JPH0447303A

JPH0447303A - プロセス同定装置

Info

Publication number: JPH0447303A
Application number: JP15339290A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Azegami; 畔上　忠
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1992-02-17

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、プロセスの動特性を同定するプロセス同定装
置に関し、さらに詳しくは、電気炉などの温度を制御す
るのに適する調節計において、その演算パラメータを自
動設定するような場合に用いられるプロセス同定装置に
関する。

〈従来技術〉制御対象となるプロセスをＩｊｌ適条件で制御するには
そのプロセスの動特性を知るための同定装置が必要であ
る。

このようなプロセス同定装置には、プロセスを制御する
調節計をプロセスに接続し、そのプロセスを制御しなが
ら同定を閉ループで行う場合と、調節計をプロセスから
切離して開ループで行う場合とがある。

第５図は、一般的な制御系を表すブロック図で、プロセ
スを制御しながら同定を開ループで行う場合の従来例を
説明する。

ＰＩＤ制御演算部（主演算部）１は、目標設定値ＳＰと
プロセス２からのプロセス量ＰＶを入力し、その偏差Ｄ
Ｖに対して比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ＞演算を
施し、その演算結果を操作量ＭＶとしてプロセス２に出
力し、プロセス量Ｐｖが目標設定値ＳＰに一致するよう
に制御する。

プロセス同定部３は、ＰＩＤＩＩＪ＃演算部１の動作を
規制して、プロセス２に対してゼロ出力／最大出力／Ｐ
ＩＤ演算出力の３種の信号のいずれかを指定し、プロセ
ス量Ｐ■を監視して、プロセスの動特性を測定し、その
結果に基づいて最適なＰＩＤ演算パラメータ（演算定数
）を算出して、これらをＰＩＤ制御演算部１に自動設定
する。

第６図は、プロセス同定部３の動作の一例を示す波形図
である。

プロセス同定部３は、（ａ）に示すようなスタート指令
を受けて、ＰＩＤ制御演算部１に対して（ｂ）に示すよ
うにステップ状に変化する最大制御出力ＭＯを、プロセ
ス２に出力するように指示する。プロセス２はこの様な
最大制御出力ＭＯを受けた結果として伝達されるプロセ
ス量Ｐｖを、（ｃ）に示すように出力する。

プロセス同定部３は、この櫟なプロセス量Ｐｖの立ち上
がりのｉｓを観測する。

第７図は、プロセス量Ｐｖの立ち上がりの態様を観測し
てプロセス２の特性を掌握する例を示す図である。

プロセス２が電気炉であるような場合、最大制御出力Ｍ
Ｏは電気炉への最大パワー投入を意味し、温度等のプロ
セス量ＰＶが図に示すように立ち上がる。いま、プロセ
ス量がＰｖＯからｐｖｉ、ｐＶ２．ＰＶ３．ＰＶＡ・・
・のように次第に立ち上がっていく時、多値に到達した
時刻ＴＩ、Ｔ２．Ｔ３・・・であるとすれば、プロセス
の特性を示す評価指標としての勾配Ｒと、等価無駄・時
間りとが、（１）式および（２）式により得られる。

Ｒ＝　（ＰＶＡ−ＰＶ３）／（Ｔ４−Ｔ３）・・・（１
）Ｌ　＝　（Ｔ４−Ｔｏ）−（Ｔ４−７３）−（ＰＶＡ−
ＰＶＯ）／（ＰＶＡ−ＰＶ３）・・・（２）ここで、（１）式で得られる勾配Ｒは単位時間当りのプ
ロセス量の変化量であり、（２）式で得られる等価無駄
時間りは、ＰＶ３〜ＰＶ４の勾配をＰＶＯの方向へ延長
して図形解析的に算出できる値である。

プロセスの動特性を代表する勾配Ｒ９等価無駄時間りが
求められると、プロセスの制御に必要な演算パラメータ
、例えば比例帯ＰＢ、積分時間ＴＩ、微分時間ＴＤは、
（３）式〜（５）式から得ることができる。

ＰＢ＝ＫｉネＬ＊Ｒ・・・（３）ＴＩ＝に２ネＬ　　　　　　　　・・・（４）ＴＤ＝に
３ネＬ　　　　　　　　・・・（５）ただし、Ｋ１−に
３は経験的に得られる定数で、例えばに１＝１．０．に
２＝１．０．に＝０２５の値が用いられる。

このようにして求められた演算パラメータをＰＩＤ制御
演算部１に設定する。これにより、ＰＩＤ　ｆｌＪ御演
算部１はプロセス２をその動特性に合わせてａｎに制御
することができる。

〈発明が解決すべき課題〉しかしながら、プロセスの特性によっては、このような
プロセス同定手法によって得られた演算パラメータをそ
のまま適用すると、かえって最適な制御が行えない場合
がある９例えば負荷が重い電気炉等のプロセスである。

第８図は、この場合の制御結果の事例を示す制御特性図
である。制御出力ＭＶが振動していて、プロセス量Ｐｖ
もなかなか整定しない状況が続いている。

第９図は、負荷が重いプロセスの場合の立ち上がり特性
を示す図である。

この場合、Ａの特性に示すように、複数の段階の勾配Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３・・・を経由して立ち上がっている。負
荷が軽い場合は、Ｂの特性に示すように一定勾配Ｒで立
ち上がる。

本発明は、この様な点に鑑みてなされたもので、負荷が
重いプロセスの場合であっても、正確にプロセスの同定
が行える装置を提供することを目的とする。

〈課題を解決する為の手段〉この様な目的を達成する本発明は、プロセスを同定するための同定信号をプロセスに与え、
プロセス量の立上がり応答から当該プロセスの特性を同
定する装置において、前記プロセス量の立上がり応答の湾曲度合を検出する湾
曲度合検出手段を設け、この湾曲度合検出手段の検出結果に応じてプロセスの同
定結果を修正するように構成される。

く作用〉湾曲度合検出手段は、プロセスに例えばパワーが投入さ
れた後のプロセス量を観測し、その時々の勾配を求める
と共に、この勾配に基づいて湾曲度合を検出する。この
検出結果により、プロセスの負荷が重いのか、軽いかが
把握でき、プロセスの同定結果を修正する。

〈実施例〉以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。

図において、１は目標設定値ＳＰとプロセス２からのプ
ロセス量Ｐｖとを入力し、例えばＰＩＤ演算を行って制
御操作量ＭＶをプロセス２に出力するＰＩＤ制御演算部
である。３はプロセス２を同定するためのプロセス同定
手段である。

このプロセス同定手段３において、３１は例えばステッ
プ状に変化する同定信号をプロセス２に与え、そのプロ
セス量の立上がり応答からプロセス２の特性を掌握する
プロセス特性掌握手段で、従来より公知の手段が用いら
れる。すなわち、公知の手段によれば、プロセス特性の
同定結果は、例えばプロセス量の等価無駄時間りや勾配
Ｒで得られる。

３２は本発明において特徴としている湾曲度合検出手段
で、プロセス量Ｐｖを入力し、その立上がり応答の湾曲
度合を検出し、その検出結果に応じてプロセス２の同定
結果を修正するように構成されている。

このように構成した装置の動作を次に説明する。

第２図は、プロセス同定手段３の動作を示す波形図であ
る。

プロセスの同定にあたり、はじめにＰＩＤＩＤ制御演算
部面きかけて、ここから（ａ）に示すようにステップ状
に変化する制御操作量（同定信号）ＭＶをプロセス２に
出力する。この様な同定信号を受けて、プロセス２から
は（ｂ）に示すようなプロセス量（ステップ応答信号）
Ｐ■が得られる。

プロセス同定手段３は、このプロセス量Ｐｖを観測し、
ある所定のプロセス量ＰＶＩ、ＰＶ２゜ＰＶ３・・・に
到達する時刻Ｔ１．Ｔ２．Ｔ３・・・を検出する０次に
、これらからプロセス量ＰＶの各時刻での勾配Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３・・・を例えば（１）式を用いて計算する。

また、これの各勾配の中で最大の勾配Ｒを持つ線を延長
してＰｖＯの軸と交わる点Ｐと、ステップ状の同定信号
を与えた時刻ＴＯとの間の時間を無駄時間りとして、例
えば（２）式を用いて計算する。これらの各計算は、プ
ロセス同定手段３内のプロセス特性掌握手段３１が行う
。

湾曲度合検出手段３２は、プロセス特性掌握手段３１か
ら、各勾配Ｒ１，Ｒ２・・・に閤する情報を受け、湾曲
度合ＷＤを例えば（６）式により計算する。

ＷＤ＝Ｒ２／Ｒ４・・・（６）（６）式により得られる湾曲度合は、興なる時刻におけ
る勾配比であり、ここではプロセス量ＰＶ４〜ＰＶ３の
勾配Ｒ４と、プロセス量ＰＶ２〜ＰＶＩの勾配Ｒ２との
比になっている。

プロセス特性掌握手段３１は、（６）式により得られた
湾曲度合ＷＤを用いて、先に得られている等価無駄時閏
りを、（７）式を用いてＬｌに修正する。

Ｌ１＝Ｌネ［１十に４ネ（１−Ｒ２／Ｒ４）］・・・　
（７）ただし、Ｋ４は、１．０等の定数（７）式により、プロセス量ＰＶの立上がりの湾曲度合
が大きくなると、等価無駄時間りを増加させるように修
正する。また、勾配Ｒ２とＲ４との比が’ＩＪであれば
、Ｌ１＝Ｌとなる。

プロセス同定手段３は、湾曲度合により修正された等価
無駄時間Ｌ１を、（３）〜（５）式に適用して各演算パ
ラメータを求め、これらの演算パラメータをＰＩＤ制御
演算部１に設定する。

これにより、重い負荷のような場合であっても、最適な
制御を実現できる。

第３図は、本発明を適用した調節計の制御動作を示す特
性図、第４図は本発明を適用しない調節計により同じプ
ロセスを制御した場合の制御動作を示す特性図である。

これらの図の比較から明らかなように、本発明を適用し
た場合、等価無駄時間りが、はじめのし＝１５からＬ１
＝２０に修正され、その結果、比例帯ＰＢ、積分時間Ｔ
Ｉ、微分時間ＴＤがそれぞれ大きくなる方向に修正され
、オーバシュートを防止して安定な制御を実現している
。

なお、実施例では、プロセス同定手段３内に、プロセス
特性掌握手段３１と湾曲度合検出手段３２を別々のブロ
ックで示したが、これらの各機能は例えばマイクロプロ
セッサのプログラムによって実行されるもので、一つの
プログラムで実行できるようにしてもよい。

また、湾曲度合によって修正される評価指標として、等
価無駄時間を用いたが、例えば面積や振幅等の他の評価
指標を修正するようにしてもよい。

〈発明の効果〉以上詳細に説明したように、本発明によれば、負荷が重
いプロセスの場合であっても、正確にプロセスの同定が
行えるプロセス同定装置が実現できる。′＆な、この装
置によって得られた同定結果に基づいて演算パラメータ
を算出することにより、制御性の優れた調節計を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図はプロセス同定手段の動作を示す波形図、第３図は本
発明を適用した調節計の制御動作を示す特性図、第４図
は本発明を適用しない調節計により同じプロセスを制御
した場合の制御動作を示す特性図、第５図は一般的な制
御系を表すブロック図、第６図は第５図においてプロセ
ス同定部の動作の一例を示す波形図、第７図はプロセス
量の立ち上がりの態様を観測してプロセスの特性を掌握
する例を示す図、第８図は第７図の場合の制御結果の事
例を示す制御特性図、第９図は負荷が重いプロセスの場
合の立ち上がり特性を示す図である。１・・・ＰＩＤ制御演算部、２・・・プロセス、３・・
・プロセス同定部、３１・・・プロセス特性掌握部、３２・・・湾曲度合検出手段、第図第図剛ｊ−一 □［−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プロセスを同定するための同定信号をプロセスに
与え、プロセス量の立上がり応答から当該プロセスの特
性を同定する装置において、前記プロセス量の立上がり応答の湾曲度合を検出する湾
曲度合検出手段を設け、この湾曲度合検出手段の検出結果に応じてプロセスの同
定結果を修正することを特徴とするプロセス同定装置。
（２）プロセス特性の同定結果は、プロセス量の等価無
駄時間と勾配で表され、湾曲度合検出手段は前記等価無
駄時間を修正する請求項（１）のプロセス同定装置。