JPH0562361B2 - - Google Patents

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JPH0562361B2
JPH0562361B2 JP58131548A JP13154883A JPH0562361B2 JP H0562361 B2 JPH0562361 B2 JP H0562361B2 JP 58131548 A JP58131548 A JP 58131548A JP 13154883 A JP13154883 A JP 13154883A JP H0562361 B2 JPH0562361 B2 JP H0562361B2
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signal
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control
speed
output signal
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Kazuo Hiroi
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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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
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/32—Automatic controllers electric with inputs from more than one sensing element; with outputs to more than one correcting element
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/10—Plc systems
    • G05B2219/11—Plc I-O input output
    • G05B2219/1169—Activating output if input changes, transition input and output not yet on

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  • 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、他の制御対象に加えられる操作信号
により自己の制御量が変化する干渉作用のある制
御対象を制御するプロセス制御装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
ひとつのプラントには複数の制御系があり、こ
れら制御系の中には互に干渉を生ずるものがあ
る。すなわち、ある制御系の操作信号を変化させ
ると、その影響が他の制御系に及んで制御結果を
乱す。例えば、化学プラントにおける蒸留塔での
塔頂温度制御系と塔底温度制御系や工業炉での右
側温度制御系と左側温度制御系がある。これら独
立した制御系に相互干渉がおこると相互干渉の
変動によるエネルギー損失、このようなプロセ
スで製造された製品の品質低下を招くという問題
があり、このような相互干渉を除去する必要があ
る。
第１図に従来の非干渉の制御装置を示す。２つ
の制御系１，２があり相互干渉をおこす。制御系
１の設定値SV1と、検出器１３で制御量X1を検
出したプロセス値PV1とを比較器１５で比較して
偏差を取り出し、これを調節演算部１６でＰ（比
例）Ｉ（積分）Ｄ（微分）演算をした後、加算器１
７で減算し、操作信号MV1を得る。この操作信
号MV1は制御対象に加えられ、制御対象の伝達
要素１９を経たものと、制御系２の操作信号
MV2による干渉の伝達要素１０１を経たものと
が加算器１８で加算されて制御量X1となる。制
御系２の操作信号MV2が変化すると、伝達要素
１０１を介して制御系１の制御量X1に影響を与
える。この影響、すなわち干渉を排除するために
非干渉要素１００を設けて相殺するようにする。
同様に制御系２においても、制御系１の操作信号
MV1が変化すると、伝達要素２０１を介して制
御系２の制御量X2に影響を与えるため、非干渉
要素２００を設けて相殺するようにしている。
この非干渉要素１００，２００の伝達関数
GM1，GM2を求める。制御量X1，X2は次式の如く
なる。
X1＝（G1−GM2・G21）Y1 ＋（G21−GM1・G1）Y2 ……(1) X2＝（G12−GM2・G2）Y1 ＋（G2−GM2・G12）Y2 ……(2) 制御系１の制御量X1が制御系２の調節演算部
２６の出力信号Y2の影響を受けなくなればよい
から、(1)式より （G21−GM1・G1）Y2＝０ ∴GM1＝G21／G1 ……(3) が成立する。同様に制御系２の制御量X2が制御
系２の調節演算部１６の出力信号Y1の影響を受
けなくなればよいから(2)式より （G12−GM2・G2）Y2＝０ ∴GM2＝G12／G1 ……(4) が成立する。
伝達関数G1，G2，G12，G21を一次遅れの式で
近似して、 G1＝K1／１＋T1・Ｓ，G2＝K2／１＋T2・Ｓ G12＝K12／１＋T12・Ｓ，G21＝K21／１＋T21・Ｓ とすると、(3)，(4)式より伝達関数GM1，GM2は、 GM1＝G21／G1＝K21／K1・１＋T1・Ｓ／１＋T21・Ｓ…
…(5) GM2＝G12／G2＝K12／K2・１＋T2・Ｓ／１＋T12・Ｓ…
…(6) となる。通常T1≦T21，T2≦T12であり、GM1，
GM2は遅れ補償となる。GM1，GM2を(5)，(6)式のよ
うに定めて、制御系１，２間の干渉を防止しよう
としている。
しかしながら、従来は位置形の信号を演算する
方式であるため、コントローラの自動／手動切
換時のバランスレスバンプレス切換が非常に複雑
であるフイードフオワード制御、ループゲイン
補正、弁特性補正などの他の信号との結合せが非
常に複雑である、という問題があつた。また従来
は、負荷変化、干渉量の変化による制御ループの
ゲインの自動補正がなされていないという問題が
あり、工業的プロセスへの制御装置として致命的
な欠陥を有していた。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
他の制御系からの干渉による影響をを除き、バラ
ンスレスバンプレス切換や他の信号との組合せを
容易におこなえ、負荷変化、干渉量の変化による
制御ループのゲインの自動修正をおこなうことが
できるプロセス制御装置を提供することを目的と
する。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために本発明によるプロセ
ス制御装置は、制御偏差信号を出力する比較部
と、この制御偏差信号を速度制御演算し速度形調
節出力信号を出力する調節演算部と、干渉作用を
相殺するような所定の伝達特性を有する非干渉要
素とをそれぞれの制御系に設け、前記非干渉要素
には相手方の制御系の調節演算部の出力のみによ
つて変化する位置形信号を入力し、前記非干渉要
素の出力を速度形信号に変換し前記速度形調節出
力信号から減算して、この減算した信号を位置形
信号に変換して制御対象への操作信号としてい
る。
また本発明によるプロセス制御装置は、前記非
干渉要素からの出力信号を所定の関数により変換
して、制御ループゲイン修正係数として出力する
関数変換部と、この制御ループゲイン修正係数を
前記速度形調節出力信号に乗算器とをそれぞれの
制御系に更に設け、制御ループゲインを負荷の大
きさに従つて自動的に修正するようにしている。
〔発明の実施例〕
本発明の第１の実施例によるプロセス制御装置
を第２図に示す、制御系１，２は相互干渉する系
であり、両制御系１，２とも非干渉化する。制御
系１の設定値SV1と、検出器１３で検出されたプ
ロセス値PV1とを比較器１５で比較し、その偏差
信号を速度計PID調節演算部４１に入力する。速
度形PID調節演算部４１に入力する。速度形PID
調節演算部４１は速度形調節出力信号ΔC1oを加
算器４２に出力する。同様に制御系２にも、設定
値SV2とプロセス値PV2とを比較して、偏差信号
を出力する比較部２５と、この偏差信号をPID演
算して速度形調節出力信号ΔC2oを加算器５２に
出力する速度形PID調節演算部５１とが設けられ
ている。
一方、制御系２から制御系１への干渉作用を相
殺するため(5)式の伝達特性を有する非干渉要素４
４と、制御系１から制御系２への干渉作用を相殺
するため(6)式の伝達特性を有する非干渉要素５４
とが設けられている。これら非干渉要素４４，５
４には、操作信号MV2o，MV1oがそのまま入力
されるのではなく、非干渉要素４４には、操作信
号MV2oと非干渉要素５４の出力信号D2oとの合
成信号Z2が入力され、非干渉要素５４には、操作
信号MV1oと非干渉要素４４の出力信号D1oとの
合成信号Z1が入力される。合成信号Z1，Z2はそれ
ぞれ加算器５３，４３により合成される。
非干渉要素４４の位置形の出力信号D1oは位置
形／速度形信号変換部４５により速度形の信号
ΔD1oに変換され、加算器４２に入力される。加
算器４２は、速度形調節出力信号ΔC1oから信号
ΔD1oを減算し、その合成信号ΔMV1o（＝ΔC1o−
ΔD1o）を得る。これを速度形／位置形信号変換
部４６に入力して位置形の信号に変換し、この信
号を操作信号MV1oとして制御系１の制御対象を
制御する。
制御系２についても同様であり、非干渉要素５
４の位置形の出力信号D2oは位置形／速度形信号
変換部５５により速度形の信号ΔD2oに変換され、
加算器５２に入力される。加算器５２は、速度形
調節出力信号ΔC2oから信号D2oを減算し、その合
成信号ΔMV2o（＝ΔC2o−ΔD2o）を得る。これを
速度形／位置形信号変換部５６に入力して位置形
の信号に変換し、この信号を操作信号MV2oとし
て制御系２の制御対象を制御する。
本実施例では、従来位置形信号の演算であつた
ものに速度形演算をとり入れた点に特徴がある。
速度形の調節出力信号ΔC1o，ΔC2oが変化したと
きのみ相互干渉する相手の制御系に非干渉補償を
するようになつている。
まず、制御系２の速度形PID調節演算部５１か
らの調節出力信号ΔC2oが変化したときにのみ制
御系１に非干渉補償がかかることを説明する。合
成信号ΔMV2o、操作信号MV2o、合成信号Z2は前
述したように次式の如くなる。
ΔMV2o＝ΔC2o−ΔD2o ……(10) MV2o＝ΣΔC2o−ΣΔD2o ……(11) Z2＝MV2o＋D2o ……(12) (11)式を(12)式に代入すると、 Z2＝ΣΔC2o−ΣΔD2o＋D2o ＝ΣC2o ……(13) となる。合成信号Z2は制御系２の速度形PID調節
演算部５１の出力のみにより変化する位置形信号
で、これを非干渉要素４４を経由したのち、位置
形／速度形信号変換部４５で速度形化してΔC1o
と合成する。したがつて次式が成立する。
D1o＝GM1×Z2＝GM1×ΣΔC2o ……(14) ΔD1o＝GM1×ΔC2o ……(15) ΔMV1o＝ΔC1o−GM1×ΔC2o ……(16)） MV1o＝Σ（ΔC1o−GM1×ΔC2o） ……(17) このように制御系２の調節出力信号ΔC2oが変
化したときのみ、制御系１の操作信号MV1oは非
干渉補償される。
逆に、制御系１の速度形PID調節演算部４１か
らの調節出力信号ΔC1oが変化したときにのみ、
制御系２に非干渉補償がかかることを説明する。
合成信号ΔMV1o、操作信号MV1o、合成信号Z1は
次式の如くなる。
ΔMV1o＝ΔC1o−ΔD1o ……(20) MV1o＝ΣΔC1o−ΣΔD1o ……(21) Z1＝MV1o＋D1o ……(22) （21）式を（22）式に代入すると、 Z1＝ΣΔC1o−ΣΔD1o＋D1o ＝ΣΔC1o ……(23) となる。合成信号Z1は制御系１の速度形PID調節
演算部４１の出力のみによつて変化する位置形信
号でこれを非干渉要素５４を経由したのち位置
形／速度形信号変換部５５で速度形化してΔC2o
と合成する。したがつて次式が成立する。
D2o＝GM2×Z1＝GM2×ΣΔC1o ……(24) ΔD2o＝GM2×ΔC1o ……(25) ΔMV2o＝ΔC2o−GM1×ΔC1o ……(26) MV2o＝Σ（ΔC2o−GM1×ΔC1o ……(27) このように制御系１の調節出力信号ΔC1oが変
化したときのみ、制御系２の操作信号MV2oは非
干渉補償される。
このように本実施例によれば速度形演算をして
いるので相互干渉による影響を除き、バランスレ
スバンプレス切換や他の信号との組合せを容易に
おこなえる。
次に本発明の第２の実施例によるプロセス制御
装置を第３図に示す。本実施例では両制御系１，
２とも非干渉化するとともに、両制御ループゲイ
ンK1，K2の自動修正をする。加算器５３の出力
信号Z1は（22）式より、 Z1＝MV1o＋D1o となり、制御系１の操作信号MV1oと制御系１へ
の干渉量の大きさの和である。結局Z1は制御系１
の負荷の大きさに比例することになる。そこで本
実施例では所定の関数による関数変換部６２と乗
算器６１を設け、関数変換部６２で、合成信号Z1
に応じた制御ループゲイン修正係数K1oを求め、
速度形PID調節演算部４１の速度形出力信号
ΔC1oに乗算器６１で制御ループゲイン修正係数
K1oを乗じて、加算器４２に出力する。同様に制
御系２についても、加算器４３の出力信号Z2は(12)
式より、 Z2＝MV2o＋D2o となり、結局Z2は制御系２の負荷の大きさに比例
することになる。そこで関数変換部７２と乗算器
７１を設け、関数変換部７２で、合成信号Z2に応
じた制御ループゲイン修正係数K2oを求め、速度
形PID調節演算部５１の速度形出力信号ΔC2oに
乗算器７１で制御ループゲイン補正係数K2oを乗
じて、加算器５２に出力する。相互干渉を非干渉
補償する構成については、第１の実施例と同じで
ある。
独立した制御ループ間の相互干渉の問題は、特
に温度制御と成分制御において問題となることが
多く、このような制御における制御ループゲイン
はその負荷の大きさにより大きく異なる特性を有
している。例えば、偏差が１℃であつても、操作
信号の大きさが10℃のときと50℃のときとでは同
じ１℃という偏差を修正するための操作信号の修
正量の大きさが全く異なる。したがつて負荷変化
全域にわたつて最適な制御応答を得るためには、
制御ループゲインＫは、 Ｋ∝（負荷の大きさ）∝（操作信号＋他の制御
系からの干渉量の大きさ） となる必要がある。
したがつて関数変換部６２，７２では、負荷の
大きさに応じた合成信号Z1，Z2に対して次の式で
示す関数式により制御ループゲイン修正係数
K1o，K2oを得る。
K1o＝Z1／Z10 K2o＝Z2／Z20 ここでZ10，Z20はPIDパラメータ調整時の入力
Z1，Z2の大きさである。他の要因により上式の関
係が成立しない場合には、入力Z1，Z2に対して最
適な制御ループゲインK1，K2を求めそれを折線
近似した関数でもよい。
このように本実施例では、干渉作用なく制御す
るとともに、負荷変化や干渉量変化に応じたゲイ
ンを自動的に補正できる。
〔発明の効果〕
以上の通り本発明によれば、非干渉補償が遅れ
補償となることから速度形に変換して演算処理す
ることにより、カスケード／自動／手動のモー
ド切換が完全にバランスレスバンプレスにでき、
他の信号との組合せ、特性補正、ゲイン補正な
どが容易におこなえる。
また負荷の大きさと干渉量の大きさとの合成信
号に応じた制御ループゲインを自動修正すること
により、負荷の大きさが変化してもゲインが修
正され、制御性を最適に保つことができ、干渉
量が変化しても、非干渉化するとともにゲインを
自動修正し、制御性を最適に保つことができる。
したがつて制御性を極限まで向上することがで
き、プラントの省資源、省エネルギ、生成物の品
質の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のプロセス制御装置のブロツク
図、第２図は本発明の第１の実施例によるプロセ
ス制御装置のブロツク図、第３図は本発明の第２
の実施例によるプロセス制御装置のブロツク図で
ある。 １，２…制御系、１５，２５…加算器、１６，
２６…調節演算部、１７，２７…加算器、１９，
２９，１０１，２０１…伝達要素、４１，５１…
速度形PID調節演算部、４２，５２…加算器、４
４，５４…非干渉要素、４５，５５…位置形／速
度形信号変換部、４６，５６…速度形／位置形信
号変換部、６１，７１…乗算器、６２，７２…関
数変換部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 第１および第２の制御対象にそれぞれ加えら
    れる第１および第２の操作信号がそれぞれ他の系
    の第２および第１の制御量に変化を及ぼす、互い
    に干渉を有する第１および第２の系を制御するプ
    ロセス制御装置において、 前記第１の制御系は、第１の設定値と第１の制
    御量とを比較し第１の制御偏差信号を出力する第
    １の比較部と、この第１の制御偏差信号を速度制
    御演算し第１の速度形調節出力信号を出力する第
    １の調節演算部と、前記第２の制御対象に加えら
    れる第２の操作信号により前記第１の制御量が変
    化する第１の非干渉作用を相殺するような所定の
    第１の伝達特性を有する第１の非干渉要素と、前
    記第１の干渉要素からの出力信号を速度形の出力
    信号に変換する第１の位置形／速度形信号変換部
    と、前記第１の速度形調節出力信号からこの第１
    の位置形／速度形信号変換部の速度形出力信号を
    減算する第１の減算器と、この第１の減算器から
    の速度形信号を位置形の第１の操作信号に変換す
    る第１の速度形／位置形信号変換部とを備え、 前記第２の制御系は第２の設定値と第２の制御
    量とを比較し第２の制御偏差信号を出力する第２
    の比較部と、この第２の制御偏差信号を速度制御
    演算し第２の速度形調節出力信号を出力する第２
    の調節演算部と、前記第１の制御対象に加えられ
    る第１の操作信号により前記第２の制御量が変化
    する第２の干渉作用を相殺するような所定の第２
    の伝達特性を有する第２の非干渉要素と、前記第
    ２の非干渉要素からの出力信号を速度形の出力信
    号に変換する第２の位置形／速度形信号変換部
    と、前記第２の速度形調節出力信号からこの第２
    の位置形／速度形信号変換部の速度形出力信号を
    減算する第２の減算器と、この第２の減算器から
    の速度形信号を位置形の第２の操作信号に変換す
    る第２の速度形／位置形信号変換部とを備え、 前記第２の非干渉要素からの出力信号と前記第
    ２の操作信号とを加算する第１の加算器と、前記
    第１の非干渉要素からの出力信号と前記第１の操
    作信号とを加算する第２の加算器とをさらに備
    え、前記第１の加算器の出力を前記第１の非干渉
    要素の入力とし、前記第２の加算器の出力を前記
    第２の非干渉要素の入力としたことを特徴とする
    プロセス制御装置。 ２ 第１および第２の制御対象にそれぞれ加えら
    れる第１および第２の操作信号がそれぞれ他の系
    の第２および第１の制御量に変化を及ぼす、互い
    に干渉を有する第１および第２の系を制御するプ
    ロセス制御装置において、 前記第１の制御系は、第１の設定値と第１の制
    御量とを比較し第１の制御偏差信号を出力する第
    １の比較部と、この第１の制御偏差信号を速度制
    御演算し第１の速度形調節出力信号を出力する第
    １の調節演算部と、前記第２の制御対象に加えら
    れる第２の操作信号により前記第１の制御量が変
    化する第１の干渉作用を相殺するような所定の第
    １の伝達特性を有する第１の非干渉要素と、前記
    第１の非干渉要素からの出力信号を速度形の出力
    信号に変換する第１の位置形／速度形信号変換部
    と、前記第１の速度形調節出力信号からこの第１
    の位置形／速度形信号変換部の速度形出力信号を
    減算する第１の減算器と、この第１の減算器から
    の速度形信号を位置形の第１の操作信号に変換す
    る第１の速度形／位置形信号変換部とを備え、 前記第２の制御系は第２の設定値と第２の制御
    量とを比較し第２の制御偏差信号を出力する第２
    の比較部と、この第２の制御偏差信号を速度制御
    演算し第２の速度形調節出力信号を出力する第２
    の調節演算部と、前記第１の制御対象に加えられ
    る第１の操作信号により前記第２の制御量が変化
    する第２の干渉作用を相殺するような所定の第２
    の伝達特性を有する第２の非干渉要素と、前記第
    ２の非干渉要素からの出力信号を速度形の出力信
    号に変換する第２の位置形／速度形信号変換部
    と、前記第２の速度形調節出力信号からこの第２
    の位置形／速度形信号変換部の速度形出力信号を
    減算する第２の減算器と、この第２の減算器から
    の速度形信号を位置形の第２の操作信号に変換す
    る第２の速度形／位置形信号変換部とを備え、 前記第２の非干渉要素からの出力信号と前記第
    ２の操作信号とを加算する第１の加算器と、前記
    第１の非干渉要素からの出力信号と前記第１の操
    作信号とを加算する第２の加算器と、この第２の
    加算器の出力信号を所定の第１の関数により変換
    して第１の制御ループゲイン修正係数として出力
    する第１の関数変換部と、この第１の関数変換部
    から出力された第１の制御ループゲイン修正係数
    を前記第１の速度計調節出力信号に乗ずる第１の
    乗算器と、前記第１の加算器の出力信号を所定の
    第２の関数変換部と、この第２の関数変換部から
    出力された第２の制御ループゲイン修正係数を前
    記第２の速度計調節出力信号に乗ずる第２の乗算
    器とをさらに備え、前記第１の加算器の出力を前
    記第１の非干渉要素の入力とし、前記第２の加算
    器の出力を前記第２の非干渉要素の入力としたこ
    とを特徴とするプロセス制御装置。
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DE19804026C1 (de) 1998-02-02 1999-05-06 Siemens Ag Verfahren und Regeleinrichtung zur Regelung eines Gasturbosatzes, insbesondere von Gas- und Dampf-Kraftwerken
JP3915370B2 (ja) * 2000-04-18 2007-05-16 オムロン株式会社 制御装置、温度調節器および熱処理装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58207103A (ja) * 1982-05-28 1983-12-02 Nippon Kokan Kk <Nkk> 複数制御系の非干渉制御装置

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JPS58207103A (ja) * 1982-05-28 1983-12-02 Nippon Kokan Kk <Nkk> 複数制御系の非干渉制御装置

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JPS6022204A (ja) 1985-02-04

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