JPH07253803A - ２自由度調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、微分成分の強さを独立して可変
し、非常に簡単な構成により制御性の向上を図ることに
ある。 【構成】 制御対象４−２からの制御量ＰＶn とこの制
御量の目標値ＳＶn との偏差Ｅ(s) を零とするようにＰ
Ｉ（Ｐ：比例、Ｉ：積分）調節演算を実行し、得られた
合成調節演算信号を操作信号として前記制御対象に印加
するフィードバック経路に進み／遅れ要素を挿入してな
る２自由度調節装置において、前記進み／遅れ要素を静
特性成分ａと動特性成分ｂとに分離し、そのうち動特性
成分の出力に微分強さ調整係数δを乗算して微分調節信
号を得、前記ＰＩ調節演算による前記合成調節演算信号
から前記微分調節信号を減算し、また静特性成分ａと動
特性成分ｂとを加算手段１５で加算して補正制御量ＰＶ
n ′を取り出し偏差演算手段１に導入する２自由度調節
装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＩ調節制御系のフィ
ードバック経路に進み／遅れ要素を挿入し、外乱抑制特
性と目標値追従特性との双方を同時に最適化する２自由
度調節装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のＰＩまたはＰＩＤ（Ｐ：比例，
Ｉ：積分，Ｄ：微分）調節装置は、制御の有史以来あら
ゆる産業分野で多用されており、もはや各産業分野の制
御システムではＰＩまたはＰＩＤ調節装置無しには成り
立たなくなってきている。

【０００３】従来の調節装置には、種々の調節演算方式
が採用されているが、時代の推移とともにアナログ調節
演算方式からディジタル調節演算方式に移行しており、
今後もその傾向は変りそうもなく、プラント運転制御シ
ステムの基盤をなしている。

【０００４】このＰＩ調節演算の基本式は下記式で表さ
れる。 ＭＶ(S) ＝Ｋp ｛１＋（１／Ｔ_I ・ｓ）｝・Ｅ(s) ……（１） 但し、ＭＶ(s) ：操作信号、Ｋp ：比例ゲイン、Ｔ_I ：
積分時間、s ：ラプラス演算子、Ｅ(s) ：偏差信号であ
る。

【０００５】このＰＩ調節演算の基本式は１自由度ＰＩ
調節方式と呼ばれ、ＰＩパラメータが１組しか設定でき
ない。しかし、実際の制御系では、外乱抑制特性を最適
化するだけでなく、目標値追従特性も最適化する必要が
あるが、これらの最適化演算に使用するパラメータ，つ
まり外乱抑制最適ＰＩパラメータと目標値追従最適ＰＩ
パラメータとの値が大きく異なっている。その結果、外
乱抑制特性を最適化するようにＰＩパラメータを調整す
ると目標値追従特性が大きくオーバシュートして振動的
な特性となり、逆に目標値追従特性を最適化しようとす
ると、外乱抑制特性が劣化してしまう。この両者の特性
は同時に最適化することが出きず、二律背反の関係にあ
り、制御システムの高度化の大きな障害となっている。

【０００６】そこで、この種のＰＩＤ調節装置では、外
乱抑制特性と目標値追従特性とを同時に最適化できる技
術の出現が望まれていた。ところが、１９６３年におい
てＩｓｓａｃ Ｍ．ＨｏｒｏｗｉｔｓがＰＩＤパラメー
タをそれぞれ独立して２組設定可能な２自由度ＰＩＤア
ルゴリズム（ＴwoＤegrees of Ｆreedom ＰＩＤ Ａ
lgorithm：以下、２ＤＯＦ ＰＩＤと略称する）の基本
概念を発表するに至った。

【０００７】その後、この２ＤＯＦ ＰＩＤは実用化の
方向に歩み出し、最近ではプラント運転制御システムの
高度化に大きく貢献している。図６はＰＩの２項を２自
由度化した従来の２ＤＯＦ ＰＩ調節装置の中の基本ブ
ロック構成を示す図である。この調節装置は、１自由度
ＰＩ調節装置のフィードバック経路に進み／遅れ要素を
挿入し、ＰＩの２項を２自由度化した構成である。

【０００８】この調節装置は、目標値ＳＶn と制御対象
５１−１の制御量を検出する制御量検出手段５２からの
制御量ＰＶn を進み／遅れ要素５３を介して得られる補
正制御量ＰＶn ′とを偏差演算手段５４に導入し、ここ
で目標値ＳＶn から補正制御量ＰＶn ′を減算し、偏差
信号Ｅ(s) ＝（ＳＶn −ＰＶn ′）を求める。そして、
この偏差演算手段５４で得られた偏差信号Ｅ(s) をＰＩ
調節手段５５に導き、ここでＰＩパラメータの下にＰＩ
調節演算を実行し、得られた合成調節演算信号を比例ゲ
イン手段５６に導く。

【０００９】この比例ゲイン手段５６は、ＰＩ調節手段
５５の出力に比例ゲインＫp を乗算し、得られた乗算信
号を操作信号ＭＶn としてプロセス５１に印加し、偏差
Ｅ＝０，つまり目標値ＳＶn ＝補正制御量ＰＶn ′とな
るように制御する。

【００１０】従って、制御の目的である目標値ＳＶn ＝
制御量ＰＶn とするためには、ＰＶn ′＝ＰＶn ・Ｆ
(s) の関係から、最終値の定理を用いて（２）式が成立
するように進み／遅れ要素５３の補償要素Ｆ(s) ，つま
り伝達関数を選定すればよい。つまり、

【００１１】

【数１】 から補償要素Ｆ(s) を選定すればよいことになる。

【００１２】この調節装置は、フィードバック経路に進
み／遅れ機能をもった補償要素Ｆ(s) を挿入し、Ｐおよ
びＩ動作を２自由度化し、Ｄ動作は構成を簡単化するた
めに要素分離形によって２自由度化を図っている。この
ような機能構成のものは、ループ補償形２自由度ＰＩ制
御方式と呼ばれている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
なループ補償形２自由度ＰＩ制御方式の調節装置は、果
たして適切に２自由度化されているか否かに関し、実際
に応答式を用いて確認してみる。そこで、図６に示す装
置の応答式を求めると、（３）式のようになる。

【００１４】

【数２】

【００１５】この（３）式の応答式において、第１項は
目標値ＳＶの変化に対する成分であり、第２項は外乱Ｄ
の変化に対する成分である。従って、この（３）式から
明らかなことは、ＰＩ調節手段５５の伝達関数Ｃ(s) と
進み／遅れ要素５３の伝達関数Ｆ(s) のパラメータを調
整することにより、目標値ＳＶn の変化に対する追従特
性を最適にする制御定数Ｋp ，Ｔ_I と外乱Ｄn (s) の変
化に対する抑制特性を最適にする制御定数Ｋp ，Ｔ_I と
を接近させることができる。つまり、両者の特性を一致
させること、換言すれば２自由度化を達成できることが
明らかとなる。

【００１６】しかしながら、ＰＩ調節制御系のフィード
バック経路に進み／遅れ要素５３の伝達関数Ｆ(s) を挿
入したとき、次のような問題が生ずる。因みに、従来の
先進的例である（４）式の伝達関数Ｆ(s) をもった進み
／遅れ要素５３を用いた例について考えてみる。

【００１７】 Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ_I ・ｓ）／（１＋βＴ_I ・ｓ） ……（４） 上式においてα，βはパラメータ、Ｔ_I は積分時間、ｓ
はラプラス演算子である。以上のような（４）式の伝達
関数をもった進み／遅れ要素を採用した理由は、 （１） 定常状態において入力と出力とが等しいこと。
つまり、

【００１８】

【数３】 （２） 単位ステップ信号が入力されたときの出力応答
は、図７に示すように初期値がα、減衰特性がβとな
り、これらパラメータα，βは互いに独立に設定できる
こと。これは前記（４）式から導かれる下記式から明ら
かである。

【００１９】 Ｆ(s) ＝α−（α−１）｛１／（１＋βＴ_I ・ｓ）｝ ……（５） また、前記（４）式を用いて、（３）式の分母の調節に
関する伝達関数部分Ｆ(s) ・Ｋp ・Ｃ(s) を変形する
と、（６）式のように表すことができる。

【００２０】

【数４】

【００２１】この（６）式の場合には、パラメータα，
βを調整すれば、２自由度化することができる。一般的
に、０≦α≦１０、１≦β≦１程度で、最適値はα＝
０．２５、β＝０．５４である。

【００２２】しかしながら、この（６）式から明らかな
ように、比例項，積分項の他に、進み／遅れ要素の補償
要素Ｆ(s) を付加することにより、微分項は発生する
が、（４）式の補償要素Ｆ(s) から調整できるパラメー
タは、α，βの２個しかなく、αは比例項のために用い
られ、βは積分項のために用いられ、α，βのパラメー
タを微分項に用いて調整することができない。このこと
は、α，βの２個のパラメータでは、比例項，積分項お
よび微分項の３つを最適に調節演算できないという欠陥
をもっている。

【００２３】ゆえに、微分項を最適な状態で調節演算で
きないことから、制御性の高度化にも限界がある。さら
に、制御性を高度化するためには、非常にシンプルな形
をとりながら、もう１つの調整パラメータを付加し微分
項を調整する必要がある。

【００２４】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、制御性の向上を図りうる２自由度調節装置を提供す
ることを目的とする。また、本発明の他の目的は、比例
項，積分項のみならず、微分項の強さを容易に調整可能
とする２自由度調節装置を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、制御対象からの制御量
とこの制御量の目標値との偏差を零とするようにＰＩ調
節演算を実行し、得られた合成調節演算信号を操作信号
として前記制御対象に印加するフィードバック経路に進
み／遅れ要素を挿入してなる２自由度調節装置におい
て、前記進み／遅れ要素を静特性成分と動特性成分とに
分離し、そのうち動特性成分の出力に微分強さ調整係数
を乗算して微分調節信号を得、前記ＰＩ調節演算による
前記合成調節演算信号から前記微分調節信号を減算する
構成とし、Ｄ項の強さを調整する２自由度調節装置であ
る。

【００２６】次に、請求項２に対応する発明は、制御対
象からの制御量とこの制御量の目標値との偏差を零とす
るようにＰＩ調節演算を実行し、得られた合成調節演算
信号を操作信号として前記制御対象に印加するフィード
バック経路に進み／遅れ要素を挿入してなる２自由度調
節装置において、伝達関数Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ_I ・
ｓ）／（１＋βＴ_I ・ｓ）を有する進み／遅れ要素を静
特性成分＝１と動特性成分＝｛（１＋αβＴ_I ・ｓ）／
（１＋βＴ_I ・ｓ）−１｝とに分離し、そのうち前記動
特性成分の出力に微分強さ調整係数を乗算して微分調節
信号を得、前記ＰＩ調節演算による前記合成調節演算信
号から前記微分調節信号を減算する構成とし、Ｄ項の強
さを調整する２自由度調節装置である。但し、上式にお
いてα，βはパラメータ、Ｔ_I は積分時間、ｓはラプラ
ス演算子である。

【００２７】さらに、請求項３に対応する発明は、制御
対象からの制御量とこの制御量の目標値との偏差を零と
するようにＰＩ調節演算を実行し、得られた合成調節演
算信号を操作信号として前記制御対象に印加するフィー
ドバック経路に進み／遅れ要素を挿入してなる２自由度
調節装置において、伝達関数Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ_I ・
ｓ）／（１＋βＴ_I ・ｓ）を有する進み／遅れ要素をを
静特性成分＝１と動特性成分＝｛（α−１）βＴ_I ・
ｓ｝／（１＋βＴ_I ・ｓ）とに分離し、そのうち前記動
特性成分の出力に微分強さ調整係数を乗算して微分調節
信号を得、前記ＰＩ調節演算による前記合成調節演算信
号から前記微分調節信号を減算する構成とし、Ｄ項の強
さ調整する２自由度調節装置である。但し、上式におい
てα，βはパラメータ、Ｔ_I は積分時間、ｓはラプラス
演算子である。

【００２８】さらに、請求項４に対応する発明は、制御
対象からの制御量とこの制御量の目標値との偏差を零と
するようにＰＩ調節演算を実行し、得られた合成調節演
算信号を操作信号として前記制御対象に印加するフィー
ドバック経路に進み／遅れ要素を挿入してなる２自由度
調節装置において、伝達関数Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ_I ・
ｓ）／（１＋βＴ_I ・ｓ）を有する進み／遅れ要素を静
特性成分＝１と動特性成分＝（α−１）｛１−１／（１
＋βＴ_I ・ｓ）とに分離し、そのうち前記動特性成分の
出力に微分強さ調整係数を乗算して微分調節信号を得、
前記ＰＩ調節演算による前記合成調節演算信号から前記
微分調節信号を減算する構成とし、Ｄ項の強さを調整す
る２自由度調節装置。但し、上式においてα，βはパラ
メータ、Ｔ_I は積分時間、ｓはラプラス演算子である。
においてα，βはパラメータ、Ｔ_I は積分時間、ｓはラ
プラス演算子である。

【００２９】

【作用】従って、請求項１ないし４に対応する発明は、
以上のような手段を講じたことにより、フィードバック
経路に挿入する進み／遅れ要素を静特性成分要素と動特
性成分要素とに分離する一方、この動特性成分要素の出
力に微分項の強さを可変する微分強さ調整係数を乗算
し、ＰＩ調節手段の出力に合成するようにしたので、従
来装置の調整パラメータに１つパラメータを多く付加す
るだけで、微分成分の強さを適切に調整でき、比例項，
積分項および微分項の３つを最適に調節演算することが
できる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。本発明の基本的な考え方は、動特性成分が
微分成分であることに着目し、進み／遅れ要素から動特
性成分を取り出すために、進み／遅れ要素を静特性成分
と動特性成分とに分離し、この動特性成分，つまり微分
成分に作用する１つパラメータを追加し、最適に微分成
分を調節演算することにある。

【００３１】図１は請求項１に係わる発明の基本構成を
示す図である。同図において１は目標値ＳＶn とフィー
ドバック経路側からの補正制御量ＳＶn ′との偏差を求
める偏差演算手段、２は偏差演算手段１で得られる偏差
信号Ｅ(s) を零とするようにＰＩ調節演算を実行するＰ
Ｉ調節手段、３はＰＩ調節手段２の出力に比例ゲインＫ
p を乗算し操作信号ＭＶn を得、プロセス４に印加する
比例ゲイン手段である。このプロセス４は操作信号ＭＶ
n と外乱Ｄ(s) とを加算する加算手段４−１および制御
対象４−２が設けられている。５は制御対象４−２から
の制御量ＰＶn を取り出す制御量検出手段である。

【００３２】ところで、本装置においては、制御量検出
手段５の制御量を偏差演算手段１に導くフィードバック
経路に進み／遅れ要素を挿入するが、このとき進み／遅
れ要素を静特性成分ａと動特性成分ｂとに分離し、その
うち動特性成分出力には微分強さ調整係数δを乗算し、
この乗算値をＰＩ調節手段２の出力から減ずることによ
り微分の強さを調整する構成である。

【００３３】具体的に述べると、動特性成分機能を含む
微分強さ可変構成は、制御量ＰＶnを所定時間だけ進み
または遅らす進み／遅れ要素１１と、この進み／遅れ要
素１１の出力を静特性成分信号により減ずる減算手段１
２と、この減算手段１２で得られた動特性成分出力に微
分強さ調整係数δを乗算し、微分調整信号を得る調整係
数乗算手段１３と、ＰＩ調節手段２の出力から微分調整
信号を減算する減算手段１４とによって構成されてい
る。

【００３４】一方、補正制御量取得構成は、動特性成分
出力と静特性成分出力とを加算する加算手段１５を有
し、ここで得られた加算出力，つまり補正制御量ＰＶn
′を偏差演算手段１に導入する構成である。

【００３５】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、制御量検出手段５によって検出された制御量ＰＶn
を図示点線部分に印加すると、制御量ＰＶn と補正制御
量ＰＶn ′との間には次のような式が成立する。

【００３６】 ＰＶn ′＝｛１＋（Ｆ(s) −１｝・ＰＶn ＝ＰＶn ＋｛（Ｆ(s) −１｝・ＰＶn ……（７） となる。ここで、第１項のＰＶn は静特性成分、第２項
の｛（Ｆ(s) −１｝・ＰＶn は動特性成分である。

【００３７】そのうち、動特性成分の出力は減算手段１
２にて動特性成分要素を構成する進み／遅れ要素１１の
出力から静特性成分信号を減算することにより得られ
る。そして、この動特性成分の出力に微分強さ調整係数
δを乗算し、ＰＩ調節手段２の出力から減ずる構成とな
っている。このように構成にすると、図１の制御量ＰＶ
n の応答式は、（８）式のようになる。

【００３８】

【数５】

【００３９】つまり、前記（８）式から明らかなよう
に、分母のパラメータδを調整すれば、独立に微分項の
強さを調整することが可能となる。従って、以上のよう
な構成によれば、進み／遅れ要素を静特性成分要素と動
特性成分要素とに分離し、動特性成分要素出力に対して
調整パラメータとなる係数δを乗算して微分調整信号を
得た後、前記ＰＩ調節手段１７の出力から微分調整信号
を減算すれば、微分の強さを適切に調整できる。

【００４０】従って、この応答式から分子のパラメータ
δを調整することにより微分成分の強さを調整でき、そ
れに伴って制御性を改善できる。特に、本装置において
は、調整パラメータδを１個増やすだけのシンプルな構
成を採用し、α，β，δの３個のパラメータをそれぞれ
独立に調整し、比例項，積分項，微分項の３つの調節演
算を最適に実行できる。

【００４１】次に、請求項２に係わる発明の一実施例に
ついて図２を参照して説明する。この実施例は、従来の
先進的例である（４）式の補償要素Ｆ(s) を用いて動特
性成分と静特性成分とに分離する例である。

【００４２】この実施例の動特性成分機能を含む微分強
さ可変構成は、伝達関数Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ_I ・ｓ）
／（１＋βＴ_I ・ｓ）を有する進み／遅れ要素２１と、
この進み／遅れ要素２１の出力から静特性成分を減算す
る減算手段２２と、この減算手段２２で得られた動特性
成分出力に微分強さ調整係数δを乗算し、微分調整信号
を得る調整係数乗算手段１３と、ＰＩ調節手段２の出力
から微分調整信号を減算する減算手段１４とによって構
成されている。

【００４３】一方、補正制御量取得構成は、動特性成分
出力と静特性成分出力とを加算する加算手段２３を有
し、ここで得られた加算出力，つまり補正制御量ＰＶn
′を偏差演算手段１に導入する構成である。

【００４４】この実施例では、進み／遅れ要素の伝達関
数Ｆ(s) に種々のものがあることに着目し、前述した先
進的例である（４）式の伝達関数Ｆ(s) を選定し、静特
性成分と動特性成分とに分離する。

【００４５】その結果、先進的例の進み／遅れ要素の伝
達関数Ｆ(s) は、 Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ_I ・ｓ）／（１＋βＴ_I ・ｓ） ＝１＋｛［（１＋αβＴ_I ・ｓ）／（１＋βＴ_I ・ｓ）］−１｝ ……（９） となる。この（９）式のうち、す第１項の「１」は静特
性成分、第２項の「｛［（１＋αβＴ_I ・ｓ）／（１＋
βＴ_I ・ｓ）］−１｝は動特性成分となる。そこで、進
み／遅れ要素を（９）式に示すように静特性成分と動特
性成分とに分離し、前記（８）式を用いて分母の調節機
能関連の具体式を求めると、

【００４６】

【数６】 が得られる。従って、この（１０）式から微分強さ調整
用係数δを調整することにより、微分項の強さを独立し
て調整できることは明白である。

【００４７】次に、請求項３に係わる発明の一実施例に
ついて図３を参照して説明する。この実施例は、同じく
前記先進的例として掲げる進み／遅れ要素の伝達関数で
ある（４）式から静特性成分と動特性成分とに分離する
構成であり、具体的には伝達関数｛（α−１）βＴ_I ・
ｓ｝／（１＋βＴ_I ・ｓ）を有する不完全微分手段３１
と、この不完全微分手段３１の出力を動特性成分とし、
この動特性成分に微分強さ調整係数δを乗算する調整係
数乗算手段１３と、前記ＰＩ調節手段２の出力から調整
係数乗算手段１３の出力を減算し微分強さを可変する減
算手段１４と、前記不完全微分手段３１の出力と静特性
成分出力とを加算する加算手段３２とによって構成さ
れ、この加算手段３２によって得られた補正制御量ＰＶ
n ′を偏差演算手段１に導入する構成である。

【００４８】このような伝達関数｛（α−１）βＴ_I ・
ｓ｝／（１＋βＴ_I ・ｓ）を有する不完全微分手段３１
を設けたのは、次の式から静特性成分と動特性成分とに
分離することが可能なためである。

【００４９】 Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ_I ・ｓ）／（１＋βＴ_I ・ｓ） ＝１＋｛（α−１）βＴ_I ・ｓ｝／（１＋βＴ_I ・ｓ）……（１１） この（１１）式において第１項は静特性成分、第２項は
動特性成分である。

【００５０】この実施例においても、制御量ＰＶn の応
答式の分母の調整機能関連の式は（１０）式と同一とな
り、微分強さ調整係数δを調整することにより、微分項
の強さを独立して可変できる。しかも、（１１）式から
明らかなように、時間に関する伝達関数は１次遅れ要素
のみとなり、非常に簡単な構成となる。

【００５１】さらに、図４は請求項４に係わる発明の一
実施例を示す構成図である。この実施例は、同じく前記
先進的例として掲げる進み／遅れ要素の伝達関数である
（４）式から静特性成分と動特性成分とに分離する構成
であり、具体的には伝達関数｛１／（１＋βＴ_I ・
ｓ）｝を有する１次遅れ手段４１と、静特性成分から１
次遅れ手段４１の出力を減算する減算手段４２と、この
減算手段４２の出力に係数αを乗算する係数乗算手段４
３と、この係数乗算手段４３の出力から前記減算手段４
２の出力を減算する減算手段４４と、この減算手段４４
の出力を動特性成分出力とし、この動特性成分に微分強
さ調整係数δを乗算する調整係数乗算手段１３と、前記
ＰＩ調節手段２の出力から調整係数乗算手段１３の出力
を減算し微分強さを可変する減算手段１４と、前記不完
全微分手段４１の出力と静特性成分出力とを加算する加
算手段４５とによって構成され、この加算手段４５によ
って得られた補正制御量ＰＶn ′を偏差演算手段１に導
入する構成である。

【００５２】従って、以上のような構成としたのは、前
記先進的例として掲げる進み／遅れ要素の伝達関数であ
る（４）式から下式を導き出せることによる。 Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ_I ・ｓ）／（１＋βＴ_I ・ｓ） ＝１＋｛（α−１）｛１−１／（１＋βＴ_I ・ｓ｝ ……（１２） この（１２）式において第１項は静特性成分、第２項は
動特性成分である。

【００５３】この実施例においても、制御量ＰＶn の応
答式の分母の調整機能関連の式は（１０）式と同一とな
り、微分強さ調整係数δを調整することにより、微分項
の強さを独立して可変できる。しかも、（１２）式から
明らかなように、時間に関する伝達関数は１次遅れ要素
のみとなり、非常に簡単な構成となる。

【００５４】因みに、図５は従来装置と本発明装置との
制御性を比較した図である。特に、この図は、制御対象
Ｇ(s) の Ｇ(s) ＝｛１／（１＋５ｓ）｝ｅ^-s ……（１３） の場合の制御性評価関数ＩＴＡＥ（Ｉntegral of Ｔim
e multiplied Ａbsolu-te of Ｅrror）を示す。図
中、イは従来の１自由度ＰＩ調節装置、ロは従来のルー
プ補償形２自由度ＰＩ調節装置、ハは本発明装置のＩＴ
ＡＥを示している。ここで、ＩＴＡＥは、

【００５５】

【数７】 で表され、偏差ｅの絶対値に時間を乗じて積分したもの
で、その値が小さい程制御性能が優れていることを示
す。従って、図から明らかなように、調整係数δを用い
て微分の強さを調整することにより、本発明装置の方が
約３０％程度制御性が向上していることが分かる。但
し、このときのパラメータ値は、α＝６、β＝０．２、
δ＝−０．３８である。その他、本発明はその要旨を逸
脱しない範囲で種々変形して実施できる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｐ
Ｉ調節と２自由度化とのためにフィードバック経路に挿
入する進み／遅れ要素を静特性成分と動特性成分とに分
離して組合せることにより、新たに微分成分を発生でき
るとともに、微分の強さを独立して可変する構成とし、
非常に簡単な構成により、従来の欠陥を完全に解消し、
制御性を向上できる。その結果、今後のプラント制御シ
ステムへの適用が拡大し、プラント全体の制御性を確信
でき、ひいては産業界に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係わる発明の一実施例を示す構成
図。

【図２】請求項２に係わる発明の一実施例を示す構成
図。

【図３】請求項３に係わる発明の一実施例を示す構成
図。

【図４】請求項４に係わる発明の一実施例を示す構成
図。

【図５】本願装置と従来装置との制御性に関する比較
図。

【図６】従来の２自由度化ＰＩ調節装置の構成を示す
図。

【図７】従来の調節装置におけるフイードバック経路に
進み／遅れ要素を挿入したときの応答特性図。

【符号の説明】

１…偏差演算手段、２…ＰＩ調節手段、４…プロセス、
４−２…制御対象、５…制御量検出手段、１１，２１…
進み／遅れ要素、１２，２２…減算手段、１３…調整係
数乗算手段、１５，２３，３３，４５…加算手段、３１
…不完全微分手段、４１…１次遅れ手段、４２，４４…
減算手段、４３…係数手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象からの制御量とこの制御量の目
   標値との偏差を零とするようにＰＩ（Ｐ：比例、Ｉ：積
   分）調節演算を実行し、得られた合成調節演算信号を操
   作信号として前記制御対象に印加するフィードバック経
   路に進み／遅れ要素を挿入してなる２自由度調節装置に
   おいて、 前記進み／遅れ要素を静特性成分と動特性成分とに分離
   し、そのうち動特性成分の出力に微分強さ調整係数を乗
   算して微分調節信号を得、前記ＰＩ調節演算による前記
   合成調節演算信号から前記微分調節信号を減算する構成
   とし、Ｄ（微分）項の強さを調整可能としたことを特徴
   とする２自由度調節装置。
2. 【請求項２】 制御対象からの制御量とこの制御量の目
   標値との偏差を零とするようにＰＩ（Ｐ：比例、Ｉ：積
   分）調節演算を実行し、得られた合成調節演算信号を操
   作信号として前記制御対象に印加するフィードバック経
   路に進み／遅れ要素を挿入してなる２自由度調節装置に
   おいて、 伝達関数Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ_I ・ｓ）／（１＋βＴ_I
   ・ｓ）を有する進み／遅れ要素を静特性成分＝１と動特
   性成分＝｛（１＋αβＴ_I ・ｓ）／（１＋βＴ_I ・ｓ）
   −１｝とに分離し、そのうち前記動特性成分の出力に微
   分強さ調整係数を乗算して微分調節信号を得、前記ＰＩ
   調節演算による前記合成調節演算信号から前記微分調節
   信号を減算する構成とし、Ｄ（微分）項の強さを調整可
   能としたことを特徴とする２自由度調節装置。但し、上
   式においてα，βはパラメータ、Ｔ_I は積分時間、ｓは
   ラプラス演算子である。
3. 【請求項３】 制御対象からの制御量とこの制御量の目
   標値との偏差を零とするようにＰＩ（Ｐ：比例、Ｉ：積
   分）調節演算を実行し、得られた合成調節演算信号を操
   作信号として前記制御対象に印加するフィードバック経
   路に進み／遅れ要素を挿入してなる２自由度調節装置に
   おいて、 伝達関数Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ_I ・ｓ）／（１＋βＴ_I
   ・ｓ）を有する進み／遅れ要素をを静特性成分＝１と動
   特性成分＝｛（α−１）βＴ_I ・ｓ｝／（１＋βＴ_I ・
   ｓ）とに分離し、そのうち前記動特性成分の出力に微分
   強さ調整係数を乗算して微分調節信号を得、前記ＰＩ調
   節演算による前記合成調節演算信号から前記微分調節信
   号を減算する構成とし、Ｄ（微分）項の強さ調整可能と
   したことを特徴とする２自由度調節装置。但し、上式に
   おいてα，βはパラメータ、Ｔ_I は積分時間、ｓはラプ
   ラス演算子である。
4. 【請求項４】 制御対象からの制御量とこの制御量の目
   標値との偏差を零とするようにＰＩ（Ｐ：比例、Ｉ：積
   分）調節演算を実行し、得られた合成調節演算信号を操
   作信号として前記制御対象に印加するフィードバック経
   路に進み／遅れ要素を挿入してなる２自由度調節装置に
   おいて、 伝達関数Ｆ(s) ＝（１＋αβＴ_I ・ｓ）／（１＋βＴ_I
   ・ｓ）を有する進み／遅れ要素を静特性成分＝１と動特
   性成分＝（α−１）｛１−１／（１＋βＴ_I ・ｓ）とに
   分離し、そのうち前記動特性成分の出力に微分強さ調整
   係数を乗算して微分調節信号を得、前記ＰＩ調節演算に
   よる前記合成調節演算信号から前記微分調節信号を減算
   する構成とし、Ｄ（微分）項の強さを調整可能としたこ
   とを特徴とする２自由度調節装置。但し、上式において
   α，βはパラメータ、Ｔ_I は積分時間、ｓはラプラス演
   算子である。