JPH0554122B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0554122B2
JPH0554122B2 JP57152380A JP15238082A JPH0554122B2 JP H0554122 B2 JPH0554122 B2 JP H0554122B2 JP 57152380 A JP57152380 A JP 57152380A JP 15238082 A JP15238082 A JP 15238082A JP H0554122 B2 JPH0554122 B2 JP H0554122B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nls
equation
time
dead time
order
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP57152380A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5941006A (en
Inventor
Yoshihisa Uchida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP15238082A priority Critical patent/JPS5941006A/en
Publication of JPS5941006A publication Critical patent/JPS5941006A/en
Publication of JPH0554122B2 publication Critical patent/JPH0554122B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明はPID調節器を含むプロセス制御装置
に関する。 一般的に、むだ時間Lを含む1次遅れ系のプロ
セスは、プロセスの比例ゲインをR、時定数を
T、微分演算子をsとすると第1図に示すように
1/1+Lsで表わされる等価むだ時間要素2と、
1/1+Tsで表わされる1次遅れ要素3とで構
成される。このようなプロセス1を適正に制御す
るために、プロセス1に直列にPID調節器4が接
続され、このPID調節器4は目標値rと制御量x
の差を受けて演算を行ない操作量mを出力する
が、最終的にm=vとなるようにPID調節器4の
パラメータが設定される。すなわちPID調節器4
の特性をGとすると第1図において次式が成立
つ。 −(m1/1+Ls−v)R/1+TsG=m ……(1) ここでm=vとおいて整理しGを求めると、 G=1/R(1+Ts)(1+1/Ls) =T/RL(1+Ls)(1+1/Ts) ……(2) となる。 また制御量xは x=(v1/1+Ls−v)R/1+Ts =−vLs/1+Ls・R/1+Ts ……(3) となる。この(3)式を時間関数に変換すると x(t)=−vL/L−T(e-t/L−e-t/T) ……(4) で表わされる。この(4)式を時間0〜∞について積
分すると A=∫ 0x(t)dt=−vRL ……(5) となり制御面積A=−vRLが得られる。この制御
面積は小さいほど良いがこれまでは上記(5)式で示
すA=−vRLが最小でありこれ以上制御面積を小
さくできないのではないからと考えられていた。 この発明の目的は上記した従来のPID調節器を
用いたプロセス制御において最適に調節された場
合の制御面積よりもさらに小さな希望の制御面積
の得られるプロセス制御装置を提供するにある。 上記目的を達成するためにこの発明のプロセス
制御装置は、PID制御器とプロセス間に1次遅れ
要素(1/1+nLs)と1次進み要素(Ka・ nLs/1+nLs)の並列回路を設けている。ただしKa はnに関する定数でありプロセスが1次遅れ系で
あるか積分系であるかにより異なる値となる。 以下図面に示す実施例によりこの発明をさらに
詳細に説明する。 第2図は1次遅れ系のプロセスにこの発明を適
用したプロセス制御装置のブロツク図である。同
図においてCは等価むだ時間要素11、加算器1
2および1次遅れ要素13で構成されるプロセ
ス、Aは比例要素14、微分要素15および積分
要素16、加算器18を含み、加算器17によつ
て得られる目標値r、制御量xの差を受けてPID
演算を行なうPID調節器である。これらプロセス
C、PID調節器Aは従来のプロセス制御装置のも
のと何ら変るところがない。BはPID調節器Aと
プロセスC間に接続される1次進み要素19と1
次遅れ要素20の並列回路である。プロセスCが
むだ時間を含む1次遅れ系であることに対応して
1次進み要素19は(2n−1)nLs/n2(1+nLs)で表
わされ1 次遅れ要素20は1/1+nLsで表わされ、これら 1次進み要素19、1次遅れ要素20の出力は加
算器21で加算され、操作量mとして導出され
る。 この実施例装置においてnを任意に選ぶことに
より、制御面積を上記(5)式の−vRLよりも小さな
値にすることができ、たとえばn=2にすると制
御面積が−vRL/2となる。以下この様子を式を用 いて説明する。 第2図の実施例装置では次式が成立する。 −(m1/1+Ls−v)R/1+Ts・[n(T+L)/
RL{1+TLs/T+L+1/(T+L)s}] {(2n−1)nLs/n2(1+nLs)+1/1+
nLs}=m……(6) この(6)式を整理してmを求める。 (v−m1/1+Ls)1/1+Tsn{(T+L)/L+
Ts+1/Ls}・(2n−1)nLs+n2/n2(1+nLs=m (v−m1/1+Ls)1/1+Ts(1+Ts)(1+Ls
/Ls)・(2n−1)Ls+n/(1+nLs)=m v−m1/1+Ls=mLs(1+nLs)/(1+Ls){
(2n−1)Ls+n}∴v=mLs(1+nLs)+{(2n−
1)Ls+n}/(1+Ls){n+(2n−1)Ls} =mLs+n(Ls)2+2nLs−Ls+n/(1+Ls){n+
(2n−1)Ls}=mn(1+Ls)2/(1+Ls){n+
(2n−1)Ls} =mn(1+Ls)/n+(2n−1)Ls∴m=vn+(2n
−1)Ls/n(1+La)……(7) 一方制御量xは x=(m・1/1+Ls−v)・R/1+Ts ……(8) x={vn+(2n−1)Ls/n(1+Ls)2−v}R/
1+Ts=−v(1+nLs)/n(1+Ls)2・R/1+Ts
=−vR{1/n・Ls/(1+Ls)2・1/1+Ts+(L
s)2/(1+Ls)2・1/1+Ts}……(9) となる。 この(9)式を時間関数に変換すると x(t)=−vR〔1/n{1/L−Tte-t/L−LT/(L-T)2
(e-t/L−e-t/T)}+L2−t(L-T)/(L-T)2e-t/L−L2
(L−T)2e-t/T〕 ……(10) 次に(10)式を時間0〜∞で積分して制御面積An
を計算すると、 An=∫ 0x(t)dt=−vR〔1/n{L2/L−T−LT/(
L−T)2(L−T)}+L3/(L−T)2−L2/(L−
T)−L2T/(L−T)2〕 =−vR〔1/n{L2/L−T−LT/L−T+L3−L3
L2T−L2T/(L−T)2〕=−vR〔1/n{L(L−T
)/L−T}+0〕=−vRL/n
……(11) となる。(11)式においてn=1とするとA1=−
vRLとなり(5)式に示した従来装置の制御面積と同
じになるがn=2とすると制御面積A2は−vRL/2 となり、従来装置で得られる制御面積の半分とな
る。またさらにnを3、4…と大きくすると、制
御面積は順次小さくなる。したがつてnを適宜の
値とすることにより、−vRLよりも小さい希望の
制御面積を得ることができる。 第3図は、積分系のプロセスにこの発明を適用
したプロセス制御装置のブロツク図である。同図
においてCは等価むだ時間要素31、加算器3
2、および積分要素33で構成されるプロセス、
Aは比例要素34、微分要素35、および積分要
素36、加算器38を含み、加算器37によつて
得られる目標値r、制御量xの差を受けてPID演
算を行なうPID調節器である。BはPID調節器A
とプロセスC間に接続される1次進み要素39と
1次遅れ要素40の並列回路である。プロセスC
がむだ時間を含む積分系プロセスであることに対
応して1次進み要素39は1/n・nLs/1+nLsで表わ され、1次遅れ要素40は1/1+nLsで表わされ、 これら1次進み要素39、1次遅れ要素40の出
力は加算器41で加算され操作量mとして導出さ
れる。 この実施例装置においてもnを任意に選定する
ことにより制御面積を従来最小と考えられていた
値よりも小さくすることができることを式を用い
て説明する。 今、この実施例装置において、n=1とすると
従来の積分系プロセスにPID調節器を適用した場
合となる。このとき次式が成立する。 −(m1/1+Ls−v)1/Ts・3T/L(1+2/3Ls
+ 1/3Ls)=m ……(12) この(12)式を整理してmを求める。 (v−m1/1+Ls)3/Ls・3Ls+2(Ls)2+1/3L
s=mv=m(Ls)2/(1+Ls)(1+2Ls)+m1/
1+Ls =m(Ls)2+2La+1/(1+Ls)(1+2Ls)=m(
1+Ls)2/(1+Ls)(1+2Ls)=m1+Ls/1+2L
s∴m=v1+2Ls/1+Ls……(13) 一方制御量xは x=(m・1/1+Ls−v)・1/Ts ……(14) で表わされるからこの(14)式に(13)式のmを代入する
と x={v1+2Ls/(1+Ls)2−v}1/Ts =−vL/T・Ls/1+Ls・1/1+Ls ……(15) この次式を時間関数に変換する。 x(t)=−vt/Te-t/L ……(16) 次に(16)式を時間0〜∞について積分し制御面積
を計算すると A1=∫ 0x(T)dt=−v1/T{〔−tLs-t/L
0−∫ 0−Ls-t/Ldt} =−vL/T∫ 0e-t/Ldt=−vL/T(−
L)〔e-t/L 0=−vL2/T……(17) となる。この値が積分系プロセスのPID制御に対
して最小と考えられている制御面積である。 この実施例装置において一般的には次式が成立
する。 −(m1/1+Ls−v)1/Ts・3nT/L(
1+3n−1/3n+1/3Ls){nLs/n(1+nLs)+1
/1+nLs}=m
……(18) この(18)式を整理すると (v−m1/1+Ls)3n/Ls・3nLs+(3n−1)(Ls
2+n/3nLs・1+Ls/1+nLs=m (v−m1/1+Ls)・(3n−1)(Ls)2+3nLs+
n/(Ls)2・1+Ls/1+nLs=m v=m(Ls)2(1+nLs)+{n+3nLs+(3n−1)
(Ls)2}/(1+Ls){n+3nLs+(3n−1)(Ls)2
} =m(Ls)2+n(Ls)3+n+3nLs+3n(Ls)2−(L
s)2/(1+Ls)n{1+3Ls+3n−1/n(Ls)2} =mn{1+3Ls+3(Ls)2+(Ls)3}/n(1+L
s){1+3Ls+3n−1/n(Ls)2}=m(1+Ls)2
1+3Ls+3n−1/n(Ls)2 ∴m=v1+3Ls+3n−1/n(Ls)2/(1+Ls)2
……(19) (14)式に(19)式のmを代入すると制御量xは x={v1+3Ls+3n−1/n(Ls)2/(1+Ls)3
−v}1/Ts
……(20) この(20)式を整理すると x=−v(3−3n−1/n)(Ls)2+(Ls)3/(1+
Ls)3・1/Ts =−v1/n(Ls)2+(Ls)3/(1+Ls)3・1/T
s =−vL/T・1/nLs+(Ls)2/(1+Ls)3 =−vL/T{1/n・Ls/(1+Ls)3+(Ls)2
(1+Ls)3} ……(21) (21)式の制御量xを時間関数に変換すると、 x(t)=−vL/T・{1/n・1/2(t/
L)2e-t/L+(1−t/2L)t/Le-t/L}……(22) (22)式を時間0〜∞で積分し制御面積Anを
求めると、 An=∫ 0x(t)dt=−vL/T{1/n・1/2L2 0
t2e-t/Ldt+1/L∫ 0te-t/Ldt−1/2L2 0t2e-t/
L
dt} =−vL/T{1/n・1/2L2・2L3+1/LL2−1
/2L2・2L3}=−vL/T{1/n・L+L−L}=−
vL2/nT
……(23) 上記(17)式と(23)式を対比すれば明かなように
この実施例装置においてもnの値を大きくすれば
するほど制御面積が小さくなることがわかる。 なお、ここで上記実施例において、等価むだ時
間要素として一般的なe-LSに代えて1/(1+
LS)を用いている理由を以下に説明する。 例えば、特開昭57−5105号公報で示す式(1)、G
(S)=Ke-LS/(1+Ts)はむだ時間Lを含む一次
おくれ(ゲインK、時定数T)プロセスの特性を
示している。 プロセス制御系において、むだ時間は操作量m
がプロセスに達するまでの移送おくれの時間と見
てよいから、上式は第5図のように図示できる。 第5図からxは次式となる。 x=me-LSK/1+Ts ……(イ) これに対し、本願ではむだ時間 e-LSの代わりに1/(1+Ls)(Lを時定数と
する一次おくれ)を等価むだ時間としているか
ら、第6図のように描かれることになる。 第6図からxは次式となる。 x=m1/1+Ls・K/1+Ts……(ロ) ここで、一次おくれプロセスK/(1+Ts)
に入る。 第5図のa、第6図のbの性状を調べてみる。
aはステツプmが1だけ後れてプロセスに入るか
ら、時間領域で次のように表される。 a=0 t≦L m t>L ……(ハ) 上記(ハ)式を図示すると第7図のaのようにな
る。 bはステツプmが時定数Lの一次おくれの形で
プロセスに入ることになるから、時間領域で表す
と時式のようになる。 b=m(1−e-t/L ……(ニ) (ニ)を図示すると第7図のbのようになる。 ここで、プロセスに入る量は(ハ)式の場合a量=
m(t−L)となる。 (ニ)式の場合はbを時間0〜∞について積分すれ
ばよいから次のようになる。 このようにプロセスに入る形は違うけれども、
bがmに達する時間にはプロセスに入る量が同じ
m(t−L)になる。したがつて同じ量が同じプ
ロセスに入つたときの応答xは或時間の後には同
じ値になる筈である。 mがむだ時間e-LSを経て一次おくれK/(1+
Ts)に入つたときの応答xと、mが等価むだ時
間1/(1+Ls)を経て一次おくれK/(1+
Ts)に入つたときの応答xとに、どの位の違い
があるかを見るには(イ)式、(ロ)式を時間領域に変換
してプロツトすればよい。 (イ)式を時間領域に変換すれば次式となる。 (ロ)式を時間領域に変換すれば次式となる。 x(t)=mK{1−1/T−L(Te-t/T−Le-t/T)} ……(ヘ) m=1、K=1、T=5、L=2とおいて(ホ)
式、(ヘ)式をプロツトすると第8図となる。 この図のようにt=5位いまでの応答の形は違
うけれども、その後の形はほとんど差がなく、t
=20以降は一致している。 実際のプロセスはむだ時間を含む高次おくれの
特性であるから、その応答の形はほとんど第9図
のようS字状となる。このS字状応答曲線から、
そのプロセスの特性を求めるには、この曲線の最
も傾斜の急な点(湾曲点)にひいた接線が時間軸
と交わる点を求め、応答の初めから、この点まで
の時間Lを(有効)むだ時間とする。 また応答曲線が到達する値mKを1とし、この
曲線が、その0.632に達する迄の時間から、むだ
時間Lを引いた時間Tを時定数とする点線で示す
ような一次おくれに近似して求めることになつて
いる(この方法がS字状プロセスの特性を最も良
く表現するものである)。 実際のプロセスも上述のようにむだ時間Lとゲ
インK、時定数Tの一次おくれに近似して表現す
ることができる。 このようにむだ時間を含む一次おくれを
e-LSK/1+Tsとしても、1/1+Ls・K/1+Tsとし
ても、 ある時間経過後には、その特性は同じとなる。
e-LSと1/1+Lsの何れをむだ時間として採用して もよいなら、計算処理が容易な1/1+Lsを採用し た方がよいと言える。 なお、実際のプロセスの応答曲線(第9図)
は、1/1+Lsを用いた第8図のヘの応答曲線に近 い形でもある。 次に、等価むだ時間Lを含む1次遅れプロセス
(ゲイン;R、時定数;T)を例にとり、この発
明のプロセス制御装置を採用した場合の効果を第
4図に示す制御量xのステツプ応答曲線により説
明する。なお第4図ではR=1、T=5、L=2
のプロセスにおいて負荷vが0.1ステツプ状に増
大した場合を示している。図において4は(4)式を
プロツトしたもので従来のPID制御による場合を
示したものである。またCHRは従来より最適と
されているCHR(chien、Hrones、Reswick)の
PID制御〔その特性式は1.2T/RL(1+1/2Ls+ 0.42Ls)〕による場合を示している。また10,−
2,10,−5,10−10は第2図の実施例装
置による場合を示し、式においてそれぞれn=
2、n=5、n=10の場合に相当する。これらの
応答曲線に対応する制御面積は次表の通りとな
り、4やCHR等従来のものに比べてこの発明の
実施例装置の方
The present invention relates to a process control device including a PID controller. In general, a first-order delay system process with dead time L is equivalent to 1/1+Ls as shown in Figure 1, where R is the proportional gain of the process, T is the time constant, and s is the differential operator. Dead time element 2 and
It is composed of a first-order lag element 3 expressed as 1/1+Ts. In order to properly control such a process 1, a PID controller 4 is connected in series to the process 1, and this PID controller 4 controls the target value r and the control amount x.
The parameters of the PID controller 4 are set so that ultimately m=v. That is, PID controller 4
Letting G be the characteristic of , the following equation holds true in FIG. -(m1/1+Ls-v)R/1+TsG=m...(1) Here, if we set m=v and rearrange and find G, G=1/R(1+Ts)(1+1/Ls) =T/RL( 1+Ls) (1+1/Ts) ...(2). Further, the control amount x is x=(v1/1+Ls-v)R/1+Ts=-vLs/1+Ls·R/1+Ts (3). When this equation (3) is converted into a time function, it is expressed as x(t)=-vL/LT(e -t/L -e -t/T )...(4). When this equation (4) is integrated over time 0 to ∞, A=∫ 0 x(t)dt=-vRL (5) and the control area A=-vRL is obtained. The smaller the control area, the better, but until now it has been thought that A=-vRL shown in the above equation (5) is the minimum, and that the control area cannot be made any smaller. An object of the present invention is to provide a process control device that can obtain a desired control area that is even smaller than the control area that would be optimally adjusted in process control using the above-mentioned conventional PID controller. In order to achieve the above object, the process control device of the present invention provides a parallel circuit of a first-order delay element (1/1+nLs) and a first-order advance element (Ka・nLs/1+nLs) between the PID controller and the process. . However, Ka is a constant related to n and has a different value depending on whether the process is a first-order delay system or an integral system. The present invention will be explained in more detail below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 2 is a block diagram of a process control device to which the present invention is applied to a first-order lag type process. In the same figure, C is equivalent dead time element 11, adder 1
The process A includes a proportional element 14, a differential element 15, an integral element 16, and an adder 18, and the difference between the target value r and the control amount x obtained by the adder 17. received PID
This is a PID controller that performs calculations. These process C and PID controller A are no different from those of conventional process control devices. B is the primary advance element 19 and 1 connected between PID regulator A and process C.
This is a parallel circuit of next delay elements 20. Corresponding to the fact that process C is a first-order lag system including dead time, the first-order advance element 19 is expressed as (2n-1)nLs/n 2 (1+nLs), and the first-order lag element 20 is expressed as 1/1+nLs. The outputs of the first-order lead element 19 and the first-order lag element 20 are added by an adder 21 and derived as the manipulated variable m. In this embodiment, by arbitrarily selecting n, the control area can be made smaller than -vRL in the above equation (5); for example, if n=2, the control area becomes -vRL/2. This situation will be explained below using equations. In the embodiment shown in FIG. 2, the following equation holds. −(m1/1+Ls−v)R/1+Ts・[n(T+L)/
RL {1+TLs/T+L+1/(T+L)s}] {(2n-1)nLs/n 2 (1+nLs)+1/1+
nLs}=m...(6) Rearrange this equation (6) to find m. (v-m1/1+Ls)1/1+Tsn{(T+L)/L+
Ts+1/Ls}・(2n-1)nLs+n 2 /n 2 (1+nLs=m (v-m1/1+Ls)1/1+Ts(1+Ts)(1+Ls
/Ls)・(2n-1)Ls+n/(1+nLs)=m v-m1/1+Ls=mLs(1+nLs)/(1+Ls) {
(2n−1)Ls+n}∴v=mLs(1+nLs)+{(2n−
1) Ls+n}/(1+Ls) {n+(2n-1)Ls} =mLs+n(Ls) 2 +2nLs-Ls+n/(1+Ls){n+
(2n−1)Ls}=mn(1+Ls) 2 /(1+Ls){n+
(2n-1)Ls} =mn(1+Ls)/n+(2n-1)Ls∴m=vn+(2n
-1) Ls/n(1+La)...(7) On the other hand, the controlled amount x is x=(m・1/1+Ls-v)・R/1+Ts...(8) x={vn+(2n-1)Ls/ n(1+Ls) 2 −v}R/
1+Ts=-v(1+nLs)/n(1+Ls) 2・R/1+Ts
=-vR{1/n・Ls/(1+Ls) 2・1/1+Ts+(L
s) 2 / (1 + Ls) 2・1/1 + Ts}...(9). Converting this equation (9) into a time function, x(t)=-vR [1/n{1/L-Tte -t/L -LT/(LT) 2
(e -t/L -e -t/T )}+L 2 -t(LT)/(LT) 2 e -t/L -L 2 /
(L-T) 2 e -t/T ] ...(10) Next, integrate equation (10) over time 0 to ∞ to calculate the control area An
When calculating, An=∫ 0 x(t)dt=-vR[1/n{L 2 /L-T-LT/(
L-T) 2 (L-T)}+L 3 /(L-T) 2 -L 2 /(L-
T)-L 2 T/(L-T) 2 ] =-vR[1/n{L 2 /L-T-LT/L-T+L 3 -L 3 +
L 2 T−L 2 T/(L−T) 2 ]=−vR[1/n{L(L−T
)/L-T}+0]=-vRL/n
...(11) becomes. If n=1 in equation (11), A1=-
vRL, which is the same as the control area of the conventional device shown in equation (5), but if n=2, the control area A2 becomes -vRL/2, which is half of the control area obtained with the conventional device. Furthermore, when n is further increased to 3, 4, etc., the control area becomes smaller successively. Therefore, by setting n to an appropriate value, a desired control area smaller than -vRL can be obtained. FIG. 3 is a block diagram of a process control device to which the present invention is applied to an integral system process. In the figure, C is equivalent dead time element 31, adder 3
2, and a process consisting of an integral element 33,
A is a PID controller that includes a proportional element 34, a differential element 35, an integral element 36, and an adder 38, and performs PID calculation in response to the difference between the target value r obtained by the adder 37 and the control amount x. . B is PID controller A
This is a parallel circuit of a first-order advance element 39 and a first-order lag element 40 connected between the process C and the process C. Process C
Corresponding to the fact that is an integral system process that includes dead time, the first-order advance element 39 is expressed as 1/n・nLs/1+nLs, and the first-order lag element 40 is expressed as 1/1+nLs. The outputs of the lead element 39 and the first-order lag element 40 are added by an adder 41 and derived as the manipulated variable m. It will be explained using equations that in this embodiment device as well, by arbitrarily selecting n, the control area can be made smaller than the value conventionally considered to be the minimum. Now, in this example device, if n=1, it is the case where a PID controller is applied to a conventional integral system process. At this time, the following equation holds true. -(m1/1+Ls-v)1/Ts・3T/L(1+2/3Ls
+ 1/3Ls)=m...(12) Rearrange this equation (12) to find m. (v-m1/1+Ls) 3/Ls・3Ls+2(Ls) 2 +1/3L
s=mv=m(Ls) 2 /(1+Ls)(1+2Ls)+m1/
1+Ls = m(Ls) 2 +2La+1/(1+Ls)(1+2Ls)=m(
1+Ls) 2 /(1+Ls) (1+2Ls)=m1+Ls/1+2L
s∴m=v1+2Ls/1+Ls...(13) On the other hand, the controlled variable x is expressed as Substituting m in the equation, x={v1+2Ls/(1+Ls) 2 −v}1/Ts = −vL/T・Ls/1+Ls・1/1+Ls ……(15) Convert this following equation into a time function. x(t)=-vt/Te -t/L ...(16) Next, calculate the control area by integrating equation (16) over time 0 to ∞. A1=∫ 0 x(T)dt=-v1 /T{[-tLs -t/L ]
0 −∫ 0 −Ls -t/L dt} =−vL/T∫ 0 e -t/L dt=−vL/T(−
L) [e -t/L ] 0 = -vL 2 /T...(17). This value is the control area considered to be the minimum for PID control of an integral process. In the device of this embodiment, the following equation generally holds true. −(m1/1+Ls−v)1/Ts・3nT/L(
1+3n-1/3n+1/3Ls) {nLs/n(1+nLs)+1
/1+nLs}=m
...(18) Rearranging this equation (18), (v-m1/1+Ls)3n/Ls・3nLs+(3n-1)(Ls
) 2 +n/3nLs・1+Ls/1+nLs=m (v−m1/1+Ls)・(3n−1)(Ls) 2 +3nLs+
n/(Ls) 2・1+Ls/1+nLs=m v=m(Ls) 2 (1+nLs)+{n+3nLs+(3n-1)
(Ls) 2 }/(1+Ls) {n+3nLs+(3n-1)(Ls) 2
} =m(Ls) 2 +n(Ls) 3 +n+3nLs+3n(Ls) 2 −(L
s) 2 / (1 + Ls) n {1 + 3Ls + 3n - 1 / n (Ls) 2 } = mn {1 + 3Ls + 3 (Ls) 2 + (Ls) 3 } / n (1 + L
s) {1+3Ls+3n-1/n(Ls) 2 }=m(1+Ls) 2 /
1+3Ls+3n-1/n(Ls) 2 ∴m=v1+3Ls+3n-1/n(Ls) 2 /(1+Ls) 2
...(19) Substituting m from equation (19) into equation (14), the control amount x is x={v1+3Ls+3n-1/n(Ls) 2 /(1+Ls) 3
−v}1/Ts
...(20) Rearranging this equation (20), x = -v (3-3n-1/n) (Ls) 2 + (Ls) 3 / (1+
Ls) 3・1/Ts =-v1/n(Ls) 2 +(Ls) 3 /(1+Ls) 3・1/T
s =-vL/T・1/nLs+(Ls) 2 /(1+Ls) 3 =-vL/T{1/n・Ls/(1+Ls) 3 +(Ls) 2 /
(1+Ls) 3 } ...(21) Converting the controlled variable x in equation (21) into a time function, x(t)=-vL/T {1/n・1/2(t/
L) 2 e -t/L + (1-t/2L)t/Le -t/L }...(22) Integrating equation (22) over time 0 to ∞ to find the control area An, An= ∫ 0 x(t)dt=-vL/T{1/n・1/2L 2 0
t 2 e -t/L dt+1/L∫ 0 te -t/L dt−1/2L 2 0 t 2 e -t/
L
dt} =-vL/T{1/n・1/2L 2・2L 3 +1/LL 2 −1
/2L 2・2L 3 }=-vL/T{1/n・L+L-L}=-
vL 2 /nT
(23) As is clear from a comparison of the above equations (17) and (23), it can be seen that in this example device as well, the larger the value of n, the smaller the control area. Note that in the above embodiment, instead of the general e -LS as the equivalent dead time element, 1/(1+
The reason for using LS) is explained below. For example, the formula (1) shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-5105, G
(S)=Ke -LS /(1+Ts) shows the characteristics of a first-order lag (gain K, time constant T) process including dead time L. In a process control system, the dead time is the manipulated variable m
The above equation can be illustrated as shown in FIG. 5 since it can be seen as the transfer delay time until the process is reached. From FIG. 5, x becomes the following equation. x=me -LS K/1+Ts ... (a) On the other hand, in this application, instead of the dead time e -LS , 1/(1+Ls) (first-order delay with L as the time constant) is used as the equivalent dead time, so It will be drawn as shown in Figure 6. From FIG. 6, x becomes the following equation. x=m1/1+Ls・K/1+Ts...(b) Here, the primary delayed process K/(1+Ts)
to go into. Let's examine the properties of a in Fig. 5 and b in Fig. 6.
Since a enters the process after step m by 1, it can be expressed in the time domain as follows. a=0 t≦L m t>L (c) The above equation (c) is illustrated as shown in a of FIG. 7. Since step m enters the process in the form of a first-order delay with time constant L, b is expressed as a time expression in the time domain. b=m(1-e -t/L ...(d) When (d) is illustrated, it becomes as shown in b in Figure 7. Here, the amount that enters the process is the amount a = in the case of equation (c).
m(t-L). In the case of equation (d), b can be integrated over time 0 to ∞, so it is as follows. Although the process is different in this way,
At the time when b reaches m, the amount entering the process becomes the same m(t-L). Therefore, when the same amount enters the same process, the response x should have the same value after a certain time. m is first-order delayed after the dead time e -LS K/(1+
Ts), the response x and m are linearly delayed K/(1+Ls) through the equivalent dead time 1/(1+Ls).
To see how much of a difference there is in the response x when Ts) is reached, equations (a) and (b) can be converted to the time domain and plotted. Converting equation (a) to the time domain results in the following equation. Converting equation (b) into the time domain results in the following equation. x(t)=mK {1-1/T-L (Te -t/T -Le -t/T )} ...(F) Given m=1, K=1, T=5, L=2 (E)
Figure 8 is obtained by plotting equations (F) and (F). As shown in this figure, the shape of the response up to t = 5 is different, but there is almost no difference in the shape after that, and t
= 20 and later are consistent. Since the actual process is characterized by high-order delay including dead time, the shape of the response is almost S-shaped as shown in FIG. From this S-shaped response curve,
To find the characteristics of the process, find the point where the tangent drawn to the steepest point (curvature point) of this curve intersects the time axis, and calculate the time L from the beginning of the response to this point (effective). It is considered dead time. Also, the value mK that the response curve reaches is set to 1, and this curve is calculated by approximating it to a linear lag as shown by the dotted line, where the time constant is the time T obtained by subtracting the dead time L from the time it takes for this curve to reach 0.632. (This method best characterizes the S-shaped process). The actual process can also be expressed by approximating the dead time L, the gain K, and the first-order delay of the time constant T as described above. In this way, the primary lag including dead time is
After a certain period of time, the characteristics become the same whether e -LS K/1+Ts or 1/1+Ls・K/1+Ts.
If either e -LS or 1/1+Ls can be used as the dead time, it is better to use 1/1+Ls because it is easier to calculate. In addition, the response curve of the actual process (Figure 9)
is also similar to the response curve shown in FIG. 8 using 1/1+Ls. Next, taking a first-order lag process (gain: R, time constant: T) including an equivalent dead time L as an example, the effect of adopting the process control device of the present invention will be explained in the step of the controlled variable x shown in FIG. This will be explained using a response curve. In addition, in Fig. 4, R=1, T=5, L=2
This shows the case where the load v increases in steps of 0.1 in the process. In the figure, 4 is a plot of equation (4) and shows the case using conventional PID control. In addition, CHR is based on CHR (chien, HRones, Reswick), which has been considered optimal.
A case using PID control [the characteristic equation is 1.2T/RL (1+1/2Ls+0.42Ls)] is shown. Also 10,-
2, 10, -5, 10-10 indicate the case using the embodiment device of FIG. 2, and in the formula, n=
2, corresponding to the case of n=5 and n=10. The control area corresponding to these response curves is as shown in the table below, and compared to conventional devices such as 4 and CHR, the device according to the embodiment of this invention is

【表】 がはるかに制御面積を小さくできることがわか
る。 以上のようにこの発明のプロセス制御装置によ
れば、従来のPID調節器とプロセス間に1次遅れ
要素と1次進み要素の並列接続を付加したことに
より従来、それ以上は小さくできないとされてい
た限界値よりもさらに制御面積を小さくすること
ができ、しかも1次遅れ要素、1次進み要素の定
数nを任意に選択設定することにより制御面積を
希望の小値とすることができる。
[Table] shows that the control area can be made much smaller. As described above, according to the process control device of the present invention, by adding the parallel connection of the first-order lag element and the first-order lead element between the conventional PID controller and the process, it was previously thought that it could not be further reduced. The control area can be made even smaller than the limit value, and the control area can be made to a desired small value by arbitrarily selecting and setting the constant n of the first-order lag element and the first-order advance element.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のプロセス制御装置の概略を示す
ブロツク図、第2図、第3図はこの発明が実施さ
れるプロセス制御装置を示すブロツク図、第4図
は従来装置とこの発明のプロセス制御装置の制御
面積の大きさを説明するための制御量のステツプ
応答を示す図、第5図は、むだ時間を含む一次お
くれのプロセスを示すブロツク図、第6図は、等
価むだ時間を含む一次おくれプロセスを示すブロ
ツク図、第7図は、プロセスの応答特性を説明す
る図、第8図は、プロセスの他の応答特性を説明
する図、第9図は、むだ時間を含む高次おくれプ
ロセスの応答を示す図である。 A;PID調節器、B;付加並列回路、C;プロ
セス、11,31;等価むだ時間要素、12,1
7,18,21,32,37,38,41;加算
器、13;1次遅れ要素、14,34;比例要
素、15,35;微分要素、16,36;積分要
素、19,39;1次進み要素、20,40;1
次遅れ要素、33;積分要素。
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a conventional process control device, FIGS. 2 and 3 are block diagrams showing a process control device in which the present invention is implemented, and FIG. 4 shows a conventional device and a process control device of the present invention. Fig. 5 is a block diagram showing a first-order delay process including dead time, and Fig. 6 is a first-order delay process including equivalent dead time. A block diagram showing a delayed process, FIG. 7 is a diagram explaining the response characteristics of the process, FIG. 8 is a diagram explaining other response characteristics of the process, and FIG. 9 is a higher-order delayed process including dead time. FIG. A: PID controller, B: additional parallel circuit, C: process, 11, 31; equivalent dead time element, 12, 1
7, 18, 21, 32, 37, 38, 41; Adder, 13; First-order lag element, 14, 34; Proportional element, 15, 35; Differential element, 16, 36; Integral element, 19, 39; 1 Next element, 20, 40; 1
Next lag element, 33; integral element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 むだ時間Lを含むプロセスを制御するプロセ
ス制御装置であつて、 比例要素、積分要素、微分要素を含み目標値と
プロセスよりの制御量を受けてPID演算をなす
PID調節器と、 このPID調節器とプロセス間に接続される、
1/(1+nLs)の特性を有する1次遅れ要素と
KanLs/(1+nLs)の特性を有する1次進み要
素と(nは任意の定数、sは微分演算子、Kaは
プロセスの種類に応じて決まるnに関する式)の
並列回路と、 を備えることを特徴とするプロセス制御装置。
[Claims] 1. A process control device that controls a process including a dead time L, which includes a proportional element, an integral element, and a differential element, and performs PID calculation in response to a target value and a control amount from the process.
A PID controller, connected between this PID controller and the process,
A first-order lag element with a characteristic of 1/(1+nLs)
A linear advance element having a characteristic of KanLs/(1+nLs) and a parallel circuit (where n is an arbitrary constant, s is a differential operator, and Ka is an expression related to n determined depending on the type of process); Process control equipment.
JP15238082A 1982-08-31 1982-08-31 Process control device Granted JPS5941006A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15238082A JPS5941006A (en) 1982-08-31 1982-08-31 Process control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15238082A JPS5941006A (en) 1982-08-31 1982-08-31 Process control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5941006A JPS5941006A (en) 1984-03-07
JPH0554122B2 true JPH0554122B2 (en) 1993-08-11

Family

ID=15539257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15238082A Granted JPS5941006A (en) 1982-08-31 1982-08-31 Process control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5941006A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0556695U (en) * 1991-12-27 1993-07-27 武 細川 Car wiper

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3277484B2 (en) * 1996-10-31 2002-04-22 株式会社山武 PID controller

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49681A (en) * 1972-03-14 1974-01-07
JPS56159701A (en) * 1980-05-10 1981-12-09 Shimadzu Corp Process controller
JPS57111703A (en) * 1980-12-29 1982-07-12 Shimadzu Corp Adaptive control device for process

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49681A (en) * 1972-03-14 1974-01-07
JPS56159701A (en) * 1980-05-10 1981-12-09 Shimadzu Corp Process controller
JPS57111703A (en) * 1980-12-29 1982-07-12 Shimadzu Corp Adaptive control device for process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0556695U (en) * 1991-12-27 1993-07-27 武 細川 Car wiper

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5941006A (en) 1984-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3196390B2 (en) Parameter identifier
KR20190087490A (en) Method of designing filter of delay compensator, feedback control method using it, motor control device
JPH0554122B2 (en)
JP3006223B2 (en) Motor control device
EP0163456B1 (en) Control system
JP2605693B2 (en) Vehicle throttle valve control device
JP2002229604A (en) Control device
JPS6217242B2 (en)
JP2923993B2 (en) Motor control device
JP3918452B2 (en) controller
JPS635308Y2 (en)
JPH06250718A (en) Standard quantity production for positioning control circuit in nc - machine
JPS6334711B2 (en)
JP3038850B2 (en) Vector quantization circuit
JPS581205A (en) Pid controller
JP2997278B2 (en) Motor control device
JPS61244286A (en) Feedback speed control system for motor
JPH0777490B2 (en) Reactive power compensation method by optimal control of stochastic system
JP2600799B2 (en) AC motor magnetic flux detector
JPS6334712B2 (en)
JPS6337599B2 (en)
JPH0830963B2 (en) Adaptive controller
JP3870005B2 (en) Expansion circuit
JPH05127701A (en) Controller
JPS6226245B2 (en)