JPH0695282B2 - プロセス制御装置 - Google Patents

プロセス制御装置

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JPH0695282B2
JPH0695282B2 JP286883A JP286883A JPH0695282B2 JP H0695282 B2 JPH0695282 B2 JP H0695282B2 JP 286883 A JP286883 A JP 286883A JP 286883 A JP286883 A JP 286883A JP H0695282 B2 JPH0695282 B2 JP H0695282B2
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205Adaptive 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

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はフイードバツク制御系に外乱に対して、進み/
遅れ伝達関数を経由した外乱補償信号として、外乱によ
る影響を抑制するフイードフオワード制御を組み合せた
プロセス制御装置に関する。
〔発明の技術的背景〕
第1図は従来のフイードフオワード制御とフイードバツ
ク制御の組合せによるプロセス制御装置を示す。
設定値SV1と制御量PV2との差を差演算部10で取り出す。
この偏差信号を速度形調節演算部11に入力し、P(比
例)・I(積分)・D(微分)の組み合せからなる調節
演算式をといて得られた速度形調節出力信号△Cnを第1
加算部12に出力する。外乱補償信号Dは係数部13で係数
Kが乗じられたのち、静特性補償分と動特性補償分に分
けて、静特性補償分の外乱補償信号成分は、差分演算部
14に入れて、今回の位置形信号Dnから前回の位置形信号
Dn-1を差引いて求めた速度形信号△Dnに変換した後、前
記第1加算部12で速度形調節演算部11の速度形調節出力
信号△Cnと加算され、のち前記第1加算部12の出力が速
度形→位置形演算部15に入力されて、MVn=MVn-1+△MV
nなる演算をして速度形信号から位置形信号に変換す
る。もう一つの後者の動特性補償分の外乱補償成分の信
号は、不完全微分部16を経たのち、第2加算部17で前記
速度形→位置形演算部15の出力信号と加算して、操作出
力信号MVonとして、プロセス18に加えて、制御量PVを調
節する。
〔背景技術の問題点〕
第1図に示すプロセス制御装置の操作出力MVonは で表わされる。
但しCn:フイードバツク制御系の調節出力信号(位置
形)=Σ△Cn D:外乱補償信号 K:フイードフオワード係数(プロセスの定常状態におけ
る物質収支熱収支によつて決定される。) TP:操作量→制御量間の時定数 TD:外乱→制御量間の時定数 S:ラプラス演算子 つまり、(1)式は、 操作信号=フイードバツク制御系の調節出力信号 +フイードフオワード信号 …(2) となつている。つまり、フイードフオワード制御が理想
的に行なわれていれば、調節出力信号Cnは零となるはず
である。
しかし、フイードフオワード係数Kは、プロセスがある
状態で決定した定数であるために、プロセスの (1) 経年変化(環境温度変化、設備劣化、配管内部
の水垢の付着、配管表面のススの付着等による効率の経
年低下) (2) 外乱として測定してはいないが制御量に影響を
与える物理的条件変化(温度・圧力・レベル・流量・成
分などの変化)によつて、最適なKの値は、プロセスの
状態によつてランダムに変化して行く、しかし、係数部
13に設定されたKが一定値のために、偏差が出て、フイ
ードバツク制御の方が働き、調節出力信号Cnにより、操
作信号を修正し、制御量を所定値に調節する。
この従来の方式では、フイードフオワード制御が最適化
されていないため、外乱が変化したときには、 外乱変化→フイードフオワード制御が最適でない量だけ
制御量が変化→偏差発生→フイードバツク制御の調節出
力信号Cn変化→操作信号補正→これをくり返して制御量
を所定値に保つ。
というサイクルをくり返すことになる。
つまり、従来技術のプロセス制御装置はフイードフオワ
ード係数Kが常に最適値となつていないため、 (1) どうしても外乱の影響が制御量に現われるこ
と、 (2) この制御量に現われた外乱の影響をフイードバ
ツク制御で修正するために、整定するのに時間を要す
る。
などのプロセス制御の実用上、致命的な欠陥があつた。
現代はフレキシブルプロセス・オートメーシヨンの時代
と呼ばれており、製品を経済的に、高品質を維持して生
産するためには、負荷変動などの外乱に対して、制御系
が、影響を受けないことがキーポイントとなる。
最近の上流から下流工程まで、一貫した連続プロセスに
おいては、途中の1つの制御系の乱れが、プロセス全体
に波及するため、影響が非常に大である。
このためプロセス制御系で、外乱の影響をいかに抑制す
るかが、プラントの経済運転、高速化、高品質化、安定
化を決定ずける。
この意味で、従来技術は実用上、大きな欠陥を持つてい
ることになる。
〔発明の目的〕
本発明は従来の欠点を除去するためになされたもので、
フイードバツク制御とフイードフオワード制御を組み合
せてフイードフオワードモデルを最適化するプロセス制
御装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明はフイードバツク制御とフイードフオワード制御
を組み合せた操作信号MVonを のように、フィードフォワード制御の係数Kが一定にも
係わらず、この係数にフィ−ドバックス制御の出力信号
を乗じて、フィードバック制御量に応じたフィードフォ
ワード制御量の静特性補償分を自動修正することによ
り、上記目的を達成したプロセス制御装置を提供するこ
とにある。
〔発明の実施例〕
以下本願発明について図面を参照しながら説明する。
第2図において、第1図の構成と同一機能を有する装置
或は部品に同一番号を付し、その説明を省略して説明す
る。相違する構成は、第1加算部12に速度形調節演算部
の出力を直接加えず速度形調節演算部11から第1加算部
12に至る途中に乗算部19を挿入し、係数部13の出力と速
度形調節演算部11の出力との乗算した結果を差分演算部
14の速度形静特性補償信号を入力する第1加算部12に供
給するところである。
次に従来の装置における速度形調節演算部11の出力側と
第1加算部12との間に乗算部19を挿入接続し、係数部13
の出力に速度形調節演算部11の出力を乗算した信号を第
1加算部12に出力するとプロセス18に与える操作信号MV
onは の式で示される。
したがつて、フィードフォワード制御の係数Kが一定に
も係わらず、この係数にフィードバック制御の出力信号
を乗じることにより、フィードバック制御量に応じたフ
ィードフォワード制御量の静特性補償分が自動修正され
る。その結果、常にプロセスにおける最適なフィードフ
ォワード制御の係数を保ち得る。
第3図において、第2図の構成と同一機能を有する装置
或は部品に同一番号を付し、その説明を省略して説明す
る。相違する構成は不完全微分部16を削除する箇所のみ
である。
第3図の構成の操作信号MVonは MVon=Σ△MVn =Σ△Dn+ΣD×K×△Cn =D×K+D×K×Cn =D×K(1+Cn) の式で示され、第2図と同様、D×K×Cnの項が存在し
ており、フィードフォワード制御の係数Kが一定にも係
わらず、この係数にフィードバック制御の出力信号を乗
じることにより、フィードバック制御量に応じたフィー
ドフォワード制御量の静特性補償分が自動修正される。
その結果、常にプロセスにおける最適なフィードフォワ
ード制御の係数を保ち得る。
第4図において第2図の構成と同一機能を有する装置或
は部品に同一番号を付し、その説明を省略して説明す
る。
相違箇所は、係数部13から第2加算部に至るところを変
更し、速度形−位置形演算部15の出力を係数部13の出力
で除算する除算部20、不完全微分部16の出力と第2加算
部17の入力端との間に前記除算部20の出力に不完全微分
部16の出力を乗算して結果を第2加算部17に入力する第
2乗算部21を備えるようにした。
次にこのような構成となつた装置の作動を説明する。
操作信号MVonは、 として示され、フィードフォワード制御の係数Kが一定
にも係わらず、この係数にフィードバック制御の出力信
号を乗じることにより、フィードバック制御量に応じた
フィードフォワード制御量の静特性補償分および動特性
補償分の係数が自動修正され第2図,第3図の構成に比
べ最適値に自動修正されるまでの時間が短縮される。
なお本願において、速度形調節演算部11の出力と係数部
13の出力を乗算部で求めて第1加算部に加えるように記
述したが必ずしもこのようにする必要がなく、係数部の
入力側或は出力側の外乱補償信号とプロセス量PVから設
定値SVを差引いた値とを乗算部で求め、この乗算値を速
度形調節演算部11に加えるようにしてもよい。また、係
数部の入力側あるいは。出力側の外乱補償信号を速度形
調節演算部11のP(比例)に乗じるようにしても良い。
この場合、速度形調節演算部の出力側は第1加算部に接
続する。また本願の第2図の実施例において乗算部19の
出力と差分演算部14の出力とを第1加算部で加算して速
度形→位置形変換部15の入力信号としたが必ずしもこの
ようにする必要がなく、差分演算部14および第1加算部
12を除去し、その代り乗算部の出力を速度形→位置形変
換部の入力信号として実施されてもよい。この場合の操
作出力信号MVonは で表わされる。
第5図は第2図から第4図に至る装置において、乗算部
19に係数部13の出力を直接供給接続するように記述した
が、係数部13の出力つまりフイードフオワード成分の静
特性補償分を信号上下限制限部22を通して上下限制限
し、さらに除算部23を通して、速度形調節演算部11のP
・I・Dパラメータを決定したときの外乱の大きさX
0(比率)で除した信号Knを速度形調節演算部11の速度
形調節演算出力信号に乗じるように構成してもよい。
このようにフイードフオワード成分の静特性補償分を上
下限制限部22を通して制限し、さらに速度形調節演算部
11のP・I・Dパラメータを決定したときの外乱の大き
さX0(比率)で除した信号Knを乗算部19に入力すると、
次のような作動となる。先ず信号上下限制限部22の下限
設定L=上限設定H=X0(%)と設定する。上下限制限
部22の出力信号は入力の如何にかかわらずX0(%)とな
る。従つてKn=X0/X0=1.0となり、第2図における第2
加算部の出力MVonは MVon=Σ(△Cn×Kn+△Dn) =Σ(△Cn+△Dn) =Cn+Dn となり、この場合の操作出力信号はフイードバツク制御
出力信号Cnとフイードフオワード制御出力信号Dnが加算
的に組み合わさつたものとなる。
次に上下限制限部22の下限設定L=30%,上限設定H=
100%と設定した場合、上下限制限部22の出力の出力信
号の変動範囲は30%〜100%となり、したがつて、 となり、X0=50%とするとKn=0.6〜2.0の間で変化す
る。
操作出力信号MVonは となり、フイードバツク制御出力信号Cnにより、フイー
ドフオワード制御出力信号Dnの係数を修正し、最適化す
る。また異常で外乱補償信号D=0となつたときは、操
作出力はMVn=0.6×Cnとなり、外乱補償信号D=100%
以上となつたときは、操作出力MVonは MVon=2×Cn となり、フイードバツク制御が生き残り、多少の制御性
は低下するが制御は継続できる。つまり、上下限制限部
により外部信号の利用範囲を通常運転範囲に上下限制限
することにより、外乱信号検出器の異常による悪影響が
フィードバック制御系に及ぶのを制御できるので、無制
御状態になったり、過制御状態になることを防止でき、
プロセスの安全性を確保できる。
このように構成したため、構成を変えることなく、設定
値のみ変更のみで 従来技術方式本願発明方式の変更が自由にでき
る。
外乱信号が異常となり、“ゼロ”または過大となつ
ても安全性が確保できる。
の利点がある。
〔発明の効果〕
以上詳述した通り本願は、操作出力MVonが となるような構成をとつているため、フイードバツク制
御とフイードフオワード制御の組み合せにおいて、フイ
ードフオワード制御を主体とし、フイードバツク制御系
によりフイードフオワード制御の係数Kを自動修正して
K(1+Cn)或はD×K×Cnで示されるようにプロセス
に応じて最適値に維持できるので、外乱の影響が制御量
に現れない。また、経年変化によるフィードフォワード
係数の最適値の変化についても、フィードバック制御系
によりフィードフォワード制御の係数を自動修正し、プ
ロセスに応じて最適値に維持することができる。また整
定に要する時間が一段と短くなる。したがつて負荷変動
などの外乱に対して制御系が影響を受けることがないの
で、プラントの経済運転・高速化・高品質化・安全化の
面で顕著な効果を奏し得る。また本願は速度形演算を巧
みに組み合せているので、自動手動のバランスレスバ
ンプレス切換が簡単にできるとともにさらにフイードフ
オワードモデルを静特性補償分と動特性補償分に完全に
分離しているので、動特性補償分の出力側に折線などの
制限要素を入れることが可能となり、動特性補償分に対
して不感帯域,上下限制限,方向性を持たせることが出
来、プロセスの特性・運用上の制限条件に合せて限界調
整が出来る万能形プロセス制御装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のプロセス制御装置の構成をブロツク構成
にて示す図、第5図は、本願発明のプロセス制御装置の
一実施例を示すブロック図であり、第2図,第3図,第
4図は、本願発明の構成を示すブロック図である。 10……差演算部 11……速度形調節演算部 12……第1加算部 13……係数器 14……差分演算部 15……速度形→位置形演算部 16……不完全微分部 17……第2加算部 18……プロセス 19,21……乗算器 20……除算器 22……信号上下限制限部 23……除算部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】設定値と制御量の偏差値から速度形調節演
    算部により演算された速度形調節演算信号を位置形信号
    化し、この位置形信号を操作信号として出力するフィー
    ドバック制御系に、外乱補償信号と組合せてフィードフ
    ォワード制御を行うプロセス制御装置において、 外乱信号に所定の係数を乗じた外乱補償信号の静特性補
    償分である静特性補償信号の上限及び下限を制限するよ
    うに演算し、この演算された信号を前記速度形調節演算
    部の制御定数決定時の前記静特性補償信号の大きさで除
    した信号に、前記速度形調節演算信号を乗じる手段と、 前記手段により得られた信号と、前記静特性補償信号を
    速度化した信号とを加算する加算手段と、 前記加算手段により得られた速度形信号を位置形化する
    変換手段とを備え、 前記変換手段により得られた信号をプロセスの操作信号
    とすることを特徴とするプロセス制御装置。
JP286883A 1983-01-13 1983-01-13 プロセス制御装置 Expired - Lifetime JPH0695282B2 (ja)

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JPS59128602A JPS59128602A (ja) 1984-07-24
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