JPH05134705A - 補完フイードバツク制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した補完フィートバック制御を行なう。 【構成】 静特性部において静特性補償を行い、動特性
部において動特性補償を行い、これらの合成出力を操作
量として出力する際に、目標値監視部が目標値の変化を
検出して操作量出力指令を出力し、時間管理部が所定の
周期が到来したために操作量出力指令を出力し、あるい
は操作量監視部が当該操作量が所定の範囲を超えて大き
くなったことを検出して操作量出力指令を出力する時
に、前記合成出力をプロセスに対して出力し、フィード
バック制御を行う。このようにして、操作量が所定の範
囲より小さい場合には操作量を出力させないようにする
ことによってプロセスの制御量が不要に細かい変動を行
うことがないようにし、制御の安定性を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、補完フィードバック
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プロセス自動制御システムなどで
使用されるコントローラの一つとして、補完フィードバ
ック制御装置が知られているが、図７はこのような補完
フィードバック制御装置の従来の一例を示している。こ
の従来の補完フィードバック制御装置は位置形のもので
あって、減算回路１０１と、静特性補償を行う静特性回
路１０２と、加算回路１０３と、動特性補償を行う動特
性回路１０４とを備えており、設定器などによって設定
されている目標値ＳＶと、プロセス１０５から出力され
る制御量ＰＶとを減算回路１０１において減算し、得ら
れる偏差に基づいて操作量ＭＶを後述する方法によって
求め、この操作量ＭＶをプロセス１０５に供給すること
によりプロセス１０５の制御量ＰＶが目標値ＳＶと一致
するようにプロセス１０５を制御するのである。

【０００３】減算回路１０１は設定器などにより設定さ
れている目標値ＳＶとプロセス１０５から出力される制
御量ＰＶとの差（偏差）を演算し、この偏差を静特性回
路１０２に供給し、静特性回路１０２においては、偏差
に対して１／Ｋ_p の静特性補償を与え、これによって得
られた信号を加算回路１０３に供給する。

【０００４】そして、動特性回路１０４では、加算回路
１０３から出力される信号、即ち操作量ＭＶをフィード
バックし、動特性補償Ｇ_p を行い、この出力を加算回路
１０３に出力する。

【０００５】加算回路１０３においては、静特性回路１
０２から出力される信号と、動特性回路１０４から出力
される信号とを合成し、最終的な操作量ＭＶとしてプロ
セス１０５に出力し、プロセスのフィードバック制御が
行われるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の位置形補完フィードバック制御装置では、静特性
回路１０２の静特性模擬伝達関数Ｋ_p と動特性回路１０
４の動特性模擬伝達関数Ｇ_p が実プロセスの静特性、動
特性と一致するときに最良の補完フィードバック制御を
行うことができるが、両者の間にずれが生じるとその分
だけ不要な制御が行われることになり、制御系が安定す
るまでに余分の時間が必要とされる問題点があった。

【０００７】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みてなされたものであって、模擬伝達関数が実際と食い
違うことによる影響を小さくし、制御の安定性を高める
ことができる補完フィードバック制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、目標値と制
御量との偏差に対して静特性補償を行なう静特性部と、
動特性補償を行なう動特性部を備え、これらの合成出力
を操作量としてプロセスに与える位置形補完フィードバ
ック制御装置において、さらに、前記目標値の変化を検
出して操作量出力指令を出力する目標値監視部と、所定
の周期ごとに操作量出力指令を出力する時間管理部と、
前記操作量が所定範囲を超えて大きくなったときに操作
量出力指令を出力する操作量監視部と、これらの目標値
監視部、時間管理部または操作量監視部のいずれかから
の操作量出力指令を受けたときにのみ前記操作量をプロ
セスに出力する制御部とから構成される補償回路を備え
たものである。

【０００９】またこの発明は、目標値と制御量との偏差
に対して静特性補償を行なう静特性部と、動特性補償を
行なう動特性部を備えた速度形補完フィードバック制御
装置において、さらに、前記目標値の変化を検出して操
作量出力指令を出力する目標値監視部と、所定の周期ご
とに操作量出力指令を出力する時間管理部と、前記操作
量が所定範囲を超えて大きくなったときに操作量出力指
令を出力する操作量監視部と、これらの目標値監視部、
時間管理部または操作量監視部のいずれかからの操作量
出力指令を受けたときにのみ前記操作量をプロセスに出
力する制御部とから構成される補償回路を備えたものと
することができる。

【００１０】

【作用】この発明の位置形補完フィードバック制御装置
では、静特性部において静特性補償を行い、動特性部に
おいて動特性補償を行い、これらの合成出力を操作量と
して出力する際に、目標値監視部が目標値の変化を検出
して操作量出力指令を出力し、時間管理部が所定の周期
が到来したために操作量出力指令を出力し、あるいは操
作量監視部が当該操作量が所定の範囲を超えて大きくな
ったことを検出して操作量出力指令を出力するいずれか
の時に、前記合成出力をプロセスに対して出力し、フィ
ードバック制御を行う。

【００１１】このようにして、操作量が所定の範囲より
小さい場合には、操作量を出力させないようにしてプロ
セスの制御量が不要に細かい変動を行うことがないよう
にし、制御の安定性を実現する。

【００１２】またこの発明の速度形補完フィードバック
制御装置でも、操作量微分値が所定の範囲を超えて大き
くなるまでは目標値の変化があったり、所定の周期が到
来したりしない限り、その操作量微分値を積分してプロ
セスに入力しないようにし、微小な操作量の変動に対し
てプロセスが不安定になることを防止する。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。

【００１４】図１及び図２はこの発明の一実施例の回路
構成を示しており、従来例として図７に示した回路構成
においてさらに補償回路１０６を加算回路１０３とプロ
セス１０５との間に挿入した構成である。そして、この
補償回路１０６は図２に示すように、目標値ＳＶの変化
を検出して操作量出力指令を出力する目標値監視部１０
７と、所定の周期Ｔごとに操作量出力指令を出力する時
間管理部１０８と、操作量ＭＶが所定の範囲を超えて大
きくなった時に操作量出力指令を出力する操作量監視部
１０９と、これらの目標値監視部１０７、時間管理部１
０８、操作量監視部１０９のいずれかからの操作量出力
指令に対して加算回路１０３からの操作量ＭＶをプロセ
ス１０５に出力する制御部１１０から構成されている。

【００１５】次に、上記実施例の位置形補完フィードバ
ック制御装置の動作について説明する。

【００１６】図７に示す従来例と同様に、設定器などか
ら目標値ＳＶが与えられ、減算回路１０１においてプロ
セス１０５からの制御量ＰＶとの偏差が演算され、この
偏差がまず静特性回路１０２に入力されて静特性補償が
行われ、この信号が加算回路１０３に出力される。

【００１７】また加算回路１０３の出力となる操作量Ｍ
Ｖが動特性回路１０４により動特性補償され、その信号
も加算回路１０３にフィードバックされ、この合成出力
が最終的な操作量ＭＶとして実プロセス１０５に出力さ
れ、位置形補完フィードバック制御が実行される。

【００１８】そして、この操作量ＭＶの出力に際して、
操作量ＭＶの小さな変化に対してプロセス制御を行うな
らばプロセスの安定性が損なわれるため、補償回路１０
６において、次の動作を行う。

【００１９】（１）操作量ＭＶの変化がある設定値範囲
の中にあるときには、操作量ＭＶを変更しない。

【００２０】（２）（１）で定めたある設定値を超える
操作量ＭＶの変化に対しては、その超えた分だけのＭＶ
の変更を行う。

【００２１】（３）プラントのプロセス時定数相当から
決めた一定周期Ｔごとには上記（１），（２）に関わら
ず操作量ＭＶを変更する。

【００２２】そしてこの動作を実現するために、目標値
監視部１０７は目標値ＳＶの変化を監視し、目標値に変
化が与えられるならば操作量出力指令を制御部１１０に
与え、同じく時間管理部１０８は一定周期Ｔが到来する
たびに操作量出力指令を制御部１１０に与え、操作量監
視部１０９は操作量ＭＶがあらかじめ設定されている設
定値の範囲を超えた場合に操作量出力指令を制御部１１
０に与えるようにし、制御部１１０では、これらの目標
値監視部１０７、時間管理部１０８あるいは操作量監視
部１０９のいずれかからの操作量出力指令が入力される
時にのみ加算回路１０３からの操作量ＭＶをプロセス１
０５に直接出力する。

【００２３】このようにして、図３に示す実プロセスと
模擬伝達関数の応答例のように、実プロセスの実特性Ａ
と制御装置の模擬伝達関数Ｂとの予想誤差に対し、予想
誤差内の偏差に対しては操作量を変更せず、予想誤差を
超えた場合にその操作量ＭＶをプロセス１０５に出力し
てフィードバック制御を行うようにして、微小な変化に
対して制御系が不要に変動して安定性を失することがな
いようにするのである。

【００２４】しかしながら、目標値ＳＶが変化した場合
には、その変化に追随して実プロセス１０５の制御量を
一致させる必要があるため、その目標値ＳＶの変化が微
小であって操作量ＭＶも微小なものであるような場合に
もフィードバック制御を行い、プロセス１０５の制御量
ＰＶを目標値ＳＶと一致させる制御を行う。

【００２５】さらに、実プロセスの特性と模擬伝達関数
の特性の偏差が大きいのは過渡的な状態の場合であり、
目標値ＳＶが与えられてしばらくたつならば制御量ＰＶ
は安定したものとなってくるので、図４（ａ）に示すよ
うに目標値ＳＶが変化した後一定周期Ｔ（この周期Ｔは
対象となる制御系の特性によって決定される時間であ
る）ごとに操作量をその変化が微小なものであったとし
ても出力するようにし、プロセス１０５の厳密なフィー
ドバック制御が行えるようにする。

【００２６】なお、この発明は上記の実施例に限定され
るものではなく、例えば、図５に示す回路構成とするこ
ともできる。即ち、目標値ＳＶの変化に対して直ちに操
作量ＭＶが変更され、制御応答を速くするようにするた
め、目標値ＳＶに対する静特性補償を与える静特性回路
１１１と、加算回路１１２と、操作量ＭＶに対する動特
性補償を行う動特性回路１１３、さらに、制御量ＰＶを
フィードバック量に対して静特性補償を行う静特性回路
１１４、動特性回路１１３の出力と静特性回路１１４の
出力を減算する減算回路１１５と、補償回路１１６とか
ら構成する。

【００２７】そして、この実施例の装置では、目標値Ｓ
Ｖに対する静特性補償を静特性回路１１１において行
い、この結果を加算回路１１２に出力し、制御量ＰＶは
別の静特性回路１１４にフィードバックして静特性の補
償を行い、減算回路１１５において動特性回路１１３か
らの動特性補償量と減算し、この補償回路１１６におい
て図１に示す第１実施例と同様に、目標値が変化した場
合、一定周期Ｔが到来した場合、あるいは操作量ＭＶが
所定の範囲を超えて大きく変動した場合のいずれかの場
合にのみ操作量出力指令を出力し、操作量ＭＶを加算回
路１１２に出力する。

【００２８】そこで、目標値ＳＶの変更があった場合に
は、静特性回路１１１に入力される目標値ＳＶにより加
算回路１１２には直ちに操作量ＭＶが立ち、これがプロ
セス１０５に与えられてプロセス制御が速やかに行われ
ることになる。

【００２９】そして、通常時には操作量が一定の範囲を
超えて大きくなった場合、あるいは所定の周期Ｔが到来
しない限り操作量ＭＶの変更をしないようにし、プロセ
ス１０５が不要に変動することを防止し、制御系の安定
性を向上させるのである。

【００３０】なお、上記各実施例では、一定の周期Ｔが
到来するたびに操作量ＭＶをプロセス１０５に与え、操
作量ＭＶを全体的に変更するようにしているが、この操
作量ＭＶの変更の際にも、プロセスは一定の時定数をも
って変動するのでその変動時の模擬誤差を無視するため
に、図４（ｂ）に示すように一定周期Ｔの前後に少しの
余裕時間ｔ₀ を設定することにより、安定性をさらに向
上させることができる。

【００３１】図６は、この発明の速度形補完フィードバ
ック制御装置の一実施例の回路構成を示している。

【００３２】この速度形補完フィードバック制御装置
は、減算回路２０１、静特性補償を行う静特性回路２０
２、減算回路２０３、積算回路２０４、動特性補償を行
う動特性回路２０５、及び減算回路２０６を備え、さら
にこの発明の特徴である補償回路２０７を減算回路２０
３と積算回路２０４の間に挿入した構成である。

【００３３】この速度形補完フィードバック制御装置で
は、設定器などにより目標値ＳＶを設定して減算回路２
０１に与え、プロセス２０８の制御量ＰＶとの偏差ｅを
求め、これを静特性回路２０２において模擬伝達関数１
／Ｋ_p を用いた静特性補償を行い、その出力ｅ₁ を加算
回路２０３に出力する。

【００３４】また、動特性回路２０５により操作量ＭＶ
に対して動特性補償を模擬伝達関数Ｇ_p を用いて行い、
得られる内部制御量ＰＶを内部目標値ＳＶとしての操作
量ＭＶとを減算回路２０６において減算し、得られる信
号ｅ₂ を減算回路２０３に与える。

【００３５】そこで、減算回路２０３では静特性回路２
０２の出力ｅ₁ と動特性回路２０５から減算回路２０６
を介して出力される信号ｅ₂ とを減算し、その出力信号
ｅ₃ を操作量ＭＶの微分値として積算回路２０４に与
え、ここで前回値と積算し、最終的な操作量ＭＶを積算
回路２０４からプロセス２０８に出力する。

【００３６】ここで、補償回路２０７は減算回路２０３
からの出力ｅ₃ に対して、次の判断処理を行う。

【００３７】（１）偏差ｅ₁ とｅ₂ との差が所定の値以
下の時、即ちｅ₃ が所定値以下の時には補償回路２０７
の出力を０とし、操作量ＭＶを変更しない。

【００３８】（２）プラントのプロセス時定数相当から
決めた一定周期Ｔを経過したなら、（１）に関わらず、
ｅ₃ をそのまま採用し、操作量ＭＶを変更する。

【００３９】（３）目標値ＳＶをチェックし、この目標
値ＳＶに変更があった時には、（１）に関わらずｅ₃ を
そのまま採用し、操作量ＭＶを変更する。

【００４０】このようにして、速度形補完フィードバッ
ク制御装置においても、例えば目標値ＳＶの変更直後の
ように、プロセスの模擬伝達関数がプロセスの実特性と
大きなずれを生じるが、その後安定してくるような状況
においては、変動の大きい領域においては不要な制御を
行わないようにして、制御系が早く安定するように操作
量の変更を所定値の範囲を超えた場合にだけ行うように
し、応答性を改善するのである。

【００４１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、操作量
の変化がある設定範囲以内の時には操作量の変更を行わ
ず、所定の設定範囲を超える操作量の変化に対しては、
操作量の変更を行い、また目標値に変更があった場合、
さらにプロセスの時定数相当から決定される一定周期毎
に操作量の変更を行うようにしているため、特に制御系
の立ち上りや目標値の変更直後のような操作量の変動の
激しい時期には予想誤差を超える変更に対してのみ操作
量の変更を行うようにし、従来のように常に操作量の変
更を行うことにより不要の制御が頻繁に行われ、制御系
が安定するのに余分の時間がかかるといった問題を解消
することができ、模擬伝達関数が実際のプロセスとずれ
ることによる影響を小さくし、制御の安定性を高めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の回路ブロック図。

【図２】上記実施例における補償回路の詳しい内部構成
を示すブロック図。

【図３】上記実施例の動作特性を示す実プロセスと模擬
伝達関数の応答例を示すグラフ。

【図４】上記実施例における操作量変更のタイミングを
示すタイミングチャート。

【図５】この発明の他の実施例の回路ブロック図。

【図６】この発明の速度形補完フィードバック制御装置
の回路構成を示すブロック図。

【図７】従来例の回路ブロック図。

【符号の説明】

１０１ 減算回路 １０２ 静特性回路 １０３ 加算回路 １０４ 動特性回路 １０６ 補償回路 １０７ 目標値監視部 １０８ 時間管理部 １０９ 操作量監視部 １１０ 制御部 ２０１ 減算回路 ２０２ 静特性回路 ２０３ 減算回路 ２０４ 積算回路 ２０５ 動特性回路 ２０６ 減算回路 ２０７ 補償回路 ２０８ プロセス ＳＶ 目標値 ＭＶ 操作量 ＰＶ 制御量

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目標値と制御量との偏差に対して静特性
   補償を行なう静特性部と、動特性補償を行なう動特性部
   を備え、これらの合成出力を操作量としてプロセスに与
   える位置形補完フィードバック制御装置において、さら
   に、 前記目標値の変化を検出して操作量出力指令を出力する
   目標値監視部と、所定の周期ごとに操作量出力指令を出
   力する時間管理部と、前記操作量が所定範囲を超えて大
   きくなったときに操作量出力指令を出力する操作量監視
   部と、これらの目標値監視部、時間管理部または操作量
   監視部のいずれかからの操作量出力指令を受けたときに
   のみ前記操作量をプロセスに出力する制御部とから構成
   される補償回路を備えて成る位置形補完フィードバック
   制御装置。
2. 【請求項２】 目標値と制御量との偏差に対して静特性
   補償を行なう静特性部と、動特性補償を行なう動特性部
   を備えた速度形補完フィードバック制御装置において、
   さらに、 前記目標値の変化を検出して操作量出力指令を出力する
   目標値監視部と、所定の周期ごとに操作量出力指令を出
   力する時間管理部と、前記操作量が所定範囲を超えて大
   きくなったときに操作量出力指令を出力する操作量監視
   部と、これらの目標値監視部、時間管理部または操作量
   監視部のいずれかからの操作量出力指令を受けたときに
   のみ前記操作量をプロセスに出力する制御部とから構成
   される補償回路を備えて成る速度形補完フィードバック
   制御装置。