JPH0362201A - フィードバック・フィードフォワード制御装置 - Google Patents
フィードバック・フィードフォワード制御装置Info
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- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
なフィードバック(以下、FBと呼ぶ)制御系とフィー
ドフォワード(以下、FFと呼ぶ)制御系とを組み合せ
てなるフィードバック・フィードフォワード制御装置に
係わり、特に静特性補償分信号の大きさに応じて動特性
の補償を行うフィードバック・フィードフォワード制御
装置に関する。
B制御系とFF制御系とで構成され、前者のFB制御系
は、偏差演算手段1にて現在の目標値Sv7から制御対
象2の現在のプロセス変数値Pv、を減算し、得られた
偏差enを位置形PI調節演算手段3に導入し、ここで
位置形PI調節演算を行なって調節信号を得た後、加算
手段4を経由して制御対象2に印加する構成となってい
る。。
デル6を備え、このフィードフォワード制御モデル6に
は外乱信号り、にFFゲインkを乗算してFF制御信号
を得る係数手段6aとこのFF制御信号に進みまたは遅
れを持たせて外乱補償の時間的タイミングを合せた外乱
補償信号を得る進み/遅れ演算手段6bとを有し、この
進み/遅れ演算手段6bで得られた外乱補償信号を前記
加算手段4に加えて、いわゆる外乱補償を行った操作信
号MV、を得、この操作信号MV、を制御対象2に与え
て制御を行う構成となっている。
て、例えば操作信号MVfiを印加したときのプロセス
変数間の伝達関数Gp(S)は分母系列で表現すると、 Gp (s) =Kp / (1+’rp、・S十TP
2・S2+・・・・・・+Tp1s”)・・・・・・・
・・(1) となる。
Go(S)は同じく分母系列で表現すると、Go (s
) =Ko / (1+’ro、・S十’rD2e s
2+””・・+TDs @ S ’ )・・・・・・
・・・(2) となる。上式においてKpはP制御パラメータ、Koは
D制御パラメータ、TP、はプロセス時定数、TD、は
外乱時定数、slはラプラス演算子である。
からフィードフォワード制御モデルGF(S)は、Gp
(S) ” (Go (S) /Gp (S)
1= (KO/KP ) l (1+Tpr” s
十TP2・S2+・・・・・・+Tp1s”)/ (1
+Tp> ・s +TD2・s 2+−・−・+T D
s・S’)) ・・・・・・・・・
(3)−に−f(S) ・・・・
・・・・・(4)ic−に、/Kp
・・・・・・・・・(5)f (S) −(1
+T、1・slTp2・S2+・・・・・・+’r、、
・s’ )/ (1+Tol−slTO2・S2 +・
・・・・・+TD、・Ss)・・・・・・・・・(6) となる。従って、この制御装置では、前記位置形PI調
節演算手段3のPI調節演算出力に前記フィードフォワ
ード制御モデル6の出力を外乱補償信号として加算する
ことにより外乱の影響を抑制する構成となっている。
た場合、制御対象2の動作特性や外乱の特性を正確に近
似できないこと、非線形性を有すること、さらにその特
性が時々刻々変化する二と等から次のような点が問題と
なっている。
る構成であるので、例えばFB制御、FF制御ともに制
御出力の変化が小さくなったとき、フィードフォワード
制御モデル6に静的および動的誤差が発生し、或いはノ
イズ等の影響を受けるため、かかるFF制御出力を外乱
補償信号として加算したのでは、FB制御系の出力を乱
し、制御精度の低下を招く問題がある。
乱補償信号とを位置影信号として加15合成する場合、
各サンプリング周期ごとに全体の操作信号を直接計算す
る方式であるので、各制御系の出力の小さい領域であっ
ても調節演算をして操作信号とする必要があり、いわゆ
る不感(1′Fを設けることが雉しく、このため外乱補
償信号の変化が小さくなったとき、FF制御系の出力が
FB制御系の出力に悪影響を与える問題がある。
変化の動特性補償分信号であっても、それが−膜内には
拡大した状態の動特性補償信号としてFB制御系に加わ
るので、FF制御系出力の利用の仕方を誤ると精度の高
い制御ができない問題がある。
分信号の大きさに応じてFF制御系を停止してFB制御
のみとし、或いはFF制御系を生かしてFB制御とFF
制御とを組み合せることにより、FB制御とFF制御と
の特質を最大限に生かしつつ制御精度の向上および安定
な制御を実現するフィードバック・フィードフォワード
制御装置を提供することを目的とする。
ロセス変数値と目標値との偏差を零とするために少なく
とも速度形I (積分)調節演算を行った後、位置影信
号に変換したPI(Pは比例)またはPID(Dは微分
)調節演算出力を操作信号として前記制御対象に印加し
て制御するフィードバック制御系と、外乱補償を行うフ
ィードフォワード制御系とを組み合せたフィードバック
・フィードフォワード制御装置において、前記フィード
フォワード制御系は、外乱信号にフィードフォワードゲ
インを乗算して得られた信号を静特性補償分信号と動特
性補償分信号とに分離するフィードフォワード制御モデ
ルと、予め所定の不感帯域が設定され、前記フィードフ
ォワード制御モデルから出力された静特性補償分信号を
変換して得られた速度形信号が不感帯域内にあるとき零
を出力し、不感帯域外にあるとき前記速度形信号の大き
さに応じて所定の信号を前記少なくとも速度形I調節演
算出力に加算する静特性補償手段と、前記速度形信号が
前記不感帯域内にあるか否かを1’ll別し不感帯域内
に有るときには前記PIまたはPID調節演算出力に加
算されている前記動特性補償分信号を強制的に零とする
動特性補償解除手段とを備え、前記速度形信号が不感帯
域内に有るときフィードバック制御のみとする構成であ
る。
、フィードフォワード制御モデルで得られた静特性補償
分信号を速度形信号に変換した後、この速度形信号を予
め所定の不感帯域に設定されている不感帯域設定手段を
通すことにより、速度形信号が不感帯域内にあるとき静
特性補償信号を解除し、また同時に動特性補償解除手段
にて速度形信号が不感帯域内にあると判別して動特性補
償信号を解除することにより、FB制御のみを実行する
。
上のときには先回りして外乱の影響を打つ消す必要があ
るので、当該静特性補償分信号のレベル変化の大きいと
きには前記速度形信号が不l惑帯域外であると判断して
そのレベルの大きさに応じて1静特性補旧を行い、また
同時に動特性補償を生かすことにより、FB制御とFF
制御とを組み畠せて制御を実行することにより、FF制
御を適切に生かしつつ精度の高い、安定した制御を実行
するものである。
適用される速度形PID調節演算方式について説明する
。先ず、−膜内なPID、:i節演算方式におけるPI
Dアルゴリズムの基本式は、MV−Kp (e+ (1
/T+ ) 、/’ edt” T o (de/d
t) +M V o 1・・・・・・・・・(7) で表される。但し、上式においてMVは操作信号、eは
(−差、K pは比例ゲイン、T1は積分時間、TDは
微分■、1間、Mvoは操作信号の初期値である。
算方式では、予めサンプリング周期τが定められ、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、現すンプリング特点を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サンプリン
グ時点の偏差はe7.前回サンプリング時点の偏差はe
a−1で表わすことができる。
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MVn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ΔMV、のみを求めた後、この変化
分ΔMVイを前回の操作信号M V n−1に加えるこ
とにより、今回の操作信号とする方式である。
基づ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、+ (To /r
) (e、−en−+ ))・・・・・・・・・(
8) で表わされ、後者の速度形演算方式では、△MV、、=
Kp l (en −en−1)+(τ/T+
) e、 +(To /τ)(e n 2 e
n−1+ e 1l−2))・・・・・・(9a〉 MV、、==wMv++−,+△MVn
−・−・・−(9b)で表わされる。
)式、 (9b)式とを比較してみると、(9a)式
。
がなくなって演算が簡単に行えること、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(9b)式のM V *−1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 s−lに変化分ΔMV、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
・バ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が容易に行えること、操作信号
の変化分のみを求めればよいので、ゲインを修正したり
、他の信号との複合演算処理が簡単に行えること等の特
長を有し、計算機を用いたDDC(DirectD 1
g1tal Control)にはかかる速度形PI
D演算方式が多用されている。
D$13御では速度形演算方式が有効であること、また
静特性補償信号を速度形信号とすることにより不感帯を
定めてFB制御出力を乱すところのFF制御出力を適切
に排除すること等により、従来の問題を改善することに
ある。
する。同図において11は現在の目標値Sv1から制御
対象12の現在のプロセス変数値PV、を減算して偏差
e、を求める偏差演算手段、13は偏差e、に基づいて
前記(9a)式の調節演算を実行し、得られた調節信号
ΔMV、を加算手段14を経由して速度形/位置形信号
変換手段15に導入する。この信号変換手段15は前記
(9b)式の演算、つまりMV、、−、+ΔM V n
を実行して操作信号MV、を得た後、加算手段16
を経由して信号M V n ’を制御対象12に印加し
、偏差es −Q (SV、−PV、)となる制御を行
う。
16を除いてFB制御系を構成している。
DnにFFゲインkを乗算する係数手段21aと動特性
補償手段21bとよりなるフィードフォワード制御モデ
ル21を用いて静特性補償針と動特性補償分とに分離す
る。ここで、フィードオワード制御モデル21で静特性
補償針と動特性補償分とに分離できることを証明する。
御モデルは、 Gp (s) −に−f(s) で表わされるので、この式から、 Gp(s)=k(1+(f(s) 1))となり、全
く時間に関係しない前段下線の静特性補償性と時間に関
係する後段下線の動特性補償性とに分離できる。そして
、(1)式と(2〉式の伝達関数を1次近似すると、前
記(10)式は、Gp (S) =k 11 + [(
Tp+−To+) ’ S)/(1+TDI−8)) ・・・・・・・・・(11) =k (1+ ((Tp+・S〕 / (1+To1・ s) 11 1・・・・・
・・・・(12) を得ることができる。
て分離された静特性補償分信号A7は静特性補償手段に
導入される。この静特性補償手段は、静特性補償分信号
A、を速度影信号ΔA。
号変換手段22で変換された速度影信号△Anのうちあ
るレベル以下の小さな信号をカットし、あるレベル以上
の大きな信号を先回りして打ち清すような信号ΔB1を
出力する不感帯設定手段23とによって構成され、この
不感帯設定手段23を通過した静特性補償信号ΔB0を
前記加算手段14に加算する構成となっている。
動特性補償解除手段が設けられている。
人力ΔAnと出力ΔB、、とからΔA0か不感帯内か不
感帯外かを判別する不感帯内判別手段24と、この不感
帯内判別手段24で不感帯内と判別したとき前記フィー
ドフォワード制御モデル21で分離された動特性補償分
信号ΔE、の前記加算手段16への導入を解除し、一方
、不感帯外と判別したとき動特性補償分信号△E7を前
記加算手段16へ導入するスイッチ手段25とによって
構成されている。
偏差e、を受けて速度形PI調節演算手段13が前記(
9a)式により、ΔMVa −Kp ((e、−e
a−+ )+ (τ/T+ )e−1 なる調節演算を実行し調節信号ΔMVaを得る。
てΔMV、 とし、後続の速度形/位置形信号変換手
段15に導入し、ここで前記(9b)式に基づき、 MV、−MVll−、+ΔMV。
手段16経由して制御対象12に印加してF B $l
制御を実行する。
フォワード制御モデル21に導入されると、この外乱信
号り、、にFFゲインkを乗算して静特性補償分信号A
、を得、また静特性補償分信号A6から動特性補償手段
21bにて動特性補償分信号ΔE、を得る。
補償分信号A0は位置形/速度影信号変換手段22に導
き、ここで、 △A、、−A、−A、、 ・・・・・・
・・・(13〉なる演算を行なって差分、つまり静特性
補償分信号の変化分である速度影信号ΔA、を求める。
うに、 (1) A−””A−−+のとき、つまり変化のない
とき・・・・・・ΔA、−〇 (2) A−>A−−+のとき、つまり増加している
とき・・・ΔA、>0 (3) A、<An−、のとき、つまり減少している
とき・・・ΔA、、<O となり、ΔA1はA、が変化しないときは零、A、が増
減したときその変化の大きさに比例して零を中心として
正負に変化する。
予め所定の大きさの不感帯を持たせた不感帯設定手段2
3を通すことにより、速度影信号ΔA7の大きさが零を
中心として所定の大きさ以下のとき、つまり不感帯内に
あるときΔB、 −0を出力し、所定の大きさ以上のと
き、つまり不感帯外のときΔA7−ΔB、を出力する。
) 1ΔA、1〉δ ΔB、−△A7となり、静特
性補償分信号A。の変化ΔA7が所定の大きさδ以内の
ときは静特性補償が作用しなくなり、一方、所定の大き
さδを越えたとき速度影信号ΔA1の大きさに応じて静
特性補償信号ΔBわが加算手段14に導入される。
3の速度形調節信号ΔMV、とΔB、とを用いて、 ΔMV、 −ΔMV、+ΔB、 ・・・・・・・
・・(14)なる演算を行なった後、位置形/速度影信
号変換手段15に導入し、 MV、 −MV、l +ΔMV、 −・・・・
−・(15)の演算により位置影信号に変換した後、加
算手段16に導入する。
1で分離された動特性補償分信号ΔE。
の理由は、一般に外乱変化が急峻になると動特性補償分
信号ΔE、が大きく変化してしまうので、静特性補償分
A、の変化の大きさの方が正確に判断して補償を行うこ
とができるためである。
ΔA1と出力ΔB、とを不感帯内判別手段24に導き、
ここで、 (a) 静特性補償分信号A、の変化ΔA0が不感帯
内のとき、スイッチ手段25を非導通として動特性補償
を解除し、 (b) 静特性補償分信号A、の変化ΔA、が不感帯
外のとき、スイッチ手段25を導通させて動特性補償を
実行する。
5の出力MV、に動作特性補償分信号ΔE、、を加算し
てMVn’なる操作信号を得、この操作信号M V n
’を制御対象12に印加して制御を行う。
系においてFF制御信号を静特性補償分と動作特性補償
時とに分離し、静特性補償分は差分を取って速度影信号
とすることにより、この速度影信号を所定の大きさの不
感帯域を持つ不感帯設定手段23を通すことが可能とな
り、静特性補償分信号の変化が小さいときにはFF制御
の静的誤差やノイズ等によるFB制御への影響を回避で
きる。また、静特性補償分信号の変化の小さいとき、つ
まり不感帯内にあるとき動特性補償分信号を強制的に零
とすることによりFB制御のみを生かし、一方、不感帯
外にあるとき動特性補償分信号をそのまま生かしてFB
制御とFF制御とを組み合せることにより、正確な判断
の下にFB制御とFF制御の特質を生かしつつこれら両
制御を適宜組み合せて制御対象12を制御することがで
きる。
して外乱の影響を先回りして抑制し、外乱の変化が小さ
いときにはFF制御を停止してFB制御のみとすること
により、FB制御とFF制御の特長を最大蔭に生かして
限界制御を実現することが可能となる。
PIを用いたが、速度形PIDを用いたものであっても
よい。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施できる。
の大きさに応じてFF制御系を停止してFB制御のみと
し、或いはFF制御系を生かしてFB制御とFF制御と
を組み合せることにより、FB制御とFF制御との特質
を最大限に生かしつつ制御精度の向上および安定な制御
を実現でき、ひいてはプラント運転制御システムのフレ
キシブル化および制御性の向上に大きく貢献できる。
、第2図は従来装置の構成図である。。 11・・・(&i差演算手段、12・・・制御対象、1
3・・・速度形PI調節膚算手段、14・・・加算手段
、15・・・位置形/速度影信号変換手段、16・・・
加算手段・21・・・フィードフォワード制御モデル、
22・・・位置形/速度影信号変換手段、23・・・不
感帯設定手段、24・・・不感帯内判別手段、25・・
・スイッチ手段。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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
するために少なくとも速度形I(積分)調節演算を行っ
た後、位置形信号に変換したPI(Pは比例)またはP
ID(Dは微分)調節演算出力を操作信号として前記制
御対象に印加して制御するフィードバック制御系と、外
乱信号を用いて外乱補償を行うフィードフォワード制御
系とを組み合せたフィードバック・フィードフォワード
制御装置において、 前記フィードフォワード制御系は、外乱信号にフィード
フォワードゲインを乗算して得られた信号を静特性補償
分信号と動特性補償分信号とに分離するフィードフォワ
ード制御モデルと、予め所定の不感帯域が設定され、前
記フィードフォワード制御モデルから出力された静特性
補償分信号を変換して得られた速度形信号が不感帯域内
にあるとき零を出力し、不感帯域外にあるとき前記速度
形信号の大きさに応じて所定の信号を前記少なくとも速
度形I調節演算出力に加算する静特性補償手段と、前記
速度形信号が前記不感帯域内にあるか否かを判別し不感
帯域内に有るとき前記PIまたはPID調節演算出力に
加算されている前記動特性補償分信号を強制的に零とす
る動特性補償解除手段とを備えたことを特徴とするフィ
ードバック・フィードフォワード制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19832989A JPH0738124B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | フィードバック・フィードフォワード制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19832989A JPH0738124B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | フィードバック・フィードフォワード制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0362201A true JPH0362201A (ja) | 1991-03-18 |
JPH0738124B2 JPH0738124B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=16389300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19832989A Expired - Lifetime JPH0738124B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | フィードバック・フィードフォワード制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0738124B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014059600A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Toshiba Corp | プロセス制御装置 |
-
1989
- 1989-07-31 JP JP19832989A patent/JPH0738124B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014059600A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Toshiba Corp | プロセス制御装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0738124B2 (ja) | 1995-04-26 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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