JPH02201604A - 重合反応槽の温度制御方法 - 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、重合反応槽の温度制御系の制御性の改善に関
する。

〈従来の技術〉 第７図に基づいて従来技術の一例を説明する。

１は重合反応槽、２は反応槽内の反応流体Ｆを加熱する
だめのジャケット、３はジャケットに供給する加熱又は
冷却媒体の循環管路、４はこの管路の途中に挿入された
循環用ポンプである。

５は反応流体Ｆの攪拌機、６はこの撹拌機駆動用の電動
機である。

７は加熱媒体である蒸気Ｓの供給管路、８は冷却媒体で
ある冷水Ｗの供給管路であり、夫々流量制御弁９，１０
を介して循環管路３に供給される。

１１は循環液の排出管路である。

１２は反応槽内の温度センサー、ｐｖは温度測定値であ
る。１３は温度コントローラであり、測定値ｐｖと設定
値ＳＶの偏差をＰＩＤ制御演算した操作出力ＭＶを流量
制御弁９，１０に供給する。

第３図は操作出力ＭＶに対する流量制御９．１０の弁開
度特性を示したものであり、ＭＶ値５０％では共に弁開
度は０％、ＭＶ値５０％から１００％では制御弁９が０
〜１００％に制御され、ＭＶ値〜５０％では制御弁１０
か１００％〜０％に制御され、全体ではスプリット特性
により加熱蒸気又は冷水が切換えられて循環管路３に供
給される。

〈発明が解決しようとする課題〉 このような重合反応槽の温度制御系では、温度制御の精
度か製品の品質に直接影響するので、極めて精度の高い
温度管理か必要であるが、重合反応では操作出力の変化
に対する制御量の応答に遅れやむだ時間かあり、かつ多
くの場合発熱を伴うので、プロセス特性か複雑に変化す
るため、高精度の温度管理かむすかしい制御系である。

また、回分反応も多く、この場合は温度を一定の軌跡に
沿って上昇させなければならないが、これも上記の理由
で制御かむすかしい。

従来は、ＰＩＤ制御に種々の付加機能を加えたものが実
用的に使用されているが、一長一短かあり、決定的な方
法はまだ提案されていない。

本発明はこのような問題点を解消し、高精度な温度制御
を可能とする制御方法の提供を目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明の構成」二の特徴は、重合反応槽の温度制御系に
おいて、反応槽内部温度の測定値と設定値の制御偏差及
び偏差の変化率のある関数関係に応じて制御系内部のパ
ラメータの極性を切換えるスライディングモード制御を
実行せしめる点にある。

く作用〉 スライディングモード制御により、反応槽内部温度の測
定値と設定値の制御面差及び偏差の変化率のある関数関
係に応じて制御系内部のパラメータの極性か切換えられ
る。

〈実施例〉 第１−図のブロック線図により、本発明方法の実施例を
説明する。第１図の例は最もシンプルな実施例であり、
コン１〜ローラ１４はゲイン可変のＰ制御機能を有する
ものといえる。ただし、このゲインの切換えか特徴的で
あり、条件により正／負に切換えるものとなっている。

制御対象プロセスは、重合反応槽のごとく積分型の特性
を有するものとする。

コントローラ１４において、１４１は切換え別機能であ
り、測定値Ｐ　Ｖと設定値Ｓ■の制御面差ｅ及び偏差の
微分演算機能１４２の演算出力（面差の変化率）ｅを入
力し、切換え則に従った指令Ｑにより、偏差を入力して
操作出力ＭＶを発信する可変Ｐ演算機能１４３のゲイン
ψを切換え制御する。

次に、スライディングモード制御の原理について説明す
る。スライディングモード制御とは、■ＳＳ（可変構造
システム）の一つであり、ある条件によってシステムを
不連続に切換えるものである。ここで、切換え則は制御
対象の状態変数の関数である。

スライディングモードは、状態空間内に設定した超平面
の両側でシステムを切換え、制御対象を超平面上に拘束
しなから収束させようとするものであり、この動作は超
平面上を滑るように収束に向かうのでスライディングモ
ードと呼は゛れる。

第２図、第３図は２次系のスライディングモードの説明
図であり、切換え則を平面上で考えることができる。第
２図（Ａ）及び（１：３　）は、２つのサブシステムに
よるパラメータＸとその変化率Ｘの関係を示す位相平面
の軌跡であり、共に不安定なシステムである。

ここで、位相平面内にスイッチングラインと呼ばれる直
線りを設定し、切換え則、 ｉ　ブｘ−８＞Ｏｔ、ｈｅｎ　　　　　（Ａ）ｔ　ｆ　
　ｘ−３＜　Ｏｔ、　ｈ　ｅ　ｎ　　（Ｂ　）但し　５
＝ｃ−ｘ＋ｘ　　（ｃ：正の定数）に従ってシステムを
切換えると、第３図に示ず軌跡となる。

（Ａ）、（Ｂ）の軌跡は共に不安定な軌跡であるか、切
換えによってできた新しい軌跡は、軌跡の向きが常にス
イッチングラインＩ−７に向かっており、漸近安定な軌
跡となっている。軌跡はライン上で切換えを繰り返して
ラインＬ上を滑るように原点Ｏに収束する。

状態がスライディングモードに入れば応答はスイッチン
グラインＬの傾きのみに依存する。

このような原理に基づく本発明のゲイン切換え条件とそ
の条件領域について第４図により説明する。

この条件は、制御偏差ｅと差の変化率ｅの線形結合Ｓ＝
ｃ　−ｅ＋ｔｉとｅの掛けたものの符号によりゲインの
符号を切換えるものである。

これを位相平面（Ｘ軸を偏差ｅ−ｙ軸を変化率ｅとした
座標）で表すと図のハッヂング領域が負のゲイン、その
他の領域が正のゲインである。

切換え則は、 ｉｆ　　ｅ−３＞Ｏｔ、ｈｅｎ　　ψ＝−αｉｆ　　ｅ
−３＜Ｏｔｈｅｎ　　ψ＝＋αｆ旦し　５＝ｃ−ｅ十ｅ Ｃ：正の定数 α：正の定数 である。

本発明では、上述したスライディングモードの特徴によ
り、ゲインαの切換えで（即ち操作量の不連続な変化で
）、不安定な制御対象のふるまいを希望の軌跡に拘束し
てしまうことにある。ここでいう希望の軌跡とは、ｅ＝
−ｃ−ｅという直線であり、ゲインはこの直線の両側で
切換えられる。

重合反応槽のような積分型の制御対象に対してゲインα
と定数Ｃを適当な値に選択すれば、第４図で示した切換
え則により、制御対象のふるまいを、第５図（Ａ＞に示
すようにｅ＝−ｃ−ｅに拘束することか可能となる。

このような拘束の実現により、制御対象の応答は、第５
図（Ｂ）のように目標値に近付くことになり、オーバー
シュー１−が出ないものになる。

この状態では、制御対象の応答は直線の傾きを決める定
数Ｃにより定まり、制御対象のパラメータには依存しな
い。従って、制御対象のパラメータ変動があってもｅ−
−ｃ−ｅで拘束できる範囲内であれば応答は変化しない
ことになる。

ゲインαを大きくすればするほどパラメータ変動、外乱
に対して不感となるが、サンプリング時間が長かったり
、むだ時間長い制御系では第６図（Ａ）に示す用に、ｅ
＝−Ｃ−ｅの両側での振れが大きくなりすぎて、（Ｂ）
に示すように応答か振動的になってしまう。

しかしながら、与えるパラメータはゲインαと定数Ｃの
みであり、定数Ｃを決めてしまえばゲインαは妥当な制
御をする最大の値にヂューニングすればよいので、パラ
メータ決定は困誼ではない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明はスライディングモードを
利用した制御法であり、制御対象のふるまいを、制御量
を不連続に切換えながら強制的に拘束するの制御である
ため、 １）オーバーシュートをごく少なくすることができる。

２）制御対象のパラメータ変動の影響を小さくすること
かできる。

３）外乱（特にステップ状の）の影響を小さくすること
ができる。

４）決めるべきパラメータが、ゲインαと定数Ｃの２種
類のみであり、パラメータの設定が容易である。

等の効果を期待でき、高精度の温度制御かむずかしい重
合反応槽の温度制御に有効に適用することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図。 第３図はスライディングモード制御の原理説明図、第４
図は本発明の切換え則の条件及び領域説明図、第５図、
第６図は本発明による制御の収束状態を示す特性図、第
７図は重合反応槽制御の従来技術の一例を示す構成図、
第８図は操作出力に対する流量制御弁の開度特性図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重合反応槽の温度制御系において、反応槽内部温度の測
   定値と設定値の制御偏差及び偏差の変化率のある関数関
   係に応じて制御系内部のパラメータの極性を切換えるス
   ライディングモード制御を実行することを特徴とする重
   合反応槽の温度制御方法。