JPH05265515A - インターナルモデルコントローラ - Google Patents

インターナルモデルコントローラ

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JPH05265515A
JPH05265515A JP9148892A JP9148892A JPH05265515A JP H05265515 A JPH05265515 A JP H05265515A JP 9148892 A JP9148892 A JP 9148892A JP 9148892 A JP9148892 A JP 9148892A JP H05265515 A JPH05265515 A JP H05265515A
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JP
Japan
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model
controlled
control object
estimated
target value
Prior art date
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Pending
Application number
JP9148892A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Kawamura
和広 川村
Hiroyuki Mitsubuchi
裕之 三渕
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Publication date
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Publication of JPH05265515A publication Critical patent/JPH05265515A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内部にフィルタ及び制御対象のモデルを備え
プロセス等の制御対象を制御するインターナルモデルコ
ントローラ(IMC)において、操作量の過変動を伴う
ことなく目標値追従性及び外乱抑制性の両立を図る。 【構成】 2次遅れフィルタを備えて、目標値から制御
対象の制御量と制御対象モデルの推定制御量との誤差を
差し引いた値を2次遅れフィルタにより演算すると共
に、この演算結果から上記制御対象モデルの逆モデルに
より操作量を演算し、この操作量で上記制御対象を制御
するため、IMCの目標値追従及び外乱抑制が操作量の
過変動を伴うことなく達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内部にフィルタ及び制
御対象のモデルを備えプロセス等の制御対象の制御を行
うインターナルモデルコントローラ(Internal
・Model・Contoroller;以下、IM
C)に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、この種のIMCのチューニング
の基本的な制御構造は、図4に示すようになっており、
同図において、GIMC はIMCの伝達関数、GP は制御
対象となるプロセスの伝達関数、Gm は制御対象となる
プロセスのモデルの伝達関数をそれぞれ示している。ま
た、rは目標値、yは制御量、uは操作量を示し、d1
はMV値への外乱、d2 はPV値への外乱をそれぞれ示
している。ここでIMCを式(1)のように設計する。
ただし、式(1)中のfはローパスフィルタである。
【0003】
【数1】
【0004】このような設計がなされると、図4の制御
モデルの閉ループ応答特性は次式のように表すことがで
きる。
【0005】
【数2】
【0006】なおこのとき、偏差e(目標値r−制御量
y)は、式(3)のように表わされる。
【0007】
【数3】
【0008】この場合、式(2),(3)から次のよう
なことがわかる。即ち、フィルタfの値を「1」にすれ
ば、外乱d1 ,d2 の制御量yに及ぼす影響を無くし、
さらに偏差eを「0」にすることができる。つまり、外
乱抑制及び目標値追従が同時に実現できる。また、定常
的にはモデル誤差の有無にかかわらず制御が可能(オフ
セット=0)であることが式(3)から言える。つまり
モデル誤差に対してのロバスト性も保証されていると言
える。このように、定常状態でf=1とすることにより
ほぼ完ぺきな制御が実現できる。
【0009】このように定常状態において完ぺきな制御
が実現した後は、過渡状態におけるフィルタfの特性を
満足するように設計すれば良い。フィルタfの過渡特性
については、プロセスによって種々の形態があるが、一
般に1次遅れや2次遅れのプロセスに対するフィルタf
1は、式(4)で示すような1次遅れフィルタが選ばれ
ている。なお、式(4)中のSはラプラス変換で用いる
複素パラメータを示し、εは係数である。
【0010】
【数4】
【0011】このような1次遅れフィルタを用いたIM
Cの制御特性について図5,図6を参照して説明する。
図5はIMCの目標値追従性を示すグラフであり、図中
において、縦軸は制御量や操作量を示し、横軸は時間
(sec)を示している。ここで図5は、条件として外
乱d=0とし、時間t=0secにおいて目標値rを
「0」から「4」までステップ変化させた場合の制御量
yを示している。なお、点線はこのときの操作量uの変
動を示し、その値は、図5(a)の場合(係数、即ち調
整パラメータε=5.0の場合)は−94.4≦u≦3
74.4の範囲内にあり、また、図5(b)の場合(調
整パラメータε=10.0の場合)は−22.9≦u≦
188.6の範囲内にある。
【0012】また、図6はIMCの外乱抑制性を示すグ
ラフであり、縦軸は制御量や操作量を示し、横軸は時間
(sec)を示している。ここで図6は、条件として目
標値r=0とし、時間t=0secにおいて外乱dを
「0」から「1」までステップ変化させた場合の制御量
yを示している。なお、図6(a)は調整パラメータε
=5.0の場合を示し、図6(b)は調整パラメータε
=10.0の場合を示している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】図5,図6に示すよう
に、1次遅れフィルタを用いた従来のIMCからは良好
な制御特性が得られ、目標値追従性及び外乱抑制性の両
立が十分可能なことを示している。特に、ε=5.0の
場合[図5(a)、図6(a)の場合]は、目標値に速
やかに到達しかつオーバーシュートが少なく、しかも外
乱を十分に抑制することができる。しかし目標値により
速く到達させようとすると、より速く操作量を変化させ
なければならないため、図5に示すように、単位時間内
の操作量の変化が大きくなるという欠点があった。
【0014】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、内部にフィルタ及び制御対象のモデ
ルを備えプロセス等の制御対象を制御するIMCにおい
て、上記フィルタとして2次遅れフィルタを用いると共
に、制御対象モデルによる推定制御量を操作量に応じて
演算する第1の演算部と、上記操作量に基づいて制御さ
れた制御対象の制御量と第1の演算部により演算された
推定制御量との差を演算する第2の演算部と、目標値か
ら第2の演算部の演算結果を差し引いた値を前記2次遅
れフィルタにより演算すると共にこの演算結果から逆モ
デルにより操作量を演算する第3の演算部とを備えたも
のである。
【0015】
【作用】2次遅れフィルタを備えて、目標値から制御対
象の制御量と制御対象モデルの推定制御量との誤差を差
し引いた値が2次遅れフィルタにより演算されると共
に、この演算結果から上記制御対象モデルの逆モデルに
より操作量を演算し、この操作量で上記制御対象が制御
されるため、IMCの目標値追従及び外乱抑制が操作量
の変動を伴うことなく達成できる。
【0016】
【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は、本発明に係るIMC(インターナルモデル
コントローラ)の一実施例を示すブロック図である。同
図において、1はIMC、2はプロセス等の制御対象を
示し、IMC1は、目標値rを入力する目標値入力部1
1、入力された目標値rから後述する推定誤差emを減
算する減算部12、2次遅れフィルタ演算部13、制御
対象となるモデルを記憶する制御対象モデル記憶部1
4、制御対象モデルによる推定制御量を演算する推定制
御量演算部15、制御対象モデルの逆モデルを記憶する
制御対象逆モデル記憶部16、制御対象モデルの逆モデ
ルにより操作量を演算する操作量演算部17、演算され
た操作量の信号を制御対象2へ出力する操作信号出力装
置18、制御対象2の制御量を検出する制御量検出装置
19、検出された制御対象2の制御量と演算された制御
対象モデルの推定制御量とから推定誤差emを演算して
減算部12へ出力する推定誤差演算部20を備えてい
る。
【0017】即ち、フィルタとして2次遅れフィルタを
用いると共に、入力した目標値rから推定誤差演算部2
0により演算された推定誤差emを減算し、この値が2
次遅れフィルタ演算部13により演算され、操作量演算
部17へ送出される。操作量演算部17では、2次遅れ
フィルタ演算部13により演算された値を入力して、入
力した値から操作量を生成することになるが、この場合
制御対象逆モデル記憶部16に記憶された制御対象モデ
ルの逆モデルを用いて操作量を演算し、この操作量を推
定制御量演算部15へ送出すると共に、操作信号出力装
置18を介しプロセス等の制御対象2へ送出する。この
結果、制御対象ではプロセス等の制御が実行される。こ
の制御対象2の実行した結果の制御量は、制御量検出装
置19で検出され、推定誤差演算部20へ送られる。ま
た、推定制御量演算部15は、制御対象モデル記憶部1
4に記憶された制御対象2のモデルに応じた推定制御量
を、上記操作量演算部17からの操作量に応じて演算し
推定誤差演算部20へ送出する。この結果、推定誤差演
算部では実際の制御対象2から得られた制御量と演算の
結果得られた制御対象モデルの推定制御量との差を演算
して推定誤差emとし、減算部12へ送出する。
【0018】ここで上記IMC1で用いられる2次遅れ
フィルタf2は、次式(5)のように表すことができ
る。
【0019】
【数5】
【0020】なお、式(5)中において、係数(調整用
パラメータ)ε1 =ε2 とすれば、パラメータは1個と
なり調整が簡単になる。ここで、対象プロセスの伝達関
数を式(6)のように設定する。
【0021】
【数6】
【0022】この場合、K=4,L=2(sec),T
1 =12.8(sec),T2 =20.0(sec)と
し、eは偏差(目標値r−制御値y)、Sはラプラス変
換で用いる複素パラメータを示す。そして、プロセスモ
デルの伝達関数を式(7)に示すような2次遅れ+むだ
時間系に選ぶ。
【0023】
【数7】
【0024】ただしこの場合、10%のモデル誤差が存
在するように、Km =4.4,Lm =2.2(se
c),T1 =14.08(sec),T2 =22.0
(sec)とする。こうして、対象プロセス及びこれに
対するプロセスモデルを決定し、上記の式(5)により
示されるフィルタを用いた場合のIMC1の制御特性は
図2,図3のようになる。
【0025】即ち図2は、IMC1の目標値追従性を示
すグラフであり、図中において、縦軸は制御量や操作量
を示し、横軸は時間(sec)を示している。ここで図
5は、条件として外乱d=0とし、時間t=0secに
おいて目標値rを「0」から「4」までステップ変化さ
せた場合の制御量yを示している。なお、点線はこのと
きの操作量uの変動を示し、その値は、図2(a)の場
合(調整パラメータε1 =ε2 =5.0の場合)は0.
62≦u≦11.03の範囲内にあり、また、図2
(b)の場合(調整パラメータε1 =ε2 =10.0の
場合)は0.97≦u≦2.80の範囲内にある。
【0026】また、図3はIMCの外乱抑制性を示すグ
ラフであり、縦軸は制御量や操作量を示し、横軸は時間
(sec)を示している。ここで図3は、条件として目
標値r=0とし、時間t=0secにおいて外乱dを
「0」から「1」までステップ変化させた場合の制御量
yを示している。なお、図3(a)は調整パラメータε
1 =ε2 =5.0の場合を示し、図3(b)は調整パラ
メータε1 =ε2 =10.0の場合を示している。
【0027】2次遅れフィルタを用いたこのIMC1の
目標値追従については、図2に示すように、オーバーシ
ュートのない良好な結果が得られ、また、外乱について
も、図3に示すように、十分に抑制することができる。
さらに1次遅れフィルタを用いた場合の従来例のような
操作量uの過変動が抑止されるため(図2参照)、目標
値追従性及び外乱抑制性の両立が操作量の過変動を伴う
ことなく可能になる。
【0028】このように、このIMC1は、目標値追従
性及び外乱抑制性が操作量の過変動を伴うことなく両立
できると共に、調整用パラメータεが1個で済むために
調整が簡単になり、さらにモデル誤差が大きい場合でも
安定した制御が可能になる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、2次遅れ
フィルタを備えて、目標値から制御対象の制御量と制御
対象モデルの推定制御量との誤差を差し引いた値を2次
遅れフィルタにより演算すると共に、この演算結果から
上記制御対象モデルの逆モデルにより操作量を演算し、
この操作量で上記制御対象を制御するようにしたので、
IMCの目標値追従及び外乱抑制が操作量の過変動を伴
うことなく達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るインターナルモデルコントローラ
(IMC)の一実施例を示すブロック図である。
【図2】上記IMCの目標値追従性を示すグラフであ
る。
【図3】上記IMCの外乱抑制性を示すグラフである。
【図4】従来のIMCの制御ブロック図である。
【図5】従来のIMCの目標値追従性を示すグラフであ
る。
【図6】従来のIMCの外乱抑制性を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1 IMC 2 制御対象 11 目標値入力部 12 減算部 13 2次遅れフィルタ演算部 14 制御対象モデル記憶部 15 推定制御量演算部 16 制御対象逆モデル記憶部 17 操作量演算部 18 操作信号出力装置 19 制御量検出装置 20 推定誤差演算部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年12月22日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 内部にフィルタ及び制御対象のモデルを備えプロセス等
    の制御対象を制御するインターナルモデルコントローラ
    において、 前記フィルタとして2次遅れフィルタを用いると共に、
    前記制御対象モデルによる推定制御量を操作量に応じて
    演算する第1の演算部と、前記操作量に基づいて制御さ
    れる前記制御対象の制御量と前記第1の演算部により演
    算された推定制御量との差を演算する第2の演算部と、
    目標値から第2の演算部の演算結果を差し引いた値を前
    記2次遅れフィルタにより演算すると共にこの演算結果
    から制御対象モデルの逆モデルにより操作量を演算する
    第3の演算部とを備えたことを特徴とするインターナル
    モデルコントローラ。
JP9148892A 1992-03-18 1992-03-18 インターナルモデルコントローラ Pending JPH05265515A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0660208A1 (en) * 1993-12-27 1995-06-28 Yamatake-Honeywell Co. Ltd. Controller
CN105404147A (zh) * 2015-11-26 2016-03-16 浙江大学宁波理工学院 一种湿法冶金金氰化浸出过程的自优化控制方法

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CN105404147B (zh) * 2015-11-26 2018-05-01 浙江大学宁波理工学院 一种湿法冶金金氰化浸出过程的自优化控制方法

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