JPH0527804A - 最適プロセスコントローラ - Google Patents
最適プロセスコントローラInfo
- Publication number
- JPH0527804A JPH0527804A JP17954791A JP17954791A JPH0527804A JP H0527804 A JPH0527804 A JP H0527804A JP 17954791 A JP17954791 A JP 17954791A JP 17954791 A JP17954791 A JP 17954791A JP H0527804 A JPH0527804 A JP H0527804A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control
- load
- controller
- control unit
- equation
- Prior art date
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- Pending
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- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】負荷未知でもフィードホワード機能が得られ、
如何なる負荷変化に対しても適応制御機能があり、常に
最小制御面積が得られる最適プロセスコントローラを提
供する。 【構成】制御面積を最小とするＰＩＤ制御部２と、この
ＰＩＤ制御部２に直結され、プロセスのむだ時間を積分
時間とする比例ゲイン１のＰＩ制御部３と、このＰＩ制
御部３の出力を受け、その平方根を操作量として出力す
る開平部４とからなる。
如何なる負荷変化に対しても適応制御機能があり、常に
最小制御面積が得られる最適プロセスコントローラを提
供する。 【構成】制御面積を最小とするＰＩＤ制御部２と、この
ＰＩＤ制御部２に直結され、プロセスのむだ時間を積分
時間とする比例ゲイン１のＰＩ制御部３と、このＰＩ制
御部３の出力を受け、その平方根を操作量として出力す
る開平部４とからなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、プロセスのコントロ
ーラに関する。
ーラに関する。
【０００２】
【従来の技術】プロセス制御には、比例、積分、微分の
各演算部に所定のパラメータを設定して制御を行うＰＩ
Ｄ制御が一般に採用されている。しかしながら、パラメ
ータはプロセスとの関係で試行錯誤で決定されるもので
あり、最適な制御結果が得られないのが普通である。特
に、ＰＩＤ調整値は、プロセス特性で決まるから、最適
値として設定した調整値も負荷によって変わるプロセス
に適応して修正する必要がある。そのため、特定信号を
加えて調整値を修正するセルフチューニングＰＩＤ制御
も採用されている。また、負荷変動に対する制御性を向
上するため、図７に示すフィードホワード制御を使用す
ればよいことも知られている。
各演算部に所定のパラメータを設定して制御を行うＰＩ
Ｄ制御が一般に採用されている。しかしながら、パラメ
ータはプロセスとの関係で試行錯誤で決定されるもので
あり、最適な制御結果が得られないのが普通である。特
に、ＰＩＤ調整値は、プロセス特性で決まるから、最適
値として設定した調整値も負荷によって変わるプロセス
に適応して修正する必要がある。そのため、特定信号を
加えて調整値を修正するセルフチューニングＰＩＤ制御
も採用されている。また、負荷変動に対する制御性を向
上するため、図７に示すフィードホワード制御を使用す
ればよいことも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のＰＩＤ
制御では、調整値は、制御量と目標値の偏差の２乗が最
小となるように試行錯誤で求めたものであり、最適とは
言えない。また、仮に最適に調整してもプロセスの負荷
が変われば、プロセスの特性も変わるから、プロセス負
荷の変化に応じて調整値を変えなければならない。その
ため、プロセスの特性を知るための特定信号をプロセス
に送り、調整値を決定して負荷の変化ごとにコントロー
ラの調整値を修正するという複雑な過程を踏まなければ
ならない。
制御では、調整値は、制御量と目標値の偏差の２乗が最
小となるように試行錯誤で求めたものであり、最適とは
言えない。また、仮に最適に調整してもプロセスの負荷
が変われば、プロセスの特性も変わるから、プロセス負
荷の変化に応じて調整値を変えなければならない。その
ため、プロセスの特性を知るための特定信号をプロセス
に送り、調整値を決定して負荷の変化ごとにコントロー
ラの調整値を修正するという複雑な過程を踏まなければ
ならない。
【０００４】また、フィードホワード制御は、制御面積
をゼロにする点で優れた方式であるが、負荷（外乱）が
既知でなければ採用できない、という問題があった。こ
の発明は、上記問題点に着目してなされたものであっ
て、負荷が未知でも、最適調整の可能な最適プロセスコ
ントローラを提供することを目的としている。
をゼロにする点で優れた方式であるが、負荷（外乱）が
既知でなければ採用できない、という問題があった。こ
の発明は、上記問題点に着目してなされたものであっ
て、負荷が未知でも、最適調整の可能な最適プロセスコ
ントローラを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】この発明の最適
プロセスコントローラは、制御面積を最小とするＰＩＤ
制御部と、このＰＩＤ制御部に直結され、プロセスのむ
だ時間を積分時間とする比例ゲイン１のＰＩ制御部と、
このＰＩ制御部の出力を受け、その平方根を操作量とし
て出力する開平部とから構成されている。
プロセスコントローラは、制御面積を最小とするＰＩＤ
制御部と、このＰＩＤ制御部に直結され、プロセスのむ
だ時間を積分時間とする比例ゲイン１のＰＩ制御部と、
このＰＩ制御部の出力を受け、その平方根を操作量とし
て出力する開平部とから構成されている。
【０００６】このプロセスコントローラでは、例えばむ
だ時間Ｌを含む積分時定数Ｔの積分性プロセスに対する
最小制御面積として理論的にＬ2 ／Ｔが求められてお
り、ＰＩＤ制御部は最小制御面積がこの値となるように
設計され、次に、このＰＩＤ制御部に、プロセスのむだ
時間を積分時間とする比例ゲイン１のＰＩ制御部を直結
すると、制御面積を０とする制御結果を得ることができ
ることを説明する。
だ時間Ｌを含む積分時定数Ｔの積分性プロセスに対する
最小制御面積として理論的にＬ2 ／Ｔが求められてお
り、ＰＩＤ制御部は最小制御面積がこの値となるように
設計され、次に、このＰＩＤ制御部に、プロセスのむだ
時間を積分時間とする比例ゲイン１のＰＩ制御部を直結
すると、制御面積を０とする制御結果を得ることができ
ることを説明する。
【０００７】ところで、制御面積を０とすることは、特
開昭５９−４１００６号の第３図（図４）に示すプロセ
ス制御装置において、ｎ＝∞とする場合に相当する。す
なわち図４（ａ）の比例ゲインのｎを、図４（ｂ）のよ
うに後段にもってゆく。さらに、図４（ｂ）の後段は、
図４（ｃ）のように変形できる。ここで、ｎ＝∞を入れ
ると、図４（ａ）は、図４（ｄ）に変形できる。その結
果、このプロセス制御装置は、
開昭５９−４１００６号の第３図（図４）に示すプロセ
ス制御装置において、ｎ＝∞とする場合に相当する。す
なわち図４（ａ）の比例ゲインのｎを、図４（ｂ）のよ
うに後段にもってゆく。さらに、図４（ｂ）の後段は、
図４（ｃ）のように変形できる。ここで、ｎ＝∞を入れ
ると、図４（ａ）は、図４（ｄ）に変形できる。その結
果、このプロセス制御装置は、
【０００８】
【数１】
【０００９】で表せる。これにより、ＰＩＤ制御部にＰ
Ｉ制御部を直結することにより負荷が未知の場合でも制
御面積をゼロとする制御結果を得ることができることに
なる。次に、ＰＩ制御部の出力をさらに開平部を通して
出力とする回路は特開平２−３９２０２号のプロセス制
御回路に相当し、負荷の低下につれて良好な制御結果を
得る適応制御回路である。特開平２−３９２０２号のプ
ロセス制御回路は、図５の（ａ）に概略図を示すよう
に、制御回路の出力で入力を割る回路であるから 、ｒ−ｘ＝ｅ、ｅ／ｍ・Ｇc ＝ｍ、∴ｅＧc ＝ｍ2 したがって、
Ｉ制御部を直結することにより負荷が未知の場合でも制
御面積をゼロとする制御結果を得ることができることに
なる。次に、ＰＩ制御部の出力をさらに開平部を通して
出力とする回路は特開平２−３９２０２号のプロセス制
御回路に相当し、負荷の低下につれて良好な制御結果を
得る適応制御回路である。特開平２−３９２０２号のプ
ロセス制御回路は、図５の（ａ）に概略図を示すよう
に、制御回路の出力で入力を割る回路であるから 、ｒ−ｘ＝ｅ、ｅ／ｍ・Ｇc ＝ｍ、∴ｅＧc ＝ｍ2 したがって、
【００１０】
【数２】
【００１１】これにより、図５の（ｂ）に示すように、
出力の平方根を操作量とすることによって、負荷の低下
につれて良好な制御結果を得ることができる。
出力の平方根を操作量とすることによって、負荷の低下
につれて良好な制御結果を得ることができる。
【００１２】
【実施例】以下、実施例により、この発明をさらに詳細
に説明する。図１は、むだ時間を含む積分形プロセス
に、本発明を適用した場合のコントローラの機能ブロッ
ク図である。コントローラ１は、制御面積を最小とする
ＰＩＤ制御部２と、制御面積を０とするＰＩ制御部３
と、適応制御を行う開平部４とから構成されている。な
お、図１において、ｘは制御量、ｍは操作量、ｖは負
荷、ｒは目標値である。また、プロセス５のＴ'は中間
負荷における積分時定数、Ｌ'は中間負荷におけるむだ
時間であって、定格負荷時には、それぞれＴ、Ｌとす
る。コントローラの比例ゲインをＫP 、積分時間を
ＴI 、微分時間をＴD とし、並列のＰＩＤを採用した場
合を図示すると、図２となる。この回路においては、次
式が成立つ。
に説明する。図１は、むだ時間を含む積分形プロセス
に、本発明を適用した場合のコントローラの機能ブロッ
ク図である。コントローラ１は、制御面積を最小とする
ＰＩＤ制御部２と、制御面積を０とするＰＩ制御部３
と、適応制御を行う開平部４とから構成されている。な
お、図１において、ｘは制御量、ｍは操作量、ｖは負
荷、ｒは目標値である。また、プロセス５のＴ'は中間
負荷における積分時定数、Ｌ'は中間負荷におけるむだ
時間であって、定格負荷時には、それぞれＴ、Ｌとす
る。コントローラの比例ゲインをＫP 、積分時間を
ＴI 、微分時間をＴD とし、並列のＰＩＤを採用した場
合を図示すると、図２となる。この回路においては、次
式が成立つ。
【００１３】
【数３】
【００１４】この（１）式を整理して
【００１５】
【数４】
【００１６】したがって、制御量ｘは、
【００１７】
【数５】
【００１８】となる。プロセスの負荷特性として、
【００１９】
【数６】
【００２０】の関係がある。したがって、安定時にはｍ
が負荷ｖになることから、（３）式のｍをｖとすると制
御量ｘは、
が負荷ｖになることから、（３）式のｍをｖとすると制
御量ｘは、
【００２１】
【数７】
【００２２】既に求めた最適調整値として、ＫP ＝３Ｔ
／Ｌ、ＴI ＝３Ｌ、ＴD ＝Ｌを（４）式に挿入して整理
すると、
／Ｌ、ＴI ＝３Ｌ、ＴD ＝Ｌを（４）式に挿入して整理
すると、
【００２３】
【数８】
【００２４】ｓ領域のｘをｔ領域に変換すると、
【００２５】
【数９】
【００２６】この（６）式から制御面積を求めると
【００２７】
【数１０】
【００２８】となる。上記（６）式をプロットすると、
図６の実線のようになる。マイナス部の面積とプラス部
の面積は等しくなる。破線は負荷が１／４になったとき
であって、この場合も制御面積は０となる。図３は、実
施例コントローラの具体的な回路図である。このコント
ローラは、比例要素２１、積分要素２２及び微分要素２
３を含むＰＩＤ制御部２、ＰＩ制御部３、開平部４の他
に自動／手動切替スイッチ１１、１２、手動時のアップ
ダウンスイッチ１３、１４、ホールドアンプ１５を備え
ている。
図６の実線のようになる。マイナス部の面積とプラス部
の面積は等しくなる。破線は負荷が１／４になったとき
であって、この場合も制御面積は０となる。図３は、実
施例コントローラの具体的な回路図である。このコント
ローラは、比例要素２１、積分要素２２及び微分要素２
３を含むＰＩＤ制御部２、ＰＩ制御部３、開平部４の他
に自動／手動切替スイッチ１１、１２、手動時のアップ
ダウンスイッチ１３、１４、ホールドアンプ１５を備え
ている。
【００２９】この実施例コントローラにおいて、自動／
手動切替スイッチ１１、１２を自動に切替えた場合の操
作量ｍは次のようになる。
手動切替スイッチ１１、１２を自動に切替えた場合の操
作量ｍは次のようになる。
【００３０】
【数１１】
【００３１】の関係において、ｍは最終的にｖとなるか
ら、Ｌ／√ｍは、Ｌ’となる。したがって、ｍ＝ｃ（１
＋Ｌ'S ）、即ち
ら、Ｌ／√ｍは、Ｌ’となる。したがって、ｍ＝ｃ（１
＋Ｌ'S ）、即ち
【００３２】
【数１２】
【００３３】となる。したがって
【００３４】
【数１３】
【００３５】となる。したがって
【００３６】
【数１４】
【００３７】となる。このｍが開平のモジュール４を通
るから操作量は√ｍとなる。
るから操作量は√ｍとなる。
【００３８】
【発明の効果】この発明によれば、プロセスの特性、
（一次おくれ形の場合：ゲイン・時定数、むだ時間、積
分形の場合：積分時定数、むだ時間）を検出し、その特
性の関数値としてコントローラの調整値を設定するだけ
で、プロセスに加わる負荷の変化に対して適応制御機
能、セルフチューニング機能、フィードホワード機能を
発揮し、簡単な制御回路で常に最適な制御結果を得るこ
とができる。
（一次おくれ形の場合：ゲイン・時定数、むだ時間、積
分形の場合：積分時定数、むだ時間）を検出し、その特
性の関数値としてコントローラの調整値を設定するだけ
で、プロセスに加わる負荷の変化に対して適応制御機
能、セルフチューニング機能、フィードホワード機能を
発揮し、簡単な制御回路で常に最適な制御結果を得るこ
とができる。
【図１】むだ時間を含む積分形プロセスに本発明を適用
した場合のコントローラの機能ブロック図である。
した場合のコントローラの機能ブロック図である。
【図２】実施例コントローラに並列ＰＩＤを採用した場
合のブロック図である。
合のブロック図である。
【図３】実施例コントローラの具体的な回路を示す回路
図である。
図である。
【図４】制御面積を０とする回路を得るための説明図で
ある。
ある。
【図５】負荷変動に対しての影響が少ないことについて
の説明図である。
の説明図である。
【図６】実施例コントローラにおけるフィードホワード
機能を説明するための波形図である。
機能を説明するための波形図である。
【図７】一般的なフィードホワードを説明するためのブ
ロック図である。
ロック図である。
１ コントローラ ２ ＰＩＤ制御部 ３ ＰＩ制御部 ４ 開平演算部 ５ プロセス
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】制御面積を最小とするＰＩＤ制御部と、こ
のＰＩＤ制御部に直結され、プロセスのむだ時間を積分
時間とする比例ゲイン１のＰＩ制御部と、このＰＩ制御
部の出力を受け、その平方根を操作量として出力する開
平部とからなる最適プロセスコントローラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17954791A JPH0527804A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 最適プロセスコントローラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17954791A JPH0527804A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 最適プロセスコントローラ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0527804A true JPH0527804A (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=16067659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17954791A Pending JPH0527804A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 最適プロセスコントローラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0527804A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5691896A (en) * | 1995-08-15 | 1997-11-25 | Rosemount, Inc. | Field based process control system with auto-tuning |
| US5812428A (en) * | 1995-09-22 | 1998-09-22 | Rosemount Inc. | Process controller having non-integrating control function and adaptive bias |
| US5818714A (en) * | 1996-08-01 | 1998-10-06 | Rosemount, Inc. | Process control system with asymptotic auto-tuning |
-
1991
- 1991-07-19 JP JP17954791A patent/JPH0527804A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5691896A (en) * | 1995-08-15 | 1997-11-25 | Rosemount, Inc. | Field based process control system with auto-tuning |
| US5812428A (en) * | 1995-09-22 | 1998-09-22 | Rosemount Inc. | Process controller having non-integrating control function and adaptive bias |
| US5818714A (en) * | 1996-08-01 | 1998-10-06 | Rosemount, Inc. | Process control system with asymptotic auto-tuning |
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