JPH0245801A - Ｐｉｄ調節計 - 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、プロセス制御などに用いられるＰＩＤ調節計
に関する。

（従来の技術） プロセスなどを制御するＰＩＤ調節計においては、プロ
セスからフィードバックされる値（プロセス値）が設定
値と一致するようにＰＩＤ演算として操作量を求め、こ
の値に基づいてプロセスの操作端を操作し、前記プロセ
スを制御している。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような従来のＰＩＤ調節計においては、
ＰＩＤ演算が線形系であるため、操作端を線形に制御し
ている。

しかしながら、このようなＰＩＤ調節計によって１ＩＩ
Ｉｊ御される操作端の中には、入力信号とその結果の制
御量の関係が非線形特性のものが多いため、これを線形
に制御したとき、充分な制御特性が得られないことが多
い。

このため従来から、Ｐ’ｌＤ演算結果に対して、操作端
特性（例えば、弁開度特性）の補正を行っていた。

しかしながら、このような弁開度特性に代表される操作
端特性の補正は、理論的には正しいものの、実際の運用
においては、操作端特性を調査し、これをＰＩＤ演算結
果に用いるべく特性曲線を求めなければならず、またこ
の特性曲線に対応して装置を調整しなければならないた
め、作業が煩わしく、積極的に利用されることが少なか
った。

本発明の目的は、操作端特性を自動的に求め、この結果
に基づいて操作端の制御量を自動的に補正することがで
きるＰ（Ｄ調節計を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明によるＰＩＤ調節計は
、設定値と、プロセスからのフィードバック値とに基づ
いてＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算アルゴリズム部と、 ＰＩＤ制御による操業を停止し、補正値調整要求時には
、規定のパターンに対応した操作量ＭＶを発生し、操作
ｆｆｉＭＶの変化と、このときの制御ＩＰＶとに基づい
て操作端の特性を抽出して補正値を算出する操作ｍ自動
調整部と、ＰＩＤ制御による操業時には、前記ＰＩＤ演
算アルゴリズム部の出力と、前記操作量自動調整部から
出力される補正値とに基づいて前記制ｍ＋ｉを制御する
特性補正部と、 を備えたことを特徴としている。

（作用） 上記の構成において、ＰＩＤｉ！１Ｊｔｌｌによる操業
を停止し、補正値調整要求をしたとぎ、操作量自動調整
部から規定のパターンに対応した操作ｆｆｉＭＶが出力
されるとともに、特性補正部によって前記操作ｆｆｉＭ
Ｖに基づいて操作端が操作される。またこのとき、前記
操作量自動調整部によって前記操作ｆｆｉＭＶの変化と
、このときの制御ωとに基づいて操作端の特性が抽出さ
れて補正値が算出される。また、ＰＩＤ制御による操業
時には、操作量自動調整部によってＰＩＤ演算アルゴリ
ズム部の出力と、前記操作量目ａ調整部から出力される
補正値とに基づいて前記操作端が制御される。

（実施例） 第１図は本発明によるＰＩＤ調節計の一実施例を示すブ
ロック図である。

この図に示すＰＩＤ調節計は、ＰＩＤ演算アルゴリズム
部１と、弁開度自動調整部２と、弁開度特性補正部３と
を備えており、設定器（図示は省略する）などによって
設定されている値（設定値Ｓｖ）と、プロセス１１から
フィードバックされる値（プロセス値）ＰＶとに基づい
て操作量ＭＶを算出するとともに、この操作量ＩＭＶに
基づいてプロセス１１の操作端４を操作し、前記プロセ
ス１１をＰＩＤ制御する。

ＰＩＤ演算アルゴリズム部１は、ＰＩＤ演算器１５を備
えており、前記設定器などによって設定されている値（
設定値ＳＶ）と、前記プロセス１１からフィードバック
されるプロセス値Ｐ■とに基づいてＰＩＤ演算を行って
操作量ＭＶを算出し、これを弁開度特性補正部３に供給
する。

弁開度特性補正部３は、前記弁開度自動調整部２から補
正係数パターンが出力されたとき、これを取り込んで記
憶し、また前記ＰＩＤ演算アルゴリズム部１から操作ｆ
ｆｉＭＶが出力されたとき、記憶している補正係数パタ
ーンを読み出して前記操作ｆｉｔＭＶに対応する補正係
数αを出力する補正係数テーブル２３と、この補正係数
テーブル２３から出力される補正係数αと前記ＰＩＤ演
算アルゴリズム部１から出力される操作量ＭＶとを掛は
合わせる乗算部２４と、この乗算部２４の乗算結果に基
づいて操作量ＭＶを発生する操作信号発生部２５と、Ｐ
ＩＤ制御による操業のための閉ループ時には前記操作信
号発生部２５と前記操作端４とを接続し、またＰＩＤ制
御を停止し、特性補正調整のため開ループ時には、前記
弁開度自動調整部６のＭＶパターン発生部６と前記操作
端４とを接続するように切り替えられる切り替えスイッ
チ２６とを備えている。

そして、閉ループ時には、前記ＰＩＤ演算アルゴリズム
部１から操作ｆｆｉＭＶが出力されたとき、この操作ｆ
ｆｉＭＶに対応する補正係数αで、この操作ｆｆｉＭＶ
を補正し、この補正結果に基づいて操作端４を制御する
。

また、開ループ時には、前記弁開度自動調整部２から出
力される操作量ＭＶを取り込むとともに、これを操作ｆ
ｆｉＭＶとして前記操作端４を操作する。

また、弁開度自動調整部２は、ＭＶパターン発発生部上
、特性抽出部７と、特性補正修正部８と、修正用メモリ
部９とを備えており、電源が投入されているとき、ＭＶ
パターンに対応した操作ｆｆｉＭＶを発生するとともに
、この操作量ＭＶを前記弁開度特性補正部３に供給する
。そして、特性抽出モードが設定されているとき、この
弁開度自動調整部２から出力されている操作量ＭＶ（ま
た、は、前記操作信号発生部２５から出力される操作ｆ
ｆｉＭＶ）と、前記プロセス１１からフィードバックさ
れるプロセス値ＰＶとに基づいて前記操作端４の弁開度
特性を抽出するとともに、この弁開度特性に基づいて補
正係数パターンを算出する。そして、自動修正モードが
設定されたとき、この補正係数パターンを弁開度特性補
正部３に供給する。

ＭＶパターン発発生部上、予め設定されている変化カム
ＭＶと、プロセス１１のプロセス時定数ＴＰと、最終操
作量ＭＶを示す終了値ＭＶＥに基づいてＭＶパターンを
作成するとともに、このＭＶパターンに対応した値の操
作ｆｆｉＭＶを発生するパターン発生部１６を備えてお
り、電源が投入されているとき、次に述べるように動作
する。

この動作では、第２図のフローチャートで示す如く、ま
ず、予め設定されている操作量（初期操作ｆｆｉ）ＭＶ
を発生し、これを操作量ＭＶとして前記弁開度特性補正
部３に供給する（ステップＳＴ■）。

この後、ＭＶパターン発発生部上、前記プロセス時定数
ＴＰに対応した時間（例えば３・ＴＰ）が経過するまで
持った後（ステップ５Ｔ２）、いま出力している操作量
ＭＶが終了値ＭＶＥ以トになったかどうかをチエツクす
る（ステップ５Ｔ３）そして、いま、出力している操作
ｆｆｉＭＶが終了１１１Ｍ　ＶＥより小さいときには、
いま出力している操作量ＭＶに、予め設定されているス
テップｍ△ＭＶを加算するとともに、この加算結果を新
たな操作量ＭＶとして、これを前記弁開度特性補正部３
に供給する（ステップＳＴＩ　）。

以下、加算動作によって得られた操作ｆｆｉＭＶが終了
値ＭＶＥと一致するまで、上述した動作を繰り返す。

そして、操業時においては、切り替えスイッチ２６によ
ってこのＭＶパターン発発生部上出力が選択されている
から、前記弁開度自動調整部２のＭＶパターン発発生部
上ら出力される操作量Ｍｖに基づいて前記操作端４が制
御される。

また、操業時以外の時には、前記切り替えスイッチ２６
によって操作信号発生部２５の出力が選択されているか
ら前記補正係数テーブル２３がら出力されている特性補
正係数αに基づいて前記ＰＩＱアルゴリズム部１から出
力される操作量ＭＶが補正されるとともに、この補正結
果に基づいた操作ＭＩＭＶによって前記操作端４が制御
される。

また、特性抽出部７は、自動特性抽出時にオンされる自
動調整スタートスイッチ５と、前記自動調整スタートス
イッチ５がオン状態であるとき前記プロセス１１側から
供給されるプロセス値ＰＶを取り込んでその変化分を抽
出するプロセス変化分抽出器１７と、前記自動調整スタ
ートスイッチ５がオン状態であるとき前記弁開度特性補
正部３から出力される操作量ＭＶを取り込んでその変化
分を抽出する操作量変化分抽出器１８と、これらプロセ
ス変化分抽出器１７、操作量変化分抽出器１８の出力に
基づいて特性補正係数αを算出する補正係数算出部１９
とを備えており、電源が投入されているとき、第３図の
フローチャートで示す如く動作する。

この動作では、まず、前記自動調整スタートスイッチ５
がオンされているかどうかがチエツクされる（ステップ
５Ｔ５）。

そして、この自動調整スタートスイッチ５がオンされて
いれば、特性抽出部７は、前記弁開度特性補正部３から
出力されている操作量ＭＶを取り込んで、これを記憶す
るとともに（ステップＳＴ６）、前記プロセス時定数Ｔ
ｐに対応した時間が経過するまで待つ（ステップ５Ｔ７
）。

そして、この間において、すでに取り込んでいる操作ｆ
ｉＭＶが変化すれば、これを検出して（ステップＳＴ８
．５Ｔ９）、上述した操作固成り込み動作に戻る。

そして、前記プロセス時定数ＴＰに対応した持ち時間中
において、前記弁開度特性補正部３から出力されている
操作量ＭＶが変化していないとき、特性抽出部７は、前
記プロセス１１からフィードバックされているプロセス
値ＰＶを取り込み、これを記憶する（ステップ５ＴＩＯ
）。

この後、特性抽出部７は、前記弁開度特性補正部３から
出力されている操作ｆｆｉＭＶを取り込み、この操作量
ＭＶと、すでに取り込んでいる操作量ＭＶ（ステップＳ
Ｔ６で取り込んだ操作ｆｆｉＭＶ）とを比較し、これら
の差が予め設定されている値（規定値）以上かどうかチ
エツクする（ステップＳＴＩ　１　＞。

そして、これらの差が前記規定値を越えていれば、前記
ステップＳＴ６〜５ＴＩＯで示されるＭｖ、ｐｖ処理を
再度実行して操作量ＭＶと、プロセス値Ｐｖとを再度取
り込む（ステップ５Ｔ１２）この後、今回取り込んだ操
作量ＭＶや、プロセス値Ｐｖと、すでに取り込んでいる
これらの操作量ＭＶや、プロセス値ＰＶとに基づいて次
式に示す演算を行って特性補正係数αを求め、これを特
性補正修正部８に供給する（ステップ５Ｔ１３）。

△ＭＶ　（ｎ　）　＝ＭＶ　（ｍ　）　−ＭＶ　（ｎ　
）−−−−・−（１）ΔＰＶ　（ｎ　）−ＰＶ　（Ｉｌ
）　−ＰＶ　（ｎ　＞−・−・・（１）α＝ΔＭＶ（ｎ
）／ΔＰ（ｎ）・・・・・・・・・・・・（３）但し、
八ＭＶ　（ｎ　）　：操作量ＭＶの変化分ΔＭＶ　（ｎ
　）　：操作量ＭＶの変化分ＭＶ　（ｎ　）　：前回の
操作量 ＭＶ　（ｎ　）　：今回の操作量 八ＰＶ　（ｎ　）　：プロセスｆｆ１ＰＶの変化分ＰＶ
（鋼）：前回のプロセス値 ＰＶ　（ｎ　）　：今回のプロセス値 特性補正晦正部８は、前記特性抽出部７から特性補正係
数αが供給されたとき、これが妥当かどうかを判定する
妥当性チエツク回路２０と、この妥当性チエツク回路２
０の出力に基づいてオン／オフされる接点２１とを備え
ている。

そして、前記特性抽出部７から特性補正係数αが供給さ
れたとき、前記妥当性チエツク回路２０は、次に述べる
要件に基づいて、特性補正係数αの値が妥当な値かどう
かをチエツクする。

（ａ　）この特性補正係数αが、上・下限制限値内に入
っているかどうか。

（ｂ）すでに求められている特性補正係数αに対して今
回の特性補正係数αの増減方向がプロセス的に正しいか
どうか。

但し、プロセス的に見て正しい増減方向とは、次に述べ
るような方向である。

まず、プロセス１１において用いられる操作端（例えば
、弁）４は、第４図（ａ）に示すような開度／ＦＭｍ特
性（ノンリニア特性）を持っている。

このため、これを補正してリニアな特性にするためには
、第４図（ｂ　）に示すような補正係数パターン２８を
用いて、操作ｆｆｉＭＶを補正しなければならない。

この場合、この補正係数パターン２８がら明らかなよう
に、操作量ＭＶが増加すれば、特性補正係数αを増加さ
せ、また前記操作ｆｎＭＶが減少すれば、特性補正係数
αを減少させたとき、操作量ＭＶと、流量との関係をリ
ニアにすることができない。

したがって、操作量ＭＶ、特性補正係数αのうち、一方
が増加し、他方が減少することは、実際上、有り得ない
。

そこで、本実施例においては、操作ｆｆｉＭＶ、特性補
正係数αのうち、一方が増加し、他方が減少していると
き、特性補正係数αの方向が正しくないと判定する。

また、操作ｆａＭＶと、特性補正係数αとが共に増加（
または、減少）していれば、特性補正係数αの方向が正
しいと判定する。

そして、前記特性抽出部７から供給された特性補正係数
αが上述した要件（ａ　）、（ｂ）を満たしていれば、
妥当性チエツク回路２０は、この特性補正係数αの値を
妥当なものと判定して接点２１をオンさせ、前記補正係
数算出部１９から出力される特性補正係数αを修正用メ
モリ部９に供給する。

また、前記特性抽出部７から供給された特性補正係数α
が上述した要件（ａ　）、（ｂ）を満たしていなければ
、妥当性チエツク回路２０は、この特性補正係数αの値
が妥当でないと判定して接点２１をオフ状態にする。こ
れによって、前記特性抽出部７から出力された特性補正
係数αは、無視される。

修正用メモリ部９は、前記特性補正修正部８から供給さ
れる特性補正係数αを記憶するとともに、この特性補正
係数αに基づいて補正係数パターン２８を作成する補正
係数パターン発生部２２と、自動修正時においてオンさ
れる自動修正許可スイッチ１０とを備えている。

そして、前記特性補正係数αが供給される毎に、補正係
数パターン発生部２２はこの特性補正係数αに基づいて
、すでに格納されている補正係数パターン２８を補正す
る。

この場合、初期設定によって、第５図（ａ　）に示す如
く、弁開度が５０％のときに特性補正係数αが１．０”
となるような補正係数パターン２８が設定されている。

ぞして、１回目の補正において、特性補正係数αの値が
中心値以上であれば、第５図（ｂ　）に示す如く中心値
（５０％の部分）からこの特性補正係数αに対応する部
分までの間が直線補間されるとともに、この特性補正係
数αに対応する部分から上の部分は、この特性補正係数
αが一定なものと見なされて補間される。

また、１回目の補正において、特性補正係数αの値が中
心値以下であれば、中心値からこの特性補正数αまでの
間が直線補間されるとともに、この特性補正係数αから
下の部分は、この特性補正係数αが一定なものと見なさ
れて補間される。

そして、２回目以降における補正曲線の補正においても
、同様に処理されて補正係数パターン２８の補正が漸次
、行われる。

そして、自動修正許可スイッチ１０がオンされていると
き、記憶している補正係数パターン２８を読み出され、
これが前記弁開度特性補正部３の補正係数テーブル２３
に供給されて記憶される。

これによって、弁開度特性補正部３の補正係数テーブル
２３の内容が更新される。

このようにこの実施例においては、ＰＩＤ制御による操
業時以外のとき、弁開度自動調整部２のＭＶパターン発
生部６から出力される操作ｆｆｉＭＶと、また操業時に
は実際の操作ｉＭＶと、これら操作ωＭＶに対応するプ
ロセス１１側からのフィードバック値（プロセス値）と
に基づいてプロセス１１の特性を抽出して補正係数パタ
ーン２８を作成するようにしたので、人手を要すること
なく補正係数パターン２８を求めることができるととも
に、この補正係数パターン２８に基づいて弁開度を自動
的に補正することができる。

また上述した実施例においては、操作量ＭＶが規定値以
上変化したとき、操作端４の特性を自動的に抽出するよ
うにしているが、ＰＩＤＩＩＩＩＩＩによる操業時にお
いて、操作量ＭＶを積極的に変更するようにしてもよい
。ただしこの場合、操作ＭＭ■の変化範囲は、規定範囲
内に入っていることは勿論である。

また上述した実施例においては、最新の操作量ＭＶ、最
新のプロセス値Ｐｖに基づいて補正係数パターン２８を
作成するようにしているが、これら操作量ＭＶ、プロセ
ス値ＰＶを各値毎に平均化するとともに、この平均化結
果に基づいて補正係数パターン２８を作成するようにし
てもよい。

また、上述した実施例においては、ＭＶパターン発生部
６から出力される操作量ＭＶの変化方向を１方向にして
いるが、これを双方向にしてもよい。

ざらに、上述した実施例においては、操作端が弁である
場合を例にとって本発明を説明したが、操作端の特性が
ノンリニアな特性を持っているものに対しては、同様の
処理によってこの操作端の特性をリニアにすることがで
きる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、操作端特性を自動
的に求め、この結果に基づいて操作端の制御員を自動的
に補正することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＰＩＤ調節計の一実施例を示すブ
ロック図、第２図は第１図に示すＭＶパターン発生部の
動作例を示ずフローチャート、第３図は第１図に示す特
性抽出部の動作例を示すフローチャート、第４図＜ａ　
＞は第１図に示ず操作端の特性例を示す図、第４図（ｂ
）は第１図に示ず操作端の特性をリニアにするのに必要
な補正係数パターン例を示す図、第５図（ａ　）は同実
施例における補正係数パターンの初期状態を示す模式図
、第５図（ｂ）は同実施例における補正係数パターンの
修正例を示す模式図である。 １・・・ＰＩＤ演算アルゴリズム部 ２・・・弁開度自動調整部　３・・・弁開度特性補正部
１１・・・プロセス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）設定値と、プロセスからのフィードバック値とに
   基づいてＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算アルゴリズム部と
   、 ＰＩＤ制御停止時において、オペレータの指令により規
   定のパターンに対応した操作量ＭＶを発生し、操作量Ｍ
   Ｖの変化と、このときの制御量ＰＶとに基づいて操作端
   の特性を抽出して補正値を算出する操作量自動調整部と
   、 ＰＩＤ制御時には、前記ＰＩＤ演算アルゴリズム部の出
   力と、前記操作量自動調整部から出力される補正値とに
   基づいて前記制御量を制御する特性補正部と、 を備えたことを特徴とするＰＩＤ調節計。