JPH02222003A - 適応制御装置 - 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］ （産業上の利用分野） 本発明はプラント等の制御対象のプロセス状態を監視制
御する適応制御装置に係わり、特に調節部や制御対象を
含む制御系の状態を監視して、その状態に応じて制御定
数変更を含む最適制御を行なう適応制御装置に関する。

（従来の技術） プロセス状態を監視制御する適応制御装置においては、
外部から入力される目標値ＳＶとプラント等の制御対象
（プロセス）から出力される制御１ｐｖとの間の偏差量
ｅ　（ＳＶ−ＰＶ）を求めて、調節部において、この偏
差量ｅに対して、Ｐ（比例）、■　（積分）、Ｄ（微分
）の調節演算手゛法を用いて制御対象へ印加する操作量
ＭＶを算出する。そして、この調節部から制御対象へ算
出された操作量ＭＶを印加する。しかして、制御対象は
操作量ＭＶに応じて動作して制御ｍ　Ｐ　Ｖを出力する
。

ここで、前記操作量ＭＶは前記比例、積分、微分の３つ
の項の和の形で表記できるが、各項の操作ｉＭＶに対す
る影響度を示す各項に乗算されるＰＩＤ演算係数として
の制御定数を前記調節部に予め設定しておく必要がある
。

この３個のＰ’ｌＤ演算係数からなる制御定数を適切に
演算するオートチューニング方式又はセルフチューニン
グ方式を用いた適応制御装置が数多く提唱されている。

しかしながら、上述した適応制御装置においては、制御
定数を演算する機能と、制御対象を監視制御する機能と
はそれぞれ独立した機能を構成していた。すなわち、一
般に同定信号を制御対象に印加して、制御対象から出力
される応答信号を解析して、制御対象の動（伝達）特性
を同定して、その結果から前述した制御定数を演算する
が、旦、制御定数を算出して調節部へ設定すると、制御
対象が変更にならない限りその制御定数を変更すること
はない。

したがって、目標値ＳＶが急激に変化したり、何等かの
外乱がこの制御系に入力され、制御対象を含む制御系が
発散したり、振動したり、又は偏差量が増大した場合に
おいても、最初に演算決定された制御定数を用いて操作
量ＭＶを求めて、制御対象に印加する。その結果、振動
や発散現象の収束するまでの時間が長くなったり、全く
収束しなくなる懸念が生じる。

すなわち、プロセス制御において重要なことは、制御系
の状態を常に最良の状態に維持することである。制御系
を常に良好に維持するためには、制御対象の状態監視と
制御定数の調整とを効果的に連動させることが重要であ
る。

なお、制御対象の動（伝達）特性の変化を逐次型最小２
乗法で周期的に検出して、一定値以上の動（伝達）特性
変化が検出されると、制御定数を再度演算して補正する
適応制御装置が提唱されているが、状態監視が周期的に
行われ、かつ制御定数の算出にも一定の時間が必要とさ
れるので、制御系の状態が急激に悪化した場合には対処
しきれない。

また、従来の適応制御装置においては、制御量ＰＶが目
的値ＳＶに収束するまでの時間が必要以上に長くなる不
良応答現象に対しては同等対策が講じられていなかった
。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の適応制御装置においては、たとえ制御
定数を自動的に算出する機能を有していたとしても、制
御定数を算出する機能とプロセス監視制御機能とが有効
に連動していなかったので、例えば外乱等によって制御
系の状態が悪化したとしても、即座に対処しきれない問
題があった。

本発明は、制御対象を含む制御系の状態を常時監視し、
その状態の種別に応じて制御定数変更を含む適切な制御
を選択して実行することにより、たとえ制御系の状態が
急激に悪化したとしても、短時間で制御系を元の安定状
態へ戻すことができ、制御対象の保護と装置全体の信頼
性を大幅に向上できる適応制御装置を提供することを目
的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解消するために本発明は、外部から入力され
た目標値と制御対象から出力される制御量との間の偏差
量に対して制御定数を用いて調節演算を行なって操作量
を求めて制御対象へ印加する調節部と、制御対象へ入力
される操作量の変化に対応する制御対象か、ら出力され
る制御量の変化から調節部へ設定する制御定数を算出す
る調整部とを備えた適応制御装置において、 偏差量と操作量および制御量のうちの少なくとも１つの
量の経時変化を観察して制御系の状態を少なくとも不安
定状態、不良応答および良好状態に判定する状態判定手
段と、この状態判定手段が不安定状態を判定したとき調
節部へ設定した制御定数を同一の偏差量に対して操作量
が少なくなる方向に変更する制御定数変更手段と、状態
判定手段が不良応答を判定したとき調整部に対して制御
定数演算のやり直しを指示する調整部起動手段とを備え
たものである。

（作用） このように構成された適応制御装置であれば、制御系の
状態は偏差量、操作量、および制御量のうちの少なくと
も１つ以上の量の経時変化を観察することによって、不
安定状態、不良応答、および良好状態の３つの状態のう
ちの一つの状態に判定される。そして、不安定状態と判
定されると、調節部に設定された制御定数が同一偏差量
に対して操作量が少なくなる方向に変更される。すなわ
ち、等価的に制御系のゲインを低下させて、振動。

発散等の不安定状態を短時間のうちに収束させる。

また、不良応答と判定されると、制御定数が不適当な値
であったと判断して、調整部に対して再度制御定数算出
のやり直しが指示される。したがって、この場合は調整
部は再度制御定数の算出を実行して、新たに算出された
適切な制御定数が調節部へ設定される。その結果、制御
系は元の良好な応答状態に戻る。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の適応制御装置を示すブロック図である
。外部から入力した目標値ＳＶは加算器１を介して減算
器２へ入力される。減算器２は目標値Ｓ■から制御対象
（プロセス）３から出力される制御量ＰＶを減算して偏
差量ｅ（−ＳＶ−ＰＶ）を算出して、その偏差値ｅを動
（伝達）特性Ｃ（ｓ）を有する調節部４へ入力される。

この調節部４は調整部５から設定された制御定数（ＰＩ
Ｄ演算係数）を用いて調節演算（ＰＩＤ演算）を実行し
て操作ｍ　Ｍ　Ｖを出力す。

調節部４から出力された操作量ＭＶは加算器６を介して
制御対象３へ印加される。この制御対象３は等価的にＰ
　（ｓ）の動（伝達）特性を有しており、入力された操
作ｉＭＶに対応する制御量ｐｖを出力する。制御対象３
から出力される制御量Ｐｖは、前記減算器２へ入力され
るとともに、判定制御部７および調節部５へ入力される
。

調整部５は同定信号発生部８．同定部９．変換部１０お
よび設計部１１とで構成されており、図示しない操作パ
ネルから起動指令が入力した場合や前記判定制御部７か
ら起動指令が入力されると、第４図の流れ図に従って、
前記調節部４に設定する制御定数の算出処理を開始する
。

すなわち、起動指令が入力されると、同定信号発生部８
は、信号形状が知られている例えばＭ系列信号等の同定
信号Ｖｕを加算ｒＩ６へ印加する。

同定部９は、同定信号Ｖｕが加算された操作量（ＭＶ＋
Ｖｕ）およびこの操作量（ＭＶ＋Ｖｕ）が印加された状
態の制御対象３から出力される制御量ＰＶを受領して、
この制！Ｄ量ＭＶを一定周期でサンプリングして、この
サンプリングデータからＲＬＳ又はＵＤ分解フィルタを
用いて前記制御対象３の動（伝達）特性Ｐ　（ｓ）を推
定する。変換部１０は推定された動（伝達）特性のモデ
ルを周波数関数のモデルに変換する。設計部１１は、こ
の変換された周波数関数のモデルに対して周波数領域に
おける部分的モデルマツチング手法（計測と制御　Ｖｏ
ｌ、２７．　Ｎａ４．Ｐ２Ｏ３〜３１１　、計測自動制
御学会、　１９８１１）によって、ＰＭ算係数、Ｉ演算
係数、Ｄ演算係数からなる制御定数を算出する。そして
、算出された制御定数を調節部４へ設定する。

なお、調節部４に対する制御定数の設定処理が終了する
と、同定信号発生部８から出力されている同定信号Ｖｕ
を遮断する。

前記判定制御部７には加算器１から出力された目標値Ｓ
■、減算器２から出力された偏差量ｅ。

調節部４から出力された操作量ＭＶ、および制御対象３
から出力された制御量ＰＶが入力されている。そして、
この判定制御７は第２図および第３図の流れ図に従って
、制御対象３を含む制御系の状態を監視判定して、調節
部４または調整部５を制御するように構成されている。

第２図において、メインルーチンが開始されると、Ｓ（
ステップ）１にて第３図に示す制御系の状態判定処理を
実行する。第３図において、前記入力された目標値Ｓｖ
、偏差量ｅ、操作量ＭＶ。

および制御ｆｆ１ＰＶの予め定められた一定時間Ｔ。

内における経時変化を観察する。そして、Ｓ２にて偏差
ｒｉｅが第５図（ａ）に示すように振動状態を示すと、
Ｓ５へ進み、制御対象３を含む制御系は不安定状態であ
ると判定する。また、Ｓ３にて前記偏差値ｅが第５図（
ｂ）に示すように発散状態を示すと、やはり不安定状態
と判定する。さらに、Ｓ４にて偏差量ｅが第５図（ｃ）
に示すように許容範囲を越えて増大する状態であったと
しても、Ｓ５にて不安定状態と判定する。また、Ｓ６に
て、第５図（ｄ）に示すように、目標値ＳＶが変化した
時刻から一定時間Ｔｏが経過したにもがかわらず、制御
量ＰＶが目標値ＳＶに収束しない、すなわち一定時間Ｔ
ｏが経過しても偏差値ｅが予め定められたしきい値以下
に低下しない場合は、この制御系の状態は不良応答であ
ると判定する。

また、Ｓ６にて偏差値ｅが所定時間Ｔ。内にしきい値以
下に低下すると、この制御系の状態は良好であると判定
する。

第２図の８１にて制御系の状態が判定されると、Ｓ７に
てその判定結果を調べる。そして、良好と判定されてい
れば、何もせずに８１へ戻り、再度制御系の状態判定を
開始する。Ｓ７にて判定結果が不安定状態であれは、Ｓ
８にて制御定数の変更処理を実行する。すなわち、調整
部５から既に調節部４に設定されている制御定数を、同
一の偏差ｍｅが入力した場合において、調節部４にて算
出される操作ｆｆｉＭＶが小さくなる方向に変更する。

すなわち、等価的に制御系のゲインを低下させる。

また、Ｓ７にて判定結果が不良応答であれば、制御対象
３の条件が変化して、制御定数の値が不適当な値になっ
てしまったと判断して、Ｓ９へ進み、調整部５へ起動指
令を送出して、制御定数演算のやり直しを行なわせる。

起動指令が入力された調整部５は、同定信号発生部８を
起動して、同定信号Ｖｕを出力して、前述した手順で再
度制御定数を算出する。そして、新たに算出した制御定
数を調節部４に設定し直す。しかして、これ以降、新た
に設定し直された制御定数に基づいて操作量ＭＶが算出
される。

このように構成された適応制御装置によれば、目標値Ｓ
Ｖが急激に変化した場合や、制御対象３に何等かの異常
状態が生じて、制御系が不安定状態に陥った場合には、
判定制御部７にてその不安定状態が判定され、調整部５
を介さずに、直接調節部４における制御定数をｍＩＩ御
系のゲインが小さくなる方向に変更する。その結果、制
御系の第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す振動状態１発振
状態。

および増加状態は短時間で収束して、制御対象３の危険
状態を直ちに脱却できる。すなわち、迅速な応答によっ
て、プラント全体の安全性をより一層向上でき、装置全
体の信頼性を向上できる。

また、制御対象３の状態が変化して、変化前の状態を基
に算出された制御定数が変化後の制御対象３に対応しな
くて、第５図（ｄ）に示すように、目標値ＳＶの変化に
制御ｆｆ１ＰＶが十分に追従しない場合は、不足応答と
判定され、調整部５において、変化後の制御対象３に対
する正しい制御定数が算出されて調節部４に再設定され
る。しかして、これ以降は正しい制御定数でもって制御
される。

このように、制御系の状態を判定してその状態の種類に
最適な制御を行なうことが可能となる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例においては、加算器６にて操作ｉＭＶに同定
信号発生部８から同定信号Ｖｕを印加して制御対象３の
同定を行なったが、加算器１にて目標値ＳＶに同定信号
発生部８から同定信号Ｖｒを印加した場合も同様である
。この場合は制御対象３のみの動（伝達）特性を同定す
るのではなく、制御系全体の動（伝達）特性を同定する
ことになる。そして、この制御系全体の動（伝達）特性
と現在の制御定数から制御対象３の動（伝達）特性を算
出する。

また、第６図に示すような目標値フォワード型の適応制
御装置にも本願発明を適用することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の適応制御装置によれば、制
御対象を含む制御系の状態を常時監視し、不安定状態、
不足応答等のその状態の種別に応じて制御定数変更を含
む最適な制御を選択して実行するようにしている。した
がって、たとえ制御系の状態が急激に悪化したとしても
、短時間で制御系を元の安定状態へ戻すことができ、制
御対象の保護と装置全体の信頼性を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例に係わる適応制御
装置を示すものであり、第１図は全体の概略構成を示す
ブロック図、第２図乃至第４図は動作を示す流れ図、第
５図は制御系の状態を示す図であり、第６図は本発明の
他の実施例の適応制御装置の一部を取出して示すブロッ
ク図である。 １．６・・・加算器、２・・・減算器、３・・・制御対
象、５・・・調節部、７・・・判定制御部、８・・・同
定信号発生部、９・・・同定部、１０・・・変換部、１
１・・・設計部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 外部から入力された目標値と制御対象から出力される制
   御量との間の偏差量に対して制御定数を用いて調節演算
   を行なって操作量を求めて前記制御対象へ印加する調節
   部と、前記制御対象へ入力される操作量の変化に対応す
   る前記制御対象から出力される制御量の変化から前記調
   節部へ設定する制御定数を算出する調整部とを備えた適
   応制御装置において、 前記偏差量と操作量および制御量のうちの少なくとも１
   つの量の経時変化を観察して制御系の状態を少なくとも
   不安定状態、不良応答および良好状態に判定する状態判
   定手段と、この状態判定手段が不安定状態を判定したと
   き前記調節部へ設定した制御定数を同一の偏差量に対し
   て操作量が少なくなる方向に変更する制御定数変更手段
   と、前記状態判定手段が不良応答を判定したとき前記調
   整部に対して制御定数演算のやり直しを指示する調整部
   起動手段とを備えた適応制御装置。