JPH0876811A - プロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、長い無駄時間を持つプロセスを安
定に制御するプロセス制御装置を提供する。 【構成】 長い無駄時間を持つプロセス２をプロセスモ
デルを用いて制御するプロセス制御装置において、プロ
セスモデルはステップ応答値ａｉの時間に対する応答特
性であるステップ応答モデルであり、プロセス制御装置
本体から出力される操作量ＭＶとステップ応答モデルか
らステップ応答値ａｉを出力可能とするプロセスモデル
手段７と、プロセス制御装置本体から出力されている操
作量ＭＶとステップ応答値ａｉとに対する予測式から予
測制御量に対する増減分である予測増減量ΔＰＶｐを出
力する予測量算出手段８と、予測増減量ΔＰＶｐにプロ
セスからの制御量ＰＶを加算して予測制御量ＰＶｐを算
出する加算手段９とを備え、この予測制御量ＰＶｐを用
いて当該プロセス２を制御するプロセス制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば各種プラントを
制御するプロセス制御装置に係り、特に、そのプロセス
モデルを内包したプロセス制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自己平衡性を持つ長い無駄時間を持つプ
ロセスでは、通常のＰＩＤ制御ではうまくコントロール
できないことが多い。したがって、従来より、長い無駄
時間を持つプロセスにおいては、サンプルＰＩ制御もし
くはプロセスのモデルを用いる制御によってそのプロセ
スがコントロールされている。

【０００３】図６は、サンプルＰＩ制御の制御系を示す
図である。サンプルＰＩ制御の制御器３１は、操作量を
変更した後、一定時間すなわち操作量を変更してから制
御量の応答が現れるまでの無駄時間の間（制御周期）、
制御を停止する。この無駄時間経過後、プロセス３２か
らの応答により制御量が変化しているので、制御器３１
は、その変化量を用いて、次回の操作量を決定する。

【０００４】図７は、プロセスモデルを用いる制御の制
御系を示す図である。図７（ａ）は、プロセスモデルを
用いる制御（いわゆるモデル予測制御）の制御系の一般
的な概念を示している。つまり、制御量および設定値に
基づかれ、制御器４１によって操作量が算出される。そ
して、制御装置内のプロセスモデル４２を用いて操作量
に対する制御量の変化が予測され、さらに、この変化量
に基づき制御器４１内で操作量が算出される。

【０００５】図７（ｂ）に示す制御系は、スミスの無駄
時間補償制御と呼ばれる従来のプロセスモデルを用いる
制御方法である。スミスの無駄時間補償制御を用いた制
御装置は、制御装置内に制御器４３と、無駄時間を除い
たプロセスモデル４４ａと、プロセスモデルの無駄時間
部４４ｂとを備えている。スミスの無駄時間補償制御を
用いた制御装置は、無駄時間を除いたプロセスモデル４
４ａを仮の制御対象として操作量に対する制御量がどの
ように変化するか予測し、その結果を用い、さらに制御
器４３によって操作量を算出する。したがって、無駄時
間より短い周期で制御を実施することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】まず、サンプルＰＩ制
御を用いる方法は制御装置の制御周期を長くとる必要が
あるため、制御量が設定値に整定されるまで非常に長い
時間を必要とするという問題点がある。したがって、プ
ロセスに外乱等が入る場合、整定はさらに長いものとな
る。

【０００７】次に、従来のプロセスモデルを用いる制御
はプロセスモデルを仮の制御対象として操作量を算出す
るので、制御対象のプロセスモデルが不正確であると、
その不正確部分が制御量の予測値に蓄積されてゆき、制
御が悪化するという問題点がある。また、プロセスは、
運転状態等によってその応答特性（すなわちプロセスモ
デル）が変わってしまうことがあり、このような場合、
制御性が著しく悪化する。特に、外乱が発生する場合、
プロセスモデルに外乱の影響を考慮させることができな
いので、制御性が悪化するという問題点がある。

【０００８】さらに、従来のプロセスモデルを用いる制
御は、調整すべきパラメータの数が増えるので（例えば
ＰＩＤの各定数およびプロセスモデル）、その調整が困
難であるという問題点がある。

【０００９】本発明は、このような実情を考慮してなさ
れたもので、プロセス制御装置において、制御対象のプ
ロセスが長い無駄時間を持ち、この制御対象に対するプ
ロセスモデルを用いてプロセスの制御をおこなうとき
に、プロセスモデルが完全に正確でないとき制御性を悪
化させることなくプロセスを制御することを目的とす
る。また、外乱が発生したときやプロセスの応答特性が
変化したときに、制御性を悪化させることなくプロセス
を制御することを目的とする。

【００１０】

【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、自己平衡型の長い無駄
時間を有するプロセスから出力される制御量ＰＶに基づ
いて制御部にて操作量ＭＶを演算してプロセスへ送出す
るプロセス制御装置において、プロセスにステップ状の
操作量を与えたときに出力されるステップ応答値ａｉの
時間に対する応答特性を有するステップ応答モデルから
なるプロセスモデルと、時刻ｔにて制御部から出力され
ている操作量ＭＶにおける時間差分ΔＭＶとステップ応
答値ａｉとに対して下式に従い、時刻ｔ＋１の制御量と
して予測される予測制御量に対する増減分である予測増
減量ΔＰＶｐを算出する予測量算出手段と、プロセスか
らの制御量ＰＶに対して算出された予測増減量ΔＰＶｐ
を加算して時刻ｔ＋１における予測制御量ＰＶｐを求め
て、この予測制御量ＰＶｐを制御部に対する制御量とす
る制御量加算手段とを設けたプロセス制御装置である。

【００１１】

【数３】

【００１２】また、請求項２に対応する発明は、自己平
衡型の長い無駄時間を有するプロセスから出力される制
御量ＰＶに基づいて制御部にて操作量ＭＶを演算してプ
ロセスへ送出するプロセス制御装置において、予め設定
された複数種類のプロセス条件にそれぞれ対応させたプ
ロセスにステップ状の操作量を与えたときに出力される
ステップ応答値ａｉの時間に対する応答特性を有するス
テップ応答モデルからなる複数のプロセスモデルと、こ
の複数のプロセスモデルのうち、予め設定されたプロセ
ス条件に適合するステップ応答モデルを内包したプロセ
スモデルを選択するプロセスモデル選択手段と、時刻ｔ
にて制御部から出力されている操作量ＭＶにおける時間
差分ΔＭＶとステップ応答値ａｉとに対して下式に従
い、時刻ｔ＋１の制御量として予測される予測制御量に
対する増減分である予測増減量ΔＰＶｐを算出する予測
量算出手段と、プロセスからの制御量ＰＶに対して算出
された予測増減量ΔＰＶｐを加算して時刻ｔ＋１におけ
る予測制御量ＰＶｐを求めて、この予測制御量ＰＶｐを
制御部に対する制御量とする制御量加算手段とを設けた
プロセス制御装置である。

【００１３】

【数４】

【００１４】さらに、請求項３に対応する発明は、請求
項１に対応する発明のプロセス制御装置において、プロ
セスをフィードフォワード制御可能なフィードフォワー
ド制御手段と、プロセスに外乱が入ったとき、予め設定
された条件で予測制御量ＰＶｐを用いた制御とフィード
フォワード制御とを切り換える制御切換手段とを備えた
プロセス制御装置である。

【００１５】さらに、請求項４に対応する発明は、請求
項１乃至３の何れか１つに対応する発明のプロセス制御
装置において、予測量算出手段に、予測増減量ΔＰＶｐ
の上下限値を設ける上下限制限設定手段を付加したプロ
セス制御装置である。

【００１６】

【作用】したがって、まず、請求項１に対応する発明の
プロセス制御装置においては、プロセスモデルから出力
されるステップ応答値ａｉとプロセス制御装置本体から
出力される操作量ＭＶの時間差分ΔＭＶに基づかれ、予
測量算出手段によって、時刻ｔ＋１の制御量として予測
される予測制御量に対する増減分である予測増減量ΔＰ
Ｖｐが出力される。

【００１７】これはいわゆる予測制御量の一部である
が、この値に予測でない現実の制御量ＰＶを加算手段で
加えて予測制御量ＰＶｐとすることにより、制御量ＰＶ
で補正された現実的で発散のしにくい予測制御量を得る
ことができる。

【００１８】さらに、この制御量ＰＶを用いてプロセス
を制御するので、たとえ無駄時間の長いプロセスであっ
ても短時間で制御量を目標値に整定でき、且つ安定して
制御することができる。

【００１９】また、請求項２に対応する発明のプロセス
制御装置においては、請求項１に対応する発明と同様に
作用する他、複数のプロセスモデルを有しており、プロ
セスモデル選択手段によって、予め設定されたプロセス
条件に適合するステップ応答モデルを内包したプロセス
モデル手段を選択する。

【００２０】したがって、ある条件でプロセスモデルが
変化するとわかっているプロセスでは、このプロセスモ
デルの変化に対応して安定した制御を継続させることが
できる。

【００２１】さらに、請求項３に対応する発明のプロセ
ス制御装置においては、請求項１に対応する発明と同様
に作用する他、フィードフォワード制御手段によりフィ
ードフォワード制御が可能であり、予め定められた条件
で制御切換手段によって予測制御量ＰＶｐを用いた制御
とフィードフォワード制御との切り換えを行う。

【００２２】したがって、外乱が発生してフィードフォ
ワード制御に適した状況になったとき、予め定められた
条件でこれらを切り換え、安定した制御を継続させるこ
とができる。

【００２３】さらにまた、請求項４に対応する発明のプ
ロセス制御装置においては、請求項１〜３に対応する発
明と同様に作用する他、上下限制限設定手段によって、
予測増減量ΔＰＶｐの上下限値が設けられている。

【００２４】したがって、予測増減量ΔＰＶｐの絶対値
が非常に大きい場合であっても予測制御量ＰＶｐは急激
に変化することなく、安定した制御を継続させることが
できる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の第１の実施例に係るプロセス制御装置の
構成を示すブロック図である。

【００２６】図１において、制御系は、設定値ＳＶおよ
び制御量ＰＶが入力され操作量ＭＶを出力するプロセス
制御装置１と操作量ＭＶが入力され制御量ＰＶが出力さ
れるプロセス２とからなっている。

【００２７】プロセス制御装置１は、設定値ＳＶと制御
量の予測値ＰＶｐとの間の偏差を計算する減算部３と、
偏差が入力され操作量ＭＶを出力する制御器４とを備え
ている。

【００２８】さらに、プロセス制御装置１内には、制御
器４の制御周期に同期してタイミング信号を発生するタ
イミング発生器５と、タイミング発生器５のタイミング
信号によって操作量の前回出力と今回出力の差を計算す
る差分部６と、プロセス２に対するステップ応答モデル
が設定されている。さらにプロセス制御装置１内には、
タイミング発生器５のタイミング信号に応じてステップ
応答値を出力するプロセスモデル部７と、差分部６およ
びプロセスモデル部７の出力に基づいて１制御周期（１
ステップ）後の予測増減値ΔＰＶｐを算出する予測値算
出部８と、プロセスからの制御量ＰＶに予測増減値ΔＰ
Ｖｐを加えて制御量の予測値ＰＶｐを計算する加算部９
とが備えられている。

【００２９】また、プロセスモデル部７には、高周波・
低周波ノイズ除去処理を施して応答波形のノイズを除去
した、例えば図２（ａ）に示すようなユニットステップ
応答モデル（ステップ入力の高さを高さ１に換算したス
テップ応答）、すなわちプロセスにステップ状の操作量
を与えたときに出力される制御量すなわちステップ応答
値の時間に対する応答特性であるステップ応答モデルが
折れ線の形で入力されている。

【００３０】予測値算出部８には、以下に示す予測式
（１）が設定されており、差分部６によって計算される
操作量ＭＶの差ΔＭＶとユニットステップ応答モデルよ
り得られるステップ応答値ａｉに基づいて予測増減量Δ
ＰＶｐが算出される。

【００３１】

【数５】

【００３２】（１）式の導出および意味については、後
程詳しく説明する。次に、以上のように構成された本実
施例のプロセス制御装置の動作について説明する。

【００３３】まず、プロセス２からの制御量ＰＶは、予
測値算出部８からの予測増減量ΔＰＶｐを加算部９で加
えられて、制御量の予測値ＰＶｐとして、減算部３に入
力される。減算部３は、設定値ＳＶと制御量の予測値Ｐ
Ｖｐとの差を求めて制御器４に入力する。

【００３４】ここで、制御量ＰＶに予測増減量ΔＰＶｐ
が加えられる理由は、無駄時間の長いプロセス２では図
２（ａ）に示すように操作量を与えてもすぐに応答せ
ず、例えば制御周期が無駄時間よりも短い場合であれば
１制御周期前の操作による変化が制御量ＰＶに反映され
ないからである。

【００３５】次に、制御器４からの操作量ＭＶは、プロ
セス２を操作する例えば操作バルブ等の図示しない操作
器に与えられてプロセス２が制御されると共に、当該操
作量ＭＶは差分部６に入力される。

【００３６】差分部６は、タイミング発生器５からのタ
イミング信号を受けると、入力された操作量ＭＶとその
１制御周期前の操作量との差がとられ、その差分が予測
値算出部８に入力される。

【００３７】一方、タイミング信号はプロセスモデル部
７にも入力され、プロセスモデル部８は、タイミング信
号を受信すると設定されたステップ応答モデルの折れ線
からステップ応答値ａｉ読取り、予測値算出部８に入力
する。

【００３８】予測値算出部８は、操作量の差分およびス
テップ応答値ａｉを入力されることにより、（１）式に
したがって予測増減値ΔＰＶｐを出力する。さらに、実
際のプロセス２からの制御量ＰＶに予測増減値ΔＰＶｐ
が加えられ、再び制御量の予測値ＰＶｐとして、減算部
３に入力される。

【００３９】ここで、予測値算出部８内の式（１）の導
出について詳しく説明し、本実施例における制御量の予
測値ＰＶｐの意味するところを解説する。まず、図２
（ａ）に示すような高さ１のステップ状に変化する操作
量を加えると、プロセスが自己平衡性であれば、制御量
の変化量（この場合はステップ応答値ａｉ）は一定時間
ｔ＝ｓ後に定常値（平衡値）ａｓに落ち着く。したがっ
て、時間ｔ＝ｓ以降は、ａｉ＝ａｓ（ｉ≧ｓ）が成り立
つ。

【００４０】このようにプロセス２がステップ応答モデ
ルで表現できるとき、この応答波形を用いて操作量に対
する制御量の変化を予測することができる。ただし、操
作量が高さ１のステップ信号でないときは操作量のステ
ップ信号の振幅でユニット化した応答波形をステップ応
答モデルとする。

【００４１】例えば時刻ｔに高さΔＭＶ（ｔ）のステッ
プ状操作量をプロセスに与えたときの時刻ｔ＋ｊにおけ
る制御量の変化量ΔＰＶ（ｔ＋ｊ）は、 ΔＰＶ（ｔ＋ｊ）＝ａｊ・ΔＭＶ（ｔ） …（２） となる。したがって、この考え方を拡張して、操作量が
連続的にゼロ次ホールド回路を通してプロセスに加えら
れたものとすると、操作量は図２（ｂ）に示すように複
数のステップ入力を合成したものとみなすことができ
る。

【００４２】ここで、時間に対する操作量の差分を ｄＭＶ（ｔ−ｋ）＝ΔＭＶ（ｔ−ｋ）−ΔＭＶ（ｔ−ｋ−１）…（３） とする。

【００４３】このとき、例えば過去から現在時刻に至る
までの操作量の差分（ｄＭＶ（−∞）〜ｄＭＶ（ｔ））
を合計すると現在の操作量が得られる。これらの差分値
とステップ応答値を用いると現在時刻ｔからｊ制御周期
（すなわちｊステップ）後の制御量の予測値ＰＶｍ（ｔ
＋ｊ）を求めることができ、（４）式に示すようにな
る。

【００４４】

【数６】 一方、現在時刻ｔにおいて予測される制御量ＰＶｍ
（ｔ）は、同様に、

【００４５】

【数７】 と表わされる。ここで、ステップ応答値ａｉはｉ≧ｓで
ａｉ＝ａｓとなるので、時刻ｔ＋ｊにおける制御量の予
測値ＰＶｍ（ｔ＋ｊ）は、

【００４６】

【数８】 となる。

【００４７】ここで、現在時刻で予想される制御量ＰＶ
ｍ（ｔ）は、あくまでステップ応答モデルにより算出さ
れたものであって実際のプロセス２より出力されたもの
ではない。プロセスモデル（ステップ応答モデル）が完
全であり、かつ、外乱が全くなければ（６）式により、
制御量を完全に予測できるが、実際にはプロセスモデル
が完全にプロセスを表現していることは有り得ないし、
外乱が入ることもしばしばある。

【００４８】したがって、本実施例は、プロセスモデル
のみを用いて予測を行うのでなく、現在時刻で予想され
る制御量ＰＶｍ（ｔ）の代わりに、実際に計測される現
在時刻のプロセス２の制御量ＰＶ（ｔ）を基準値に用い
て制御量の予測値ＰＶｐ（ｔ＋ｊ）を算出している。こ
のとき、（６）式は次に示す通りとなる。

【００４９】

【数９】 また、本実施例の場合、１ステップ後の予測値ＰＶｐ
（ｔ＋１）がわかれば十分なのでｊ＝１とすると、

【００５０】

【数１０】 となる。さらに、本実施例のように長い無駄時間を持つ
プロセスの場合、１ステップ後のステップ応答値ａ１
は、図２（ａ）に示すようにａ１＝０と近似でき、逆
に、本実施例のプロセス制御装置は、制御周期が無駄時
間よりも短い時間であっても制御可能なプロセス制御装
置であり、（８）式においてａ１＝０とすると、

【００５１】

【数１１】 が得られる。本実施例の予測算出部８にセットされてい
る（１）式は、（９ａ）式の右辺右項と（９ｂ）式とに
より成り立っている。

【００５２】予測式（９ａ）は、現在の計測された制御
量ＰＶの項と過去の操作量およびステップ応答波形から
予測される予測増減量の項の和である。（９ｂ）式は操
作量の差分値である。

【００５３】（９）式は制御量の予測値ＰＶｐ（ｔ＋
１）の基準量（（９ａ）式右辺左項）としてプロセスに
おける現実の現在制御量ＰＶを用い、なおかつ、（９
ａ）式右辺右項の予測増減量は過去にすでに算出された
操作量を用いている。また、この各操作量はその時点で
の現在制御量を基準量として用いて算出されたものであ
る。

【００５４】このように、本実施例のプロセス制御装置
１では、操作量の差分値を求める差分部６と、ステップ
応答モデルを設定したプロセスモデル部７と、予測量算
出部８とを設け、操作量の差分値とステップ応答値とか
ら予測量算出部８において（１）式（（９ａ）式右辺右
項）による予測増減量ΔＰＶｐを求め、これに制御量Ｐ
Ｖを加えて制御量の予測値ＰＶｐを得ている（すなわち
（９）式を実現している）ので、操作量計算に用いられ
る制御量の予測値ＰＶｐが常に現実の値ＰＶで補正さ
れ、かつ、予測増減量ΔＰＶｐに用いられる値もその直
前までの現実の値（制御量および操作量）により補正さ
れたものが用いられている。

【００５５】したがって、従来のプロセスモデルを用い
る制御はプロセスモデルを仮の制御対象として操作量を
算出するので、プロセスモデルが不正確であるとその不
正確な部分が制御量の予測値の中に蓄積されて制御性が
悪化していくが、本実施例では上述したように制御量の
予測値ＰＶｐが実際の制御対象からの出力により常に補
正され、プロセスモデルの不正確さが蓄積されることが
ないので、ある程度プロセスモデルが不正確であっても
制御性が悪化することはない。

【００５６】また、同じ理由により、外乱が発生した場
合でも、制御性が著しく悪化することはない。しかも、
その制御周期は無駄時間よりも短い時間に設定されるの
で、本実施例のプロセス制御装置は長い無駄時間を持つ
プロセスであっても制御量を早く整定させることができ
る。

【００５７】さらに、本実施例のプロセス制御装置は、
プロセスモデルからの情報として、ステップ応答値を用
いるだけなので、複雑なプロセスモデル（いわゆる動特
性モデル）を導出する必要がなく簡便である。また、こ
のステップ応答モデルの折れ線を表示させることによ
り、オペレータは、プロセスの応答パターンを直観的に
把握することができ、プロセス状態を正確に認識するこ
とができるので、必要に応じて適確な対応を取ることが
できる。

【００５８】図３は、本発明の第２の実施例に係るプロ
セス制御装置の構成を示すブロック図である。図１と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。

【００５９】図３において、上下限制限設定器１０は、
予測量算出部８で算出された予測増減量ΔＰＶｐの上下
限値を設定している。予測増減値が上限値あるいは下限
値を越える場合、予測増減値ΔＰＶｐとして上下限値が
与えられる。

【００６０】このように本実施例によるプロセス制御装
置は、第１の実施例の構成の他、上下限制限設定器１０
を設けて、予測増減量ΔＰＶｐの上下限値を制限したの
で、第１の実施例と同様な効果の他、プロセスの特性が
変わって予測算出部８の出力値が不適切なものとなって
もかけ離れた制御量の予測値ＰＶｐを出力せず、操業上
の安全が確保される。

【００６１】図４は、本発明の第３の実施例に係るプロ
セス制御装置の構成を示すブロック図である。図１と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。

【００６２】プロセス制御装置１ｃには、第１の実施例
のプロセス制御装置１に、それぞれ同様の機能を有する
プロセスモデル部７ｂと、予測値算出部８ｂと、加算部
９ｂとが付加され、さらに、プロセスモデル選択手段で
ある切換条件判定器１１と、入切スイッチ１２ａ，１２
ｂとが付加されている。

【００６３】ただし、プロセスモデル部８ｂには、プロ
セスモデル部８とは異なるプロセスモデルが設定されて
いる。これは、プロセス変量、負荷等が一定条件を満足
されると、プロセス２がプロセスモデル部８のステップ
応答モデルとは異なったステップ応答モデルに従うとわ
かっているときのそのステップ応答モデルである。

【００６４】また、タイミング発生器５ｂのタイミング
信号は、プロセスモデル部７ｂにも入力される。さら
に、差分部６の出力値は予測値算出部８または８ｂのい
ずれか一方のみに入力されており、いずれに入力される
かの切換は切換条件判定器１１によって決められる。

【００６５】この切換条件判定器１１には、プロセス変
量、負荷等のモデルを切り換えるための信号が入力され
ており、これらの信号によりプロセスモデル切換条件が
満たされると、差分部６ｂから予測値算出部８または８
ｂへの出力は入切スイッチ１２ａ，１２ｂをオンオフす
ることで一方から他方へ切り換えられる。

【００６６】次に、以上のように構成された本実施例の
プロセス制御装置の動作について説明する。まず、入切
スイッチ１２ａ，１２ｂのうち、オンになっている側で
は差分部６ｂからの出力がそのまま予測値算出部８また
は８ｂに入力される。一方、オフになっている側では操
作量の差分値として「０」が予測値算出部８または８ｂ
に入力されている。

【００６７】したがって、入切スイッチ１２ａ，１２ｂ
がオンになっている側では、予測増減値ΔＰＶｐが第１
の実施例で説明した通りに算出され、制御量ＰＶに加算
される。一方、入切スイッチ１２ａ，１２ｂがオフにな
っている側では、操作量の差分値として「０」が入力さ
れているので、予測増減量ΔＰＶｐは「０」が出力され
ている。この「０」出力は、制御量ＰＶまたはすでに予
測増減量ΔＰＶｐの加算された制御量の予測値ＰＶｐに
加算される。

【００６８】次に、プロセスモデル切換条件が満たさ
れ、切換条件判定器１１により差分部６ｂからの出力先
が切り換えられると、予測増減量ΔＰＶｐを算出する予
測値算出器が切り換えられる。このとき、当該予測値算
出器における前ステップまでの操作量の差分値は「０」
であるので、切り換えはバンプレスに行われる。

【００６９】一方、それまで予測演算を行っていた予測
算出器では、差分部６ｂからの入力は「０」となるが、
切り換えまでの差分値が「０」でないので、しばらく、
予測増減値が出力され続ける。しかし、時間経過（ステ
ップ進行）と共に、係数ａ1+t −ａt が「０」に近付い
ていくので、当該予測増減値出力ΔＰＶｐも徐々に小さ
くなり最終的には「０」となる。

【００７０】このように本実施例によるプロセス制御装
置は、第１の実施例の構成の他、プロセスモデル部７ｂ
と、予測値算出部８ｂと、加算部９ｂと、さらに、切換
条件判定器１１と、入切スイッチ１２ａ，１２ｂを設
け、プロセスモデル切換条件によって、必要なステップ
応答モデルを変更し、その予測増減値ΔＰＶｐがバンプ
レスに切り換えられるようにしたので、第１の実施例と
同様な効果の他、条件によりプロセス特性が変化する場
合でも制御性を落とすことなく、品質を向上し、操業安
全を確保することができる。

【００７１】なお、本実施例ではプロセスモデル（ステ
ップ応答モデル）が２つの場合で説明したが、３つ以上
の場合でも適応可能であり、２つの場合と同様に処理す
ることができる。

【００７２】図５は、本発明の第４の実施例に係るプロ
セス制御装置の構成を示すブロック図である。図１と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。

【００７３】プロセス制御装置１ｄには、第１の実施例
のプロセス制御装置１に、外乱１３が発生時に動作し、
外乱に対するフィードフォワードモデルが内蔵されてい
るフィードフォワード制御器１４と、フィードフォワー
ド制御器１４からの操作量を受け、制御器４を停止する
か否か判定する制御切換手段であるフィードバック制御
停止判定器１５と、フィードフォワード制御器１４から
の操作量を加算する加算部１６とが付加されている。

【００７４】さらに、プロセス制御装置１ｄには、外乱
１３の外乱モデルが設定され、外乱による予測増減量を
算出する外乱モデル部１７と、この予測増減量をプロセ
ス２からの出力に加算する加算部１８とが付加されてい
る。

【００７５】次に、以上のように構成された本実施例の
プロセス制御装置の動作について説明する。第１，２お
よび３の実施例の装置は、自ループの操作量変更に対す
る制御量変更量の予測演算を実施するものである。した
がって、プロセスの特性に影響を与えないような外乱が
入ってくる場合、外乱信号により制御量が変動してから
操作量を演算するという通常（モデル予測制御でない）
のフィードバック制御の動作と見掛上同じ動作をする。

【００７６】したがって、第１，２および３の実施例の
プロセス制御装置は、モデル予測制御を行う制御装置で
ありながらフィードフォワード制御を組み込むことが可
能となる。

【００７７】その構成は、上述した通りであり、その動
作として、まず、外乱がない場合、フィードフォワード
制御器１４は動作しておらず、外乱モデル部１７の出力
は「０」または無出力である。

【００７８】次に、外乱が発生すると、フィードフォワ
ード制御器１４は内設された外乱フィードフォワードモ
デルにより、フィードフォワード量（操作量）を算出
し、出力する。

【００７９】出力された操作量は、加算部１６で制御器
４からの操作量に加算されてプロセス２に入力されると
共に、フィードバック制御停止判定器１５に入力され
る。フィードバック制御停止判定器１５は、フィードフ
ォワード量の絶対値が一定値以上になったら、制御器４
のフィードバック動作によりフィードフォワード量が打
ち消されないように制御器４の動作を停止する。

【００８０】したがって、外乱の影響が一定の大きさを
越えている間は、プロセス２はフィードフォワード制御
器により制御される。フィードフォワード量の絶対値が
一定値以下になり、かつ、フィードフォワード制御の効
果が現れる無駄時間が経過すると、フィードバック制御
停止判定器１５は、制御器４を再び動作させ、フィード
バック制御を再開させる。

【００８１】一方、制御器４が停止している間、予測量
算出部８による予測増減量ΔＰＶｐは算出されていない
ので、その代わりに外乱モデル部１７の外乱モデルに基
づいて予測増減量を算出しプロセス２の出力に加算して
おく。このように制御量の予測値に相当するものを制御
器４系に与え続けておくことより、フィードバック制御
停止判定器１５が制御器４を再び動作させたとき、制御
器４，予測量算出部８等を含むフィードバック制御系
は、スムーズ（バンプレスに近い形で）に制御を再開さ
せることができる。

【００８２】このように本実施例によるプロセス制御装
置は、第１の実施例の構成の他、フィードフォワード制
御器１４とフィードバック制御停止判定器１５と外乱モ
デル部１７とを設け、外乱が入った場合、フィードフォ
ワード制御を加え、あるいは一定条件間、フィードフォ
ワード制御のみに切り換えられるようにしたので、第１
の実施例と同様な効果の他、外乱が入った場合でも制御
量の変動を最小限に押さえることができる。

【００８３】また、外乱モデル部１７からの出力をプロ
セス２からの出力に加算しているので、フィードフォワ
ード制御のみに切り換えた後、制御器４を再び動作させ
たとき、フィードバック制御をスムーズ（バンプレスに
近い形で）に再開させることができる。

【００８４】なお、本実施例は、第１の実施例にフィー
ドフォワード制御を適用させたが、同様にして、第２，
第３の実施例にフィードフォワード制御を適用できるこ
とはいうまでもない。

【００８５】

【発明の効果】以上詳記したように本発明のプロセス制
御装置によれば、制御対象のプロセスが長い無駄時間を
持ち、この制御対象に対するプロセスモデルを用いてプ
ロセスの制御をおこなうときに、プロセスモデルが完全
に正確でないとき制御性を悪化させることなくプロセス
を制御するでき、外乱が発生したとき制御性を悪化させ
ることなくプロセスを制御でき、プロセスの応答特性が
変化したとき制御性を悪化させることなくプロセスを制
御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るプロセス制御装置
の構成を示すブロック図。

【図２】ステップ応答と操作量のステップ信号への分解
についての説明図。

【図３】本発明の第２の実施例に係るプロセス制御装置
の構成を示すブロック図。

【図４】本発明の第３の実施例に係るプロセス制御装置
の構成を示すブロック図。

【図５】本発明の第４の実施例に係るプロセス制御装置
の構成を示すブロック図。

【図６】従来のサンプルＰＩ制御の制御系を示す図。

【図７】従来のプロセスモデルを用いる制御の制御系を
示す図。

【符号の説明】

４…制御器、５…タイミング発生器、６，６ｂ…差分
部、７，７ｂ…プロセスモデル部、８，８ｂ…予測値算
出部、１０…上下限制限設定器、１１…切換条件判定
器、１４…フィードフォワード制御器、１５…フィード
バック制御停止判定器、１７…外乱モデル部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自己平衡型の長い無駄時間を有するプロ
   セスから出力される制御量ＰＶに基づいて制御部にて操
   作量ＭＶを演算して前記プロセスへ送出するプロセス制
   御装置において、 前記プロセスにステップ状の操作量を与えたときに出力
   されるステップ応答値ａｉの時間に対する応答特性を有
   するステップ応答モデルからなるプロセスモデルと、 時刻ｔにて前記制御部から出力されている操作量ＭＶに
   おける時間差分ΔＭＶと前記ステップ応答値ａｉとに対
   して下式に従い、時刻ｔ＋１の制御量として予測される
   予測制御量に対する増減分である予測増減量ΔＰＶｐを
   算出する予測量算出手段と、 前記プロセスからの制御量ＰＶに対して前記算出された
   予測増減量ΔＰＶｐを加算して時刻ｔ＋１における予測
   制御量ＰＶｐを求めて、この予測制御量ＰＶｐを前記制
   御部に対する制御量とする制御量加算手段とを備えたこ
   とを特徴とするプロセス制御装置。 【数１】
2. 【請求項２】 自己平衡型の長い無駄時間を有するプロ
   セスから出力される制御量ＰＶに基づいて制御部にて操
   作量ＭＶを演算して前記プロセスへ送出するプロセス制
   御装置において、 予め設定された複数種類のプロセス条件にそれぞれ対応
   させた前記プロセスにステップ状の操作量を与えたとき
   に出力されるステップ応答値ａｉの時間に対する応答特
   性を有するステップ応答モデルからなる複数のプロセス
   モデルと、 この複数のプロセスモデルのうち、前記予め設定された
   プロセス条件に適合するステップ応答モデルを内包した
   プロセスモデルを選択するプロセスモデル選択手段と、 時刻ｔにて前記制御部から出力されている操作量ＭＶに
   おける時間差分ΔＭＶと前記ステップ応答値ａｉとに対
   して下式に従い、時刻ｔ＋１の制御量として予測される
   予測制御量に対する増減分である予測増減量ΔＰＶｐを
   算出する予測量算出手段と、 前記プロセスからの制御量ＰＶに対して前記算出された
   予測増減量ΔＰＶｐを加算して時刻ｔ＋１における予測
   制御量ＰＶｐを求めて、この予測制御量ＰＶｐを前記制
   御部に対する制御量とする制御量加算手段とを備えたこ
   とを特徴とするプロセス制御装置。 【数２】
3. 【請求項３】 請求項１記載のプロセス制御装置におい
   て、前記プロセスをフィードフォワード制御可能なフィ
   ードフォワード制御手段と、 前記プロセスに外乱が入ったとき、予め設定された条件
   で予測制御量ＰＶｐを用いた制御とフィードフォワード
   制御とを切り換える制御切換手段とを備えたことを特徴
   とするプロセス制御装置。
4. 【請求項４】 前記予測量算出手段に、予測増減量ΔＰ
   Ｖｐの上下限値を設ける上下限制限設定手段を付加した
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか１項記載
   のプロセス制御装置。