JPH01248205A - 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】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） 本発明は、フィードバック制御系とフィードフォワード
制御系を組合わせたプロセス制御装置に係わり、特に動
特性および静特性の補償手段を改良したプロセス制＠装
置に関する。

（従来の技術） 従来のこの種のプロセス制御ｉａ装置は、第６図に示す
ように制御対象１を制御するフィードバック制御系と外
乱に対する補償１能をもったフィードフォワード制御系
とで構成され、そのうち前者のフィードバック制御系は
、目標値Ｓ■と制御対象１のフィードバック信号である
プロセス値Ｐ■とを偏差演算手段２に導入して両値の制
ｔｉ１１偏差信号ｅを取出した後、この制ｍ偏差信号ｅ
を速度形ＰＩＤ調部手段３へ供給し速度形ＰＩＤｒ！４
節演算を行う。この速度形ＰＩＤＵＡｆＩ１手段３で得
られた調節ｖ４痒出力は加算手段４を介して速度形−位
置影信号変換手段５に供給され、ここで速度影信号を位
置影信号に変換した後、加算手段６を通って操作信号と
して制御対象１に印加している。

一方、フィードフォワード制御系は、外乱信号りを検出
し、係数手段７で外乱信号りにフィードフォワード制御
モデルのゲインｋを乗算して信号［）ｎを得た後、この
信号［）ｎを２分岐する。そのうち、一方の分岐信号は
差分演算手段８で差分演算を行って速度影信号Δ［）ｎ
に変換した慢、前記加算手段４に導いて前記速度形ＰＩ
ＤＩＤ調部手段出力信号△Ｃｎと加算合成し外乱の静特
性補償を行い、また、他方の分岐信号は不完全微分演算
手段８で微分演算出力を得、これを前記加算手段６へ導
いて信号変換手段５の出力と加算合成して動特性補償を
行い、ここで加算合成された操作信号が制御対象１へ印
加する構成である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、以上のようなフィードフォワード制御系
は、動特性の高次補償を行えないこと、動特性補償弁が
変形されているので直感的に把握しにクク、パラメータ
チューニング時にパラメータの差を取って設定しなけれ
ばならず面倒で相当な時間を要する。また、フィードフ
ォワード制御系の動作特性補償に関し、外乱の増減時に
進み／遅れ時間に方向性が持たせることができないので
、適用すべき制御対象１に応じてＲ適な制御を行えない
問題がある。

特に、今後の各種プラント運転では、益々フレキシブル
化の方向に進むものと予想されており、それに充分対処
させ得るためにはフィードフォワード制御系における特
性補償の柔軟性が必要不可欠な状況になってきている。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、フィードフ
ォワード制御系の動特性１４償として、高次補償が可能
であり、かつ、直感的な把握を可能として調整容易な構
成とし、外乱信号の増減に対し適用制御対象に応じた応
答性を持たせうるプロセスｉｌ　ｍｌｌ　ｌ　Ｉを提供
することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、フィードフォワードυ１１
０系の動特性補償として、上記目的に加え、動特性補償
ゲインの強さを、任意、かつ、独立に設定できるプロセ
ス！ＩＩ　’ＩＪ装置を提供するものである。

更に、本発明の他の目的は、フィードフォワードＩＩＩ
　ｍｌｌ系の静特性補償として、静特性補償ゲインの強
さを、任意、かつ、独立に設定できるプロセスＩＩ　ｌ
ｉｔ装置を提供するものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明によるプロセス制御装置は、上記目的を達成する
ために、フィードバック制御系とフィードフォワード制
御系を組合せたプロセス制御装置において、前記フィー
ドフォワード帛Ｉ　ＩＩＩ系の動特性補償手段として、
外乱信号の立上り変化および立下り変化に応じて時間的
な進み／遅れに方向性を持たせた時間方向性手段を備え
たものである。

また、フィードフォワード副部系の静特性？Ｉｌ情手段
として、外乱信号の立上りおよび立下り変化に応じて静
特性補償ゲインに方向性を持たせたゲイン方向性手段を
備えたものである。

更に、フィードフォワード制ｗＪ系の動特性？１償手段
として、−外乱信号の立上り変化および立下り変化に応
じて時間的な進み／遅れに方向性を持たせた時間方向性
手段と、この時間方向性手段の出力ゲインに方向性を持
たせたゲイン方向性手段とを備えたものである。

（作用） 従って、本発明は以上のような手段とすることにより、
時間方向性手段を用いて、外乱信号の２分岐し、各分岐
信号を中位伝達ｌｆｆ１１ｉｌを通した後適宜にレベル
選択して出力することにより、外乱信号の立上り時に例
えば速い応答方向性を持たせ、逆に外乱信号の立下り時
には例えば緩慢な応答方向性を持たせながら動特性補償
を行うことができる。

また、フィードフォワード制御系の静特性補償手段およ
び動特性補償手段の補償ゲインに独立的、かつ、任意に
設定することができる・ （実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図を参照して説明
する。なお、フィードバック制御系は従来１ｉｔ！！（
第６図）と同様であるので、ここでは同一符号を付して
詳しい説明は省略し、以下、専らフィードフォワード制
御系１０について説明する。すなわち、このフィードフ
ォワード制御系１ｏは、外乱が発生した時、その外乱が
制御対象１に影響を与える前に先回りして影響量を予測
し、その影１ｆｆｉを打消す方向に補償を行うものであ
って、フィードバック制御系と組合せて使用される。

具体的には、第１図に示すように外乱検出手段（図示せ
ず）によって検出された外乱信＠Ｄにフィードフォワー
ド制御系のゲインｋを乗する係数手段１１と、この係数
手段１１で得られたゲインｋを乗算した外乱信号［）ｎ
に対して静特性補償および動特性補償を行う静特性補償
手段および動特性補償手段とが設けられている。

この静特性補償手段は従来と同様に係数手段１１の出力
Ｏｎを差分演算によって速度影信号△Ｄｒ＋を取得する
差分演算手段１２と、この差分演算手段１２の出力ΔＤ
ｎを速度形ＰＩＤ調節手段３の出力△Ｃｎと加算合成す
る加算手段１３によって構成されている。

一方、前記動特性補償手段は、係数手段１１の出力Ｄｎ
を例えばフィードフォワード制御モデルのゲイン「１」
を通す第１の単位伝達関数手段１４、同じく係数手段１
１の出力Ｄｎを例えばフィードフォワード制御モデルの
ゲイン「１」を通す第２の単位伝達関数手段１５、これ
ら両関数手段１４．１５の出力のうち高位信号または低
位信号を選択する信号選択手段１６、この信号選択手段
１６の出力から前記係数手段１１の出力□ｎを減算する
減算手段１７、この減算手段１７の出力を前記フィード
バック制御系の速度形−位置影信号変換手段５の出力と
加算合成し操作出力ＭＶを取得する加算手段１８等によ
って構成され、この加算手段１８で取得された操作出力
ＭＶが制御対象１に印加する構成となっている。

次に、上記装置の動作について説明する。外乱検出手段
によって検出された外乱信号りは係数手段１１に導入さ
れ、ここで外乱信号りにフィードフォワード制御モデル
のゲインｋを乗算して信号Ｄｎを得、この信号Ｄｎが静
特性補償および動特性補償にに利用される。

ところで、本装置におけるフィードフォワードｌｌｌ１
［ＩモデルＧＦ（Ｓ）は、 ＧＦ　　（Ｓ　）−に−ｇＦ　（Ｓ　）　　　・・・・
・・・・・・・・（１）ｋ：フィードフォワード制御ゲ
イン Ｓニラプラス演算子 ０Ｆ（Ｓ）−フィードフォワードＩＱ　ＩＩＩモデルの
単位伝達１ｌＩｌｌ数 で表される。ここで、上記（１）式を変形すると、Ｇｐ
　　（Ｓ　　）−に−ｇｐ　　（ｓ　　）−ｋＮ＋　　
　　　　　ｓ　　　−１）］・・・・・・・・・・・・
（′２Ｊ なる式を得ることができる。この式のうち、前段の下線
は静特性補償弁を意味し、後段の下線は動特性補償弁を
示す。

従って、前記係数手段１１から出力された信号［）ｎは
、静特性補償手段では第（２式で表すように全く時間に
関係なく差分演算手段１２を通って速度影信号に変換し
た後に加算手段１３へ導入し、ここでフィードバック制
御系の速度形ＰＩＤＩｆｆｉ手段３の出力ΔＣｎと加算
合成して静特性補償を行う。

一方、動作特性補償手段においては、係数手段１１の出
力Ｄｎをフィードフォワード制御ゲインに−１とした第
１の単位伝達関数手段１４を通った信号と、同じく係数
手段１１の出力Ｏｎをフィードフォワード制御ゲインに
−１とした第２の単位伝達関数手段１５を通った信号と
が信号選択手段１６に導入され、ここで例えば高レベル
の信号が選択出力される。つまり、第２図に示す信号Ｑ
ｎの立上りおよび立下り変化に対し、第１の単位伝達関
数手段１４から同図（イ）、〈イ′）のような時間的に
進み／遅れの方向性を持った信号が出力され、また第２
の単位伝達関数手段１５から同図（ロ）、（口′　）の
ような時間的に進み／遅れの方向性を持った信号が出力
されるが、信号選択手段１６ではそのうち高い方のレベ
ル信号（図示黒丸ライン線）を選択して出力する。この
ことは立上り変化に対して速やかに応答し、立下り変化
に対して緩やかに応答し、例えば蒸留塔のフィード制御
あるいはボイラの空気制御に最適な制御として利用可能
である。また、制御対象１に応じて例えば特性（イ）（
口′　）のような低位信号を選択することもできる。

すなわち、本装置における動特性補償手段は、上記（２
）式の動特性補償弁に基づき外乱信号　Ｄｎの増減に応
じて信号選択手段１６で、 外乱増加時−Ｗｎ−ｋ　＃　Ｑｒ　１　　（Ｓ　）・・
・・・・・・・・・・（３） 外乱減少時−Ｗ　ｎ　−ｋ　＝Ｑ　ｐ　２　　（Ｓ　）
・・・・・・・・・・・・（４） 定常時・・・・・・・・・　Ｗｎ−に−ＱＦｌ　　（Ｓ
　）−に’　　ｇｐ２　　（Ｓ） ・・・・・・・・・・・・（５） を選択し、動特性補償に時間的な進み／遅れに方向性を
持たせるものである。

しかる後、信号選択手段１６によって得られた信号Ｗｎ
は減算手段１７に導入され、ここでＷｎ−Ｄｌｌの演算
を行って次のような動特性補償弁Ｙｎを得る。

Ｙｎ＝ｋ　（Ｑｐ　１　　（Ｓ　）　　１）　・Ｄ・・
・・・・・・・・・・（６） または Ｙｎ＝ｋ（ＱＦ２（Ｓ）　−１）−［）・・・・・・・
・・・・・（７） となる。このＹｎは、 外乱一定の時・・・ｙｎ−ｏ　　・・・・・・・・・・
・・（８）外乱変化の過度時・・・ｙｎ≠０　・・・・
・・・・・・・・■となる。上記（８）式が成立する理
由は農終値の定理により単位ステップ外乱が入力された
とき、時間経過後の値Ｙ、＝、、は、 Ｙ、、、、＝Ｌｉｎ　　　（１／ｇ）−ａ　　・　ｋ　
　・　（ｇ、１（ｓｌ　　　　１　　）８→０ ＝ｋ（］−１）＝０ となる。そして、以上のようにして得られた動作特性補
償弁Ｙｎは加算手段１８に導入され、ここでフィードバ
ック制御系の信号変換手段５の出力と加算合成して操作
信号ＭＶとしてυＩＩｎ対象１に印加される。

従って、以上のような実施例の構成によれば、外乱信号
Ｄｎを第１．第２の単位伝達関数手段１４．１５を通す
ことにより、フィードフォワード制御の高次補償を行う
ことができ、しかも、不完全微分演算とは異なって（１
）式の単位伝達関数を１次式をもって表わせば直感的に
把握可能となり調整が非常に容易になる。また、信号選
択手段１６を用いて高位信号または低位信号を選択する
ので、外乱信号の増減方向に応じて動特性補償に時間的
な進み／遅れに方向性を持たせることにより、適用制罪
対象１に合った副部性で最適な制御を実現できる。また
、フィードフォワード制御モデルが進み補償の場合、あ
るいは遅れ補償の場合でも容易に適用でき融通性の富ん
だ補償を行うことができる。

次に、本発明装置の他の実施例について第３図を参照し
て説明する。すなわち、第１図に示す静特性補償手段で
は差分演算手段１２と加算手段１３で構成されたが、例
えば第３図に示すように差分演算手段１２の出力を２分
岐し、その一方の信号を係数手段２１でゲインに、を乗
じた信号を得、この信号と前記差分演算手段１２の出力
そのもの、つまり残りの分岐信号とを信号選択手段２２
で高位信号または低位信号を選択し、その選択信号Δｘ
ｎを前記加算手段１３に供給する構成である。

従って、以上のような実施例の構成によれば、差分演算
手段１２の出力△Ｄｎを２分岐し、係数に、（例えばＯ
＜ｋｓ＜１）を乗じた信号とそのままの信号のうち、信
号選択手段２２で例えば常に高い方の信号ΔＸｎを選択
すれば、第４図に示すように △［）ｎ≧Ｏのとき（外乱増加時） ・・・・・・・・・ΔＸｎ−ΔＤｎ ΔＤｎ≦０のとき（外乱減少時） ・・・・・・・・・ΔＸｎ−に１　　・Δ［）ｎを選択
できる。すなわち、外乱信号りの増減に対し、フィード
フォワード制卸の静特性補償ゲインに方向性を持たせる
ことができる。このことは、補償ゲインを任意、かつ、
独立的に設定でき、制御の応答性を改善できる。

更に、本発明装置の他の実施例として、第３図に示すよ
うに動特性補償手段として、第１図に示す動特性補償の
時間的な進み／遅れの方向性を持たせる各手段１４〜１
７のほか、前記減算手段１７の出力Ｙｎに係数に２を乗
じた信号を得る係数手段３１と、この係数手段３１の出
力と前記減算手段１７の出力そのものの信号とから例え
ば高レベルの信号を選択して出力する信号選択手段３２
を付加し、外乱信号の増減に対し、フィードフォワード
副部における動特性補償分のゲインに方向性を持たせる
構成であってもよい。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば静特性補償手段として信号選択手段等２１．２２
を用いたが、例えば第５図に示すよに折線信号発生手段
４１を設け、静特性補償弁のゲインに方向性を持たせる
ものであってもよい。

同様の理由により、動作特性補償のゲインに方向性を持
たせる手段として、折線信号発生手段４１を設けてもよ
い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して大塵できる。

［発明の効果］ 本発明によるプロセス制御装置は、次に述べるように種
々の効果を奏するものである。

請求項１においては、外乱信号を分岐しそれぞれの分岐
信号を単位伝達関数を通した後、両信号、１１ノ！ から゛ｉ位倍信号たは低位信号を選択的に取出し・前記
外乱信号との減算処理を行って動特性補償を行うように
したので、高次補償が実現でき、かつ、直感的に把握で
きることから調整が容易に行うことができ、また外乱信
号の増減に対し動特性補償の時間的な進み／遅れに方向
性を持たせることが可能となり通用制郭対象に応じて最
適な制御を実現できる。

次に、請求項２においては、外乱信号の変化に対し、そ
の変化信号に係数を乗じた信号とその変化信号そのもの
の信号のうち高位信号または低位信号を選択的に取出し
て静特性補償を行うことにより、外乱信号の増減に対し
てフィードフォワード制卸の静特性補償ゲインに独立、
かつ、任意の方向性を持たせて補償できる。

次に、請求項３においても、外乱信号の増減に対してフ
ィードフォワード制御の動静特性補償ゲインに独立、か
つ、任意の方向性を持たせながら補償できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係わるプロセスＩＩＩ　
ｇ装置の一実施例を説明するために示したもので、第１
図は本発明装置のｉ間約なブロック構成図、第２図は外
乱の変化に対する各部の挙動を示す図、第３図は本発明
装置の他の実施例を示す機能的なブロック構成図、第４
図は外乱変化に対する各部の挙動を示す図、第５図は同
じく本発明″装置の他の実施例を説明する一部の構成を
示す図、第６図は従来装置の機能的なブロック構成図で
ある。 １・・・制御対象、３・・・速度形ＰＩＤＩＩ手段、５
・・・速度形−位置影信号変換手段、１０・・・フィー
ドフォワード制御系、１１・・・係数手段、１２・・・
差分演算手段、１３・・・加算手段、１４・・・第１の
単位伝達１１１１数手段、１５・・・第２の単位伝達関
数手段、１６・・・信号選択手段、１７・・・減算手段
、１８・・・加算手段、２１．３１・・・係数手段、２
２．３２・・・信号選択手段、４１・・・折線信号発生
手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）フィードバック制御系とフィードフオワード制御
   系を組合せたプロセス制御装置において、前記フィード
   フオワード制御系の動特性補償手段として、外乱信号の
   立上り変化および立下り変化に応じて時間的な進み／遅
   れに方向性を持たせた時間方向性手段を備えたことを特
   徴とするプロセス制御装置。
2. （２）フィードバック制御系とフィードフオワード制御
   系を組合せたプロセス制御装置において、前記フィード
   フオワード制御系の静特性補償手段として、外乱信号の
   立上り変化および立下り変化に応じて静特性補償ゲイン
   に方向性を持たせたゲイン方向性手段を備えたことを特
   徴とするプロセス制御装置。
3. （３）フィードバック制御系とフィードフオワード制御
   系を組合せたプロセス制御装置において、前記フィード
   フオワード制御系の動特性補償手段として、外乱信号の
   立上り変化および立下り変化に応じて時間的な進み／遅
   れに方向性を持たせた時間方向性手段と、この時間方向
   性手段で得られた出力の動特性補償ゲインに方向性を持
   たせたゲイン方向性手段とを備えたことを特徴とするプ
   ロセス制御装置。