JPH0340102A - 調節装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、各種のプロセス計装システムに利用される調
節装置に係わり、特に操作信号が上下限制限値および変
化率制限値の何れかを逸脱したとき速度形Ｐ、Ｄ調節出
力を切り捨てることなく速度形Ｉ調節演算出力をコント
ロールし実プロセスの各種制約条件に適合可能とする調
節装置に関する。

（従来の技術） ＰＩＤ調節装置は種々の産業分野の計装システムに広く
利用されており、そのうちでもプラントの運転制御には
必要不可決なものである。このＰＩＤ調節装置に適用す
るＰＩＤ演算方式にはアナログ演算方式とディジタル演
算方式があるが、現在ではディジタル演算方式がＰＩＤ
調節装置の主流となっている。

このＰＩＤ演算方式におけるＰＩＤアルゴリズムの基本
式は、 ＭＶ−Ｋｐ　　（ｅ＋　（１／Ｔ＋　）ｆ　ｅｄｔ十Ｔ
Ｄ　　（ｄｅ／ｄｉ）　＋ＭＶｏ　ｌ　　”’（１）で
表される。但し、上式においてＭＶは操作信号、ｅは偏
差、Ｋｐは比例ゲイン、Ｔ、は積分時間、ＴＤは微分時
間、ＭＶｏは操作信号の初期値である。

ところで、前記（１）式の基本式を用いたディジタル演
算方式では、予めサンプリング周期τか定められ、この
サンプリング周期τ毎に必要なデータを取り込んで演算
を行うことになる。従って、現サンプリング時点をｎτ
（ｎは整数）とし、その１つ前のサンプリング時点を（
ｎ−１）τとすれば、制御系から得られる現すンプリン
グ■、１点の偏差ｅ。、前回サンプリング時点の偏差ｅ
　ｎ−１で表わすことができる。

一方、ディジタル演算方式には２通りの演算方式があり
、その１つは位置形演算方式であり、他の１つは速度形
演算方式である。この位置形演算方式は各サンプリング
周期毎に全体の操作信号ＭＶ。を直接計算する方式であ
り、速度形演算方式は今回のサンプリング周期毎に操作
信号の前回からの変化分△ＭＶｆｉのみを求めた後、こ
の変化分△ＭＶ。を前回の操作信号ＭＶ、、に加えるこ
とにより、今回の操作信号を得る方式である。

従って、前記（１）式のＰＩＤアルゴリズムの基本式を
用いて位置形演算方式と速度形演算方式とを実行する場
合、前者の位置形演算方式では、ＭＶ。

＋（ＴＤ／τ）　　（ｅ、、−ｅ、−、＞　　１　−・
・（２）で表わされ、後者の速度形漬算方式では、△Ｍ
Ｖｎ ＝Ｋｐ　（（ｅｎ：　　ｅｎ−１） ＋（τ／Ｔ１．）ｅ。

＋（ＴＤ／τ）（ｅ　ｎ　　２　ｅ　ｎ−＋　＋　ｅ　
ｎ−２Ｎ・・・（３ａ） ＭＶ、−＝ＭＶ、−、＋△ＭＶ、　　、　　　　−（３
ｂ）で表わされる。

そこで、これら２つの演算式、つまり（２）式と（３ａ
）、（３ｂ）を含んだ（３）式とを比較してみると、（
３）式の速度形ＰＩＤアルゴリズムでは積分項からΣが
なくなって演算が簡単になること、手動・自動の切換え
に際し、現時点の手動操作によって得られた操作信号を
（３ｂ）式のＭ　Ｖ　ｎ−ｌに代入し、しかる後、自動
制御に切換えて次のサンプリング時点からそのＭ　Ｖ　
ｎ−１に変化分△Ｍ　Ｖ　ｎを加算すれば制御をそのま
ま続行でき、いわゆる手動−自動切換えのバランスレス
・ハンプレス切換えが簡単に行えること、積分項による
リセットワインドアップか容易に行えること、操作信号
の変化分のみを求めればよいので、ケインを修正したり
、他の信号との複合演算処理か簡Ｌｌｉに行えること等
の特長を有し、計算機を用いたＤ　Ｄ　Ｃ（Ｄｉｒｅｃ
ｔ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）には速度形ＰＩ
Ｄ演算方式が多用されている。

しかして、この種の調節装置においては、前記アナログ
演算方式、位置形ディジタル演算方式、速度形ディジタ
ル演算方式の何れの方式を適用するにせよ、実際の制御
系では操作信号か過大または過少な場合にプラントが危
険な状態となるので操作信号に上下限の制限を与え、ま
た制御対象の操作端、蒸気、燃料、水、空気等の被制御
量、或いは下流側のプロセスに急激な変化を巧えること
は好ましくないので操作信号にある変化率の制限を与え
ながら制御対象に印加する構成を採用している。このよ
うに上下限制限手段および変化率制限手段を設け、制御
対象の各種制約条件、特性、制御上でのユーザの要望な
どに応じ、操作信号に適切な大きさおよび変化率をもっ
て制限することは制御系の安全性および安定性を期する
なうえて必要不可欠なものである。

第３図は従来の速度形ＰＩＤ調節装置の構成を示す図で
ある。この装置は、偏差演算手段１にて現在の目標値Ｓ
Ｖ、から制御対象２の現在のプロセス変数値ＰＶｆｉを
減算し、得られた偏差ｅｎを速度形ＰＩＤ調節演算手段
３に導入し、ここで前記（３ａ）式の調節演算を行って
速度形ＰＩＤ調節演算出力△ＭＶ、を得る。この速度形
ＰＩＤ調節演算出力△ＭＶ。を変化率制限手段４に導い
て所定の変化率の範囲内で制限して出力△ＭＶ。

を得、さらに所定の上下限の範囲内で制限する上下限制
限機能付速度形／位置形信号変換手段５にて前記（３ｂ
）式　にそった演算、つまりＭＶ。

＝　Ｍ　Ｖ　、、−１＋ΔＭＶｆｉ　を実行し、得られ
た操作信号ＭＶゎを制御対象８に印加することにより、
偏差ｅ。、っまり５Ｖｎ＝ＰＶｎとなるような制御を行
っている。

（発明が解決しようとする課題） 従って、以上のようなＰＩＤ調節装置を実際のプロセス
制御系に適用したとき、１」標値ＳＶｏの急変や外乱等
の発生によるプロセス変数値ＰＶｏの急変等によって操
作信号が大きく変化することになり、そのために制御対
象２に急激な変化や過大な量の操作量を与えて操作端や
配管系の破損、短寿命化、制御対象２の上流および下流
に対する悪影響を与えるので、変化率制限手段４および
上下限制限機能付速度形／位置形信号変換手段５を設け
、操作信号に変化率制限および上下限制限を与えて制御
対象２の各種制約条件に適合するように制御している。

しかし、第３図に示す調節装置は、機能的には操作信号
に対し変化率制限や上下限制限を与えているか、その制
限のかけ方かｒＰＩＤ制御の本質」を継承しておらす、
そのため制限に引掛かったとき次のような工業上有害な
副作用か生ずる。

■、偏差ｅｏかステップ状やパルス状に変化したとき、
速度形ＰＩＤ調節演算手段３のＰ動作やＤ動作によって
ＰＩＤｉ節膚算出力△ＭＶ、が上限制限値を越えて最大
点に達した後、操作信号はその上限制限値通過点より引
き戻し現象が発生し、制御の乱れや安全性の低下を誘引
し、工業上致命的な欠陥となる。

この原因について具体的に述べると、第３図において例
えば偏差ｅ、、かステップ状に変化したとき、その変化
初期時には主としてＰ＋Ｄ動作が機能し、このとき全く
制限かない場合には操作信号ＭＶｏが第４図の（イ）の
理論ＭＶに示すような挙動となるが、実際上、上限制限
値Ｈに引掛ってＹ部分が速度形信号で切換えられ、Ｄ動
作の減少部分かそのまま差し引かれるので、結局第４図
の（ロ）のような挙動を示す。本来、第４図の（ハ）の
ような挙動が望ましいにも拘らず、実際には上限制限値
通過点から大きく引き戻されてしまい、折角のＰＤ動作
が逆方向に働き、その結果、制御が乱れ、安全上問題と
なる領域まで操作信号が低下した後、■動作によりゆっ
くり正常状態に戻ることになる。

■、操作信号が上下限制限値を越えており、かつ、偏差
ｅ。が大きく出ていても、目標値ＳＶ、。

プロセス変数値ＰＶｏ等が微動しているとき、操作信号
が制限値の近傍で変動する。この変動の原因は、第５図
に示すごとく操作信号か上下限制限機能付速度形／位置
形信号変換手段５で制限されているか、偏差ｅゎが例え
ば負方向側で微動し、その結果、変化率制限手段４の出
力△ＭＶ。

が制限内に入る方向に変化したとき、上下限制限機能付
速度形／位置形信号変換手段５はその△ＭＶ、、′を受
は付けるため出力変動となるためである。

■、また、偏差ｅ。がステップ状やパルス状等に変化し
て操作信号が変化率制限値に引掛かると、Ｐ動作および
Ｄ動作の速度形信号が切り捨てられて前述したようにＤ
動作で引き戻された後、■動作により目標値ＳＶ６に接
近するので、制御の応答性が著しく遅れてしまい、工業
上致命的な欠陥となる。

この原因は、変化率制限手段４が」二下限制限手０ 段５による１回当りの更新量を制限することにより最初
のＰ＋Ｄ動作の変化分を切り捨ててしまった後、変化率
制限内でＤ動作による減少分を差し引いていくので、操
作量は第６図の（ａ）に示すＭＶのように一旦減少した
後にＩ動作のみで接近していくことになり、かつ、これ
に伴って制御応答が第６図の（ａ）に示すＰＶのように
一旦逆応答後にＩ動作のみでゆっくり上昇接近しでいく
ので、非常に制御の応答性が遅くなる。

以上のように従来の調節装置は、操作信号の変化が変化
率制限値または上下限制限値を越えたとき、または制限
内において回復するときの信号処理が不適切であるため
に、実用上、非常に大きな欠陥を有している。

特に、この種のＰＩＤ調節装置においては、プラント計
装などのあらゆる分野の制御に広く利用されており、そ
の制御の基盤をなすものであり、さらに今後プラント運
転のフレキンプル化、最適化、超自動化などの高度化を
考えるとき、操作信号に対する変化率制限および上下限
制限は必要不１ 回天であり、これら制限機能の高度な活用か強く望まれ
ていた。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、ＰＩまたは
ＰＩＤ調節演算出力か所定の上下限制限値または所定の
変化率制限値を越えたとき、ＰＩＤ制御の本質を継承す
る信号処理を実行することにより、制御性および制御応
答性に優れ、かつ、安定性、安全性を確保しうる調節装
置を堤供することを目的とする。

［発明の目的］ （課題を解決するための手段） 請求項１に対応する発明は上記課題を解決するために、
制御対象からのプロセス変数値と目標値との偏差を零と
するために速度形ＰＩまたは速度形ＰＩＤ（Ｐ　　比例
、■＝積分、Ｄ・微分）調節演算行った後、位置形の操
作信号に変換して前記制御対象に印加する調節装置にお
いて、前記操作信号の大きさを所定の範囲内に制限する
上下限制限手段および操作信号の変化率を所定の範囲内
に制限する変化率制限手段を設け、さらに前記操　２ 作信号か少なくとも前記上下限制限手段の上下限制限値
または前記変化率制限手段の変化率制限値の何れかを越
えているか否かを判断する制限逸脱判断手段を設け、こ
の制限逸脱判断手段にて操作信号が上下限制限値または
前記変化率制限手段の変化率制限値を越えていると判断
したときに積分動作を停止し積分調節成分をホールド状
態とする構成である。

次に、請求項２に対応する発明は、前記制限逸脱判断手
段として、例えば操作信号が少なくとも前記上下限制限
手段の上下限制限値または前記変化率制限手段の変化率
制限値の何れかを越えているか否かを判断する逸脱判断
手段と、この逸脱判断手段で制限値を越えていると判断
したとき逸脱信号と少なくとも前記速度形Ｉ調節演算出
力との符号が同符号か異符号を判別する符号判別手段と
、操作信号が少なくとも前記上下限制限手段の上下限制
限値または前記変化率制限手段の変化率制限値の何れか
を越えており、かつ、前記符号判別手段によって異符号
と判別されたときに積分動作を３ 続行し、同符号と判別されたときに積分動作を停止し積
分調節成分をホールド状態とする積分動作判断手段とを
備えた構成である。

（作　用） 従って、本発明は以上のような手段をＲＲじたことによ
り、目標値と制御対象からのプロセス変数値との偏差を
零とするためにＰＩまたはＰＩＤ調節演算手段により調
節演算を行って速度形ＰＩまたは速度形ＰＩＤ調節演算
出力を１（Ｉるとともにこの速度形調節演算出力を位置
影信号に変換して操作信号を得た後、制御対象に印加し
て制御するが、このとき操作信号の大きさおよび変化率
を上下限制限手段および変化率制限手段にて所定の範囲
内で制限して制御対象に印加する。

しかして、以上のような信号処理系において制限逸脱判
断手段では操作信号の変化が前記上下限制限手段で定め
た上下限値制限値または変化率制限手段で定めた変化率
制限値の何れかを越えたか否かを判断し、何れかの制限
を越えているとき積分動作を停止し、積分調節成分をホ
ールド状態と４ するものである。

なお、制限逸脱１′１ｊ断手段としては、前記上下限制
限手段の上下限制限値または前記変化率制限手段の変化
率制限値の何れかを越えているか否かを判断する一方、
制限を越えている信号と少なくとも速度形Ｉ調節演算出
力との符号が同符号か異符号を判別する。ここで、操作
信号が少なくとも前記上下限制限手段の上下限制限値ま
たは前記変化率制限手段の変化率制限値の何れかを越え
ており、かつ、前記符号判別手段によって異符号と判別
されたときに積分動作を続行し、同符号と判別されたと
きに積分動作を停止し積分調節成分をホールド状態とす
るものである。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明するに先立ち、ＰＩＤ制御に
ついて検討してみる。速度形ＰＩＤアルゴリズムはプロ
セス計装システムに不可欠なものであるが、今後の計装
システムの複雑化　高度化に対応していくためには、速
度形ＰＩＤアルゴリズムに工夫を加えながら欠陥を解消
すること５ か実用上非常に重要なことである。

そこで、ＰＩＤ調節演算に関しどのような処理をすれば
有効であるか、いわゆるｒＰＩＩ）制御の本質」を考え
てみる。前記（１）式のＰＩＤ基本式からＰＩＤ各項の
特質を分析すると下表のようになる。

この表から明らかなようにｒＰＩＤＰ御の本質の継承」
という観点から考えると、操作信号の変化が所定の上下
限制限値や変化率制限値を越えたとき、速度形Ｉ調節演
算出力は切り捨てが可能であるが、速度形Ｐ調節演算出
力及び速度形り調節演算出力は絶対に切り捨て出来ない
ことになる。

つまり、速度形ＰまたはＤ調節演算出力を切り捨てると
ｒＰＩＤＰ御の本質」を歪曲することになって問題か生
ずる。

この点、従来装置は、変化率制限に引掛かると変化率制
限手段４で殆んどの速度形Ｐ＋Ｄ調節演算出力を切り捨
てることになり、また上下限制限機能付速度形／位置形
信号変換手段５により殆んどの速度形Ｐ＋Ｄ調節演算出
力を切り捨てることとなり、ｒＰＩＤＰ御の本質」を継
承しなくなり、各種の欠陥を起こす根源ともなっている
。

そこで、本発明装置においては、基本的には速度形ＰＩ
Ｄアルゴリズムを用い、かつ、操作信号が所定の上下限
制限値または変化率制限値を越えたとき前記衣に示す信
号処理上の制約を守りつつ、８ ｒＰＩＤＰ御の本質」を継承しうるような構成を実現す
ることにある。

以下、本発明の実施例について第１図を参照して説明す
る。なお、一般に、Ｄ動作を含まないＰＩ調節装置も有
るが、ここではＰＩＤ調節装置を例に上げて説明する。

同図において１１は現在の目標値Ｓｖｏから制御対象１
２の現在のプロセス変数値ＰＶｏを減算して偏差ｅ。を
得る偏差演算手段、］３は偏差ｅゎに基づいて速度形Ｉ
動作により工調節演算出力△Ｉｎを得る速度形Ｉ調節演
算手段、１４は偏差ｅ。を受けて速度形Ｐおよび速度形
り動作によりＰ十り調節演算出力△Ｐ。

＋△Ｄｎを得る速度形Ｐ十り調節演算手段である。

これら両調節演算手段１３，１．４の出力は加算手段１
５で加算し、得られた速度形ＰＩＤ加算調節信号△ＭＶ
、を速度形／位置形信号変換手段１６に導入する。この
信号変換手段］６は速度形ＰＩＤ加算調節信号を位置形
ＰＩＤ調節信号（操作信号とも呼ぶ）ＭＶｎに変換した
後、所定の上下限制限値をもって制限する上下限制限手
段１７９ および所定の変化率をもって制限する変化率制限手段１
８を経由して制限付き操作信号Ｍ　Ｖ　ｎ　’を得、こ
の制限付き操作信号Ｍ　Ｖ　ｎ　’を用いて制御対象１
２を制御する様になっている。

２０は前記位置形ＰＩＤ調節信号ＭＶ、と制限付き操作
信号Ｍ　Ｖ　ｎ　’　とを取り込んで両制限手段１７．
１８の上下限制限値または変化率制限値を逸脱している
か否かを判断する制限逸脱判断手段である。この制限逸
脱判断手段２０は、位置形ＰＩＤ調節信号ＭＶ、から制
限付き操作信号Ｍ　Ｖ　ｎ　’を減算する減算手段２１
と、この減算手段２１の出力がほぼ零に近い信号か或い
は零以外の信号か、つまりＭＶ、が両制限手段１７．１
８の上下限制限値または変化率制限値を越えているか否
かを判断する零判断手段２２と、この零判断手段２２に
てほぼ零なる信号のとき前記速度形ＰＩ調節演算手段１
３の出力と加算手段１５との間に介在されるスイッチ手
段２３を導通状態に設定して正常積分を実行し、零以外
のときにスイッチ手段２３を非導通状態に設定して積分
を停止す０ る手段とで構成されている。

次に、以上のような装置の動作を説明する。偏差演算手
段１１にて現在の目標値ＳＶｌ、から制御対象１２の現
在のプロセス変数値ＰＶｏを減算し、ｅ　ｎ　＝　Ｓ　
Ｖ　ｎ　　Ｐ　Ｖ　ｎなる演算により両値の偏差ｅ。を
得た後、この偏差ｅ。を速度形■調節演算手段］３およ
び速度形ＰＤ調節演算手段１４にそれぞれ導入する。

ここで、速度形ＰＤ調節演算手段１３は、△Ｉ、＝Ｋｐ
−（ＴＩ／τ）・ｅ　、　　−（４）なる演算を行って
速度形ＰＩ調節演算出力△Ｉ。

を得た後、導通時のスイッチ手段２３を経由して加算手
段１５に導入する。

一方、速度形ＰＤ調節演算手段１４では、速度形Ｐ調節
演算と速度形り調節廣算、つまり△Ｐｎ　＝Ｋｐ（ｅ　
ｎ　　ｅ　ｎ−＋　）　　　　　（５）△Ｄ、＝Ｋｐ・
　（Ｔ１／τ） （ｅ。−２８ｎ−１＋ｅ　ｎ−２）　　・・（６）なる
演算を行い、これらを合成した△Ｐｏ＋△Ｄ、を得て加
算手段１５に導入する。ここで、１ 加算手段１５では先の△１．と加算合成して、△ＭＶ、
−△Ｐ、十△Ｄ、＋△Ｉ、　　・−４７）なる速度形Ｐ
ＩＤ調節演算信号を得た後、この調節信号△ＭＶｏを速
度形／位置形信号変換手段１６に導き、 ＭＶ、＝ＭＶ、、　＋△ＭＶｎ　　　　　−（８）なる
演算を実行し、位置形ＰＩＤ調節信号ＭＶＭに変換する
。

そして、この位置形ＰＩＤ調節信号ＭＶ、を所定の上下
限で制限する上下限制限手段１７および所定の変化率で
制限する変化率制限手段１８を経由させて制御対象１２
に印加し、偏差ｅｎ−ｏつまりＳＶゎ−ＰＶ、となるよ
うに制御する。従って、この装置では速度形Ｐおよび速
度形り調節信号の切り捨ては発生せず、位置影信号変換
後に制限に引掛ってもｒＰＩＤＰ御の本質」を継承でき
る。

一方、制限逸脱判断手段２０においては、上下限制限手
段１７の入力信号の前回値ＭＶ、、と変化率制限手段１
８の出力信号の前回値Ｍ　Ｖ　ｎｉ　２ とを取り込み、減算手段２１にて、 ／＼ △ＭＶ、、−＋　＝ＭＶ、−＋　　ＭＶ、−＋　　・−
（９）後続の零判別手段２２に導入する。この零判別手
段２２では減算手段２１からの信号について零か否かを
判別する。すなわち、この零判別手段２２は、 ぺ （Ａ）　　△ＭＶ、、＝０なるとき、 位置形ＰＩＤ調節信号つまり操作信号Ｍ　Ｖ　ｎが上下
限制限値にも変化率制限値にも引掛っていないと判断し
、前記スイッチ手段２３を導通状態に設定し、いわゆる
正常積分を実行する。従って、制限後の実行速度形■調
節信号△Ｉｏ′は、△１．Ｌ−△Ｉｆｉ＝Ｋｐ・　（τ
／Ｔ＋）”ｅｎが得られる。

ハ （Ｂ）　　△Ｍ　Ｖ　ｎ−１≠０なるとき、操作信号Ｍ
　Ｖ　ｎが上下限制限値、変化率制限値の何れにも引掛
っていると判断し、前記スイッチ手段２３を非導通状態
に設定し、いわゆる積分動作を停止させる。従って、制
限後の実行速度形Ｉ調３ 節信号△Ｉ０　は、 △Ｉｏ’−０ となり、積分動作のみが制御される。

次に、請求項２に係わる発明の実施例について第２図を
参照して説明する。なお、同図において第１図と同一部
分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。すなわ
ち、この発明は、制限逸脱判断手段２０を改良したもの
であって、前記速度形Ｐ調節演算出力△Ｉｎか上下限制
限または変化率制限の何かに引掛かった状態から制限内
に向かう条件が整ったときに速やかに制限内に入るよう
に、また何れかの制限９例えば上下限制限値に弓△Ｍ　
Ｖ　ｎ−１と速度形Ｐ調節信号△Ｉ、＝Ｋｐ・（τ／Ｔ
＋）　・ｅ、との極性が同符号のとき正常積分として実
行し、それ以外のときは積分動作を停止する機能を持っ
たものである。

以下、具体的に述べると、この制限逸脱判断手段２０は
、減算手段２１および零判別手段２２からなり、位置形
ＰＩＤ調節演算出力ＭＶＭが上下４ 限制限値または変化率制限値の何れかを越えているか否
かを判断する逸脱判断手段と、速度形Ｉ調節演算手段１
３の速度形Ｉ調節演算出力△Ｉ、と減算手段２１の出力
△Ｍ　Ｖ　ｎ−１とが同符号であるか異符号であるかを
判別する符号判別手段２４と、零判別手段２２の出力か
ら何れかの制限に引掛か記速度形Ｐ調節演算出力△Ｉ、
が制限解消方向にあると判断してスイッチ手段２３を導
通状態に設定し、逆に同符号の場合にはスイッチ手段２
３を非導通状態に設定する積分動作判断手段２５とで構
成されている。勿論、この積分動作判断手段２５は位置
形ＰＩＤ調節演算出力ＭＶＭが上下限制限値または変化
率制限値の何れかを越えていない場合にはスイッチ手段
２３を導通状態に設定することは言うまでもない。

次に、第２図に示す装置の動作を説明する。

（イ）　先ず、位置形ＰＩＤ調節演算出力、つまり操作
信号ＭＶゎは上下限制限値または変化率制　５ 限値の何れかを越えていない場合には上下限制限手段１
７および変化率制限手段１８をそのまま通るので、減算
手段２１の出力は、 △ＭＶ、＝０ となり、この場合には積分動作判断手段２５で正常積分
と判定し導通制御信号が出力してスイッチ手段２３を導
通状態に設定する。その結果、△Ｉｎ′−△Ｉ、、＝Ｋ
ｐ・　（τ／　Ｔ　１）　＋　ｅ　ｎとなって正常積分
を実行する。

（ロ）　操作信号ＭＶ、は上下限制限値または変化率制
限値の何れかを越えている場合、減算手段２１の出力は
、 △ＭＶ、、ｌ−≠０ となり、よって零判別手段２２では零でないとする信号
、つまり上下限制限値または変化率制限値の何れかに引
掛かっているとする信号を積分動作判断手段２５に送出
する。さらに、符号判別手段２４において位置形ＰＩＤ
調節演算出力△Ｉｎとき、その旨の信号を積分動作判断
手段２５に送出　６ する。その結果、この積分動作判断手段２５ては位置形
ＰＩＤ調節演算出力ＭＶわが上下限制限値または変化率
制限値の何れかを越えているか制限解ｌ肖方向に向かっ
ているので正常積分と判定し同様に導通制御信号を出力
してスイ・ソチ手段２３を導通状態に設定する。従って
、この場合にも、△■ｏ　−△１．．＝Ｋｐ・（τ／　
Ｔ　＋　）十ｅ　ｎなる正常積分を実行する。

（ハ）　　次に、操作信号ＭＶ、は上下限制限値または
変化率制限値の何れかを越えており、かつ、符号判別手
段２４において同符号と判別されたとき、積分動作判断
手段２５ては積分停止と判断しスイッチ手段２３を非導
通状態に設定する。その結果、 △Ｉ′−０ となり、いわゆる積分停止の状態となる。

従って、以上のような実施例の構成によれば、操作信号
が所定の上下限制限値または変化率制限値の何れかを逸
脱したとき、速度形Ｐ調節演算出力のみを必要に応じて
切り捨て、速度形Ｐまたは　７ Ｄ調節演算出力を切り捨てないようにしたので、「ＰＩ
Ｄ制御の本質ｊを確実に継承でき、従来のような操作信
号の引戻し現象がなくなり、高い制御性を確保でき、安
全性、安定性に大きく寄与する。

その結果、偏差ｅ、が例えばステップ状に変化したとき
、操作信号の挙動は第４図の（ハ）のようになり、望ま
しいＭＶとなる。

一方、目標値ＳＶｎをステップ状に変化させたときには
第６図のような応答となる。すなわち、速度形Ｐおよび
Ｄ調節演算出力を切り捨てないので、ＭＶおよびＰＶは
第６図の（ｂ）ようになり、従来に比べて応答性を大幅
に改善できる。

しかも、第２図においては操作信号が上下限制限値また
は変化率制限値を逸脱しても操作信号か解消方向にある
場合には積分動作を実行するので、速やかに目標値に整
定させることができる。

なお、上記実施例ではＰＩＤ調節演算について説明した
が、ＰＩ調節演算でも同様に適用できる。

また積分項である△Ｉ、、−Ｋｐ・　（τ／Ｔ１）　８ ｅｏはスイッチ手段２３の非導通により停止するように
したが、例えば積分時間Ｔ、を非常に大きな値に設定し
て等価的に△Ｉ、＝０として積分ｐ％止しても良いし、
積分項の前鼻に使用するＫ　ｐτ、ｅｏを強制的にセロ
としても良い。また、上下限制限或いは変化率制限を逸
脱しているか否かの検知はそれぞれの入力信号と所定の
制限値を比較して検知し、その論理和を取ってもよい。

さらに、微分動作は完全微分で説明したか、不完全微分
を使用することもある。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実施できる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、操作信号にどのよ
うな上下限制限値または変化率制限値を加えても、速度
形Ｐ、Ｄ調節演算出力の切り捨てがなくなって従来のよ
うな欠陥を生ずることがなくなり、制御性の高い、安定
で、かつ、安全な制御を実現でき、ひいてはプラント計
装システムの基盤をより一層強化できる。

しかも、目標値変化に対し、操作信号の変化状２　つ 況を迅速に判断し、正常積分と積分停止を適宜選択しな
がら速やかに整定できる。

特に、今後のプラント運転制御においては、フレキシブ
ル化、最適化、超自動化などの進展に伴って上下限制限
値や変化率制限値を有効に活用することが重要であるが
、この点で本装置はその制限を有効に生かしつつ従来の
各問題を解消したことにより、産業界に大きく貢献でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる調節装置の一実施例を示す構成
図、第２図は本発明の他の実施例を示す構成図、第３図
は従来装置の構成図、第４図は目標値を変化させたとき
の従来装置と本発明装置における操作信号の挙動を比較
する図、第５図は操作信号が制限値近傍で変動する状態
を示す図、第６図は目標値をステップ状に変化させたと
きの従来装置と本発明装置における操作信号およびプロ
セス変数値の応答比較図である。 １２・・・制御対象、１３・・速度形Ｉ調節演算手段、
１４・・速度形ＰＤ調節演算手段、１５・・・加算手段
、０ １６・・・速度形／位置形信号変換手段、１７・上下限
制限手段、１８・・変化率制限手段、２ｏ・・・制限逸
脱判断手段、２１・・・減算手段、２２・・・零判別手
段、２３・・スイッチ手段、２４・符号判別手段、２５
・・・積分動作判断手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御対象からのプロセス変数値と目標値との偏差
   を零とするために速度形ＰＩまたは速度形ＰＩＤ（Ｐ：
   比例、Ｉ：積分、Ｄ：微分）調節演算を行った後、位置
   形の操作信号に変換して前記制御対象に印加する調節装
   置において、 前記操作信号の大きさを所定の範囲内に制限する上下限
   制限手段と、前記操作信号の変化率を所定の範囲内に制
   限する変化率制限手段と、前記操作信号が少なくとも前
   記上下限制限手段の上下限制限値、前記変化率制限手段
   の変化率制限値の何れかを逸脱しているか否かを判断し
   、逸脱していると判断したときに積分動作を停止して積
   分調節成分をホールド状態とする制限逸脱判断手段とを
   備えた調節装置。
2. （２）制限逸脱判断手段は、前記操作信号が少なくとも
   前記上下限制限手段の上下限制限値または前記変化率制
   限手段の変化率制限値の何れかを越えているか否かを判
   断する逸脱判断手段と、この逸脱判断手段で制限値を逸
   脱していると判断したときその逸脱信号と少なくとも前
   記速度形Ｉ調節演算出力との符号が同符号であるか異符
   号であるかを判別する符号判別手段と、操作信号が少な
   くとも前記上下限制限手段の上下限制限値、前記変化率
   制限手段の変化率制限値の何れかを越えており、かつ、
   前記符号判別手段によって異符号と判別されたときに積
   分動作を続行し、同符号と判別されたときに積分動作を
   停止して積分調節成分をホールド状態とする積分動作判
   断手段とを備えた調節装置。