JPH0397014A - プロセス制御方式 - 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） この発明は、ヘッド差により容器から液体を自然流出さ
せつつ、その流出系路に介挿された弁の開度をフィード
バック制御系を用いて制御し、流出流量を制御量として
これを目標値へ導くようにしたプロセス制御方式に関す
る。

（従来の技術） この種のプロセス制御方式の従来例を第３図を参照しな
がら説明する。

容器１は液体を貯溜させるもので、この容器１の上部か
らは自動または手動弁２を介して液体が供給され、また
この液体は容器１の底部より自然流出するようになって
いる。

容器１からの液体流出系路には、流量検出器３及び流量
制御弁４が順に介挿されている。

流量指示調節計５は位置型のＰＩＤ制御方式のものが採
用されており、流量検出器３で検出された流出流量Ｑを
制御量として、これを目標値へ導くに必要な操作量ＭＶ
を流量調節弁４へと与えて、その開度を適当に制御する
ようになっている。

なお、図において６は液位伝送器，７は液位指示計であ
る。

このように、この種のプロセス制御方式では、ヘッド差
により容器１から液体を自然流出させつつ、その流出系
路に介挿された弁４の開度をフィードバック制御系（流
量検出器３．流量調整弁４，流量指示調節計５）を用い
て制御し、流出流量Ｑを制御量としてこれを目標値へ導
くようになっている。

（発明が解決しようとする課題） このようなプロセス制御方式において、流出流量Ｑの制
御を安定に行なうためには、フィドバック制御系の一巡
ループゲインを常に一定に維持せねばならない。

しかし、流量調整弁４の開度変化に対する流出流量Ｑの
変化の関係、すなわちプロセスゲインは容器１内の液位
（ヘッド差）に応じて変化するため、上述した一巡ルー
プゲインは常に一定とはならず、その結果、容器１内の
液位によっては制御が著しく不安定となるという問題が
ある。

また、流ｊｌ調整弁４の開度が一定であっても、流出流
量Ｑは一定とはならない。これは、風呂桶から水を抜く
場合を考えると明らかである。液位が高い時には水は勢
いよくでるが低くなってくると水量は減ってくる。すな
わち、液位が変動すると勢いは弱まってくる。

一方、流量指示調節計５は、流量偏差に基づき制御出力
演算を行なうため（液位の変動一流動偏差の発生一制御
出力の変更）、液位の変動による流出流量の変動はフィ
ードバック制御系では避け難いという問題がある。

この発明は、以上の問題を解決するためになされたもの
で、その目的とするところはヘッド差により容器から流
体を自然流出させつつ、流出系路に介挿された弁の開度
をフィードバック制御系を用いて制御し、流出流量を制
御量としてこれを目標値へ導くようにしたプロセス制御
方式において、ヘッド差の変動に拘わらず常に安定な制
御を可能とすることにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この出願の第１の発明は、上記の目的を達成するために
、ヘッド差により容器から液体を自然流出させつつ、そ
の流出系路に介挿された弁の開度をフィードバック制御
系を用いて制御し、流出流量を制御量としてこれを目標
値へ導くようにしたプロセス制御方式において、 前記弁開度と流出流量との間におけるプロセスゲインが
前記ヘッド差の平方根に比例して変化することを利用し
て、前記フィードバック制御系における制御ゲインをヘ
ッド差の平方根で除することにより、前記ヘッド差変化
に伴なうプロセスゲインの変化を打消してループゲイン
を常に一定に保つこと、を特徴とするものである。

また、この出願の第２の発明は上記の目的を達成するた
めに、ヘッド差により容器から液体を自然流出させつつ
、その流出系路に介挿された弁の開度をフィードバック
制御系を介して制御し、流出流量を制御量としてこれを
目標値へ導くようにしたプロセス制御方式において、 ヘッド差変化に対する流出流量変化を打消すに必要な弁
開度変化分の値が、その時点の弁開度，ヘッド差及びヘ
ッド差変化分に基いて演算により一義的に求まることを
利用し、該演算により求められた弁開度変化分をその時
点の弁開度に負加算することにより、ヘッド差変化に伴
なう弁開度変化分をフィードフォワード制御によって打
消すこと、を特徴とするものである。

（作用） 以上の構威よりなる第１の発明のよれば、ヘッド差の変
動に拘わらずフィードバックループの一巡ゲインは常に
一定となり、ヘッド差に拘わらず常に安定な制御が可能
となる。

また、以上の構成よりなる第２の発明によれば、ヘッド
差変化に伴なう弁開度変化分はフィードフォワード制御
によって直ちに打消されるため、制御応答性が向上し、
安定な制御が可能となる。

（実施例） 第１図は、本発明に係わるプロセス制御方式の一実施例
を示すブロック図である。

なお、同図において、第３図の従来例と同一構成部分に
ついては同符号を付して説明は省略する。

流量検出器３で検出された流出流量Ｑは、速度型ＰＩＤ
演算を行なう流量指示調節計５ａへと導入される。

流量指示調節計５ａでは、流出流量Ｑと所定の目標流量
との偏差に基づき速゜度型ＰＩＤ演算を行ない、操作出
力ΔＭＶを出力する。

ここで、操作出力ΔＭＶは操作量変化分の次元を有し、
すなわちこのＰＩＤ制御系の制御ゲインに相当すること
となる。

一方、液位検出器６・で検出された液位，すなわちヘッ
ド差Ｌｔは、制御ゲイン演算部９へと導入される。

制御ゲイン演算部９では、ヘッド差の平方根の逆数に比
例した制御ゲイン係数を求め、これを乗算部８へと出力
する。

乗算部８では、流量指示調節計５ａから出力される操作
量変化分ΔＭＶと制御ゲイン演算部９から出力される制
御ゲイン係数とを乗ずることによってこのフィードバッ
ク制御系の制御ゲインを修正する。

この操作によって、後述するように、このフィードバッ
ク制御系の制御ゲインは、ヘッド差Ｌｔの変動に拘わら
ず、常に一定に維持されることとなる。

速度型・位置型信号変換部１２では、乗算部８から得ら
れる操作量変化分に対し積分操作を行なうことによって
位置型の操作量ＭＶを求め、これを加算部１１へと出力
する。

フィードフォワード量演算部１０では、速度型・位置型
信号変換部１２から出力される操作量ＭＶと、液位検出
器６から出力されるヘッド差Ｌｔとに基づき、所定の演
算を行なうことによって、ヘッド差変化に対する流出流
量変化を打消すに必要な弁開度変化分の値を求め、これ
を加算部１１へと出力する。

加算部１１では、速度型・位置型信号変換部１２から出
力される操作量ＭＶとフィードフォワード量演算部１０
から出力される弁開度変化分とを負加算することによっ
て最終操作量を求め、この最終操作出力によって流量調
整弁４の開度Ｓｔを制御する。

このように、本実施例方式においては、乗算部８におい
てフィードバック制御系の一巡ループゲインを一定に保
ち、また加算部１１においてヘッド差変化に伴なう流出
流量変化を打消すようになっている。

次に、以上の構成よりなるプロセス制御方式の動作につ
いて詳細に説明する。

容器１からの流出流量Ｑは、流量調整弁４の開度Ｓｔを
調節することにより制御され、ここに流量Ｑと開度Ｓｔ
との間には次式の関係が成立する。

ｑ−ｋ　ｓｔ　　−ＦＴ］　　　・・・（１）ここで、
Ｌｔは容器１のヘッド差である。（１）式より流量Ｑは
開度Ｓｔに比例すると共に、ヘッド差Ｌｔの平方根にも
比例する。

従って、同一開度であってもヘッド差によっては流出流
量が同一とならないことがわかる。

同様に、同じ量の開度変化ΔＳｔに関しての流量変化Δ
Ｑはヘッド差Ｌｔにより変化し、その関係は次式により
表わされる。

ΔＱ−ｋ　ＦＴ］　△Ｓｔ　　　・・・（２）従って、
制御ゲインの値によってはヘッド差Ｌｔの値により、同
じ開度変化ΔＳｔに対しての流量変化ΔＱは一定となら
ないため、制御系が不安定となったり、応答性が悪くな
ることがわかる。

これは、制御系の一巡ループゲインがヘッド差Ｌｔによ
り変動するためで、ヘッド差Ｌｔによらず一巡ループゲ
インが一定となるように制御ゲインを修正してやれば、
安定な制御を得ることができることがわかる。

すなわち、制御ゲインを１ＦＴ］に比例させて設定して
やれば、（２）式により ΔＱ−ｋ　−△Ｓｔ　　・・・《３》 １ 但し、ｋ−ｋ”ＦＴゴ となり、流出流量の変動量ΔＱは開度の変化量ΔＳｔの
みに比例しヘッド差Ｌｔには無関係な値となる。

また、《１〉式より開度変化ΔＳｔ及びヘッド差の変動
量ΔＬｔによる流量の変動量ΔＱは次式で与えられる。

上式より、ヘッド差の変動があったときに、流出流量の
変動を無くすためには、ΔＱ−０であればよいので、 より、 すなわち、操作出力に（６）式で与えられる量だけフィ
ードフォワード的に負加算することにより、流量変動を
抑えることができる。

次に、第２図は本発明方式の他の実施例を示すブロック
図であり、この実施例の特徴は上述した流出流量を容器
１３へ補給し、容器１３の液僚を一定に制御するように
したものである。

なお、その他の事項については第１図の実施例と同様で
あるから説明は省略する。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、この出願の第１の発明に
よれば、弁開度と流出流量との間におけるプロセスゲイ
ンがヘッド差の平方根に比例して変化することを利用し
て、フィードバック制御系における制御ゲインをヘッド
差の平方根で除することにより、ヘッド差変化に伴なう
プロセスゲインの変化を打消して一巡ループゲインを常
に一定に保つようにしたため、ヘッド差変動に拘わらず
常に安定な流量制御を可能とすることができる。

また、この出願の第２の発明によれば、ヘッド差変化に
対する流出流量変化を打消すに必要な弁開度変化分“の
値が、その時点の弁開度，ヘッド差及びヘッド差変化分
に゛基づいて演算により一義的に求まることを理由し、
該演算により求められた弁開度変化分をその時点の弁開
度変化分に負加算することにより、ヘッド差変化に伴う
弁開度変化分をフィードフォワード制御によって打消す
ようにしているため、流量制御の応答性が向上し、安定
な流量制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方式の一実施例を示すブロック図、第２
図は同他の実施例を示すブロック図、第３図は従来方式
を示すブロック図である。 １・・・容器　　　　　　３・・・流量検出器４・・・
流量調整弁 ５ａ・・・流量指示調整計（速度型） ６・・・液位（ヘッド差）検出器 ８・・・乗算部 ９・・・制御ゲイン演算部 １０・・・フィードフォワード量演算部ｌ１・・・加算
部 １２・・・速度型・位置型信号変換部 Ｓｔ・・・弁開度　　　　　Ｌｔ・・・ヘッド差Ｑ・・
・流出流量

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヘッド差により容器から液体を自然流出させつつ
   、その流出経路に介挿された弁の開度をフィードバック
   制御系を用いて制御し、流出流量を制御量としてこれを
   目標値へ導くようにしたプロセス制御方式において、 前記弁開度と流出流量との間におけるプロセスゲインが
   前記ヘッド差の平方根に比例して変化することを利用し
   て、前記フィードバック制御系における制御ゲインをヘ
   ッド差の平方根で除することにより、前記ヘッド差変化
   に伴なうプロセスゲインの変化を打消してループゲイン
   を常に一定に保つこと、を特徴とするプロセス制御方式
   。
2. （２）ヘッド差により容器から液体を自然流出させつつ
   、その流出系路に介挿された弁の開度をフィードバック
   制御系を介して制御し、流出流量を制御量としてこれを
   目標値へ導くようにしたプロセス制御方式において、 ヘッド差変化に対する流出流量変化を打消すに必要な弁
   開度変化分の値が、その時点の弁開度、ヘッド差及びヘ
   ッド差変化分に基いて演算により一義的に求まることを
   利用し、該演算により求められた弁開度変化分をその時
   点の弁開度に負加算することにより、ヘッド差変化に伴
   なう弁開度変化分をフィードフォワード制御によって打
   消すこと、を特徴とするプロセス制御方式。