JPH04342001A - プロセス変数を制御するための装置および適応制御器を適応チューニングする方法 - Google Patents
プロセス変数を制御するための装置および適応制御器を適応チューニングする方法Info
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- JPH04342001A JPH04342001A JP3303900A JP30390091A JPH04342001A JP H04342001 A JPH04342001 A JP H04342001A JP 3303900 A JP3303900 A JP 3303900A JP 30390091 A JP30390091 A JP 30390091A JP H04342001 A JPH04342001 A JP H04342001A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
- G05B13/024—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＰＩＤ型制御器に関する
ものであり、更に詳しくいえば、自動的にチューニング
されるＰＩＤ型制御器およびそのための適応制御法に関
するものである。
ものであり、更に詳しくいえば、自動的にチューニング
されるＰＩＤ型制御器およびそのための適応制御法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の帰還プロセス制御装置においては
、設定点（ｓｐ）と、プロセスから帰還された被制御変
数（ｐｖ）との間のずれ（ｅ）に関して、比例＋積分＋
微分動作（ＰＩＤ動作）が行われ、そのＰＩＤ動作の結
果が制御信号としてプロセスへ供給されていた。プロセ
スを最適制御するためには、それぞれのＰＩＤ動作を行
うためのＰＩＤパラメータは最適値にセットされる。 従来は、ＰＩＤパラメータは手動で調整されていた。手
動調整を行うために、ステップ応答法と限界感度法が周
知である。しかし、それら２つの方法においては、特性
の測定に長時間を要し、測定中にプロセス制御が停止す
るから、その時に得られたｐｖの値が最も望ましい値で
あることはあり得ない。
、設定点（ｓｐ）と、プロセスから帰還された被制御変
数（ｐｖ）との間のずれ（ｅ）に関して、比例＋積分＋
微分動作（ＰＩＤ動作）が行われ、そのＰＩＤ動作の結
果が制御信号としてプロセスへ供給されていた。プロセ
スを最適制御するためには、それぞれのＰＩＤ動作を行
うためのＰＩＤパラメータは最適値にセットされる。 従来は、ＰＩＤパラメータは手動で調整されていた。手
動調整を行うために、ステップ応答法と限界感度法が周
知である。しかし、それら２つの方法においては、特性
の測定に長時間を要し、測定中にプロセス制御が停止す
るから、その時に得られたｐｖの値が最も望ましい値で
あることはあり得ない。
【０００３】他方、ＰＩＤパラメータが（手動ではなく
て）自動的に決定されるような方法が提案されている。 そのような自動法が米国特許第４，７５４，３９１号明
細書に記載されている。しかし、プロセスに何らかの変
化が生じたとすると、制御器を手動で戻さねばならない
。
て）自動的に決定されるような方法が提案されている。 そのような自動法が米国特許第４，７５４，３９１号明
細書に記載されている。しかし、プロセスに何らかの変
化が生じたとすると、制御器を手動で戻さねばならない
。
【０００４】本発明の適応制御器および方法においては
、プロセス出力がモニタされる。したがって、ラインア
ウト（すなわち、ｓｐ＝ｐｖ）後に、設定点（ｓｐ）に
対応する変化を起こすことなしに、所定の誤差を生じさ
せるのに十分なプロセス変化が起こるとすると、本発明
の適応制御器はプロセスの解析を開始し、ＰＩＤパラメ
ータを再チューニングしてプロセスの制御を最適にする
。
、プロセス出力がモニタされる。したがって、ラインア
ウト（すなわち、ｓｐ＝ｐｖ）後に、設定点（ｓｐ）に
対応する変化を起こすことなしに、所定の誤差を生じさ
せるのに十分なプロセス変化が起こるとすると、本発明
の適応制御器はプロセスの解析を開始し、ＰＩＤパラメ
ータを再チューニングしてプロセスの制御を最適にする
。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は適応制御器を得ることである。本発明の別の目的
は、制御されるプロセスの最適制御を行うために自動的
に再チューニングすることができる適応制御器を得るこ
とである。本発明の別の目的は、制御されるプロセスの
出力を直接モニタする適応制御器を得ることである。本
発明の別の目的は、接続されるプロセスの出力を直接モ
ニタし、所定の条件が存在することを検出した時に適応
制御器の再チューニングを開始する適応制御器を得るこ
とである。本発明の更に別の目的は、制御されるプロセ
スを最適制御するために、所定の条件が存在する時に適
応制御器を自動的に再チューニングさせる適応制御器お
よび適応制御方法を得ることである。
目的は適応制御器を得ることである。本発明の別の目的
は、制御されるプロセスの最適制御を行うために自動的
に再チューニングすることができる適応制御器を得るこ
とである。本発明の別の目的は、制御されるプロセスの
出力を直接モニタする適応制御器を得ることである。本
発明の別の目的は、接続されるプロセスの出力を直接モ
ニタし、所定の条件が存在することを検出した時に適応
制御器の再チューニングを開始する適応制御器を得るこ
とである。本発明の更に別の目的は、制御されるプロセ
スを最適制御するために、所定の条件が存在する時に適
応制御器を自動的に再チューニングさせる適応制御器お
よび適応制御方法を得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はプロセスを制御
する適応制御器および方法を提供する。本発明の適応制
御器は前記プロセスの出力をモニタする。また本発明の
方法は適応制御器のパラメータをチューニングすること
により、プロセスを最適に自動制御する。プロセス制御
装置には、所定の伝達関数と、その伝達関数に関連する
所定のプロセスパラメータとを有するプロセスのプロセ
ス変数を制御する装置（工業制御器）が含まれる。この
装置は、第１の入力端子と第２の入力端子を有し、第１
の入力端子へ結合された第１の信号と、第２の入力端子
へ結合された第２の信号との差を出力する差装置を含む
。この差装置とプロセスへ接続される適応制御器も含ま
れる。適応制御器は差装置から誤差信号を受け、プロセ
スへ結合される出力制御信号を発生する。出力制御信号
でプロセスが所定の特性を持つプロセス変数信号を出力
するように、適応制御器はプロセスにチューニングされ
る。プロセス変数信号は差装置の第２の入力端子と適応
制御器へ結合され、それにより適応制御器が誤差信号と
は独立にプロセス変数信号をモニタすることができる。 この構成により、プロセスパラメータの乱れの結果とし
てのプロセス変数信号の任意の変化を検出することを許
され、その時に適応制御器のチューニングの調整が行わ
れる。
する適応制御器および方法を提供する。本発明の適応制
御器は前記プロセスの出力をモニタする。また本発明の
方法は適応制御器のパラメータをチューニングすること
により、プロセスを最適に自動制御する。プロセス制御
装置には、所定の伝達関数と、その伝達関数に関連する
所定のプロセスパラメータとを有するプロセスのプロセ
ス変数を制御する装置（工業制御器）が含まれる。この
装置は、第１の入力端子と第２の入力端子を有し、第１
の入力端子へ結合された第１の信号と、第２の入力端子
へ結合された第２の信号との差を出力する差装置を含む
。この差装置とプロセスへ接続される適応制御器も含ま
れる。適応制御器は差装置から誤差信号を受け、プロセ
スへ結合される出力制御信号を発生する。出力制御信号
でプロセスが所定の特性を持つプロセス変数信号を出力
するように、適応制御器はプロセスにチューニングされ
る。プロセス変数信号は差装置の第２の入力端子と適応
制御器へ結合され、それにより適応制御器が誤差信号と
は独立にプロセス変数信号をモニタすることができる。 この構成により、プロセスパラメータの乱れの結果とし
てのプロセス変数信号の任意の変化を検出することを許
され、その時に適応制御器のチューニングの調整が行わ
れる。
【０００７】適応制御器を適応チューニングする方法は
（制御プロセスを開始させることを指示する入力を受け
た時に）、設定信号値にプロセス変数信号を等しくする
値を有する出力制御信号のためのステップ関数を出力す
る過程を含む。設定点信号はプロセス制御装置へ入力さ
れる。プロセスを識別するためにプロセス変数が検出さ
れ、適応制御器のためのチューニングパラメータが計算
される。ラインアウトが生じた後で、プロセス変数信号
がモニタされる。設定点信号に対応する変化を生ずるこ
となしにプロセス変数信号に変化が生じたとすると、プ
ロセスパラメータの変化を補償するためにチューニング
パラメータが調整される。他の場合には、プロセス可変
信号に変化が生じなければ、誤差信号がモニタされる。 新しい設定点値が入力されると、この方法は、ステップ
関数を出力して、プロセスを識別することから始まって
、この方法が反復される。
（制御プロセスを開始させることを指示する入力を受け
た時に）、設定信号値にプロセス変数信号を等しくする
値を有する出力制御信号のためのステップ関数を出力す
る過程を含む。設定点信号はプロセス制御装置へ入力さ
れる。プロセスを識別するためにプロセス変数が検出さ
れ、適応制御器のためのチューニングパラメータが計算
される。ラインアウトが生じた後で、プロセス変数信号
がモニタされる。設定点信号に対応する変化を生ずるこ
となしにプロセス変数信号に変化が生じたとすると、プ
ロセスパラメータの変化を補償するためにチューニング
パラメータが調整される。他の場合には、プロセス可変
信号に変化が生じなければ、誤差信号がモニタされる。 新しい設定点値が入力されると、この方法は、ステップ
関数を出力して、プロセスを識別することから始まって
、この方法が反復される。
【０００８】
【実施例】まず、本発明の適応制御器を含む制御装置の
ブロック図が示されている図１を参照する。制御装置１
はプロセス１０を含む。このプロセスは、温度、圧力、
流量等のような所定のパラメータの信号、プロセス変数
（ｐｖ）に出力する。制御装置１への入力信号は、設定
点（ｓｐ）に出力、またはプロセス変数、の希望の値を
示す値が入力される。設定点信号とプロセス変数信号は
差装置２３へ入力される。その差装置は誤差信号ｅを出
力する。この誤差信号はチューナー２１と制御器２２へ
結合される。制御器２２は周知のマイクロプロセッサと
することができる。チューナー２１と制御器２２は互い
に関連して動作して、本発明の適応制御器を構成する。 制御器２２は誤差信号を受け、出力信号Ｃｏを生ずる。 この出力信号Ｃｏはプロセス１０の出力信号をｓｐ＝ｐ
ｖとするように、入力信号に追従させる。ｓｐ＝ｐｖと
なった時にラインアウトが生じたといわれる。差装置２
３と、チューナー２１と、制御器２２とを一緒にパッケ
ージして工業制御器２０を構成できる。本発明の好適な
実施例においては、出力信号（プロセス変数ｐｖ）が制
御器２２へ直結される。このようにして、この制御器は
、ソフトウェアの制御の下に、誤差信号の入力を断ち、
プロセス変数信号を入力することにより、プロセス１０
を直接モニタできるようにする。このようにして、適応
制御器２１と２２（簡単のためにここでは制御器２２と
呼ぶことがある）は最初はプロセスを識別し（後述する
）、自身をチューニングする。プロセスパラメータの変
化が生じたとすると、その変化を適応制御器により容易
に検出できる。検出された変化はプロセス利得、時定数
、または不動作時間のうちの１つまたはいくつか（すな
わち、プロセス１０における変化）とすることができる
。プロセス１０、したがってプロセスパラメータの変化
が、ｐｖを振動させ、ｐｖを減衰振動させることがある
。その場合には、ｐｖを設定点に維持するために、制御
器２２はＰＩＤパラメータを補償的に変化させることを
求める。したがって、本発明の適応制御器は、プロセス
１０で検出された変化に応答して、設定点信号に対応す
る変化を生ずることなしに、自身で自動的に「再チュー
ニング」する。
ブロック図が示されている図１を参照する。制御装置１
はプロセス１０を含む。このプロセスは、温度、圧力、
流量等のような所定のパラメータの信号、プロセス変数
（ｐｖ）に出力する。制御装置１への入力信号は、設定
点（ｓｐ）に出力、またはプロセス変数、の希望の値を
示す値が入力される。設定点信号とプロセス変数信号は
差装置２３へ入力される。その差装置は誤差信号ｅを出
力する。この誤差信号はチューナー２１と制御器２２へ
結合される。制御器２２は周知のマイクロプロセッサと
することができる。チューナー２１と制御器２２は互い
に関連して動作して、本発明の適応制御器を構成する。 制御器２２は誤差信号を受け、出力信号Ｃｏを生ずる。 この出力信号Ｃｏはプロセス１０の出力信号をｓｐ＝ｐ
ｖとするように、入力信号に追従させる。ｓｐ＝ｐｖと
なった時にラインアウトが生じたといわれる。差装置２
３と、チューナー２１と、制御器２２とを一緒にパッケ
ージして工業制御器２０を構成できる。本発明の好適な
実施例においては、出力信号（プロセス変数ｐｖ）が制
御器２２へ直結される。このようにして、この制御器は
、ソフトウェアの制御の下に、誤差信号の入力を断ち、
プロセス変数信号を入力することにより、プロセス１０
を直接モニタできるようにする。このようにして、適応
制御器２１と２２（簡単のためにここでは制御器２２と
呼ぶことがある）は最初はプロセスを識別し（後述する
）、自身をチューニングする。プロセスパラメータの変
化が生じたとすると、その変化を適応制御器により容易
に検出できる。検出された変化はプロセス利得、時定数
、または不動作時間のうちの１つまたはいくつか（すな
わち、プロセス１０における変化）とすることができる
。プロセス１０、したがってプロセスパラメータの変化
が、ｐｖを振動させ、ｐｖを減衰振動させることがある
。その場合には、ｐｖを設定点に維持するために、制御
器２２はＰＩＤパラメータを補償的に変化させることを
求める。したがって、本発明の適応制御器は、プロセス
１０で検出された変化に応答して、設定点信号に対応す
る変化を生ずることなしに、自身で自動的に「再チュー
ニング」する。
【０００９】次に、典型的な制御装置のブロック図が示
されている図２Ａを参照する。図２Ａに示す制御装置は
入力端子と、出力端子および伝達関数Ｔ（ｓ）とを有す
る装置２００を含む。入力信号ＩＮと、装置２００の出
力（ＯＵＴ）とが差装置２３へ接続される。この差装置
は、 ＯＵＴ＝ＩＮ［Ｔ（ｓ）／｛１＋Ｔ（ｓ）｝］であるよ
うに、誤差ｅを装置２００の入力端子へ出力する。ステ
ップ入力に応答して、 ＯＵＴ＝ＩＮ［Ｔ（ｓ）／Ｓ｛１＋Ｔ（ｓ）｝］である
。
されている図２Ａを参照する。図２Ａに示す制御装置は
入力端子と、出力端子および伝達関数Ｔ（ｓ）とを有す
る装置２００を含む。入力信号ＩＮと、装置２００の出
力（ＯＵＴ）とが差装置２３へ接続される。この差装置
は、 ＯＵＴ＝ＩＮ［Ｔ（ｓ）／｛１＋Ｔ（ｓ）｝］であるよ
うに、誤差ｅを装置２００の入力端子へ出力する。ステ
ップ入力に応答して、 ＯＵＴ＝ＩＮ［Ｔ（ｓ）／Ｓ｛１＋Ｔ（ｓ）｝］である
。
【００１０】次に、制御装置の図２Ａに示されている装
置２００に類似する装置のブロック図が示されている図
２Ｂを参照する。この図では図２Ａの装置２００は２つ
の装置２０１と２０２に分割される。装置２０１と２０
２との組合わせた伝達関数は図２Ａの装置２００の伝達
関数に等しい。したがって、図２Ｂの分割されている装
置の伝達関数Ｔ（ｓ）は Ｔ（ｓ）＝Ｇ１（ｓ）・Ｇ２（ｓ） である。
置２００に類似する装置のブロック図が示されている図
２Ｂを参照する。この図では図２Ａの装置２００は２つ
の装置２０１と２０２に分割される。装置２０１と２０
２との組合わせた伝達関数は図２Ａの装置２００の伝達
関数に等しい。したがって、図２Ｂの分割されている装
置の伝達関数Ｔ（ｓ）は Ｔ（ｓ）＝Ｇ１（ｓ）・Ｇ２（ｓ） である。
【００１１】ここに、ｐｖ＝プロセス変数（実際の値）
ｓｐ＝設定点（希望値または指令値） Ｇ１（ｓ）＝ 工業制御器２０（または制御器２２）の
伝達関数、 Ｇ２（ｓ）＝ プロセス１０の伝達関数である。
ｓｐ＝設定点（希望値または指令値） Ｇ１（ｓ）＝ 工業制御器２０（または制御器２２）の
伝達関数、 Ｇ２（ｓ）＝ プロセス１０の伝達関数である。
【００１２】ほとんどの工業プロセスは不動作時間があ
ったり、なかったりする１つまたは２つの遅れより成る
。したがって、それぞれの伝達関数は下記の形をとる。 ａ） 不動作時間のない１つの遅れ Ｇ２（ｓ）＝ Ｋ／（ｓ＋ａ） ｂ） 不動作時間のない二重遅れに対してＧ２（ｓ）
＝ Ｋ／（ｓ＋ａ）（ｓ＋ｂ）ｃ） 不動作時間のあ
る１つの遅れに対してＧ２（ｓ）＝Ｋｅ−ＤＴｓ／（ｓ
＋ａ）ｄ） 不動作時間のある二重遅れに対してＧ２
（ｓ）＝Ｋｅ−ＤＴｓ／（ｓ＋ａ）（ｓ＋ｂ）
ったり、なかったりする１つまたは２つの遅れより成る
。したがって、それぞれの伝達関数は下記の形をとる。 ａ） 不動作時間のない１つの遅れ Ｇ２（ｓ）＝ Ｋ／（ｓ＋ａ） ｂ） 不動作時間のない二重遅れに対してＧ２（ｓ）
＝ Ｋ／（ｓ＋ａ）（ｓ＋ｂ）ｃ） 不動作時間のあ
る１つの遅れに対してＧ２（ｓ）＝Ｋｅ−ＤＴｓ／（ｓ
＋ａ）ｄ） 不動作時間のある二重遅れに対してＧ２
（ｓ）＝Ｋｅ−ＤＴｓ／（ｓ＋ａ）（ｓ＋ｂ）
【００１
３】制御器２０２の伝達関数Ｇ２（ｓ） はプロセス１
０の伝達関数であるから本質的に与えられる。したがっ
て、プロセスパラメータに対する制御を行うことはでき
ない。装置２０１の伝達関数Ｇ１（ｓ）は制御器２０の
伝達関数である。この伝達関数Ｇ１（ｓ） は制御可能
であって、 Ｇ１（ｓ）＝Ｇｃ（ＳＴｉ＋１）（ｓＴｄ
＋１）／｛ｓＴｉ（ａｓＴｄ＋１）｝であるように示す
ことができる。
３】制御器２０２の伝達関数Ｇ２（ｓ） はプロセス１
０の伝達関数であるから本質的に与えられる。したがっ
て、プロセスパラメータに対する制御を行うことはでき
ない。装置２０１の伝達関数Ｇ１（ｓ）は制御器２０の
伝達関数である。この伝達関数Ｇ１（ｓ） は制御可能
であって、 Ｇ１（ｓ）＝Ｇｃ（ＳＴｉ＋１）（ｓＴｄ
＋１）／｛ｓＴｉ（ａｓＴｄ＋１）｝であるように示す
ことができる。
【００１４】Ｋ（ｓ）＝Ｇｃ （利得）Ｉ（ｓ）＝
（Ｔｉｓ＋１）／Ｔｉｓ Ｓ（ｓ）＝（Ｔｄｓ＋１）／（ａＴｄｓ＋１）であるよ
うに、制御器２０１は図２Ｃに示すように更に分けられ
る。
（Ｔｉｓ＋１）／Ｔｉｓ Ｓ（ｓ）＝（Ｔｄｓ＋１）／（ａＴｄｓ＋１）であるよ
うに、制御器２０１は図２Ｃに示すように更に分けられ
る。
【００１５】したがって、Ｇ１（ｓ）＝Ｋ（ｓ）Ｉ（ｓ
）Ｓ（ｓ） であり、このプロセスに対しては、Ｇ２（
ｓ） は下記のような種類のものである。 ａ） 不動作時間がない１つの遅れ Ｇ１（ｓ）＝ Ｋ（ｓ）Ｉ（ｓ） ｂ） 不動作時間がない二重遅れ Ｇ１（ｓ）＝ Ｋ（ｓ）Ｉ（ｓ）Ｓ（ｓ）ｃ） 不動
作時間のある１つの遅れ Ｇ１（ｓ）＝ Ｋ（ｓ）Ｉ（ｓ） ｄ） 不動作時間のある二重遅れ Ｇ１（ｓ）＝ Ｋ（ｓ）Ｉ（ｓ）Ｓ（ｓ）
）Ｓ（ｓ） であり、このプロセスに対しては、Ｇ２（
ｓ） は下記のような種類のものである。 ａ） 不動作時間がない１つの遅れ Ｇ１（ｓ）＝ Ｋ（ｓ）Ｉ（ｓ） ｂ） 不動作時間がない二重遅れ Ｇ１（ｓ）＝ Ｋ（ｓ）Ｉ（ｓ）Ｓ（ｓ）ｃ） 不動
作時間のある１つの遅れ Ｇ１（ｓ）＝ Ｋ（ｓ）Ｉ（ｓ） ｄ） 不動作時間のある二重遅れ Ｇ１（ｓ）＝ Ｋ（ｓ）Ｉ（ｓ）Ｓ（ｓ）
【００１６】
プロセス１０（すなわち、Ｇ２（ｓ）） に応じて、制
御器２０は、Ｋ（ｓ），Ｉ（ｓ），Ｓ（ｓ）の少なくと
も１つをスイッチングすることにより（適切な定数をあ
る所定の値に等しく、または零へ、あるいは他の任意の
等しい手段へセットすることにより）限界的に減衰させ
られたシステムを生ずるようにさせられる。 決定すべきチューニング定数（または、Ｋ，Ｉ，Ｓに対
応するＰＩＤ定数）は Ｇｃ＝ 制御器利得 Ｔｉ＝ 積分時間定数 Ｔｄ＝ 微分時定数 ａ＝レート利得係数。本発明の好適な実施例では０．１
２５に固定される。 である。
プロセス１０（すなわち、Ｇ２（ｓ）） に応じて、制
御器２０は、Ｋ（ｓ），Ｉ（ｓ），Ｓ（ｓ）の少なくと
も１つをスイッチングすることにより（適切な定数をあ
る所定の値に等しく、または零へ、あるいは他の任意の
等しい手段へセットすることにより）限界的に減衰させ
られたシステムを生ずるようにさせられる。 決定すべきチューニング定数（または、Ｋ，Ｉ，Ｓに対
応するＰＩＤ定数）は Ｇｃ＝ 制御器利得 Ｔｉ＝ 積分時間定数 Ｔｄ＝ 微分時定数 ａ＝レート利得係数。本発明の好適な実施例では０．１
２５に固定される。 である。
【００１７】次に、本発明の適応制御法の流れ図が示さ
れている図３を参照する。この方法は制御プロセスを開
始することによりスタートする（ブロック３００）。開
始プロセスにおいては、ユーザーはプロセスを手動モー
ドにおけるそれの範囲の約１０パーセントにする。ユー
ザーは低い値のプロセス変数に対する設定点を選択する
。プロセス変数は典型的には最高出力性能の約１０％で
ある（たとえば、プロセス変数が弁を制御することであ
れば、プロセス変数は弁の約１０％開放を指示し、プロ
セス変数が炉を制御することであれば、低い熱出力を得
るためにプロセス変数はバーナーを１０％ターンオンす
る等である）。最後に、ラインアウトが起こると（ｓｐ
＝ｐｖ）このスタートモードではプロセスはほぼ待機モ
ードにある。
れている図３を参照する。この方法は制御プロセスを開
始することによりスタートする（ブロック３００）。開
始プロセスにおいては、ユーザーはプロセスを手動モー
ドにおけるそれの範囲の約１０パーセントにする。ユー
ザーは低い値のプロセス変数に対する設定点を選択する
。プロセス変数は典型的には最高出力性能の約１０％で
ある（たとえば、プロセス変数が弁を制御することであ
れば、プロセス変数は弁の約１０％開放を指示し、プロ
セス変数が炉を制御することであれば、低い熱出力を得
るためにプロセス変数はバーナーを１０％ターンオンす
る等である）。最後に、ラインアウトが起こると（ｓｐ
＝ｐｖ）このスタートモードではプロセスはほぼ待機モ
ードにある。
【００１８】自動制御をスタートさせる時は、希望の設
定点が制御装置へ入力され、自動プロセスを開始するこ
とを告げられる。その告知は「自動スタート」押しボタ
ンを押すというような手動操作である（ブロック３０５
）。制御２０は出力値Ｃｏ を計算する。この出力値は
プロセス変数が設定点に等しいことを予測する。この計
算は、ｐｖをそれの１０パーセント位置へ置くために要
求された制御器出力を基にして行われる。制御器２０は
ステップ信号を計算された値へ出力し（ブロック３１０
）、不動作時間の識別を開始する（ブロック３１５）。 制御器はステップ変化の出力の後で動きを開始するため
にプロセス変数を探し、ステップ変化からｐｖ値のある
所定の小さい増加までに要する時間を測定する。 この時間を不動作時間ＤＴと呼ぶ。ステップ信号を出力
するとプロセス変数値が直ちに増大するならば、制御器
は不動作時間がない（ＤＴ＝０）ことを決定する。この
方法は、制御装置１に含まれているプロセス１０の種類
の識別を続ける（ブロック３２０）。ｐｖ値が上昇を開
始すると、制御器２０はスロープを測定する。そのスロ
ープが上昇の開始から連続して減少するものとすると、
プロセスは単一遅れとして識別される。プロセスの時定
数Ｔ１ と、定常利得Ｋとが下の２つの式から計算され
る。 Ｔ１＝（ＰＶ２−ＰＶ１）／（ＰＶ１′−ＰＶ２′）Ｋ
＝（ＰＶ２＋ＰＶ２′Ｔ１）／Ｃｏ ここに、 ＰＶ１とＰＶ２はそれの上昇中におけるＰＶ
の２つの測定値である。ＰＶ１′とＰＶ２′はＰＶ１と
ＰＶ２ にそれぞれ対応する２つのスロープ測定値であ
る。Ｃｏは制御器の出力のステップの大きさである。
定点が制御装置へ入力され、自動プロセスを開始するこ
とを告げられる。その告知は「自動スタート」押しボタ
ンを押すというような手動操作である（ブロック３０５
）。制御２０は出力値Ｃｏ を計算する。この出力値は
プロセス変数が設定点に等しいことを予測する。この計
算は、ｐｖをそれの１０パーセント位置へ置くために要
求された制御器出力を基にして行われる。制御器２０は
ステップ信号を計算された値へ出力し（ブロック３１０
）、不動作時間の識別を開始する（ブロック３１５）。 制御器はステップ変化の出力の後で動きを開始するため
にプロセス変数を探し、ステップ変化からｐｖ値のある
所定の小さい増加までに要する時間を測定する。 この時間を不動作時間ＤＴと呼ぶ。ステップ信号を出力
するとプロセス変数値が直ちに増大するならば、制御器
は不動作時間がない（ＤＴ＝０）ことを決定する。この
方法は、制御装置１に含まれているプロセス１０の種類
の識別を続ける（ブロック３２０）。ｐｖ値が上昇を開
始すると、制御器２０はスロープを測定する。そのスロ
ープが上昇の開始から連続して減少するものとすると、
プロセスは単一遅れとして識別される。プロセスの時定
数Ｔ１ と、定常利得Ｋとが下の２つの式から計算され
る。 Ｔ１＝（ＰＶ２−ＰＶ１）／（ＰＶ１′−ＰＶ２′）Ｋ
＝（ＰＶ２＋ＰＶ２′Ｔ１）／Ｃｏ ここに、 ＰＶ１とＰＶ２はそれの上昇中におけるＰＶ
の２つの測定値である。ＰＶ１′とＰＶ２′はＰＶ１と
ＰＶ２ にそれぞれ対応する２つのスロープ測定値であ
る。Ｃｏは制御器の出力のステップの大きさである。
【００１９】ＰＶ値が上昇を開始すると、制御器はスロ
ープを測定する。スロープが最高値まで上昇し、それか
ら降下すると、このプロセスは２つの遅れを有するもの
として識別される。上昇開始時から最高スロープの点に
達するまでに要する時間ｔ１が測定される。プロセスの
時定数Ｔ１，Ｔ２と定常状態利得Ｋが下記の手順に従っ
て計算される。ここで、２遅れ系に対する時間の関数と
してのプロセス変数のカーブが示されている図４を参照
する。
ープを測定する。スロープが最高値まで上昇し、それか
ら降下すると、このプロセスは２つの遅れを有するもの
として識別される。上昇開始時から最高スロープの点に
達するまでに要する時間ｔ１が測定される。プロセスの
時定数Ｔ１，Ｔ２と定常状態利得Ｋが下記の手順に従っ
て計算される。ここで、２遅れ系に対する時間の関数と
してのプロセス変数のカーブが示されている図４を参照
する。
【００２０】一般式から
ＫＣｏ＝ＰＶ＋（Ｔ１＋Ｔ２）ＰＶ
ＣｏＫ＝ｍｆｎｔ１＋ＰＶ１
が容易に導かれる。
ここに、ｍ＝ｔａｎｘ＝ＰＶ１′
ＰＶ１＝ｔ１におけるプロセス変数
である。更に、
Ｎ ｆｎ
１０ ４．３
８ ３．８
６ ３．３
４ ２．７
２ ２．２
ここに、ｎ＝Ｔ１／Ｔ２
ｆｎ＝（Ｔ１＋Ｔ２）／ｔ１
である。
【００２１】ｔ１，ＰＶ１，ＰＶ１′ を測定し、Ｃｏ
を知り、ｆｎ＝３．３を選択することによりＫ，Ｔ１
，Ｔ２を合理的に近似できる。この近似は、Ｇｃ，Ｔｉ
， Ｔｄ を計算するために制御器の最初のチューニン
グ（これについては後で説明する）に用いられる（ブロ
ック３２５）。
を知り、ｆｎ＝３．３を選択することによりＫ，Ｔ１
，Ｔ２を合理的に近似できる。この近似は、Ｇｃ，Ｔｉ
， Ｔｄ を計算するために制御器の最初のチューニン
グ（これについては後で説明する）に用いられる（ブロ
ック３２５）。
【００２２】プロセスがラインアウトに接近するにつれ
て（ブロック３３０）、Ｋの正確な値が測定され、ｆｎ
の新しい値が計算される。これからＴ１とＴ２の新しい
値が計算され、制御器は一層正確に再びチューニングさ
れる（ブロック３３５）。
て（ブロック３３０）、Ｋの正確な値が測定され、ｆｎ
の新しい値が計算される。これからＴ１とＴ２の新しい
値が計算され、制御器は一層正確に再びチューニングさ
れる（ブロック３３５）。
【００２３】ブロック３３５に示す再チューニングの後
で、制御器はｐｖとｓｐをモニタする。プロセスパラメ
ータが変化し、しかもその時には設定点ｓｐの対応する
変化が伴わないとすると（ブロック３４０）、プロセス
パラメータの変化が判定される。対応する変化なしにｐ
ｖの変化が起きないとすると、新しい設定点が入力され
るかどうかを判定するために設定点がモニタされる（ブ
ロック３４５）。新しい設定点が入力されないとすると
、希望の出力ｐｖを維持するために制御器２２はシステ
ムのモニタを続ける。新しい設定点が入力されるならば
（ブロック３４５）、プロセスはブロック３１０の出力
ステップでスタートし、プロセスパラメータの計算にお
いて不動作時間の識別とプロセスの識別を反復する（ブ
ロック３１０〜３３５）。
で、制御器はｐｖとｓｐをモニタする。プロセスパラメ
ータが変化し、しかもその時には設定点ｓｐの対応する
変化が伴わないとすると（ブロック３４０）、プロセス
パラメータの変化が判定される。対応する変化なしにｐ
ｖの変化が起きないとすると、新しい設定点が入力され
るかどうかを判定するために設定点がモニタされる（ブ
ロック３４５）。新しい設定点が入力されないとすると
、希望の出力ｐｖを維持するために制御器２２はシステ
ムのモニタを続ける。新しい設定点が入力されるならば
（ブロック３４５）、プロセスはブロック３１０の出力
ステップでスタートし、プロセスパラメータの計算にお
いて不動作時間の識別とプロセスの識別を反復する（ブ
ロック３１０〜３３５）。
【００２４】設定点に対応する変化を生ずることなしに
プロセス変数の変化が検出されると（ブロック３４０）
、プロセスパラメータの変化が決定される。
プロセス変数の変化が検出されると（ブロック３４０）
、プロセスパラメータの変化が決定される。
【００２５】次に、プロセス変化補償の流れ図が示され
ている図５を参照する。プロセスパラメータが変化する
ことによりＰＶが周波数ｗｏ で振動させられたとする
と（ブロック４００）、 ｗｏ≦ｗｉ、ここに、ｗｉ＝１／Ｔｉ′（Ｔｉは積分時
定数） である。制御器２２は ｗｉ＝０．５ｗｏ であるようにそのノッチをシフトする。 ｗｏ＞ｗｉ であるとすると、制御器はｗｄ＝ｗｏであるようにその
ノッチをシフトする。ここに、ｗｄ＝１／Ｔｄである（
Ｔｄ＝微分（レート）時定数）。振動が持続するものと
すると、制御器はそれの利得を半分にする。
ている図５を参照する。プロセスパラメータが変化する
ことによりＰＶが周波数ｗｏ で振動させられたとする
と（ブロック４００）、 ｗｏ≦ｗｉ、ここに、ｗｉ＝１／Ｔｉ′（Ｔｉは積分時
定数） である。制御器２２は ｗｉ＝０．５ｗｏ であるようにそのノッチをシフトする。 ｗｏ＞ｗｉ であるとすると、制御器はｗｄ＝ｗｏであるようにその
ノッチをシフトする。ここに、ｗｄ＝１／Ｔｄである（
Ｔｄ＝微分（レート）時定数）。振動が持続するものと
すると、制御器はそれの利得を半分にする。
【００２６】プロセス中の変化でＰＶが周波数ｗｏ で
減衰振動させられるものとすると（ブロック４０５）、
制御器２２は ｗｄ＝ｗｏ にする。プロセスの乱れが起こり、ラインアウトへ戻る
時間ｔが ｔ＞ＤＴ＋Ｔ１＋Ｔ２ であるとすると、制御器２２はｗｉとｗｄに１．３を乗
ずることにより周波数のノッチをより高くシフトする。 ここに、ｔは時間 ＤＴ＝不動作時間 Ｔ１，Ｔ２＝プロセス時定数 である。
減衰振動させられるものとすると（ブロック４０５）、
制御器２２は ｗｄ＝ｗｏ にする。プロセスの乱れが起こり、ラインアウトへ戻る
時間ｔが ｔ＞ＤＴ＋Ｔ１＋Ｔ２ であるとすると、制御器２２はｗｉとｗｄに１．３を乗
ずることにより周波数のノッチをより高くシフトする。 ここに、ｔは時間 ＤＴ＝不動作時間 Ｔ１，Ｔ２＝プロセス時定数 である。
【００２７】ＰＶを同じ設定点に維持するために異なる
制御器出力が求められるようにプロセス利得が変化した
とすると（ブロック４１５）、新しいプロセス利得が次
式により決定される。 Ｋｎ＝Ｋｏ（Ｃｏｏ／Ｃｏｎ） ここに、Ｋｎ＝新しいプロセス利得 Ｋｏ＝旧プロセス利得 Ｃｏｏ＝旧制御器出力 Ｃｏｎ＝ 新しい制御器出力 である。
制御器出力が求められるようにプロセス利得が変化した
とすると（ブロック４１５）、新しいプロセス利得が次
式により決定される。 Ｋｎ＝Ｋｏ（Ｃｏｏ／Ｃｏｎ） ここに、Ｋｎ＝新しいプロセス利得 Ｋｏ＝旧プロセス利得 Ｃｏｏ＝旧制御器出力 Ｃｏｎ＝ 新しい制御器出力 である。
【００２８】上記のようにして、プロセス制御器は外部
の介在なしにプロセスのどのような変化にも自動的に適
合させる。
の介在なしにプロセスのどのような変化にも自動的に適
合させる。
【００２９】制御器のチューニングを付録Ａに記す。３
つの遅れを有するプロセス１０のような他のプロセスを
本発明の好適な実施例で識別できる。それらのプロセス
は２つの遅れおよび不動作時間として典型的に現れる。 本発明の好適な実施例はそのようなプロセスを識別し、
制御器２２は上記のようにして適切にチューニングされ
る。
つの遅れを有するプロセス１０のような他のプロセスを
本発明の好適な実施例で識別できる。それらのプロセス
は２つの遅れおよび不動作時間として典型的に現れる。 本発明の好適な実施例はそのようなプロセスを識別し、
制御器２２は上記のようにして適切にチューニングされ
る。
【００３０】付 録 Ａ
一般に、３つの制御器チューニング法が用いられる。そ
れらの方法は、不動作時間のあるプロセスおよび不動作
時間のないプロセスにおける設定点変化と、任意のプロ
セスにおけるプロセスパラメータ変化とに適用される。
れらの方法は、不動作時間のあるプロセスおよび不動作
時間のないプロセスにおける設定点変化と、任意のプロ
セスにおけるプロセスパラメータ変化とに適用される。
【００３１】制御器の伝達関数は実数が零であるＰＩＤ
方程式である。 Ｃ（ｓ）＝Ｇｃ（ＳＴｉ＋１）（ＳＴｄ＋
１）／ＳＴｉ（ＳａＴｄ＋１） （
Ａ） ここに、Ｇｃ＝ 制御器利得 Ｔｉ＝ 積分時定数 Ｔｄ＝ 微分時定数 ａ＝レート利得係数（ａ＝０．１２５）である。
方程式である。 Ｃ（ｓ）＝Ｇｃ（ＳＴｉ＋１）（ＳＴｄ＋
１）／ＳＴｉ（ＳａＴｄ＋１） （
Ａ） ここに、Ｇｃ＝ 制御器利得 Ｔｉ＝ 積分時定数 Ｔｄ＝ 微分時定数 ａ＝レート利得係数（ａ＝０．１２５）である。
【００３２】不動作時間のないプロセスにおける設定点
変化の場合には、制御器チューニング法は極打消しであ
る。式（Ａ）の零は式（Ｂ）におけるプロセス極を打消
すためにチューニングされる。 Ｐ（ｓ）＝Ｋ／（ＳＴ１＋１）（ＳＴ２＋
１） （Ｂ）ここに、Ｋ＝
プロセスの定常状態利得 Ｔ１，Ｔ２＝プロセス利得（Ｔ１＞Ｔ２）である。
変化の場合には、制御器チューニング法は極打消しであ
る。式（Ａ）の零は式（Ｂ）におけるプロセス極を打消
すためにチューニングされる。 Ｐ（ｓ）＝Ｋ／（ＳＴ１＋１）（ＳＴ２＋
１） （Ｂ）ここに、Ｋ＝
プロセスの定常状態利得 Ｔ１，Ｔ２＝プロセス利得（Ｔ１＞Ｔ２）である。
【００３３】極打消しチューニングにおいては、
遅れ２つプロセス
遅れ１つプロセス Ｔｉ＝Ｔ１
Ｔｉ＝０．１６Ｔ１ Ｔｄ＝Ｔ２
Ｔ
２＝０ Ｇｃ＝６／Ｋ
Ｔｄ＝０
Ｇｃ＝２４／Ｋである。
遅れ２つプロセス
遅れ１つプロセス Ｔｉ＝Ｔ１
Ｔｉ＝０．１６Ｔ１ Ｔｄ＝Ｔ２
Ｔ
２＝０ Ｇｃ＝６／Ｋ
Ｔｄ＝０
Ｇｃ＝２４／Ｋである。
【００３４】不動作時間のあるプロセスにおける設定点
変化に対しては、制御器チューニング法はイー・ビー・
ダーリン（Ｅ．Ｂ．Ｄａｈｌｉｎ）により開発された方
法である。プロセスの伝達関数は Ｐ（ｓ）＝Ｋｅ−ＤＴｓ／（ＳＴ１＋１）（ＳＴ２＋１
）である。ここに、ＤＴ＝不動作時間である。
変化に対しては、制御器チューニング法はイー・ビー・
ダーリン（Ｅ．Ｂ．Ｄａｈｌｉｎ）により開発された方
法である。プロセスの伝達関数は Ｐ（ｓ）＝Ｋｅ−ＤＴｓ／（ＳＴ１＋１）（ＳＴ２＋１
）である。ここに、ＤＴ＝不動作時間である。
【００３５】ダーリンクチューニングにおいては、
遅れ２つプロセス
遅れ１つプロセス Ｔ１＝Ｔ
ｉ＋Ｔ２
Ｔｉ＝Ｔ１ Ｔｄ＝Ｔ１Ｔ２／（Ｔ１＋
Ｔ２） Ｔｄ＝０ Ｇ
ｃ＝３／Ｋ（１＋３ＤＴ／Ｔ２） （左の式と同
じ）である。
遅れ２つプロセス
遅れ１つプロセス Ｔ１＝Ｔ
ｉ＋Ｔ２
Ｔｉ＝Ｔ１ Ｔｄ＝Ｔ１Ｔ２／（Ｔ１＋
Ｔ２） Ｔｄ＝０ Ｇ
ｃ＝３／Ｋ（１＋３ＤＴ／Ｔ２） （左の式と同
じ）である。
【図１】本発明の方法を利用する本発明の適応制御器を
含む制御装置のブロック図を示す。
含む制御装置のブロック図を示す。
【図２】典型的なそれぞれ異なる制御装置の一部のブロ
ック図を示す。
ック図を示す。
【図３】本発明の好適な実施例の適応制御法の流れ図を
示す。
示す。
【図４】遅れ２つプロセスに対する時間の関数としての
プロセス変数の典型的なカーブを示す。
プロセス変数の典型的なカーブを示す。
【図５】本発明の好適な実施例のプロセス変化補償の流
れ図を示す。
れ図を示す。
２１ チューナー
２２ 制御器
２３ 差装置
Claims (2)
- 【請求項１】 下記ａ）及びｂ）を有し、所定の伝達
関数及びそれに関連する所定のプロセスパラメータを有
するプロセスのプロセス変数を制御するための装置（工
業制御器）。 ａ） 第１の入力端子と第２の入力端子を有し、前記
第１の入力端子へ入力された第１の信号と、前記第２の
入力端子へ入力された第２の信号との差を出力する差手
段。 ｂ） この差手段と前記プロセスへ接続され、前記差
手段から誤差信号を受けて、前記プロセスへ結合される
出力制御信号を発生し、前記出力制御信号が所定の特性
を有するプロセス変数信号をプロセスに出力させるよう
にチューニングされる適応制御器手段であって、前記プ
ロセス変数信号が前記差手段の第２の入力端子と前記適
応制御器手段とへ入力され、それにより、プロセスパラ
メータの乱れの結果としてのプロセス変数信号の変化を
検出するために、前記誤差信号とは独立に、プロセス変
数信号をモニタすることでチューニングの調整を行う適
応制御器手段。 - 【請求項２】 所定の伝達関数と、この伝達関数に関
連させられた所定のプロセスパラメータとを有するプロ
セスのプロセス変数を制御する適応制御器を有し、プロ
セスへ接続された前記適応制御器からの出力制御信号が
、所定の特性を有するプロセス変数信号（プロセス変数
に関連する値に対応する）をプロセスに出力させるよう
に、適応制御器を前記プロセスでチューニングする方法
において、制御プロセスをスタートさせることを示した
入力を受けた時に、 ａ） プロセス制御装置へ入力される設定点信号の値
にプロセス変数信号を等しくするような値を有する前記
出力制御信号のためのステップ関数を出力する過程と、
ｂ） プロセスを識別するためにプロセス変数を検出
する過程と、 ｃ） 前記適応制御器に対するチューニングパラメー
タを計算する過程と、 ｄ） ラインアウトが起きた後で、プロセス変数信号
をモニタする過程と、 ｅ） 設定点信号に対応する変化を生じさせることな
しに、プロセス変数信号中に何らかの変化が生ずるもの
とすると、ｉ） プロセスパラメータの変化を補償する
ためにチューニングパラメータを調整する過程と、ｉｉ
）過程（ｆ）へ続ける過程と、さもなければ、プロセス
変数信号に変化が生じなければ、ｉｉｉ） 過程（ｆ）
へ続ける過程と、 ｆ） 与えられた設定点値が入力されるとすると、ｉ
） 過程（ａ）が始まる前記過程を反復する過程と、さ
もなければ、ｉｉ）過程（ｅ）を反復する過程と、を備
えることを特徴とする適応制御器を適応チューニングす
る方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/602,994 US5170341A (en) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | Adaptive controller in a process control system and a method therefor |
| US602,994 | 1990-10-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04342001A true JPH04342001A (ja) | 1992-11-27 |
Family
ID=24413629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3303900A Pending JPH04342001A (ja) | 1990-10-24 | 1991-10-24 | プロセス変数を制御するための装置および適応制御器を適応チューニングする方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5170341A (ja) |
| EP (1) | EP0482900B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04342001A (ja) |
| KR (1) | KR100188830B1 (ja) |
| AU (1) | AU642042B2 (ja) |
| CA (1) | CA2052556A1 (ja) |
| DE (1) | DE69117652T2 (ja) |
| ES (1) | ES2084118T3 (ja) |
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| DE102014117391A1 (de) * | 2014-11-27 | 2016-06-02 | Elka-Elektronik Gmbh | Verfahren zum Regeln einer durch eine gebäudetechnische Installation regelbaren Zustandsgröße |
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| CN110703590B (zh) * | 2019-10-25 | 2022-06-17 | 杭州和利时自动化有限公司 | 一种超驰控制方法、装置、设备及介质 |
| CN114690620B (zh) * | 2022-06-01 | 2022-09-30 | 湖南恩智测控技术有限公司 | 电子负载pid自整定方法及系统 |
| CN115167150B (zh) * | 2022-08-15 | 2024-07-05 | 辽宁石油化工大学 | 具有未知系统动态的批次过程二维离轨策略交错q学习最优跟踪控制方法 |
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- 1991-10-01 CA CA002052556A patent/CA2052556A1/en not_active Abandoned
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