JPH05274006A

JPH05274006A - 調節計

Info

Publication number: JPH05274006A
Application number: JP6859092A
Authority: JP
Inventors: Haruo Takatsu; 春雄高津
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1993-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】設定値変更と外乱抑制応答のどちらに対して
も、同一の演算パラメータで対応できるようにすると共
に、ロバスト性を高くする。【構成】制御対象であるプロセスからの現在のプロセス
量（ＰＶ）と外部から与えられた設定値（ＳＶ）とを入
力し、指定された応答時間（ＴＲ）を用いて現在のプロ
セス量からどの様にして前記設定値に近づけるかを指定
する参照軌道（ＲＳＶ）を計算する参照軌道計算部と、
参照軌道信号を内部の設定値とすると共にプロセスから
現在のプロセス量（ＰＶ）を入力し、このプロセス量を
内部設定値に近づけるように操作出力（ＭＶ）を計算し
この操作出力をプロセスに送出する操作出力演算部とを
備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度、流量、圧力など
各種のプロセス量を制御するのに用いられる調節計に関
し、更に詳しくは、予測制御の持つ参照軌道の概念を利
用した、いわゆる１自由度構造の使い勝手の良好な調節
計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプロセス制御の中心は、比例
（Ｐ），積分（Ｉ）あるいは比例，積分，微分（Ｄ）演
算によるフィードバック制御ないしはフィードフォワー
ド制御であり、その有効性は既に多くの実績から明らか
となっている。しかしながら、ＰＩＤ制御演算に用いら
れるＰＩＤ演算パラメータの最適な値は、外乱抑制時と
設定値変更時とでは異なっている。

【０００３】このために、従来装置においては、設定値
フィルタ（あるいは目標値フィルタ）を設け、設定値Ｓ
Ｖをこの設定値フィルタを介して制御演算部に印加する
ようにし、外乱抑制時と設定値変更時との条件が同じに
なるように構成するものもあった（例えば、雑誌「計
装」Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．２昭和６１年２月号「２自
由度ＰＩＤ制御方式とその応用広井和男」）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような装置においては、本質的に設定値の変更に対
する応答を、フィルタを用いて抑制しているに過ぎず、
プロセスの特性変動に対してきめ細かに対応することが
できないという課題がある。本発明は、このような点に
鑑みてなされたもので、設定値変更と外乱抑制応答のど
ちらに対しても同一で、かつ最適な演算パラメータで対
応することができ、プロセスの特性変動に対しても安定
した制御を行える調節計を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明は、制御対象であるプロセスからの現在のプロ
セス量（ＰＶ）と外部から与えられた設定値（ＳＶ）と
を入力し、指定された応答時間（ＴＲ）を用いて現在の
プロセス量からどの様にして前記設定値に近づけるかを
指定する参照軌道（ＲＳＶ）を計算する参照軌道計算部
と、この参照軌道計算部からの参照軌道信号を内部設定
値とすると共に前記プロセスから現在のプロセス量（Ｐ
Ｖ）を入力し、このプロセス量を内部設定値に近づける
ように操作出力（ＭＶ）を計算し、この操作出力をプロ
セスに送出する制御演算部とを備えた調節計である。

【０００６】

【作用】参照軌道計算部は、現在のプロセス量（ＰＶ）
と、外部から与えられる設定値（ＳＶ）と、指定された
応答時間（ＴＲ）を用いて現在のプロセス量からどの様
にして設定値（ＳＶ）に近づけるかを指定する参照軌道
（ＲＳＶ）を計算する。制御演算部は、実プロセスから
のプロセス量を入力すると共に参照軌道計算部から与え
られる参照軌道信号を内部設定値とし、ＰＩＤ制御演算
を行い、計算結果をプロセスに出力する。

【０００７】これにより、１自由度構造で使い勝手のよ
いＰＩＤ調節計を実現する。

【０００８】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施例の構成ブロック図
である。図において１は制御対象であるプラント（プロ
セス）で、生産量の変化、制御目標の変化、各種の外乱
等により、その動特性が変化するものとする。２は制御
対象であるプロセス１から出力される現在のプロセス量
（ＰＶ）と、外部から与えられる設定値（ＳＶ）とを入
力し、指定された応答時間（ＴＲ）を用いて現在のプロ
セス量からどの様にして設定値（ＳＶ）に近づけるかを
指定する参照軌道（ＰＳＶ）を計算する参照軌道計算部
である。

【０００９】この参照軌道部２に与える応答時間（Ｔ
Ｒ）は、例えば、プロセス１を含む閉ループ応答時間が
一つの演算定数（パラメータ）として与えられる。３は
制御演算部で、プロセス１からのプロセス量（ＰＶ）が
入力されると共に、参照軌道計算部２から参照軌道信号
（ＲＳＶ）が内部設定値として与えられている。この制
御演算部３は、例えばＰＩＤ制御演算を行うものであっ
て、プロセス量（ＰＶ）が、内部設定値に近づくように
（両者が重なるように）、操作出力（ＭＶ）を計算し、
この操作出力（ＭＶ）をプロセス１に送出する。

【００１０】この様に構成した装置の動作を、次に説明
する。図２は、例えば１００ｍｓあるいは２００ｍｓの
制御周期ごとに繰り返される動作を示すフローチャート
である。まず、参照軌道計算部２は、現在のプロセス量
ＰＶと設定値ＳＶとの間に、制御偏差が存在する場合、
現在のプロセス量ＰＶから設定値ＳＶまでの参照軌道信
号ＲＳＶを、（１）式に従って計算し、それを制御演算
部３に出力する。

【００１１】ＲＳＶ＝α・ＰＶ＋（１−α）・ＳＶ …（１）ただし、 α＝ｅｘｐ（−３・ＴＳ／ＴＲ）ＴＳは制御周期ＴＲは応答時間図３は、参照軌道計算部２で行われる軌道計算の概念図
である。

【００１２】調節計がプロセス１を安定して制御してい
る状態のもとでは、プロセス１からのプロセス量ＰＶ
と、設定値ＳＶとは一致した状態にある。いま、現在の
時点で設定値ＳＶが図示するように、ステップ状に変更
されたとすると、プロセス量ＰＶと設定値ＳＶとの間に
偏差が生ずる。この場合、参照軌道計算部２は、（１）
式に基づいて、現在のプロセス量ＰＶから設定値ＳＶま
での参照軌道信号ＲＳＶを計算する。このような計算
は、制御周期で行われていて、（１）式によって得られ
る計算値は、図３の〇点で示す通りとなり、参照軌道
は、これらの各点を結ぶことで得られる。

【００１３】ここで、プロセス１の特性が変動するよう
な場合、参照軌道計算部２に与える応答時間ＴＲを、プ
ロセスの特性に応じて調整する。即ち、例えば、プロセ
ス１のゲインが大きくなった場合には、応答時間ＴＲを
長くし、反対に小さくなった場合には、応答時間を短く
調整する。これにより、プロセスの特性が変化する場合
にも対応することが可能となり、ロバスト性を高くする
ことができる。

【００１４】なお、参照軌道を計算する概念は、例え
ば、高津；「内部モデル予測制御」コンピュートロール
Ｎｏ．２７．第５１頁〜第５８頁、コロナ社、１９８
９年に開示されている。制御演算部３は、参照軌道計算
部２から出力される参照軌道（ＲＳＶ）と、プロセス１
からのプロセス量ＰＶとを入力し、両者が重なるような
操作信号ＭＶを計算する。ここでの計算式は、（２）式
で代表される。

【００１５】ＭＶ＝ｆｕｎｃ（ＲＳＶ，ＰＶ，ＰＢ，ＴＩ，ＴＤ）＝ｆｕｎｃ（ＰＶ，ＳＶ，ＰＢ，ＴＩ，ＴＤ） …（２）ただし、ＰＢ；比例定数ＴＩ；積分定数ＴＤ；微分定数図４は、設定値ＳＶをステップ状に変化させた時、制御
演算部３で行われる制御演算の動作を示す概念図であ
る。制御演算部３は、図示するように、参照軌道計算部
２から出力される参照軌道（ＲＳＶ）と一致するような
操作信号ＭＶが、プロセス１に向けて出力される。

【００１６】図５は、本発明の他の実施例を示す構成ブ
ロック図である。この実施例では、参照軌道計算部２と
制御演算部３との間に、外部から与えられる設定値ＳＶ
と、参照軌道計算部２から出力される参照軌道信号ＲＳ
Ｖとを選択するＳＶ選択手段４を設けたものである。こ
のＳＶ選択手段４は、制御偏差（ＳＶ−ＰＶ）が所定の
値より小さくなると駆動信号が与えられ、設定値ＳＶを
選択し、参照軌道の計算をバイパスするように構成して
ある。なお、ＳＶ選択手段４に与える駆動信号は、例え
ば、参照軌道計算部２から与えるような構成としてもよ
い。

【００１７】この実施例によれば、設定値変更時におい
て、その制御偏差（ＳＶ−ＰＶ）が所定の値より大きい
場合にのみ、予測制御の持つ参照軌道の概念が導入され
るもので、操作信号ＰＶを変更後の設定値ＳＶにスムー
ズに落ちつかせることができる。なお、上記の実施例で
は、制御演算部３はＰＩＤ制御演算を行うことを想定し
たものであるが、ＰＩ演算を行うものでもよい。

【００１８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、以下のような効果がある調節計を実現できる。（ａ）設定値変更と外乱抑制応答のどちらに対しても、
同一のＰＩＤ演算パラメータで対応することができる。（ｂ）プロセスの特性変動に対して、参照軌道計算部２
に与える応答時間ＴＲを調整するだけで対応することが
でき、ロバスト性を高くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成ブロック図である。

【図２】制御周期ごとに繰り返される動作を示すフロー
チャートである。

【図３】参照軌道計算部で行われる軌道計算の概念図で
ある。

【図４】設定値ＳＶをステップ状に変化させた時制御演
算部で行われる制御演算の動作を示す概念図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す構成ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１プロセス（プラント）２参照軌道計算部３制御演算部４ＳＶ選択手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御対象であるプロセスからの現在のプロ
セス量（ＰＶ）と外部から与えられた設定値（ＳＶ）と
を入力し、指定された応答時間（ＴＲ）を用いて現在の
プロセス量からどの様にして前記設定値に近づけるかを
指定する参照軌道（ＲＳＶ）を計算する参照軌道計算部
と、この参照軌道計算部からの参照軌道信号を内部設定値と
すると共に前記プロセスから現在のプロセス量（ＰＶ）
を入力し、このプロセス量を内部設定値に近づけるよう
に操作出力（ＭＶ）を計算し、この操作出力をプロセス
に送出する制御演算部とを備えた調節計。
【請求項２】参照軌道計算部に与える応答時間（ＴＲ）
を、プロセスの特性変動に応じて調整するようにした請
求項１の調節計。
【請求項３】参照軌道計算部と制御演算部との間に、外
部から与えられる設定値（ＳＶ）と、参照軌道計算部か
ら出力される参照軌道信号（ＲＳＶ）とを選択するＳＶ
選択手段を設け、制御偏差（ＳＶ−ＰＶ）が所定の値よ
り小さくなると設定値（ＳＶ）を選択し、参照軌道の計
算をバイパスするようにした請求項１の調節計。