JPH0534682B2 - - Google Patents
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- JPH0534682B2 JPH0534682B2 JP58040742A JP4074283A JPH0534682B2 JP H0534682 B2 JPH0534682 B2 JP H0534682B2 JP 58040742 A JP58040742 A JP 58040742A JP 4074283 A JP4074283 A JP 4074283A JP H0534682 B2 JPH0534682 B2 JP H0534682B2
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
- G05B13/045—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance using a perturbation signal
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は多入出力プロセスを閉ループ制御しな
がらサンプル値Ｉ−PD制御演算部のサンプル値
制御定数をプロセスの特性に従つて、最適値に自
動調整する機能を有する多入出力サンプル値Ｉ−
PD制御装置に関する。 〔従来技術とその問題点〕 この発明の基になるアルゴリズムに関しては、
「異なるサンプリング周期を有するサンプル値非
干渉Ｉ−PD制御系の設計法」（第25回自動制御連
合講演会、1072、昭和57年11月）で、その基本式
が発明者らにより提案されている。 この「異なるサンプリング周期を有するサンプ
ル値非干渉Ｉ−PD制御系の設計法」で提案した
サンプル値Ｉ−PD制御装置は、目標値に対する
速応性と外乱に対する抑制性の両面に優れた制御
系を構成することができ、つぎのような機能の付
加が要求されている。 (1) 操作中のプロセスの動特性変化に応じられる
ように、閉ループ制御中にオンライン同定し、
その同定結果に基づいて制御定数を決定する機
能。 (2) 構成後の閉ループ制御系が定常偏差ゼロでオ
ーバーシユート約10％のステツプ応答をもつよ
うに制御定数を決定しており、オーバーシユー
トのない制御系を構成せよという設計仕様をも
満足することのできる機能。 〔発明の目的〕 この発明は上述した従来装置の要求を満足する
ためになされたもので、制御対象となる多入出力
プロセスを閉ループ制御しながら同定し、その同
定結果に基づいてサンプル値制御定数を決定する
一連の処理において、制御対象が干渉のある多入
出力プロセスであつても閉ループ制御系は非干渉
系となるように構成することによつて、最適な制
御状態で制御することができ、また、非干渉化後
の各部分制御系毎に、０％〜20％の任意のオーバ
ーシユートをもつステツプ応答特性を実現できる
ように構成することによつて、高度な設計仕様を
満足することができ、さらに、各制御ループのサ
ンプル制御周期を個々任意に設定できるよう構成
することによつて、サンプル値Ｉ−PD制御演算
部における必要以上の処理を省き、マイクロプロ
セツサで実現することのできる多入出力サンプル
値Ｉ−PD制御装置を提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 この発明は、制御対象となる多入出力プロセス
と、これら多入出力プロセスをサンプル値制御す
るサンプル値Ｉ−PD制御演算部と、前記サンプ
ル値Ｉ−PD制御演算部で制御される複数個の制
御閉ループ内にパーシステントリ・エキサイテイ
ング信号からなる複数個の同定信号を印加する同
定信号発生部と、この複数個の同定信号を前記サ
ンプル値Ｉ−PD制御演算部の複数個の出力信号
に加算して得られる複数個の操作信号および前記
多入出力プロセスの複数個の制御量をサンプリン
グして得られる複数個のプロセス信号を入力し、
これらから前記多入出力プロセスのパルス伝達関
数行列を同定するパルス伝達関数行列同定部と、
このパルス伝達関数行列同定部で得られるパルス
伝達関数行列からＳ領域の伝達関数行列を演算す
る伝達関数行列演算部と、前記多入出力プロセス
の設計仕様に基づいて前記制御閉ループ各々の設
計パラメータを設定する設計パラメータ設定部
と、この設計パラメータ設定部で設定された設計
パラメータと前記伝達関数行列演算部で演算部の
演算結果から前記サンプル値Ｉ−PD制御演算部
の制御定数を算出するサンプル値制御定数演算部
とを具備してなることを特徴とする多入出力サン
プル値Ｉ−PD制御装置であり、非干渉化された
各部分制御毎に０％〜20％の任意のオーバーシユ
ート量のステツプ応答特性をもたせることができ
るように拡張することにより、発明の目的を達成
することのできる多入出力サンプル値Ｉ−PD制
御装置である。 〔発明の効果〕 本発明によれば、サンプル値コントローラの出
力信号に数％程度の小さな同定信号を加えて操作
信号としてプロセスへ注入し、閉ループ制御を実
施しながら、サンプル制御周期毎の操作信号とプ
ロセス信号とからプロセスのパルス伝達関数行列
を同定し、同定して得られるパルス伝達関数行列
のステツプ応答を直線で結んだ応答をラプラス変
換した結果からＳ領域の伝達関数行列を演算し、
その伝達関数行列からサンプル値Ｉ−PD制御定
数を演算し、その演算結果の制御定数を用いて閉
ループ制御を行わせることにより、自動的にサン
プル値Ｉ−PD制御定数を調整することができる。 本発明による装置ではプロセスの動特性を知る
のに閉ループ制御中に微少な同定信号を用いてい
るので、限界感度法、リミツトサイクル法などと
比べてプロセスを大きく変動させなくてすみ実用
的である。また、閉ループ制御を実行しながらプ
ロセスの動特性の同定と制御定数の自動調整がで
きるので、コントローラの実機調整期間がほとん
どいらなくプラントを高い稼動率で操作すること
ができる。 また、コントローラの比例ゲインをゼロに固定
すると開ループ状態となるが、同定信号をコント
ローラの出力箇所で加えているので、閉ループの
みならず開ループでもプロセスの動特性を同定す
ることができる。なお、特に同定信号としてＭ系
列信号を用いる場合、Ｍ系列信号は２値もしくは
３値の値を取るので同定するプロセスを無理なく
動作させることができ安定に同定できる。またＭ
系列信号は多くの周波数成分を含んでいるので、
同定に要する時間を短縮することができる。さら
にまた、Ｍ系列信号はその発生が比較的容易で簡
単なロジツクの構成で得られるので装置を小型化
することができる。 また、干渉のある多入出力プロセスを制御対象
として前述の処理を行い、構成後の閉ループ制御
系を非干渉することができるので、制御対象が干
渉の強いプロセスであり、そのうえ目標値がそれ
ぞれ固有に変化するような場合においても、本発
明による制御装置を用いて閉ループ制御系を構成
すればあたかも各ループが独立して存在している
がごとくの良好な制御効果を得ることができる。
このとき目標値変化に対する制御量の追従性だけ
でなく、外乱印加に対する抑制性も同時に優れた
制御系を構成することができる。 また、制御対象のプロセスを干渉のある多入出
力系としているが、その特殊な場合として干渉の
ない多入出力系や１入出力系を含んでいるので、
これらのプロセスに対しても本発明による装置を
そのまま用いることができる。 さらに本発明による制御装置では、非干渉化し
た各部分制御系にそれぞれ任意のステツプ応答特
性をもたせることができるので、例えばオーバー
シユートの全く許されない液面制御を含む多入出
力制御系を構成する際には、液位を制御量とする
部分制御系にオーバーシユートなしのステツプ応
答特性をもたせて設計することができ、高度な設
計仕様を満足することができる。 さらに、本発明による装置では、複数個の制御
ループのサンプル制御周期に各々任意の値を設定
することができるので、所望の制御効果を得るの
に必要最少限まで計算量を減らすことができ、そ
の結果マイクロプロセツサで本発明による装置を
実現することができる。 また、複数個の制御ループがすべて同じサンプ
ル制御周期で動作するようにもできる。 〔発明の実施例〕 この発明の一実施例について図面を用いて詳細
に説明する。第１図はこの発明に係る多入出力サ
ンプル値Ｉ−PD制御装置の回路構成を示すブロ
ツク図である。 制御対象は、プラントの温度、圧力、流量、液
位などを制御するように構成された多入出力プロ
セス１であり、サンプルホールド部２と、複数個
の目標値（ベクトルｒ(t)）と多入出力プロセス１
の複数個の制御量（ベクトルｙ(t)）から複数個の
制御偏差（ベクトルｅ(t)）を演算する演算部３
と、複数個のサンプラが所定のサンプル制御周期
で動作するサンプラ４，５と、サンプラ４の出力
するサンプルされた複数個の制御偏差信号（ベク
トルe*）とサンプラ５の出力するサンプルプロセ
ス信号ベクトルy*を基に多入出力プロセス１を
制御するサンプル値Ｉ−PD制御演算部６と、同
定信号発生部７と、この同定信号発生部７の出力
である同定信号ベクトルv*とサンプル値Ｉ−PD
制御演算部６の出力ベクトルn0 *を加算部８で加
算し、その出力ベクトルu*とサンプルプロセス
信号ベクトルy*を入力として、多入出力プロセ
ス１のパラメータを同定するパルス伝達関数行列
同定部９と、その結果からＳ領域の伝達関数行列
を演算する伝達関数行列演算部１０と、あらかじ
め多入出力プロセス１の設計仕様に基づいて設計
パラメータを設定する設計パラメータ設定部１１
と、伝達関数行列演算部１０と設計パラメータ設
定部１１の出力を基にサンプル値Ｉ−PD制御演
算部の制御定数を演算するサンプル値制御定数演
算部１２とで多入出力サンプル値Ｉ−PD制御装
置が構成されている。 次に本発明による装置の各構成部について説明
する。 多入出力プロセス１のコントローラであるサン
プル値Ｉ−PD制御演算部６は、Ｉ動作演算部１
３とPD動作演作部１４とそれらの出力を演算す
る演算部１５により構成されており、後述のサン
プル値Ｉ−PD制御定数を用いてサンプラ４，５
の出力信号ベクトルe*、y*を入力して信号u0 *を
出力する。 加算部８は、サンプル値Ｉ−PD制御演算部６
の出力信号ベクトルu0 *と同定信号ベクトルv*を
加算し、加算された信号ベクトルu*がサンプル
ホールド部２でサンプルホールドされて多入出力
プロセス１への操作信号ベクトルｕ(t)となる。 同定信号発生部７は、サンプル値Ｉ−PD制御
演算部６の出力信号ベクトルu0 *に加える同定信
号ベクトルv*を発生する。この同定信号は多周
波数成分を含んでいる信号で、本実施例では簡単
なアルゴリズムで作ることのできるＭ系列信号を
同定信号として採用する。 パルス伝達関数行列同定部９は、ベクトルu*
とy*とから、多入出力プロセス１の動特性を表
わすパルス伝達関数行列を時系列処理により同定
するものである。同定信号はパーシステントリ・
エキサイテイング信号としてＭ系列信号を用いて
いるので、閉ループ制御中に多入出力プロセス１
への操作信号とプロセス信号からパルス伝達関数
行列が同定可能となる。同定手法は幾通りかある
が、例えば、計測自動制御学会編システム同定第
７章相良、秋月、中溝、片山共著に記載されてい
る同定手法のうち、不偏一致推定値が得られる逐
次型同定アルゴリズムであれば何でもよい。伝達
関数行列演算部１０では、パルス伝達関数行列同
定部９で同定したパルス伝達関数行列から、Ｓ領
域における多入出力プロセスの伝達関数行列Gp
(s)を演算する。ここでは、同定した多入出力プロ
セスのパルス伝達関数行列のステツプ応答が実プ
ロセスのステツプ応答に一致することに着目した
アルゴリズムを用いる。 本実施例では、Ｉ動作演算部１３とPD動作演
算部１４の構造を次式で表現する。 K*（Δ）＝K*Δ-1 ……第１式 F*（Δ）＝F* 0＋F* 1Δ ……第２式 ここでΔは δi＝（１−Zi-1）／τi……第３式 zi＝e〓is ……第４式 で定義されるδ1，δ2，…を対角要素にもつ対角行
列である。また、τiは、任意に選定できる、第ｉ
制御ループ固有のサンプル制御周期である。この
第１式、第２式のK*，F* 0，F* 1行列をサンプル値
制御定数演算部１２で次にのべる方法により演算
している。 目標値から制御量までの伝達関数を参照モデル
Ｍ〓に等しくすることを考える。 すなわち関係式 Ｉ＋sK-1（Ｈ＋Ｆ）＝Ｍ〓……第５式 がＳの低次モーメントからできるだけ高次モーメ
ントまで成立するようにサンプル値制御定数を決
定する。ただし、第５式において、Ｋ，Ｆ，Ｈは
それぞれ Ｋ＝K* ……第６式 Ｆ＝１／ｓ〔F* 0Δ＋F* 1Δ2〕 ……第７式 Ｈ＝G-1 p(s) ……第８式 である。 ここで重要なのは参照モデルＭ〓であり、本実
施例では次式で表わされるモデルを使用する。Ｍ 〓＝Ｉ＋ΣS＋Γ2Σ2s2＋Γ3Σ3s3＋Γ4Σ4s4 第９式 ここでΣ，Γ2，Γ3，Γ4は対角行列であり、Σ
は第５式でK*，F* 0，F* 1を求める際に決定され
る。Γ2，Γ3，Γ4は設計パラメータである。 設計パラメータ設定部１１は、ｐ個の制御ルー
プに各々固有のサンプル制御周期τ1，τ2，…，τp
と応答形状指定のパラメータＴ，Γ1，Γ2，Γ3，
Γ4を次式により演算する。 Ｉ−Ｐ動作：γ2i＝１／２αi＋１／３（１−αi） ……第12式 Ｉ−PD動作：γ2i＝１／２αi＋３／８（１−αi） ……第13式 Ｉ−Ｐ動作：γ3i＝３／20αi＋１／27（１−αi） ……第15式 Ｉ−PD動作：γ3i＝３／20αi＋１／16（１−αi） ……第16式 Ｉ−PD動作：γ4i＝３／100αi＋１／256（１−αi） ……第18式 この設計パラメータ設定部１１で設定された設
計パラメータを用いてサンプル値制御定数演算部
１２でサンプル値Ｉ−PD制御定数を演算し、求
めた制御定数によりサンプル値Ｉ−PD制御演算
部６がサンプル値Ｉ−PD制御を行うことになり、
制御定数の自動調整機能が実行されることにな
る。 また、サンプル値制御定数演算部１２でサンプ
ル値Ｉ−PD制御定数を演算するのに、非干渉制
御系の設計法を採用していることにより、干渉の
強い多入出力プロセスを制御対象とする場合で
も、閉ループ制御系は非干渉化され、あたかも各
部分制御系が独立に存在しているかのごとく良好
な制御効果を得ることができる。しかも、従来技
術の問題点として指摘した極雰相殺も本発明のサ
ンプル値Ｉ−PD制御装置を用いれば起こらない
ので、目標値に対する制御量の追従性のみならず
外乱印加に対する抑制性にも優れた制御系を構成
することができる。 しかも非干渉化後の各部分制御系に各々固有の
ステツプ応答特性をもたせることができるので、
高度な設計仕様を満足することができる。加え
て、各制御ループにそれぞれ異なるサンプル制御
周期を指定することによつて、経済面でも優れた
制御系を構成することができる。 〔発明の他の実施例〕 上述した本発明の実施例では同定信号としてＭ
系列信号を用いたが定常不規則過程に属する信号
であれば、Ｍ系列信号でなく疑似ランダム信号で
で正規乱数信号でも何でも良い。またＭ系列信号
を直接用いるのではなく、一旦、発生させたＭ系
列信号をデイジタルフイルタを通して得た出力信
号を用いても良い。 上述した本発明の実施例の設計パラメータ設定
部１１で、ステツプ応答のオーバーシユートに関
するパラメータαi、ｉ＝１、…、ｐは設計仕様に
基づいてあらかじめ選定したが、これらは、閉ル
ープ制御中に設定値を変更しても制御性能に悪影
響を及ぼすことは全くない。 また、説明パラメータ設定部では、パラメータ
αiを必要に応じ設定しているが、各部分制御系の
αiに対して複数個の値をあらかじめ用意してお
き、それらを切換装置で切換えて設定してもよ
い。さらには連続的に変えることのできる装置を
備えても良い。
がらサンプル値Ｉ−PD制御演算部のサンプル値
制御定数をプロセスの特性に従つて、最適値に自
動調整する機能を有する多入出力サンプル値Ｉ−
PD制御装置に関する。 〔従来技術とその問題点〕 この発明の基になるアルゴリズムに関しては、
「異なるサンプリング周期を有するサンプル値非
干渉Ｉ−PD制御系の設計法」（第25回自動制御連
合講演会、1072、昭和57年11月）で、その基本式
が発明者らにより提案されている。 この「異なるサンプリング周期を有するサンプ
ル値非干渉Ｉ−PD制御系の設計法」で提案した
サンプル値Ｉ−PD制御装置は、目標値に対する
速応性と外乱に対する抑制性の両面に優れた制御
系を構成することができ、つぎのような機能の付
加が要求されている。 (1) 操作中のプロセスの動特性変化に応じられる
ように、閉ループ制御中にオンライン同定し、
その同定結果に基づいて制御定数を決定する機
能。 (2) 構成後の閉ループ制御系が定常偏差ゼロでオ
ーバーシユート約10％のステツプ応答をもつよ
うに制御定数を決定しており、オーバーシユー
トのない制御系を構成せよという設計仕様をも
満足することのできる機能。 〔発明の目的〕 この発明は上述した従来装置の要求を満足する
ためになされたもので、制御対象となる多入出力
プロセスを閉ループ制御しながら同定し、その同
定結果に基づいてサンプル値制御定数を決定する
一連の処理において、制御対象が干渉のある多入
出力プロセスであつても閉ループ制御系は非干渉
系となるように構成することによつて、最適な制
御状態で制御することができ、また、非干渉化後
の各部分制御系毎に、０％〜20％の任意のオーバ
ーシユートをもつステツプ応答特性を実現できる
ように構成することによつて、高度な設計仕様を
満足することができ、さらに、各制御ループのサ
ンプル制御周期を個々任意に設定できるよう構成
することによつて、サンプル値Ｉ−PD制御演算
部における必要以上の処理を省き、マイクロプロ
セツサで実現することのできる多入出力サンプル
値Ｉ−PD制御装置を提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 この発明は、制御対象となる多入出力プロセス
と、これら多入出力プロセスをサンプル値制御す
るサンプル値Ｉ−PD制御演算部と、前記サンプ
ル値Ｉ−PD制御演算部で制御される複数個の制
御閉ループ内にパーシステントリ・エキサイテイ
ング信号からなる複数個の同定信号を印加する同
定信号発生部と、この複数個の同定信号を前記サ
ンプル値Ｉ−PD制御演算部の複数個の出力信号
に加算して得られる複数個の操作信号および前記
多入出力プロセスの複数個の制御量をサンプリン
グして得られる複数個のプロセス信号を入力し、
これらから前記多入出力プロセスのパルス伝達関
数行列を同定するパルス伝達関数行列同定部と、
このパルス伝達関数行列同定部で得られるパルス
伝達関数行列からＳ領域の伝達関数行列を演算す
る伝達関数行列演算部と、前記多入出力プロセス
の設計仕様に基づいて前記制御閉ループ各々の設
計パラメータを設定する設計パラメータ設定部
と、この設計パラメータ設定部で設定された設計
パラメータと前記伝達関数行列演算部で演算部の
演算結果から前記サンプル値Ｉ−PD制御演算部
の制御定数を算出するサンプル値制御定数演算部
とを具備してなることを特徴とする多入出力サン
プル値Ｉ−PD制御装置であり、非干渉化された
各部分制御毎に０％〜20％の任意のオーバーシユ
ート量のステツプ応答特性をもたせることができ
るように拡張することにより、発明の目的を達成
することのできる多入出力サンプル値Ｉ−PD制
御装置である。 〔発明の効果〕 本発明によれば、サンプル値コントローラの出
力信号に数％程度の小さな同定信号を加えて操作
信号としてプロセスへ注入し、閉ループ制御を実
施しながら、サンプル制御周期毎の操作信号とプ
ロセス信号とからプロセスのパルス伝達関数行列
を同定し、同定して得られるパルス伝達関数行列
のステツプ応答を直線で結んだ応答をラプラス変
換した結果からＳ領域の伝達関数行列を演算し、
その伝達関数行列からサンプル値Ｉ−PD制御定
数を演算し、その演算結果の制御定数を用いて閉
ループ制御を行わせることにより、自動的にサン
プル値Ｉ−PD制御定数を調整することができる。 本発明による装置ではプロセスの動特性を知る
のに閉ループ制御中に微少な同定信号を用いてい
るので、限界感度法、リミツトサイクル法などと
比べてプロセスを大きく変動させなくてすみ実用
的である。また、閉ループ制御を実行しながらプ
ロセスの動特性の同定と制御定数の自動調整がで
きるので、コントローラの実機調整期間がほとん
どいらなくプラントを高い稼動率で操作すること
ができる。 また、コントローラの比例ゲインをゼロに固定
すると開ループ状態となるが、同定信号をコント
ローラの出力箇所で加えているので、閉ループの
みならず開ループでもプロセスの動特性を同定す
ることができる。なお、特に同定信号としてＭ系
列信号を用いる場合、Ｍ系列信号は２値もしくは
３値の値を取るので同定するプロセスを無理なく
動作させることができ安定に同定できる。またＭ
系列信号は多くの周波数成分を含んでいるので、
同定に要する時間を短縮することができる。さら
にまた、Ｍ系列信号はその発生が比較的容易で簡
単なロジツクの構成で得られるので装置を小型化
することができる。 また、干渉のある多入出力プロセスを制御対象
として前述の処理を行い、構成後の閉ループ制御
系を非干渉することができるので、制御対象が干
渉の強いプロセスであり、そのうえ目標値がそれ
ぞれ固有に変化するような場合においても、本発
明による制御装置を用いて閉ループ制御系を構成
すればあたかも各ループが独立して存在している
がごとくの良好な制御効果を得ることができる。
このとき目標値変化に対する制御量の追従性だけ
でなく、外乱印加に対する抑制性も同時に優れた
制御系を構成することができる。 また、制御対象のプロセスを干渉のある多入出
力系としているが、その特殊な場合として干渉の
ない多入出力系や１入出力系を含んでいるので、
これらのプロセスに対しても本発明による装置を
そのまま用いることができる。 さらに本発明による制御装置では、非干渉化し
た各部分制御系にそれぞれ任意のステツプ応答特
性をもたせることができるので、例えばオーバー
シユートの全く許されない液面制御を含む多入出
力制御系を構成する際には、液位を制御量とする
部分制御系にオーバーシユートなしのステツプ応
答特性をもたせて設計することができ、高度な設
計仕様を満足することができる。 さらに、本発明による装置では、複数個の制御
ループのサンプル制御周期に各々任意の値を設定
することができるので、所望の制御効果を得るの
に必要最少限まで計算量を減らすことができ、そ
の結果マイクロプロセツサで本発明による装置を
実現することができる。 また、複数個の制御ループがすべて同じサンプ
ル制御周期で動作するようにもできる。 〔発明の実施例〕 この発明の一実施例について図面を用いて詳細
に説明する。第１図はこの発明に係る多入出力サ
ンプル値Ｉ−PD制御装置の回路構成を示すブロ
ツク図である。 制御対象は、プラントの温度、圧力、流量、液
位などを制御するように構成された多入出力プロ
セス１であり、サンプルホールド部２と、複数個
の目標値（ベクトルｒ(t)）と多入出力プロセス１
の複数個の制御量（ベクトルｙ(t)）から複数個の
制御偏差（ベクトルｅ(t)）を演算する演算部３
と、複数個のサンプラが所定のサンプル制御周期
で動作するサンプラ４，５と、サンプラ４の出力
するサンプルされた複数個の制御偏差信号（ベク
トルe*）とサンプラ５の出力するサンプルプロセ
ス信号ベクトルy*を基に多入出力プロセス１を
制御するサンプル値Ｉ−PD制御演算部６と、同
定信号発生部７と、この同定信号発生部７の出力
である同定信号ベクトルv*とサンプル値Ｉ−PD
制御演算部６の出力ベクトルn0 *を加算部８で加
算し、その出力ベクトルu*とサンプルプロセス
信号ベクトルy*を入力として、多入出力プロセ
ス１のパラメータを同定するパルス伝達関数行列
同定部９と、その結果からＳ領域の伝達関数行列
を演算する伝達関数行列演算部１０と、あらかじ
め多入出力プロセス１の設計仕様に基づいて設計
パラメータを設定する設計パラメータ設定部１１
と、伝達関数行列演算部１０と設計パラメータ設
定部１１の出力を基にサンプル値Ｉ−PD制御演
算部の制御定数を演算するサンプル値制御定数演
算部１２とで多入出力サンプル値Ｉ−PD制御装
置が構成されている。 次に本発明による装置の各構成部について説明
する。 多入出力プロセス１のコントローラであるサン
プル値Ｉ−PD制御演算部６は、Ｉ動作演算部１
３とPD動作演作部１４とそれらの出力を演算す
る演算部１５により構成されており、後述のサン
プル値Ｉ−PD制御定数を用いてサンプラ４，５
の出力信号ベクトルe*、y*を入力して信号u0 *を
出力する。 加算部８は、サンプル値Ｉ−PD制御演算部６
の出力信号ベクトルu0 *と同定信号ベクトルv*を
加算し、加算された信号ベクトルu*がサンプル
ホールド部２でサンプルホールドされて多入出力
プロセス１への操作信号ベクトルｕ(t)となる。 同定信号発生部７は、サンプル値Ｉ−PD制御
演算部６の出力信号ベクトルu0 *に加える同定信
号ベクトルv*を発生する。この同定信号は多周
波数成分を含んでいる信号で、本実施例では簡単
なアルゴリズムで作ることのできるＭ系列信号を
同定信号として採用する。 パルス伝達関数行列同定部９は、ベクトルu*
とy*とから、多入出力プロセス１の動特性を表
わすパルス伝達関数行列を時系列処理により同定
するものである。同定信号はパーシステントリ・
エキサイテイング信号としてＭ系列信号を用いて
いるので、閉ループ制御中に多入出力プロセス１
への操作信号とプロセス信号からパルス伝達関数
行列が同定可能となる。同定手法は幾通りかある
が、例えば、計測自動制御学会編システム同定第
７章相良、秋月、中溝、片山共著に記載されてい
る同定手法のうち、不偏一致推定値が得られる逐
次型同定アルゴリズムであれば何でもよい。伝達
関数行列演算部１０では、パルス伝達関数行列同
定部９で同定したパルス伝達関数行列から、Ｓ領
域における多入出力プロセスの伝達関数行列Gp
(s)を演算する。ここでは、同定した多入出力プロ
セスのパルス伝達関数行列のステツプ応答が実プ
ロセスのステツプ応答に一致することに着目した
アルゴリズムを用いる。 本実施例では、Ｉ動作演算部１３とPD動作演
算部１４の構造を次式で表現する。 K*（Δ）＝K*Δ-1 ……第１式 F*（Δ）＝F* 0＋F* 1Δ ……第２式 ここでΔは δi＝（１−Zi-1）／τi……第３式 zi＝e〓is ……第４式 で定義されるδ1，δ2，…を対角要素にもつ対角行
列である。また、τiは、任意に選定できる、第ｉ
制御ループ固有のサンプル制御周期である。この
第１式、第２式のK*，F* 0，F* 1行列をサンプル値
制御定数演算部１２で次にのべる方法により演算
している。 目標値から制御量までの伝達関数を参照モデル
Ｍ〓に等しくすることを考える。 すなわち関係式 Ｉ＋sK-1（Ｈ＋Ｆ）＝Ｍ〓……第５式 がＳの低次モーメントからできるだけ高次モーメ
ントまで成立するようにサンプル値制御定数を決
定する。ただし、第５式において、Ｋ，Ｆ，Ｈは
それぞれ Ｋ＝K* ……第６式 Ｆ＝１／ｓ〔F* 0Δ＋F* 1Δ2〕 ……第７式 Ｈ＝G-1 p(s) ……第８式 である。 ここで重要なのは参照モデルＭ〓であり、本実
施例では次式で表わされるモデルを使用する。Ｍ 〓＝Ｉ＋ΣS＋Γ2Σ2s2＋Γ3Σ3s3＋Γ4Σ4s4 第９式 ここでΣ，Γ2，Γ3，Γ4は対角行列であり、Σ
は第５式でK*，F* 0，F* 1を求める際に決定され
る。Γ2，Γ3，Γ4は設計パラメータである。 設計パラメータ設定部１１は、ｐ個の制御ルー
プに各々固有のサンプル制御周期τ1，τ2，…，τp
と応答形状指定のパラメータＴ，Γ1，Γ2，Γ3，
Γ4を次式により演算する。 Ｉ−Ｐ動作：γ2i＝１／２αi＋１／３（１−αi） ……第12式 Ｉ−PD動作：γ2i＝１／２αi＋３／８（１−αi） ……第13式 Ｉ−Ｐ動作：γ3i＝３／20αi＋１／27（１−αi） ……第15式 Ｉ−PD動作：γ3i＝３／20αi＋１／16（１−αi） ……第16式 Ｉ−PD動作：γ4i＝３／100αi＋１／256（１−αi） ……第18式 この設計パラメータ設定部１１で設定された設
計パラメータを用いてサンプル値制御定数演算部
１２でサンプル値Ｉ−PD制御定数を演算し、求
めた制御定数によりサンプル値Ｉ−PD制御演算
部６がサンプル値Ｉ−PD制御を行うことになり、
制御定数の自動調整機能が実行されることにな
る。 また、サンプル値制御定数演算部１２でサンプ
ル値Ｉ−PD制御定数を演算するのに、非干渉制
御系の設計法を採用していることにより、干渉の
強い多入出力プロセスを制御対象とする場合で
も、閉ループ制御系は非干渉化され、あたかも各
部分制御系が独立に存在しているかのごとく良好
な制御効果を得ることができる。しかも、従来技
術の問題点として指摘した極雰相殺も本発明のサ
ンプル値Ｉ−PD制御装置を用いれば起こらない
ので、目標値に対する制御量の追従性のみならず
外乱印加に対する抑制性にも優れた制御系を構成
することができる。 しかも非干渉化後の各部分制御系に各々固有の
ステツプ応答特性をもたせることができるので、
高度な設計仕様を満足することができる。加え
て、各制御ループにそれぞれ異なるサンプル制御
周期を指定することによつて、経済面でも優れた
制御系を構成することができる。 〔発明の他の実施例〕 上述した本発明の実施例では同定信号としてＭ
系列信号を用いたが定常不規則過程に属する信号
であれば、Ｍ系列信号でなく疑似ランダム信号で
で正規乱数信号でも何でも良い。またＭ系列信号
を直接用いるのではなく、一旦、発生させたＭ系
列信号をデイジタルフイルタを通して得た出力信
号を用いても良い。 上述した本発明の実施例の設計パラメータ設定
部１１で、ステツプ応答のオーバーシユートに関
するパラメータαi、ｉ＝１、…、ｐは設計仕様に
基づいてあらかじめ選定したが、これらは、閉ル
ープ制御中に設定値を変更しても制御性能に悪影
響を及ぼすことは全くない。 また、説明パラメータ設定部では、パラメータ
αiを必要に応じ設定しているが、各部分制御系の
αiに対して複数個の値をあらかじめ用意してお
き、それらを切換装置で切換えて設定してもよ
い。さらには連続的に変えることのできる装置を
備えても良い。
第１図は、この発明の一実施例を示すブロツク
図である。 １……多入出力プロセス、２……サンプルホー
ルド部、４，５……サンプラ、６……サンプル値
Ｉ−PD制御演算部、７……同定信号発生部、９
……パルス伝達関数行列同定部、１０……伝達関
数行列演算部、１１……設計パラメータ設定部、
１２……サンプル値制御定数演算部、１３……Ｉ
動作演算部、１４……PD動作演算部。
図である。 １……多入出力プロセス、２……サンプルホー
ルド部、４，５……サンプラ、６……サンプル値
Ｉ−PD制御演算部、７……同定信号発生部、９
……パルス伝達関数行列同定部、１０……伝達関
数行列演算部、１１……設計パラメータ設定部、
１２……サンプル値制御定数演算部、１３……Ｉ
動作演算部、１４……PD動作演算部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 制御対象となる多入出力プロセスと、 これら多入出力プロセスをサンプル値制御する
サンプル値Ｉ−PD制御演算部と、 前記サンプル値Ｉ−PD制御演算部で制御され
る複数個の制御閉ループ内にパーシステントリ・
エキサイテイング信号からなる複数個の同定信号
を印加する同定信号発生部と、 この複数個の同定信号を前記サンプル値Ｉ−
PD制御演算部の複数個の出力信号に加算して得
られる複数個の操作信号および前記多入出力プロ
セスの複数個の制御量をサンプリングして得られ
る複数個のプロセス信号を入力し、これらから前
記多入出力プロセスのパルス伝達関数行列を同定
するパルス伝達関数行列同定部と、 このパルス伝達関数行列同定部で得られるパル
ス伝達関数行列からＳ領域の伝達関数行列を演算
する伝達関数行列演算部と、 前記多入出力プロセスの設計仕様に基づいて前
記制御閉ループ各々の設計パラメータを設定する
設計パラメータ設定部と、 この設計パラメータ設定部で設定された設計パ
ラメータと前記伝達関数行列演算部で演算部の演
算結果から前記サンプル値Ｉ−PD制御演算部の
制御定数を算出するサンプル値制御定数演算部と を具備してなることを特徴とする多入出力サンプ
ル値Ｉ−PD制御装置。 ２ 同定信号をＭ系列信号としたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の多入出力サンプル
値Ｉ−PD制御装置。 ３ 複数個の制御閉ループごとに、サンプル制御
周期および応答特性を指定したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の多入出力サンプル値
Ｉ−PD制御装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58040742A JPS59167706A (ja) | 1983-03-14 | 1983-03-14 | 多入出力サンプル値ｉ−ｐｄ制御装置 |
| EP84301150A EP0119765B1 (en) | 1983-03-14 | 1984-02-22 | Sampled-data 1-pd control apparatus |
| DE8484301150T DE3482714D1 (de) | 1983-03-14 | 1984-02-22 | 1-pd regelvorrichtung mit getasteten daten. |
| US06/582,713 US4607326A (en) | 1983-03-14 | 1984-02-23 | Sampled-data I-PD control apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58040742A JPS59167706A (ja) | 1983-03-14 | 1983-03-14 | 多入出力サンプル値ｉ−ｐｄ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59167706A JPS59167706A (ja) | 1984-09-21 |
| JPH0534682B2 true JPH0534682B2 (ja) | 1993-05-24 |
Family
ID=12589081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58040742A Granted JPS59167706A (ja) | 1983-03-14 | 1983-03-14 | 多入出力サンプル値ｉ−ｐｄ制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4607326A (ja) |
| EP (1) | EP0119765B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59167706A (ja) |
| DE (1) | DE3482714D1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1983
- 1983-03-14 JP JP58040742A patent/JPS59167706A/ja active Granted
-
1984
- 1984-02-22 DE DE8484301150T patent/DE3482714D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1984-02-22 EP EP84301150A patent/EP0119765B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-02-23 US US06/582,713 patent/US4607326A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0119765B1 (en) | 1990-07-18 |
| DE3482714D1 (de) | 1990-08-23 |
| US4607326A (en) | 1986-08-19 |
| EP0119765A2 (en) | 1984-09-26 |
| JPS59167706A (ja) | 1984-09-21 |
| EP0119765A3 (en) | 1985-12-04 |
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