JPH01204102A

JPH01204102A - プロセス制御装置

Info

Publication number: JPH01204102A
Application number: JP2726588A
Authority: JP
Inventors: Haruo Takatsu; 春雄高津
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1989-08-16

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、制御するプロセスのステップ応答モデルを装
置の内部に持ち、数ステップ先のプロセスの応答を予測
して制御出力値を計算するプロセス制御装置に関する。

（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当して、プロセス
制御用コンピュータの導入が、近年一般化してきている
。

これまでのプロセス制御の中心は、ＰＩ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フローの複合化、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
ードバック制御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。

（発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フィードパツク制御で
は制御が難しいようなプロセスの安定制御を簡単な操作
で行えるプロセス制御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ゝるための本発明は、制御するプ
ロセスのステップ応答モデル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計算
するプロセス制御装置であって、いくつかのタイプのステップ応答をモデル化した複数個
の簡易モデルと、プロセスからの信号を入力しプロセス
の特性変化を検知するプロセス特性変化検知手段と、こ
のプロセス変化検知手段の検知結果に応じて前記簡易モ
デルの一つを選択し当該簡易モデルのパラメータを前記
プロセスモデルに与える簡易モデル選択手段とを設けて
構成される。

（作用）プロセス特性変化検知手段は、プロセスからの信号を入
力し、プロセス特性の変動を検出し、その変動に応じて
簡易モデルの一つを選択し、この簡易モデルを通じて予
測制御コントローラ内のプロセスモデルのステップ応答
係数を計算する。

（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０図において１はプロセス（制御対象）を示すブロッ
クで、生産量の変化、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Ｐ■と、目標値Ｓ
■とを入力しプロセス１への操作信号Ｍ■を出力する予
測制御調節部である。この予測制御調節部２は、現在の
測定信号ｐｖから目標値Ｓ■まで測定信号ＰＶ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２
１と、プロセス１からの測定信号ＰＶを目標１ｓｖに近
付くように操作信号ＭＶをプロセス１に出力する制御出
力計算部２２と、制御するプロセス１をモデル化し、そ
の内容を変更可能なプロセスモデル２３とを有している
。

ここで、参照軌道計算部２１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。また、プロセスモデル２３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
ルであって、予測路Ｍ（Ｐ）までの測定信号Ｐ■の予測
値（ＹＭ）をモデル出力として送出する。この様なプロ
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。

・・・（１）ここで、ｈ（Ｂはインパルス応答関数であり、ＭＶ　（
ｔ）、ＰＶ　（ｔ）はそれぞれプロセス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である。

（ａ）に示すように、制御対象プロセスにプロセス入力
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）ＰＶ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。

３はプロセス１からの例えば、測定信号Ｐ■を入力し、
プロセスの変化を検出するプロセス変化検知手段である
。

４１．４２．４３・・・は簡易モデルで、プロセス１の
性質やアプリケーション等に応じて、いくつか（ここで
は３個用意した例を示している）のタイプのステップ応
答をモデル化したものである。

第４図は、これらの複数個の簡易モデル４１、４２．４
３に格納されるデータの説明図である。

（イ）は、ステップ応答の一例を示す波形図であり、（
ロ）は（イ）に示すステップ応答の場合の簡易モデルの
概念図である。

（イ）に示すようなステップ応答を想定すれば、この様
なステップ応答に対するゲイン、無駄時間、時定数等の
パラメータが、ステップ応答設定手段５から与えられ、
これらのパラメータに従ったステップ応答をモデル化し
たデータ（ステップ応答係数）が格納される。

６はプロセス変化検知手段３の検知結果に応じて、簡易
応答モデル４１〜４３のいずれか一つを選択し、選択し
た簡易モデルのパラメータをプロセスモデル２３に与え
る簡易モデル選択手段である。

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からの測定信号Ｐ■の将来値（予測値）（Ｙ
Ｍ）は、プロセスモデル２３にて、（１）式に従って計
算される。

予測制御調節部、ｚ内の参照軌道計算部２１は、現在の
測定信号ＰＶから目標値ＳＶ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）＝ＹＹＲ（ｉ　）　＝ａ　−ＹＲ（Ｌ＝ｌ）＋（１−Ｑ）Ｓ
Ｖｉ＝２．３・・・・・・、ＴＬプロセスモデル２３は、予め予測路ＵＰが与えられてお
り、プロセス１からの測定信号Ｐ■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）＝ＹＹＭ　（ｔ　）　＝’ＹＨＣλ−１）−）　）’ｖ’　
（）’ＩＶ　（λ）−）’ｔＶｃλ−１））ｉ＝２．３
．・・・・・・、Ｐただし、ＭＶ：制御出力ニル：プロセスモデルのインパルス応答（ベクトル）ここでプロセスモデル２３に与えられる予測距離Ｐは、
例えば（４）式に従って計算される。

ｘ＝ｍａｘｉｍｕｍ　　ｏｒ　　ｍｉｎｉｍｕｍｆｏｒ
　　ｉ＝１．ＴＬＰＶ＝ｆ２（ｉ）ｉｆ　　ＰＶ＜ｘ、ｔｈｅｎ　　ＰＶ＋ｘ、Ｐ＋１ｃｏ
ｎｔ　ｉ　ｎｕｅただしＴＬ：閉ループ応答時間ｆ２：評価関数である。

プロセス変化検知手段３は、例えばプロセス１からの測
定信号ｐｖの大きさを検出しており、簡易モデル選択手
段６は、プロセス変化検知手段３による検知結果を受け
、その大きさが例えばスパン値の３０％以下の時は、簡
易モデル４１を選択し、スパン値の３１〜７０％の間は
簡易モデル４２を選択し、スパン値の７１％以上の時は
簡易モデル４３を選択する。そして選択した簡易モデル
のパラメータをプロセスモデル２３に与える。

プロセスモデル２３は、簡易モデル選択手段６を介して
与えられたパラメータを基にして、プロセスモデル出力
（測定信号Ｐ■の予測値）ＹＭを計算し、それを出力す
る。

制御出力計算部２２は、予め与えられている予測路Ｍ　
（Ｐ）に対応する時刻光において、プロセスからの測定
信号ｐｖの予測値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
、（５）式に従った計算をし、これをプロセス１に出力
する。

ＭＶ（ｉ）＝ＭＶ（ｉ−１）ｉ＝２．３．・・・・・・、Ｐ λはリラクセイション係数第６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、
予測距離Ｐに対応する少し未来の＼時点において、制御偏差を零とす□るように現在の制御
出力ＭＶをプロセス１に送出することができる。

本発明によれば、例えばパイプライン中の成分伝達遅れ
が、流速に依存するような、予想できるモデル変動に対
して、それに応じて最適なプロセスモデルを適用させる
ことができるので、より高い制御性を得ることができる
。また、選択手段６による簡易モデルの選択は、変更前
のプロセスモデルのパラメータがプロセスモデル２３に
保持されていて、そこから変更されるものであるから、
選択切換えによるモデル出力ＹＭの大きな変化はない。

なお、上記の説明では、プロセス変化検知手段３は、プ
ロセス１からの測定信号Ｐ■を入力する例を示したが、
調節部２に印加される測定信号ＰＶとは異なった、池の
信号、例えば温度を制御対象とするような場合であって
、その温度と関連する例えば流量信号を入力するように
してもよい。

また、プロセス−５モデル２３には、簡易モデル側から
無駄時間、９５％応答時間、ゲイン、応答波形タイ１（
１次遅れ系、２次遅れ系、オーバシュート系・・・）な
どを指定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系であって、変動が大きい
ような場合でもその変動に応じて最適なプロセスモデル
を持たせることができ、制御性の良好なプロセス制御装
置が実現できる。

【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勤特性を
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
、複数個の簡易モデルに格納されるデータの説明図、第
５図は、動作の概念を示す動作概念図、第６図は、動作
の流れを示すフローチャートである。１・・・プロセス（制御対象）２・・・予測制御調節部２１・・・参照軌道計算部２２・・・制御出力計算部２３・・・プロセスモデル３・・・プロセス変化検知部４１．４２．４３・・・簡易モデル５・・・ステップ応答設定部６・・・筒易モデル選択手段４・・・モデル出力計算部第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】制御するプロセスのステップ応答モデルを装置の内部に
持ち、数ステップ先のプロセスの応答を予測して制御出
力値を計算するプロセス制御装置であって、いくつかのタイプのステップ応答をモデル化した複数個
の簡易モデルと、プロセスからの信号を入力しプロセス
の特性変化を検知するプロセス特性変化検知手段と、こ
のプロセス変化検知手段の検知結果に応じて前記簡易モ
デルの一つを選択し当該簡易モデルのパラメータを前記
プロセスモデルに与える簡易モデル選択手段とを設けた
ことを特徴とするプロセス制御装置。