳ＞　、続いて前回の積分操作量ＩＮ＝
ＩＮ−１とｌＪｍａｘ　−ＭＮとの大小比較が行なわれ
る（ステップ１０８）。

ここで、ＩＮ−＋≧ＩＪｍａｘ　−ＭＮと判定されると
（ステップ１０８ＹＥＳ）　、直ちに積分操作量の値は
ＩＮ＝ＩＮ−ＩＮ＝ＩＮ−１に補正され（ステップ１０
９）、すなわち積分動作が停止される。

その結果、第２図（Ａ）に示されるように、トータル操
作ＢＵＮの値は上限値ｔＪ　ｍａＸに制限された上（ス
テップ１０５）、Ｌかも積分操作量の値もＩＮ＝ＩＮ−
ＩＮ＝ＩＮ−＋に固定され、以後このような状態が継続
する限り、積分操作量の値はそれまでの値に保持され続
（プる。

また、ＭＮ≧ＬＪｍａＸと判定された場合にも（ステッ
プ１０７ＮＯ）、同様にして積分操作量の値はＩＮ＝Ｉ
Ｎ−ＩＮ＝ＩＮ−１に補正され（ステップ１０９）、第
２図（Ｃ）に示されるように、積分操作量の値はそれま
での状態に保持される。

これにより、従来と同様にして、過積分に基づく整定時
間の遅れが防止されることとなる。

一方、Ｉ　＋ｑ　−１＜ＵｍａＸ　−Ｍ　Ｎと判定され
た場合にはくステップ１０８ＮＯ）、積分操作量の値は
Ｕ　Ｎ　＝　Ｕｍａｘ　−Ｍ　Ｎに置換えられ（ステッ
プ１１０）、同様にして過積分が防止される。

すなわち、第２図（Ｂ）に示される状態において、第２
図（Ａ＞または（Ｃ）と同様にして、Ｉｕ＝Ｔ、ｕ−１
と固定した場合、トータル操作量計算値ＵＮがＵ　ｍａ
ｘを越えているにもかかわらず、ＭＮ＋ＩＮ−＋の値は
Ｕ　ｍａｘに満たないという不合理が生ずるわけで必る
が、ステップ１１０の処理を実行することによって、こ
のような場合にもＭＮ＋ＩＮ＝ＩＮ−１の値を頂度Ｕ　
ｍａｘに一致させることが可能となり、これにより飽和
状態から離脱したときの回復処理が合理的に行なわれる
結果となる。

一方、ＩＮ≦ＩＮ−＋と判定された場合には（ステップ
’１０６ＮＯ＞　、第２図（Ｄ）、（Ｅ）に示されるよ
うに、従来例とは全く異なり、ＵＮ−Ｕ　ｍａｘの状態
に固定しながらも（ステップ１０５）、積分動作自体は
継続されることとなる。

このため、ＰＩＤ定数の設定が適切でないこと等に起因
して、制御量検出値ｙＮの値が制御量目標値ｒＮを大き
く越えたような場合には、積分動作を継続させることに
よって、これを直ちに目標値ｒＮに引き込むことが可能
どなり、整定時間の＝　１３− 短縮化を図ることができる。

このように、本実施例装置によれば、操作量計算値ＵＮ
の値が飽和領域にある期間についても、積分操作量計算
値ＩＮを一率に固定するのではなく、そのときどきの制
御状態に応じて適宜補正するようにしているため、従来
装置に比べ、整定時間の短縮化を図ることができる。

なお、以上の実施例では、ＰＩＤ制御系に適用した場合
を説明したが、その他２自由度ＰＩＤ制御系にも適用す
ることができる。

すなわち、この場合には ＭＮ＝ＫＩ）−ｅＮ−α−Ｋｐ−ｒＮ 但し、α；２自由度ＰＩＤパラメータＯ≦α≦１β；２
自由度ＰＩＤパラメータＯ≦β≦１また、積分型最適レ
ギュレータにも適用することができる。

この場合には、ＭＮ＝Ｆ−Ｘ 但し、「；フィードバックゲイン −１４＝ Ｘ：状態ベクトル

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るデジタル式プロセス制御装置の制
御プログラムの構成を示すフローチャート、第２図は同
装置の演算内容を模式的に示す説明図、第３図は従来装
置の制御プログラムを示すフローチャート、第４図は従
来装置における整定に至る動作を示すタイムチャート、
第５図は積分値を一率固定するようにした従来例におけ
る整定動作を示すタイムチレートである。 特許出願人　　立石電機株式会社 代理人　弁理士　　和　１）成　則 ２Ｅ −フ く　　　　　　　　　　句

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｕｍｉｎ≦ＵＮ≦Ｕｍａｘなる操作量飽和特性を
   前提として、下記（１）、（２）式 Ｉ＿Ｎ＝Ｉ＿Ｎ＿−＿１＋Ｋｉ・Ｔｓ（ｒ＿Ｎ−ｙ＿Ｎ
   ）…（１） Ｕ＿Ｎ＝Ｉ＿Ｎ＋Ｍ＿Ｎ…（２） 但し、Ｉ＿Ｎ；サンプリング時点Ｎにおける積分操作量 Ｉ＿Ｎ＿−＿１；サンプリング時点Ｎ−１における積分
   操作量 Ｕｍｉｎ；操作量下限値 Ｕｍａｘ；操作量上限値 Ｍ＿Ｎ：積分操作量以外の操作量 ｒ＿Ｎ；制御量目標値 ｙ＿Ｎ；制御量検出値 Ｋｉ；積分ゲイン Ｔｓ；サンプリング時間 に基いて、操作量Ｕ＿Ｎを決定出力するようにしたデジ
   タル式プロセス制御装置において、 前記操作量計算値Ｕ＿Ｎが飽和領域にある期間について
   は、前記積分操作量計算値Ｉ＿Ｎをそのときどの制御状
   態に応じて適宜補正すること、 を特徴とするデジタル式プロセス制御装置。
2. （２）制御量検出値ｙ＿Ｎが制御量目標値Ｒ＿Ｎを越え
   ない期間については、積分操作量の値をＩ＿Ｎ＝Ｉ＿Ｎ
   ＿−＿１として積分動作を停止させる一方、制御量検出
   値ｙ＿Ｎが制御量目標値ｒ＿Ｎを越えた期間については
   、Ｉ＿Ｎをそのまま使用して積分動作を続行すること、 を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のデジタル式
   プロセス制御装置。
3. （３）制御量検出値ｙ＿Ｎが制御量目標値ｒ＿Ｎを越え
   ない期間については、Ｉ＿Ｎ＿−＿１＜Ｕｍａｘ−Ｍ＿
   Ｎを条件として積分操作量の値をＩ＿Ｎ＝Ｕｍａｘ−Ｍ
   ＿Ｎとして積分動作を修正し、かつぞれ以外のときには
   Ｉ＿Ｎ＝Ｉ＿Ｎ＿−＿１として積分動作を停止させる一
   方、制御量検出値ｙ＿Ｎが制御量目標値ｒ＿Ｎを越えた
   期間については、Ｉ＿Ｎをそのまま使用して積分動作を
   続行すること、 を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のデジタル式
   プロセス制御装置。