JPH11224101A - フィードバック・コントローラ - Google Patents
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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
- G05B5/00—Anti-hunting arrangements
- G05B5/01—Anti-hunting arrangements electric
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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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
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- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/0205—Adaptive 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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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 プロセス変数設定値またはその近傍のプロセ
ス変数を維持するために動作する閉ループフィードバッ
ク制御システムを提供すること。 【解決手段】 このシステム１０は設定値に応答してプ
ロセス変数値を調整する設定値制御器２０を含む。設定
値制御器に付随するセンサ５２がプロセス変数を検出
し、対応するプロセス変数信号５４を出力する。閉ルー
プの設定値制御器とセンサーに接続された制御器はセン
サから受信されたプロセス変数信号に応答して設定値制
御器の動作を制御するためのPID論理でプログラムを作
成される。制御器１６はプロセス変数信号５４の不均一
２点間標本化処理に基づいて設定値制御器を制御する制
御信号を発生する。この制御器は設定値制御器利得およ
びシステムパラメータの変化にかかわらず、円滑な、こ
ぶ無し制御を提供する。
ス変数を維持するために動作する閉ループフィードバッ
ク制御システムを提供すること。 【解決手段】 このシステム１０は設定値に応答してプ
ロセス変数値を調整する設定値制御器２０を含む。設定
値制御器に付随するセンサ５２がプロセス変数を検出
し、対応するプロセス変数信号５４を出力する。閉ルー
プの設定値制御器とセンサーに接続された制御器はセン
サから受信されたプロセス変数信号に応答して設定値制
御器の動作を制御するためのPID論理でプログラムを作
成される。制御器１６はプロセス変数信号５４の不均一
２点間標本化処理に基づいて設定値制御器を制御する制
御信号を発生する。この制御器は設定値制御器利得およ
びシステムパラメータの変化にかかわらず、円滑な、こ
ぶ無し制御を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に閉ループフィ
ードバック制御システムに関し、特に不均一２点標本化
手法に基づき、制御条件やパラメータの変化にかかわら
ずなめらかな制御出力信号を発生し、ループ制御の精度
および安定性を確保するために台形積分技術を利用して
いるPID制御器に関する。なめらかな制御出力信号は適
合振幅フィルタおよび低域フィルタを含むデジタルフィ
ルタを介して濾波された入力信号から発生する。
ードバック制御システムに関し、特に不均一２点標本化
手法に基づき、制御条件やパラメータの変化にかかわら
ずなめらかな制御出力信号を発生し、ループ制御の精度
および安定性を確保するために台形積分技術を利用して
いるPID制御器に関する。なめらかな制御出力信号は適
合振幅フィルタおよび低域フィルタを含むデジタルフィ
ルタを介して濾波された入力信号から発生する。
【０００２】
【従来の技術】デジタル閉ループフィードバックシステ
ムはシステムの設定値にまたは近傍に領域温度のような
プロセス変数を維持するために一般に使用される。最も
一般的なデジタル閉ループフィードバックシステムの一
つは比例、積分、導関数出力の組合せから形成された制
御信号を発生する比例・積分・導関数(PID)フィードバ
ックシステムである。比例関数は設定値からプロセス変
数の導関数に比例する出力を発生するために制御器内で
プログラム作成される。積分関数は設定値を定常状態に
するために調整されたプロセス変数を補償する出力を発
生するために制御器内でプログラム作成される。導関数
は制御器の応答時間を減少することにより閉ループの安
定性および制御器の性能機能を改善するために制御器内
でプログラム作成される。
ムはシステムの設定値にまたは近傍に領域温度のような
プロセス変数を維持するために一般に使用される。最も
一般的なデジタル閉ループフィードバックシステムの一
つは比例、積分、導関数出力の組合せから形成された制
御信号を発生する比例・積分・導関数(PID)フィードバ
ックシステムである。比例関数は設定値からプロセス変
数の導関数に比例する出力を発生するために制御器内で
プログラム作成される。積分関数は設定値を定常状態に
するために調整されたプロセス変数を補償する出力を発
生するために制御器内でプログラム作成される。導関数
は制御器の応答時間を減少することにより閉ループの安
定性および制御器の性能機能を改善するために制御器内
でプログラム作成される。
【０００３】通常の閉ループPIDシステムが受容性能を
提供しているが、まだこの技術では改良の余地がある。
例えば、従来のPID制御器は、比例制御器利得が変化し
た後、制御器が動作不能状態から動作可能状態に切り替
えられた後、または設定値の変化後、無効条件から開放
されると、上下変動、即ち設定値近傍でのかなりのオー
バーシュートおよびアンダーシュートのある出力を典型
的に示す。さらに、従来のPID制御器の積分関数は特有
の積分時間が制御器の標本化時間以下であるとループ不
安定性を生ずる可能性のある矩形積分手法で典型的に実
行される。従来の矩形積分技術でプログラム作成される
従来のPID制御器は制御器の高または低限界値で飽和に
達した後制御に戻るまでの遅延を示す。さらに、導関数
は従来のPID制御器に一定の間隔の複数の標本化点で標
本化しかつ実行することを要求する。この導関数精度は
ノイズの多いシステムまたは計測によりしばしば影響さ
れる。
提供しているが、まだこの技術では改良の余地がある。
例えば、従来のPID制御器は、比例制御器利得が変化し
た後、制御器が動作不能状態から動作可能状態に切り替
えられた後、または設定値の変化後、無効条件から開放
されると、上下変動、即ち設定値近傍でのかなりのオー
バーシュートおよびアンダーシュートのある出力を典型
的に示す。さらに、従来のPID制御器の積分関数は特有
の積分時間が制御器の標本化時間以下であるとループ不
安定性を生ずる可能性のある矩形積分手法で典型的に実
行される。従来の矩形積分技術でプログラム作成される
従来のPID制御器は制御器の高または低限界値で飽和に
達した後制御に戻るまでの遅延を示す。さらに、導関数
は従来のPID制御器に一定の間隔の複数の標本化点で標
本化しかつ実行することを要求する。この導関数精度は
ノイズの多いシステムまたは計測によりしばしば影響さ
れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のPID制御器は領
域センサまたはトランスジューサからプロセス変数デー
タを受信する。代表的には、センサやトランスジューサ
からの受信される信号は実際のプロセス変数値の情報お
よび外部のノイズ成分を含む。これらのノイズ成分は空
気の外乱のような自然の発生源または電気的ノイズのよ
うな人工的な発生源から発生する。代表的には、信号ノ
イズ成分の周波数は実際のプロセス情報の周波数より高
い。信号スパイクは短時間の通信障害、センサ環境での
スプリアス電気信号、または間欠的な装置障害によりし
ばしば生じ、センサまたはトランスジューサに現れる。
域センサまたはトランスジューサからプロセス変数デー
タを受信する。代表的には、センサやトランスジューサ
からの受信される信号は実際のプロセス変数値の情報お
よび外部のノイズ成分を含む。これらのノイズ成分は空
気の外乱のような自然の発生源または電気的ノイズのよ
うな人工的な発生源から発生する。代表的には、信号ノ
イズ成分の周波数は実際のプロセス情報の周波数より高
い。信号スパイクは短時間の通信障害、センサ環境での
スプリアス電気信号、または間欠的な装置障害によりし
ばしば生じ、センサまたはトランスジューサに現れる。
【０００５】本発明は従来の閉ループPID制御システム
に伴う上述の制限を克服する閉ループPID制御システム
を提供することである。
に伴う上述の制限を克服する閉ループPID制御システム
を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、システ
ム制御器は制御器パラメータ変化後にこぶ無し（上下変
動のない）出力を示す。この制御器は、操作者が介在す
ることなく、制御器の利得およびパラメータが変化する
と円滑な応答を発生するために出力を円滑に補償する。
従来の制御器の矩形積分技術に伴う通常の第１次精度と
比較して、本発明のPID制御器は台形積分技術を利用
し、第２次精度を有し、一定した間隔での標本化動作を
要求しない出力に積分要因を計算する。積分要因が飽和
するとリセットされるので、本発明の制御器出力の積分
要因は振動せず、即ち、高または低限界値で飽和した後
制御に戻るまでに遅延を生じない。
ム制御器は制御器パラメータ変化後にこぶ無し（上下変
動のない）出力を示す。この制御器は、操作者が介在す
ることなく、制御器の利得およびパラメータが変化する
と円滑な応答を発生するために出力を円滑に補償する。
従来の制御器の矩形積分技術に伴う通常の第１次精度と
比較して、本発明のPID制御器は台形積分技術を利用
し、第２次精度を有し、一定した間隔での標本化動作を
要求しない出力に積分要因を計算する。積分要因が飽和
するとリセットされるので、本発明の制御器出力の積分
要因は振動せず、即ち、高または低限界値で飽和した後
制御に戻るまでに遅延を生じない。
【０００７】制御器出力に対する導関数要因は、導関数
要因に対する有限差近似の制御器誤差のかわりに、プロ
セス変数計測を使用して設定値の変化になる出力のこぶ
無し変動のない変化を与える。この導関数計算の為の有
限差近似は制御器に一定の間隔で標本化処理および実行
をすることを要求しない。制御器出力の導関数要因はノ
イズの多いプロセスまたは計測に起因する困難を減少さ
せるために導関数要因を制限する変形された実行に基づ
いている。
要因に対する有限差近似の制御器誤差のかわりに、プロ
セス変数計測を使用して設定値の変化になる出力のこぶ
無し変動のない変化を与える。この導関数計算の為の有
限差近似は制御器に一定の間隔で標本化処理および実行
をすることを要求しない。制御器出力の導関数要因はノ
イズの多いプロセスまたは計測に起因する困難を減少さ
せるために導関数要因を制限する変形された実行に基づ
いている。
【０００８】本発明の制御器は他の制御器または装置と
共働した制御流量または論理調整に使用可能である内蔵
された飽和検出機能でプログラム作成される。制御器
は、制御出力制限に達すると、過剰積分または仕上げを
防止するためにこの特徴を使用する。
共働した制御流量または論理調整に使用可能である内蔵
された飽和検出機能でプログラム作成される。制御器
は、制御出力制限に達すると、過剰積分または仕上げを
防止するためにこの特徴を使用する。
【０００９】特に、本発明はプロセス変数設定値のまた
は近傍のプロセス変数を維持するように動作する閉ルー
プフィードバック制御システムおよび関連する手法を提
供するものである。このシステムは付随する設定値に応
答して制御器出力および最終的にプロセス変数値を調整
する設定値制御器を含んでいる。この設定値制御器に付
随するセンサはプロセス変数を検出し、対応するプロセ
ス変数信号を出力する。閉ループ内の設定値制御器とセ
ンサに接続された制御器はセンサから受信されたプロセ
ス変数信号に応答して設定値制御器の動作を制御するた
めにPID論理でプログラム作成される。制御器はプロセ
ス変数信号の均一または不均一２点標本化処理に基づい
て設定値制御器を制御する制御信号を発生する。
は近傍のプロセス変数を維持するように動作する閉ルー
プフィードバック制御システムおよび関連する手法を提
供するものである。このシステムは付随する設定値に応
答して制御器出力および最終的にプロセス変数値を調整
する設定値制御器を含んでいる。この設定値制御器に付
随するセンサはプロセス変数を検出し、対応するプロセ
ス変数信号を出力する。閉ループ内の設定値制御器とセ
ンサに接続された制御器はセンサから受信されたプロセ
ス変数信号に応答して設定値制御器の動作を制御するた
めにPID論理でプログラム作成される。制御器はプロセ
ス変数信号の均一または不均一２点標本化処理に基づい
て設定値制御器を制御する制御信号を発生する。
【００１０】さらに、本発明はシステムセンサから入力
された信号を濾波して信号特性及びシステム精度を改良
する改良されたデジタルフィルタを提供する。本発明の
改良されたデジタルフィルタは計測信号に充分な位相遅
延を導入することなく、高周波ノイズおよび実際的でな
い信号振幅の起因するノイズを充分に減少させる。
された信号を濾波して信号特性及びシステム精度を改良
する改良されたデジタルフィルタを提供する。本発明の
改良されたデジタルフィルタは計測信号に充分な位相遅
延を導入することなく、高周波ノイズおよび実際的でな
い信号振幅の起因するノイズを充分に減少させる。
【００１１】特に、本発明は直線化された入力信号を受
信するための入力を含むデジタルフィルタを提供する。
振幅フィルタは入力信号の小変化を入力するが大きい変
化をクリップする調整可能なウインドウを含む。n次低
域デジタルフィルタは振幅フィルタに接続され、振幅フ
ィルタから入力されたクリップ信号を濾波する。n次低
域デジタルフィルタは入力信号からより高い周波数信号
を除去して、システム演算速度を増加させシステムメモ
リ条件を減少させる。
信するための入力を含むデジタルフィルタを提供する。
振幅フィルタは入力信号の小変化を入力するが大きい変
化をクリップする調整可能なウインドウを含む。n次低
域デジタルフィルタは振幅フィルタに接続され、振幅フ
ィルタから入力されたクリップ信号を濾波する。n次低
域デジタルフィルタは入力信号からより高い周波数信号
を除去して、システム演算速度を増加させシステムメモ
リ条件を減少させる。
【００１２】本発明のこれらのおよび他の種々の利点お
よび特徴は、添付の図面と関連して、以下の記載と特許
請求の範囲から明らかになるであろう。
よび特徴は、添付の図面と関連して、以下の記載と特許
請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明のフィ
ードバック制御システムの全体ブロック概略図が全般的
に１０および１０’で示される。本システムは以下に詳
述するように計測領域温度と領域設定温度間の偏差に基
づいて、領域１２および領域１４の様な特別の専用の温
度領域と関連した温度設定値を満足するために使用され
る。さらに論述するために、領域１２と１４の制御方式
は同様なので、参照は領域１２の温度制御に対してのみ
なされる。
ードバック制御システムの全体ブロック概略図が全般的
に１０および１０’で示される。本システムは以下に詳
述するように計測領域温度と領域設定温度間の偏差に基
づいて、領域１２および領域１４の様な特別の専用の温
度領域と関連した温度設定値を満足するために使用され
る。さらに論述するために、領域１２と１４の制御方式
は同様なので、参照は領域１２の温度制御に対してのみ
なされる。
【００１４】制御システムシステム１０は連想メモリ１
８を有する制御器１６を含む。制御器は２０で示された
設定値制御論理でプログラム作成され、比例・積分・導
関数制御関数の組合せで実施される。比例制御関数は２
２で示され、集積関数は２４で示され、導関数は２６で
示される。メモリ１８は当該技術でよく知られたプログ
ラミング技術でプログラム作成され、制御コード３０の
ブロックを含む。制御コード３０のブロックは不均一標
本化間隔で動作するためにPID設定値制御論理、具体的
には、積分および導関数を可能にし、従来のPID制御方
式以上の特定の利点を提供する不均一標本化コードブロ
ック３２を含む。不均一標本化コードブロック３２は積
分要因２４を第２次精度で演算するのを可能にする。し
たがって、制御器は固定された間隔で標本化し実行する
ことを要求されない。
８を有する制御器１６を含む。制御器は２０で示された
設定値制御論理でプログラム作成され、比例・積分・導
関数制御関数の組合せで実施される。比例制御関数は２
２で示され、集積関数は２４で示され、導関数は２６で
示される。メモリ１８は当該技術でよく知られたプログ
ラミング技術でプログラム作成され、制御コード３０の
ブロックを含む。制御コード３０のブロックは不均一標
本化間隔で動作するためにPID設定値制御論理、具体的
には、積分および導関数を可能にし、従来のPID制御方
式以上の特定の利点を提供する不均一標本化コードブロ
ック３２を含む。不均一標本化コードブロック３２は積
分要因２４を第２次精度で演算するのを可能にする。し
たがって、制御器は固定された間隔で標本化し実行する
ことを要求されない。
【００１５】不均一標本化処理は制御器メモリ１８内の
台形積分論理プログラム作成することにより遂行され
る。台形積分論理は従来の矩形積分に基づくPID閉ルー
プシステムに比較して、数値的により安定なシステムを
提供する。しかしながら、本発明の台形積分技術はシス
テム動作のための現在および前回のプロセス変数値を要
求するが、均一に離間された時間間隔を要求しない２点
法である。
台形積分論理プログラム作成することにより遂行され
る。台形積分論理は従来の矩形積分に基づくPID閉ルー
プシステムに比較して、数値的により安定なシステムを
提供する。しかしながら、本発明の台形積分技術はシス
テム動作のための現在および前回のプロセス変数値を要
求するが、均一に離間された時間間隔を要求しない２点
法である。
【００１６】メモリ１８は本システムの制御により制御
器５０の飽和を回避することにより積分要因２４の出力
を改善する対仕上げコードブロック３４でプログラム化
される。
器５０の飽和を回避することにより積分要因２４の出力
を改善する対仕上げコードブロック３４でプログラム化
される。
【００１７】さらに、メモリは、制御器利得の設定の変
化後または制御器が動作不能後動作可能になった後に制
御信号の望まない発振を防止するために円滑な、連続し
た方法で、制御器１６から出力されたPID出力信号４０
が変化するのを補償するために、バンプレス（こぶ無
し）コードブロック３６でプログラム作成される。バン
プレスコードブロック３６は上述のパラメータ変化後円
滑な応答を提供するために要求されるように、積分要因
２４をリセットするためにプログラム作成される。
化後または制御器が動作不能後動作可能になった後に制
御信号の望まない発振を防止するために円滑な、連続し
た方法で、制御器１６から出力されたPID出力信号４０
が変化するのを補償するために、バンプレス（こぶ無
し）コードブロック３６でプログラム作成される。バン
プレスコードブロック３６は上述のパラメータ変化後円
滑な応答を提供するために要求されるように、積分要因
２４をリセットするためにプログラム作成される。
【００１８】メモリは設定値制御温度から領域温度の偏
差を計算することにより演算され、さらに本発明のフィ
ードバック制御手法で利用された制御器誤差４２を蓄積
する。
差を計算することにより演算され、さらに本発明のフィ
ードバック制御手法で利用された制御器誤差４２を蓄積
する。
【００１９】さらに図１を参照すると、制御器は領域制
御器５０により設定された領域温度設定値のまたは近傍
の領域１２の温度を維持する。制御器はプロセス変数セ
ンサ５２を介して領域温度を監視してこの温度を維持す
る。センサ５２は領域１２のプロセス変数または温度を
検出し、制御器５４にフィードバックされる対応する電
気プロセス変数信号(PV)を発生する。制御器は領域１２
に置かれた設定値調整装置またはプログラムされた入力
から設定値信号(SP)５６を受信する。制御器はPID出力
制御信号４０を発生するために設定値制御論理２０とコ
ード３０を介して信号５４および５６を処理する。得ら
れた閉ループシステム６０は制御器５０で設定されるよ
うに領域設定値のまたは近傍の領域１２のプロセス変数
を効果的に維持する。
御器５０により設定された領域温度設定値のまたは近傍
の領域１２の温度を維持する。制御器はプロセス変数セ
ンサ５２を介して領域温度を監視してこの温度を維持す
る。センサ５２は領域１２のプロセス変数または温度を
検出し、制御器５４にフィードバックされる対応する電
気プロセス変数信号(PV)を発生する。制御器は領域１２
に置かれた設定値調整装置またはプログラムされた入力
から設定値信号(SP)５６を受信する。制御器はPID出力
制御信号４０を発生するために設定値制御論理２０とコ
ード３０を介して信号５４および５６を処理する。得ら
れた閉ループシステム６０は制御器５０で設定されるよ
うに領域設定値のまたは近傍の領域１２のプロセス変数
を効果的に維持する。
【００２０】従来のPID閉ループ制御システムに関し
て、本発明のPID制御システムはシステム力学における
外乱または変動にかかわらずプロセス変数（温度）を所
望の値（設定値）近傍に維持する。本発明において、制
御関数２２、２４、２６により発生した制御値出力は設
定値とプロセス変数間の計測された偏差と、計測された
偏差の積分値と、プロセス変数信号５４の時間導関数に
比例する。積分関数２４の要因が制御器比例出力に加え
られ、プロセス関数が設定値を定常状態にするように変
化するのを補償する。導関数の要因は出力信号４０に加
算されて、閉ループ信号の安定性を改善し、設定値制御
論理２０にプログラム作成されたリニア外挿を介してセ
ンサ５２から出力されたPV信号５４の予測を介して制御
器応答時間を改善する。
て、本発明のPID制御システムはシステム力学における
外乱または変動にかかわらずプロセス変数（温度）を所
望の値（設定値）近傍に維持する。本発明において、制
御関数２２、２４、２６により発生した制御値出力は設
定値とプロセス変数間の計測された偏差と、計測された
偏差の積分値と、プロセス変数信号５４の時間導関数に
比例する。積分関数２４の要因が制御器比例出力に加え
られ、プロセス関数が設定値を定常状態にするように変
化するのを補償する。導関数の要因は出力信号４０に加
算されて、閉ループ信号の安定性を改善し、設定値制御
論理２０にプログラム作成されたリニア外挿を介してセ
ンサ５２から出力されたPV信号５４の予測を介して制御
器応答時間を改善する。
【００２１】図２を参照すると、本発明の制御システム
論理を示すフロー図が全般的に７０で例示される。ここ
で記載されるように、各ブロックは制御器にプログラム
作成された特定の組の命令を表す。
論理を示すフロー図が全般的に７０で例示される。ここ
で記載されるように、各ブロックは制御器にプログラム
作成された特定の組の命令を表す。
【００２２】ブロック７２はPID制御システムの制御流
が現在動作不能または無効化されているかどうかを決定
する。動作不能であれば、PID出力はブロック７３で示
されるように最後の動作可能値に一定に保持される。ブ
ロック７３はPIDシステムが無効化されるとPID出力を無
効値に維持する。
が現在動作不能または無効化されているかどうかを決定
する。動作不能であれば、PID出力はブロック７３で示
されるように最後の動作可能値に一定に保持される。ブ
ロック７３はPIDシステムが無効化されるとPID出力を無
効値に維持する。
【００２３】制御器が無効状態または動作不能状態から
動作可能にまたは開放された後、ブロック７４は疑似コ
ード（Re_Initialize = TRUE）により示されるように制
御フローを第１の実行のブロック７５に向ける。正常な
動作（Re_Initialize = FALSE）で、制御フローはブロ
ック７６に進む。
動作可能にまたは開放された後、ブロック７４は疑似コ
ード（Re_Initialize = TRUE）により示されるように制
御フローを第１の実行のブロック７５に向ける。正常な
動作（Re_Initialize = FALSE）で、制御フローはブロ
ック７６に進む。
【００２４】制御器が無効から動作可能にされまたは開
放された後の第１の実行で、ブロック７５はEcのZ-1値
および導関数応答“DTerm”の信頼できる出発値を指定
する。これらの値は後に導関数および積分反応計算のた
めに要求される。制御器の実行間の時間をクロックする
変数“TA”は所望の実行時間“TS”に強制される。これ
により正常な実行間の時間を反映しないTAの値が積分お
よび導関数計算での数値問題を生じるのを防止する。制
御器が無効から動作可能にしまたは開放した後の第１の
実行では、TAは制御器が延長した期間に実行されなかっ
たので正規には適切ではない。
放された後の第１の実行で、ブロック７５はEcのZ-1値
および導関数応答“DTerm”の信頼できる出発値を指定
する。これらの値は後に導関数および積分反応計算のた
めに要求される。制御器の実行間の時間をクロックする
変数“TA”は所望の実行時間“TS”に強制される。これ
により正常な実行間の時間を反映しないTAの値が積分お
よび導関数計算での数値問題を生じるのを防止する。制
御器が無効から動作可能にしまたは開放した後の第１の
実行では、TAは制御器が延長した期間に実行されなかっ
たので正規には適切ではない。
【００２５】ブロック７６は制御器出力の計算に使用さ
れる制御器誤差“Ec”を決定する。Ecの値はデッド（停
滞）帯域外の設定値とプロセス変数(SP-PV)間の差に比
例する。図３の７７で示されるように、停滞帯域内では
“Ec”の値は零である。この停滞帯域は制御器を介して
伝搬する入力信号のノイズを減少するのに使用される。
安定性が獲得されかつ制御効果が停滞帯域内のノイズに
応答しないことにより減少するので、導関数制御動作が
利用されるのであれば特に有益である。
れる制御器誤差“Ec”を決定する。Ecの値はデッド（停
滞）帯域外の設定値とプロセス変数(SP-PV)間の差に比
例する。図３の７７で示されるように、停滞帯域内では
“Ec”の値は零である。この停滞帯域は制御器を介して
伝搬する入力信号のノイズを減少するのに使用される。
安定性が獲得されかつ制御効果が停滞帯域内のノイズに
応答しないことにより減少するので、導関数制御動作が
利用されるのであれば特に有益である。
【００２６】ブロック７８は比例応答“PTerm”を計算
する。図４の７９に示されるように、応答は、以下の式
で示されるように、比例帯域の値、高出力限界、低出力
限界、Ec、制御器動作（直接“DA”または逆数“RA”）
に関連する。
する。図４の７９に示されるように、応答は、以下の式
で示されるように、比例帯域の値、高出力限界、低出力
限界、Ec、制御器動作（直接“DA”または逆数“RA”）
に関連する。
【式２】 ここで、比例利得“Kp”の記号は制御器動作の関数であ
る。もし制御器がDAであればKpの記号は(-)であり、も
しRAであれば、Kpの記号は(+)である。
る。もし制御器がDAであればKpの記号は(-)であり、も
しRAであれば、Kpの記号は(+)である。
【００２７】ブロック８２は導関数応答“DTerm”を計
算する。三つの考慮すべき場合がある。第１のケースで
は、導関数時間の無効（負または零）値は強制的に導関
数を零にする。
算する。三つの考慮すべき場合がある。第１のケースで
は、導関数時間の無効（負または零）値は強制的に導関
数を零にする。
【００２８】第２のケースでは、導関数応答はSP-PVが
（停滞帯域／２）（またはEc=0）以下またはに等しいと
きはいつでも強制的に零にされる。これにより導関数応
答を生じさせ制御器出力の不必要で望ましくない変化を
発生させるノイズの可能性を減少させる。
（停滞帯域／２）（またはEc=0）以下またはに等しいと
きはいつでも強制的に零にされる。これにより導関数応
答を生じさせ制御器出力の不必要で望ましくない変化を
発生させるノイズの可能性を減少させる。
【００２９】（非零Ecおよび有効導関数時間に対応す
る）第３のケースでは、プロセス変数の時間の変化率に
関連した導関数応答は以下の式で一般化される。
る）第３のケースでは、プロセス変数の時間の変化率に
関連した導関数応答は以下の式で一般化される。
【式３】 この式の固有の解はDTerm変化率を制限する第１次フィ
ルタとして作用する。フィルタ時間定数はNが8<N<20の
範囲内にあるDTime/Nに等しい。このフィルタリングは
導関数推定における雑音増幅を最小にするのに役立つ。
この方程式の特有または強制解はプロセス変数PVの時間
で変動する変化に関係する。
ルタとして作用する。フィルタ時間定数はNが8<N<20の
範囲内にあるDTime/Nに等しい。このフィルタリングは
導関数推定における雑音増幅を最小にするのに役立つ。
この方程式の特有または強制解はプロセス変数PVの時間
で変動する変化に関係する。
【００３０】この等式は第１次後方有限差等式を使用し
て実行される。この解決法は均等に時間等分されるPVの
入力値を要求しないので選択された。この解法は制御器
の実行間隔が均一でない可能性があるので（例えば、TA
は常にTSに等しくはない）ので非常に重要である。この
実行で使用される等式の再帰的表示が以下に示される。
て実行される。この解決法は均等に時間等分されるPVの
入力値を要求しないので選択された。この解法は制御器
の実行間隔が均一でない可能性があるので（例えば、TA
は常にTSに等しくはない）ので非常に重要である。この
実行で使用される等式の再帰的表示が以下に示される。
【式４】 DTermは以下の疑似コードにより例示されるような導関
数により発生される。
数により発生される。
【式５】
【００３１】DTermが計算された後、制御器が無効から
動作可能にまたは開放された後ブロック８４は第１の実
行で制御フローをブロック８６に向ける。正常な条件に
おいて、制御フローはブロック８８に進む。
動作可能にまたは開放された後ブロック８４は第１の実
行で制御フローをブロック８６に向ける。正常な条件に
おいて、制御フローはブロック８８に進む。
【００３２】ブロック８６は制御システムが動作不能ま
たは無効条件から再初期化されると、“こぶ無し”（不
連続に変化しない）であることを補償する。積分要因
“ITerm”要因の一つの時間調整により実際の時間制御
に滑らかな復帰を提供する。命令ブロック８６の疑似コ
ードは以下に例示される。
たは無効条件から再初期化されると、“こぶ無し”（不
連続に変化しない）であることを補償する。積分要因
“ITerm”要因の一つの時間調整により実際の時間制御
に滑らかな復帰を提供する。命令ブロック８６の疑似コ
ードは以下に例示される。
【式６】
【００３３】ブロック８８は正常な実際の時間動作条件
でITermを計算する。考慮すべき二つのケースがある。
第１のケースでは、もし積分時間“ITime”が所望の標
本化時間“TS”以下であると、ITermは強制的に零にさ
れる。これにより数値的不安定性の可能性が防止され
る。第２のケースでは、制御器誤差が台形積分を使用し
て積分される。台形積分は、他の制御器で普通に使用さ
れる矩形積分により、良好な精度及び数値安定性を提供
し、設定誤差値が時間に対して均等に等分されることを
要求しない。これは制御器が均一の間隔で実行されない
可能性があるので非常に重要である。再帰的形態で台形
積分を数値的に実行することにより以下の式が与えられ
る。
でITermを計算する。考慮すべき二つのケースがある。
第１のケースでは、もし積分時間“ITime”が所望の標
本化時間“TS”以下であると、ITermは強制的に零にさ
れる。これにより数値的不安定性の可能性が防止され
る。第２のケースでは、制御器誤差が台形積分を使用し
て積分される。台形積分は、他の制御器で普通に使用さ
れる矩形積分により、良好な精度及び数値安定性を提供
し、設定誤差値が時間に対して均等に等分されることを
要求しない。これは制御器が均一の間隔で実行されない
可能性があるので非常に重要である。再帰的形態で台形
積分を数値的に実行することにより以下の式が与えられ
る。
【式７】
【００３４】さらに、ITermは制御器利得が変化すれば
常に“こぶ無し”制御を提供するために使用される。こ
れは手動または自動調整手段を調整する場合大いに望ま
しい。こぶ無し調整は以下の式を使用して行うことが可
能である。
常に“こぶ無し”制御を提供するために使用される。こ
れは手動または自動調整手段を調整する場合大いに望ま
しい。こぶ無し調整は以下の式を使用して行うことが可
能である。
【式８】
【００３５】ブロック９０は、以下の疑似コードで示さ
れるように、PID制御信号出力を発生するために比例、
積分、導関数、およびオフセット要因を合計する。
れるように、PID制御信号出力を発生するために比例、
積分、導関数、およびオフセット要因を合計する。
【式９】
【００３６】ブロック９２は、もし積分モードが有効IT
imeを有しかつ動作可能になると、制御フローをブロッ
ク９６に再向させる。もし積分モードが動作可能でない
と、制御フローはブロック９４に進む。
imeを有しかつ動作可能になると、制御フローをブロッ
ク９６に再向させる。もし積分モードが動作可能でない
と、制御フローはブロック９４に進む。
【００３７】前述したように、もしITime≦TSであれ
ば、ITermが強制的に零になり、積分結果の電位は無
い。従って、ブロック９４の目的は、以下の疑似コード
で示されるように、全動作条件でPID出力を強制的に高
及び低限定値間にあるようにする。
ば、ITermが強制的に零になり、積分結果の電位は無
い。従って、ブロック９４の目的は、以下の疑似コード
で示されるように、全動作条件でPID出力を強制的に高
及び低限定値間にあるようにする。
【式１０】
【００３８】積分動作が活性(ITime > TS)であると、ブ
ロック９６は高及び低出力限界値での積分結果およびデ
ィザリング（揺らぎ）を防止する。PID出力が高限界値
を超えると常に高限界値でクランプされる。もしPIDOld
の値が高限界値を超えそしてPTermの電流値が０を超え
ると、出力は高出力限界値でクランプされる。これは制
御器を通過するノイズにより生ずる高限界値で揺らぐ出
力を防止する。同様な論理が低出力限界値での結果およ
び揺らぎを防止する。ブロック９６のための疑似コード
が以下のように与えられる。
ロック９６は高及び低出力限界値での積分結果およびデ
ィザリング（揺らぎ）を防止する。PID出力が高限界値
を超えると常に高限界値でクランプされる。もしPIDOld
の値が高限界値を超えそしてPTermの電流値が０を超え
ると、出力は高出力限界値でクランプされる。これは制
御器を通過するノイズにより生ずる高限界値で揺らぐ出
力を防止する。同様な論理が低出力限界値での結果およ
び揺らぎを防止する。ブロック９６のための疑似コード
が以下のように与えられる。
【式１１】
【００３９】もしPID出力が低出力以下またはに等しく
低飽和フラグが動作可能(LoSatTime> 0)であれば、ブロ
ック９８は制御フローをブロック１００に向ける。そう
でなければ、制御フローはブロック１０２を通過する。
低飽和フラグが動作可能(LoSatTime> 0)であれば、ブロ
ック９８は制御フローをブロック１００に向ける。そう
でなければ、制御フローはブロック１０２を通過する。
【００４０】もしPID出力がLoSatTime以上またはに等し
い時間連続的に低限界値にあれば、ブロック１００はPI
D飽和状態変数を(SatStatus + Low)に設定するために使
用される。各反復動作において、変数LoTimerは最後の
反復からの経過時間までに実行される。LoTimerがLoSat
Time以上またはに等しい場合はSatStatusが、以下の疑
似コードで示されるように、“低”に設定される。
い時間連続的に低限界値にあれば、ブロック１００はPI
D飽和状態変数を(SatStatus + Low)に設定するために使
用される。各反復動作において、変数LoTimerは最後の
反復からの経過時間までに実行される。LoTimerがLoSat
Time以上またはに等しい場合はSatStatusが、以下の疑
似コードで示されるように、“低”に設定される。
【式１２】
【００４１】もしPID出力が高出力限界以上またはに等
しく、高飽和フラグが動作可能(HiSatTime > 0)であれ
ば、ブロック１０２は制御フローをブロック１０４に再
び向ける。そうでなければ、制御フローはブロック１０
６を通過する。
しく、高飽和フラグが動作可能(HiSatTime > 0)であれ
ば、ブロック１０２は制御フローをブロック１０４に再
び向ける。そうでなければ、制御フローはブロック１０
６を通過する。
【００４２】もしPID出力がHiSatTime以上またはに等し
い時間連続的に高限界値以上であれば、ブロック１０４
はPID飽和状態変数SatStatus + Highを設定するために
使用される。各反復動作で、変数HiTimerが最後の反復
から時間により増加する。HiTimerがHiSatTime以上また
はに等しい場合、SatStatusは“高”に設定される。ブ
ロック１０４の疑似コードは以下のように例示される。
い時間連続的に高限界値以上であれば、ブロック１０４
はPID飽和状態変数SatStatus + Highを設定するために
使用される。各反復動作で、変数HiTimerが最後の反復
から時間により増加する。HiTimerがHiSatTime以上また
はに等しい場合、SatStatusは“高”に設定される。ブ
ロック１０４の疑似コードは以下のように例示される。
【式１３】
【００４３】もしPID出力が高及び低限界値間にあれば
ブロック１０６はPID飽和状態変数SatStatus = Normal
に設定される。ブロック１０６はタイマー、LoTimerお
よびHiTimerをクリアする。SatStatus変数は望ましくな
いオーバラップを防止するためにマルチPIDアルゴリズ
ムを調整するために使用される。
ブロック１０６はPID飽和状態変数SatStatus = Normal
に設定される。ブロック１０６はタイマー、LoTimerお
よびHiTimerをクリアする。SatStatus変数は望ましくな
いオーバラップを防止するためにマルチPIDアルゴリズ
ムを調整するために使用される。
【００４４】ブロック１０８において、以下の変数の値
が以下の反復の為に蓄積される。
が以下の反復の為に蓄積される。
【式１４】
【００４５】この手法は既存の領域温度／設定値条件に
従って上述の制御フローと一致する方法で反復される。
従って上述の制御フローと一致する方法で反復される。
【００４６】上述の説明から理解されるように、本発明
のPIDフィードバック制御システムは台形積分を利用
し、従来の矩形積分に基づくPID制御システムに比較し
て、制御信号により高い精度を提供する。本発明の制御
システムは均等に等分された標本時間間隔の必要性を防
止し、より高度のシステム柔軟性を提供する２点標本化
方法を利用する。本発明の制御装置はさらに種々のシス
テム障害およびパラメータ変化にかかわらず設定値に対
して滑らかな遷移させるプログラミング技術を提供す
る。したがって、本発明の制御システムは従来のPIDに
基づく閉ループ制御システムより実施する場合より柔軟
でありかつ経済的である。
のPIDフィードバック制御システムは台形積分を利用
し、従来の矩形積分に基づくPID制御システムに比較し
て、制御信号により高い精度を提供する。本発明の制御
システムは均等に等分された標本時間間隔の必要性を防
止し、より高度のシステム柔軟性を提供する２点標本化
方法を利用する。本発明の制御装置はさらに種々のシス
テム障害およびパラメータ変化にかかわらず設定値に対
して滑らかな遷移させるプログラミング技術を提供す
る。したがって、本発明の制御システムは従来のPIDに
基づく閉ループ制御システムより実施する場合より柔軟
でありかつ経済的である。
【００４７】本発明の制御システムは領域温度制御シス
テムと関連して説明されたが、本システムは圧力、流
量、カスケードされた応用例を含む如何なる閉ループ制
御用途にもプロセス変数を設定値またはその近傍に制御
するのに使用可能であることを理解すべきである。
テムと関連して説明されたが、本システムは圧力、流
量、カスケードされた応用例を含む如何なる閉ループ制
御用途にもプロセス変数を設定値またはその近傍に制御
するのに使用可能であることを理解すべきである。
【００４８】デジタルフィルタ 図５を参照して、本発明のフィードバック制御器に関連
して利用された改良型デジタルフィルタのブロック概略
図は全般的に１２０で示される。好ましくは、フィルタ
１２０は信号がPID制御目的のために制御器１６に入力
される前にプロセス変数信号５４を濾波するために実施
される。フィルタ１２０は適応振幅フィルタ１２２と低
域周波フィルタ１２４を含む。このフィルタ１２２と１
２４は入力５４を濾波して、制御目的のために制御器１
６に入力される濾波された出力５４’を発生する。
して利用された改良型デジタルフィルタのブロック概略
図は全般的に１２０で示される。好ましくは、フィルタ
１２０は信号がPID制御目的のために制御器１６に入力
される前にプロセス変数信号５４を濾波するために実施
される。フィルタ１２０は適応振幅フィルタ１２２と低
域周波フィルタ１２４を含む。このフィルタ１２２と１
２４は入力５４を濾波して、制御目的のために制御器１
６に入力される濾波された出力５４’を発生する。
【００４９】最初に未処理の入力信号５４は適応デジタ
ル振幅フィルタ１２２を通過し、プロセス出力信号５４
の標本化信号の信号スパイク及び障害をクリップする。
振幅フィルタリングは測定信号に位相遅延を生じさせる
ことなく実施される。この信号クリッピングによりPID
出力信号４０の積分および導関数項が信号スパイク、通
信欠落、測定障害に伴う大きく不正確な値になるのを防
止する。
ル振幅フィルタ１２２を通過し、プロセス出力信号５４
の標本化信号の信号スパイク及び障害をクリップする。
振幅フィルタリングは測定信号に位相遅延を生じさせる
ことなく実施される。この信号クリッピングによりPID
出力信号４０の積分および導関数項が信号スパイク、通
信欠落、測定障害に伴う大きく不正確な値になるのを防
止する。
【００５０】振幅フィルタ１２２は濾波された出力があ
る標本から次の標本へ変化させるかの程度を制限する。
このフィルタは未処理の入力の小変化を通過させるが大
きい入力変化はクリップする特性ウインドウを有するこ
とにより出力を制限する。実際の信号値が急速に変化す
ると、ウインドウ幅はデータの遷移特性に従って拡張で
きる。好ましくは、初期の閾値またはウインドウは比較
的小さく設定でき、大振幅ノイズに対するほとんどの媒
体が拒絶される。
る標本から次の標本へ変化させるかの程度を制限する。
このフィルタは未処理の入力の小変化を通過させるが大
きい入力変化はクリップする特性ウインドウを有するこ
とにより出力を制限する。実際の信号値が急速に変化す
ると、ウインドウ幅はデータの遷移特性に従って拡張で
きる。好ましくは、初期の閾値またはウインドウは比較
的小さく設定でき、大振幅ノイズに対するほとんどの媒
体が拒絶される。
【００５１】振幅スパイクと障害が未処理入力信号５４
においてクリップされた後、フィルタは１２６でn次低
域デジタルフィルタ１２４を通過する信号Wkを出力す
る。典型的には、フィルタ１２４は第１または第２次低
域フィルタであり、より高次のフィルタは計算およびメ
モリ条件を増加させる。しかしながら、より高次フィル
タが使用可能であることを理解すべきである。第１次フ
ィルタが使用される場合、単純な指数フィルタである。
もし第２次フィルタが使用される場合は好ましくはバタ
ーワースフィルタである。フィルタ１２４は位相遅延が
最小であり、指定されたカットオフ周波数以上のノイズ
を拒絶する。フィルタにより除去できるより高い周波数
はアナログ入力の標本化速度でのみ制限される。アナロ
グ入力標本化速度により決定されるデフォルトカットオ
フ周波数がプロセスが高速、正常、低速であるか指定す
ることにより、特定の用途に従って調整可能である。
においてクリップされた後、フィルタは１２６でn次低
域デジタルフィルタ１２４を通過する信号Wkを出力す
る。典型的には、フィルタ１２４は第１または第２次低
域フィルタであり、より高次のフィルタは計算およびメ
モリ条件を増加させる。しかしながら、より高次フィル
タが使用可能であることを理解すべきである。第１次フ
ィルタが使用される場合、単純な指数フィルタである。
もし第２次フィルタが使用される場合は好ましくはバタ
ーワースフィルタである。フィルタ１２４は位相遅延が
最小であり、指定されたカットオフ周波数以上のノイズ
を拒絶する。フィルタにより除去できるより高い周波数
はアナログ入力の標本化速度でのみ制限される。アナロ
グ入力標本化速度により決定されるデフォルトカットオ
フ周波数がプロセスが高速、正常、低速であるか指定す
ることにより、特定の用途に従って調整可能である。
【００５２】操作者がフィルタ１２２および／または１
２４が利用されるかどうか指定できることを理解すべき
である。ほとんどの場合、最良の性能は両フィルタを使
用することにより得られる。
２４が利用されるかどうか指定できることを理解すべき
である。ほとんどの場合、最良の性能は両フィルタを使
用することにより得られる。
【００５３】図６ないし図１０は本発明のデジタルフィ
ルタが極めてノイズの多い入力信号から元のプロセス情
報をどのように再生するかを例示している。図６は１３
２の信号に重畳された等しい振幅の付随した０．４ヘル
ツノイズとともにフィルタ１２０に入力される１３０で
０．００１ヘルツプロセスを示す。今回のそして次の考
察のために、実際のプロセス信号とフィルタに入力され
た信号は本質的に等価であるとして示される。図７は１
３４でフィルタからの順次濾波された出力を示す。
ルタが極めてノイズの多い入力信号から元のプロセス情
報をどのように再生するかを例示している。図６は１３
２の信号に重畳された等しい振幅の付随した０．４ヘル
ツノイズとともにフィルタ１２０に入力される１３０で
０．００１ヘルツプロセスを示す。今回のそして次の考
察のために、実際のプロセス信号とフィルタに入力され
た信号は本質的に等価であるとして示される。図７は１
３４でフィルタからの順次濾波された出力を示す。
【００５４】同様に、図８は等しい振幅の０．４ヘルツ
ノイズが１３８で重畳され、フィルタ１２０に入力され
た１３６での０．０５ヘルツプロセスを示す。図９は、
１４２の実際のプロセスと比較されるように、１４０で
のフィルタからの後続の出力示す。
ノイズが１３８で重畳され、フィルタ１２０に入力され
た１３６での０．０５ヘルツプロセスを示す。図９は、
１４２の実際のプロセスと比較されるように、１４０で
のフィルタからの後続の出力示す。
【００５５】図１０を参照すると、スパイク信号１４４
は本発明のフィルタに入力される。得られたフィルタ出
力信号は元の入力スパイクと関連した時間間隔で、１４
８で示されるような、小さいこぶ以外の実際のプロセス
信号１４６にほとんど等価である。図１０は振幅フィル
タがどのように良好に不安定な信号を拒絶し、元のプロ
セス変数信号を保存するかを示す。
は本発明のフィルタに入力される。得られたフィルタ出
力信号は元の入力スパイクと関連した時間間隔で、１４
８で示されるような、小さいこぶ以外の実際のプロセス
信号１４６にほとんど等価である。図１０は振幅フィル
タがどのように良好に不安定な信号を拒絶し、元のプロ
セス変数信号を保存するかを示す。
【００５６】図１１Aから図１１Cを参照すると、本発明
のデジタルフィルタに関連する手法を例示するフロー図
が全般的に１５０で示される。各ブロックは従来のソフ
トウエアプログラミング技術を介して制御器にプログラ
ム作成された特定の組の命令を表す。
のデジタルフィルタに関連する手法を例示するフロー図
が全般的に１５０で示される。各ブロックは従来のソフ
トウエアプログラミング技術を介して制御器にプログラ
ム作成された特定の組の命令を表す。
【００５７】ブロック１５２を参照すると、未処理の信
号データはセンサ５２に関連するアナログ／デジタル変
換器から入力される。ブロック１５４で、区分的リニア
テーブルであるAlハードウエアオブジェクト(Al Hardwa
re Object)はブロック１５２からオーム、直流ボルト、
またはミリアンペアのようなセンサ出力単位にADC数を
変換する。続いて、ブロック１５６はアナログ入力(Al)
が現在動作不能であるかどうかに基づいて制御論理フロ
ーを向ける。動作不能になれば、Al出力はブロック１５
８において計算されずまたは更新されない。そうでなけ
れば、制御フローはブロック１６０に進む。
号データはセンサ５２に関連するアナログ／デジタル変
換器から入力される。ブロック１５４で、区分的リニア
テーブルであるAlハードウエアオブジェクト(Al Hardwa
re Object)はブロック１５２からオーム、直流ボルト、
またはミリアンペアのようなセンサ出力単位にADC数を
変換する。続いて、ブロック１５６はアナログ入力(Al)
が現在動作不能であるかどうかに基づいて制御論理フロ
ーを向ける。動作不能になれば、Al出力はブロック１５
８において計算されずまたは更新されない。そうでなけ
れば、制御フローはブロック１６０に進む。
【００５８】ブロック１６０はアナログ入力が無効化さ
れるかまたは使用されなくなるかに基づいて制御フロー
を再向させる。もし無効化されるか使用しないと、ロジ
ックがブロック１６２に通過する。そうでなければ、制
御フローはブロック１６４に進む。
れるかまたは使用されなくなるかに基づいて制御フロー
を再向させる。もし無効化されるか使用しないと、ロジ
ックがブロック１６２に通過する。そうでなければ、制
御フローはブロック１６４に進む。
【００５９】アナログ入力が無効化されると、現在のフ
ィルタ出力ykがブロック１６２で無効値に設定される。
アナログ入力が使用されなくなると、現在のフィルタ出
力ykは前回のフィルタ出力yk-1に等しく設定される。ロ
ジックがブロック１６４に直接進むと、ブロック１６４
はハードウエアオブジェクト（オーム、直流ボルト、ミ
リアンペア）をプロセス変数単位（度、プサイグ(psi
g)）に初期化及び変換する。従来のセンサ等は出力とプ
ロセス変数入力（RTDまたは熱電対）間に非直線関係を
有するので、直線化は重要である。ブロック１６４から
の出力はリニア値として引用される。
ィルタ出力ykがブロック１６２で無効値に設定される。
アナログ入力が使用されなくなると、現在のフィルタ出
力ykは前回のフィルタ出力yk-1に等しく設定される。ロ
ジックがブロック１６４に直接進むと、ブロック１６４
はハードウエアオブジェクト（オーム、直流ボルト、ミ
リアンペア）をプロセス変数単位（度、プサイグ(psi
g)）に初期化及び変換する。従来のセンサ等は出力とプ
ロセス変数入力（RTDまたは熱電対）間に非直線関係を
有するので、直線化は重要である。ブロック１６４から
の出力はリニア値として引用される。
【００６０】ブロック１６６はリニア値の信頼性に基づ
いて制御論理フローを再向させる。もしリニア値が信頼
できないと、論理はブロック１６８に向かう。もしリニ
ア値が信頼できると、論理はブロック１７０に向かう。
ブロック１６８で、フィルタ出力ykが前回の信頼できる
フィルタ出力yk-1に等しく設定され、信頼できないとし
てフラグが立てられる。あるいは、ブロック１７０はワ
イヤ抵抗のようなシステム変数を補償する単一点較正を
実行するために使用される。較正はオフセット変数を独
立のプロセス変数測定値とフィルタ出力ykの現在の値間
の差に調整して行われる。ブロック１７０の出力はxkと
して示された直線化され、較正された変数である。
いて制御論理フローを再向させる。もしリニア値が信頼
できないと、論理はブロック１６８に向かう。もしリニ
ア値が信頼できると、論理はブロック１７０に向かう。
ブロック１６８で、フィルタ出力ykが前回の信頼できる
フィルタ出力yk-1に等しく設定され、信頼できないとし
てフラグが立てられる。あるいは、ブロック１７０はワ
イヤ抵抗のようなシステム変数を補償する単一点較正を
実行するために使用される。較正はオフセット変数を独
立のプロセス変数測定値とフィルタ出力ykの現在の値間
の差に調整して行われる。ブロック１７０の出力はxkと
して示された直線化され、較正された変数である。
【００６１】その後、ブロック１７２は再初期化された
フィルタとして引用される２進変数の状態に基づいて制
御論理フローを再向させる。再初期化フィルタの値は以
下の条件のひとつに変化後の一例ではTRUEである。 ■ 終了した無効条件 ■ 動作可能な振幅フィルタ ■ 振幅フィルタに関する運転開始または基準値“スパ
イクウインドウ”の変化 ■ 動作可能な第１次または第２次周波数フィルタ ■ 第２次周波数のプロセス速度属性の変化 ■ Al更新期間変化 ■ 使用外後の使用に戻るAl
フィルタとして引用される２進変数の状態に基づいて制
御論理フローを再向させる。再初期化フィルタの値は以
下の条件のひとつに変化後の一例ではTRUEである。 ■ 終了した無効条件 ■ 動作可能な振幅フィルタ ■ 振幅フィルタに関する運転開始または基準値“スパ
イクウインドウ”の変化 ■ 動作可能な第１次または第２次周波数フィルタ ■ 第２次周波数のプロセス速度属性の変化 ■ Al更新期間変化 ■ 使用外後の使用に戻るAl
【００６２】もし再初期化フィルタがTRUEであると、論
理はブロック１７４に進む。そうでなければ、もし再初
期化フィルタがFALSEであると、論理はブロック１７６
に進む。
理はブロック１７４に進む。そうでなければ、もし再初
期化フィルタがFALSEであると、論理はブロック１７６
に進む。
【００６３】ブロック１７４は振幅周波数フィルタの現
在および過去の値を強制的にxkの値に等しくすることに
より、Al出力の連続即ちこぶの無い変化を提供する。過
去および現在の振幅フィルタの適合重み（デルタkおよ
びデルタk-1）は１に等しく設定される。ブロック１７
６は振幅フィルタがTRUEであるかどうかに基づいて制御
論理フローに再向する。もしFALSEであると、制御フロ
ーはブロック１７８に進む。もしTRUEであると、制御フ
ローはブロック１８０に進む。振幅フィルタは利用され
ていないので、ブロック１７８は振幅フィルタwkの出力
を入力値xkに等しく設定される。さらに、ブロック１８
０は振幅フィルタ通過帯域の幅を決定する。幅は基準
“スパイクウインドウ”と動的変数デルタkの積であ
る。スパイクウインドウの値は計測型および測定ノイズ
の代表レベルの関数であり、優先権を決定する。デルタ
kの値は初期値１を有するが自動的に変化しうる。
在および過去の値を強制的にxkの値に等しくすることに
より、Al出力の連続即ちこぶの無い変化を提供する。過
去および現在の振幅フィルタの適合重み（デルタkおよ
びデルタk-1）は１に等しく設定される。ブロック１７
６は振幅フィルタがTRUEであるかどうかに基づいて制御
論理フローに再向する。もしFALSEであると、制御フロ
ーはブロック１７８に進む。もしTRUEであると、制御フ
ローはブロック１８０に進む。振幅フィルタは利用され
ていないので、ブロック１７８は振幅フィルタwkの出力
を入力値xkに等しく設定される。さらに、ブロック１８
０は振幅フィルタ通過帯域の幅を決定する。幅は基準
“スパイクウインドウ”と動的変数デルタkの積であ
る。スパイクウインドウの値は計測型および測定ノイズ
の代表レベルの関数であり、優先権を決定する。デルタ
kの値は初期値１を有するが自動的に変化しうる。
【００６４】もし制御フローがブロック１８０を通過す
ると、フローは続いてブロック１８２に進む。ブロック
１８２は現在のスパイクフィルタ入力xkとスパイクフィ
ルタ出力wk-1の前の値間の差の絶対値に基づいて制御フ
ローを再向させる。この値が通過帯域幅以下であると制
御フローはブロック１８４に進む。そうでなければ、論
理はブロック１８６に進む。ブロック１８２に関して記
載された差が通過帯域以内であるように、ブロック１８
４は振幅フィルタ出力を入力に等しく設定する。適応振
幅フィルタの重みは１の下方限界値を有する２の係数だ
け減少される。振幅フィルタの変化が小さいと、この減
少は通過帯域幅を減少させる。ブロック１８６はデルタ
kの値を２の係数だけ増加させる。次の標本の通過帯域
幅は２倍になる。これにより振幅フィルタはプロセス変
数が急速に変化する場合に急速にサイズ変更される。も
し制御フローがブロック１８６を通過すると、フローが
ブロック１８８と、１９０または１９２に進む。ブロッ
ク１８８で、もし現在の入力xkが最後の振幅フィルタ出
力wk-1以上であれば、入力が急速に上昇したこと、およ
び振幅フィルタ出力wkがブロック１９０に示されるよう
にクランプされることが決定される。もし現在の入力xk
が最後の振幅フィルタ出力wk-1以下であると、入力が急
速に低下したことおよび振幅フィルタ出力wkがブロック
１９２に示されるようにクランプされることが決定させ
る。
ると、フローは続いてブロック１８２に進む。ブロック
１８２は現在のスパイクフィルタ入力xkとスパイクフィ
ルタ出力wk-1の前の値間の差の絶対値に基づいて制御フ
ローを再向させる。この値が通過帯域幅以下であると制
御フローはブロック１８４に進む。そうでなければ、論
理はブロック１８６に進む。ブロック１８２に関して記
載された差が通過帯域以内であるように、ブロック１８
４は振幅フィルタ出力を入力に等しく設定する。適応振
幅フィルタの重みは１の下方限界値を有する２の係数だ
け減少される。振幅フィルタの変化が小さいと、この減
少は通過帯域幅を減少させる。ブロック１８６はデルタ
kの値を２の係数だけ増加させる。次の標本の通過帯域
幅は２倍になる。これにより振幅フィルタはプロセス変
数が急速に変化する場合に急速にサイズ変更される。も
し制御フローがブロック１８６を通過すると、フローが
ブロック１８８と、１９０または１９２に進む。ブロッ
ク１８８で、もし現在の入力xkが最後の振幅フィルタ出
力wk-1以上であれば、入力が急速に上昇したこと、およ
び振幅フィルタ出力wkがブロック１９０に示されるよう
にクランプされることが決定される。もし現在の入力xk
が最後の振幅フィルタ出力wk-1以下であると、入力が急
速に低下したことおよび振幅フィルタ出力wkがブロック
１９２に示されるようにクランプされることが決定させ
る。
【００６５】続いて、制御器フローはブロック１９４に
進む。ブロック１９４で、変数フィルタ次数は使用する
周波数フィルタの型を指定する。フィルタ次数で次の３
つの列挙された値、即ち、NONE、第１次、第２次の一つ
を選ぶ。もしフィルタ次数がNONEであれば、周波数フィ
ルタリングを要求せず、制御フローはブロック１９６に
進む。そうでなければ、制御フローはブロック１９８に
進む。もし制御フローがブロック１９６に進むと、ブロ
ック１９６は周波数フィルタykの出力を周波数フィルタ
入力wkに等しく設定する。もし制御フローがブロック１
９８に進むと、ブロック１９８はフィルタ次数が第１次
または第２次周波数フィルタに等しいかどうかを決定す
る。もしフィルタ次数が第２次であれば制御フローは第
２次バターワースフィルタを動作可能にするブロック２
００に進む。バターワースフィルタは好ましくは双一次
変換を使用して実行される。そうでなければ、第１次周
波数フィルタが要求され、制御フローがブロック２０２
に進む。
進む。ブロック１９４で、変数フィルタ次数は使用する
周波数フィルタの型を指定する。フィルタ次数で次の３
つの列挙された値、即ち、NONE、第１次、第２次の一つ
を選ぶ。もしフィルタ次数がNONEであれば、周波数フィ
ルタリングを要求せず、制御フローはブロック１９６に
進む。そうでなければ、制御フローはブロック１９８に
進む。もし制御フローがブロック１９６に進むと、ブロ
ック１９６は周波数フィルタykの出力を周波数フィルタ
入力wkに等しく設定する。もし制御フローがブロック１
９８に進むと、ブロック１９８はフィルタ次数が第１次
または第２次周波数フィルタに等しいかどうかを決定す
る。もしフィルタ次数が第２次であれば制御フローは第
２次バターワースフィルタを動作可能にするブロック２
００に進む。バターワースフィルタは好ましくは双一次
変換を使用して実行される。そうでなければ、第１次周
波数フィルタが要求され、制御フローがブロック２０２
に進む。
【００６６】ブロック２０２は第１次周波数フィルタを
実行するために必要な２つの定数係数パラメータを計算
する。続いて、ブロック２０３は現在のフィルタ入力wk
および過去のフィルタ出力yk-1に基づいて第１次フィル
タykの出力を計算する。
実行するために必要な２つの定数係数パラメータを計算
する。続いて、ブロック２０３は現在のフィルタ入力wk
および過去のフィルタ出力yk-1に基づいて第１次フィル
タykの出力を計算する。
【００６７】もしフィルタの次数が第２次であることを
ブロック１９８の制御論理が決定すると、ブロック２０
０は列挙された変数プロセス速度を使用して第２次フィ
ルタのカットオフ周波数を設定する。この変数は２値即
ちNORMALまたはFASTを持ちうる。もしプロセス速度がNO
RMALであれば、制御フローはブロック２０４に進む。そ
うでなければ、制御フローはブロック２０６に進む。ブ
ロック２０４で、NORMAL速度プロセスのカットオフ期間
Tdが決定される。典型的にはTd値は更新期間の代表デフ
ォルト値で５秒である。更新期間の値が５秒以上に増加
するとTdは変化する。ブロック２０６はFASTプロセスの
カットオフ期間Td を決定する。Td値は典型的には最大
の可能なカットオフ周波数を与えるのでA/D変換器の標
本化期間に設定される。
ブロック１９８の制御論理が決定すると、ブロック２０
０は列挙された変数プロセス速度を使用して第２次フィ
ルタのカットオフ周波数を設定する。この変数は２値即
ちNORMALまたはFASTを持ちうる。もしプロセス速度がNO
RMALであれば、制御フローはブロック２０４に進む。そ
うでなければ、制御フローはブロック２０６に進む。ブ
ロック２０４で、NORMAL速度プロセスのカットオフ期間
Tdが決定される。典型的にはTd値は更新期間の代表デフ
ォルト値で５秒である。更新期間の値が５秒以上に増加
するとTdは変化する。ブロック２０６はFASTプロセスの
カットオフ期間Td を決定する。Td値は典型的には最大
の可能なカットオフ周波数を与えるのでA/D変換器の標
本化期間に設定される。
【００６８】続いて、制御論理はブロック２０８に進
む。ブロック２０８は第２次デジタルバターワースフィ
ルタを実行するのに必要なカットオフ周波数と双一次変
換パラメータを決定する。続いて、ブロック２１０は周
波数フィルタ入力（wk,wk-1およびwk-2）の現在および
過去の２値および周波数フィルタ出力（yk-1および
yk-2）の最後の２値に基づいて、周波数フィルタykの第
２次出力を計算する。
む。ブロック２０８は第２次デジタルバターワースフィ
ルタを実行するのに必要なカットオフ周波数と双一次変
換パラメータを決定する。続いて、ブロック２１０は周
波数フィルタ入力（wk,wk-1およびwk-2）の現在および
過去の２値および周波数フィルタ出力（yk-1および
yk-2）の最後の２値に基づいて、周波数フィルタykの第
２次出力を計算する。
【００６９】続いて、周波数フィルタ計算の将来の使用
のためにデータを蓄積する制御論理はブロック２１２に
進む。
のためにデータを蓄積する制御論理はブロック２１２に
進む。
【００７０】
【発明の効果】上述の記載から、本発明のデジタルフィ
ルタはPIDプロセス変数制御システムに関連して実施さ
れるように記載されているが、デジタルフィルタは未処
理の入力信号から濾波を必要とするノイズを要求するど
んな応用にも実施されることを理解すべきである。
ルタはPIDプロセス変数制御システムに関連して実施さ
れるように記載されているが、デジタルフィルタは未処
理の入力信号から濾波を必要とするノイズを要求するど
んな応用にも実施されることを理解すべきである。
【００７１】要約すると、本発明のデジタルフィルタ
は、計測信号に重大な位相遅延を生じることなく、高周
波ノイズとシステム入力信号の信号振幅の実際的でない
変化に帰するノイズを充分に減少させる。本発明のデジ
タルフィルタはシステム演算プロセスを単純化し、シス
テム演算精度を増加させる。
は、計測信号に重大な位相遅延を生じることなく、高周
波ノイズとシステム入力信号の信号振幅の実際的でない
変化に帰するノイズを充分に減少させる。本発明のデジ
タルフィルタはシステム演算プロセスを単純化し、シス
テム演算精度を増加させる。
【００７２】上述の記載は本発明の好ましい実施例を構
成するが、本発明は添付の特許請求の範囲の妥当な範囲
または公正な意味からそれることなく変形可能であるこ
とを理解すべきである。以下の特許請求の範囲に関連し
て上述の明細書本文及び図面を検討すると、本発明の種
々の他の利点が当業者にとって明らかになるであろう。
成するが、本発明は添付の特許請求の範囲の妥当な範囲
または公正な意味からそれることなく変形可能であるこ
とを理解すべきである。以下の特許請求の範囲に関連し
て上述の明細書本文及び図面を検討すると、本発明の種
々の他の利点が当業者にとって明らかになるであろう。
【図１】本発明の好ましい実施例に従った改良されたフ
ィードバック制御システムのブロック概略図である。
ィードバック制御システムのブロック概略図である。
【図２】図２Aおよび図２Bは、図１のフィードバック制
御システムの手法を例示するフロー図である。
御システムの手法を例示するフロー図である。
【図３】本発明の制御システムにより演算される制御誤
差のグラフである。
差のグラフである。
【図４】本発明の制御システムにより発生する制御信号
に対する比例貢献のグラフである。
に対する比例貢献のグラフである。
【図５】本発明の他の好ましい実施例の改良されたデジ
タルフィルタの概略ブロック図である。
タルフィルタの概略ブロック図である。
【図６】信号ノイズ対時間と共に第１信号入力部を示す
グラフである。
グラフである。
【図７】信号が本発明のデジタルフィルタの通過後の図
６の信号入力部のグラフである。
６の信号入力部のグラフである。
【図８】付随する信号ノイズと共に、本発明のデジタル
フィルタに入力された第２信号のグラフである。
フィルタに入力された第２信号のグラフである。
【図９】信号とノイズが本発明のデジタルフィルタから
の出力された後の図８の信号に付随するノイズのグラフ
である。
の出力された後の図８の信号に付随するノイズのグラフ
である。
【図１０】本発明の改良されたデジタルフィルタの振幅
フィルタ部の動作を例示するグラフである。
フィルタ部の動作を例示するグラフである。
【図１１】図１１Aから図１１Cは、本発明の改良された
デジタルフィルタの手法のフロー図を例示している。
デジタルフィルタの手法のフロー図を例示している。
１２ 領域１ １４ 領域２ １６ 制御器 １８ メモリ ２０ 設定値制御 ３２ 不均一標本化 ３４ コード ３６ バンプレスコード ４０ 出力 ４２ 設定値偏差 ５４ プロセス変数 ５６ 設定値 １２２ 振幅フィルタ（適合） １２４ 周波数フィルタ（低域通過）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年１２月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】図２および図３を参照すると、本発明の制
御システム論理を示すフロー図が全般的に７０で例示さ
れる。ここで記載されるように、各ブロックは制御器に
プログラム作成された特定の組の命令を表す。
御システム論理を示すフロー図が全般的に７０で例示さ
れる。ここで記載されるように、各ブロックは制御器に
プログラム作成された特定の組の命令を表す。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】ブロック７６は制御器出力の計算に使用さ
れる制御器誤差“Ec”を決定する。Ecの値はデッド（停
滞）帯域外の設定値とプロセス変数(SP-PV)間の差に比
例する。図４の７７で示されるように、停滞帯域内では
“Ec”の値は零である。この停滞帯域は制御器を介して
伝搬する入力信号のノイズを減少するのに使用される。
安定性が獲得されかつ制御効果が停滞帯域内のノイズに
応答しないことにより減少するので、導関数制御動作が
利用されるのであれば特に有益である。
れる制御器誤差“Ec”を決定する。Ecの値はデッド（停
滞）帯域外の設定値とプロセス変数(SP-PV)間の差に比
例する。図４の７７で示されるように、停滞帯域内では
“Ec”の値は零である。この停滞帯域は制御器を介して
伝搬する入力信号のノイズを減少するのに使用される。
安定性が獲得されかつ制御効果が停滞帯域内のノイズに
応答しないことにより減少するので、導関数制御動作が
利用されるのであれば特に有益である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】ブロック７８は比例応答“PTerm”を計算
する。図５の７９に示されるように、応答は、以下の式
で示されるように、比例帯域の値、高出力限界、低出力
限界、Ec、制御器動作（直接“DA”または逆数“RA”）
に関連する。
する。図５の７９に示されるように、応答は、以下の式
で示されるように、比例帯域の値、高出力限界、低出力
限界、Ec、制御器動作（直接“DA”または逆数“RA”）
に関連する。
【式２】 ここで、比例利得“Kp”の記号は制御器動作の関数であ
る。もし制御器がDAであればKpの記号は(-)であり、も
しRAであれば、Kpの記号は(+)である。
る。もし制御器がDAであればKpの記号は(-)であり、も
しRAであれば、Kpの記号は(+)である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４８】デジタルフィルタ 図６を参照して、本発明のフィードバック制御器に関連
して利用された改良型デジタルフィルタのブロック概略
図は全般的に１２０で示される。好ましくは、フィルタ
１２０は信号がPID制御目的のために制御器１６に入力
される前にプロセス変数信号５４を濾波するために実施
される。フィルタ１２０は適応振幅フィルタ１２２と低
域周波フィルタ１２４を含む。このフィルタ１２２と１
２４は入力５４を濾波して、制御目的のために制御器１
６に入力される濾波された出力５４’を発生する。
して利用された改良型デジタルフィルタのブロック概略
図は全般的に１２０で示される。好ましくは、フィルタ
１２０は信号がPID制御目的のために制御器１６に入力
される前にプロセス変数信号５４を濾波するために実施
される。フィルタ１２０は適応振幅フィルタ１２２と低
域周波フィルタ１２４を含む。このフィルタ１２２と１
２４は入力５４を濾波して、制御目的のために制御器１
６に入力される濾波された出力５４’を発生する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５３】図７ないし図１１は本発明のデジタルフィ
ルタが極めてノイズの多い入力信号から元のプロセス情
報をどのように再生するかを例示している。図７は１３
２の信号に重畳された等しい振幅の付随した０．４ヘル
ツノイズとともにフィルタ１２０に入力される１３０で
０．００１ヘルツプロセスを示す。今回のそして次の考
察のために、実際のプロセス信号とフィルタに入力され
た信号は本質的に等価であるとして示される。図８は１
３４でフィルタからの順次濾波された出力を示す。
ルタが極めてノイズの多い入力信号から元のプロセス情
報をどのように再生するかを例示している。図７は１３
２の信号に重畳された等しい振幅の付随した０．４ヘル
ツノイズとともにフィルタ１２０に入力される１３０で
０．００１ヘルツプロセスを示す。今回のそして次の考
察のために、実際のプロセス信号とフィルタに入力され
た信号は本質的に等価であるとして示される。図８は１
３４でフィルタからの順次濾波された出力を示す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５４】同様に、図９は等しい振幅の０．４ヘルツ
ノイズが１３８で重畳され、フィルタ１２０に入力され
た１３６での０．０５ヘルツプロセスを示す。図１０
は、１４２の実際のプロセスと比較されるように、１４
０でのフィルタからの後続の出力示す。
ノイズが１３８で重畳され、フィルタ１２０に入力され
た１３６での０．０５ヘルツプロセスを示す。図１０
は、１４２の実際のプロセスと比較されるように、１４
０でのフィルタからの後続の出力示す。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５５】図１１を参照すると、スパイク信号１４４
は本発明のフィルタに入力される。得られたフィルタ出
力信号は元の入力スパイクと関連した時間間隔で、１４
８で示されるような、小さいこぶ以外の実際のプロセス
信号１４６にほとんど等価である。図１１は振幅フィル
タがどのように良好に不安定な信号を拒絶し、元のプロ
セス変数信号を保存するかを示す。
は本発明のフィルタに入力される。得られたフィルタ出
力信号は元の入力スパイクと関連した時間間隔で、１４
８で示されるような、小さいこぶ以外の実際のプロセス
信号１４６にほとんど等価である。図１１は振幅フィル
タがどのように良好に不安定な信号を拒絶し、元のプロ
セス変数信号を保存するかを示す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５６】図１２から図１４を参照すると、本発明の
デジタルフィルタに関連する手法を例示するフロー図が
全般的に１５０で示される。各ブロックは従来のソフト
ウエアプログラミング技術を介して制御器にプログラム
作成された特定の組の命令を表す。
デジタルフィルタに関連する手法を例示するフロー図が
全般的に１５０で示される。各ブロックは従来のソフト
ウエアプログラミング技術を介して制御器にプログラム
作成された特定の組の命令を表す。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例に従った改良されたフ
ィードバック制御システムのブロック概略図である。
ィードバック制御システムのブロック概略図である。
【図２】図１のフィードバック制御システムの手法を例
示するフロー図である。
示するフロー図である。
【図３】図１のフィードバック制御システムの手法を例
示するフロー図である。
示するフロー図である。
【図４】本発明の制御システムにより演算される制御誤
差のグラフである。
差のグラフである。
【図５】本発明の制御システムにより発生する制御信号
に対する比例貢献のグラフである。
に対する比例貢献のグラフである。
【図６】本発明の他の好ましい実施例の改良されたデジ
タルフィルタの概略ブロック図である。
タルフィルタの概略ブロック図である。
【図７】信号ノイズ対時間と共に第１信号入力部を示す
グラフである。
グラフである。
【図８】信号が本発明のデジタルフィルタの通過後の図
７の信号入力部のグラフである。
７の信号入力部のグラフである。
【図９】付随する信号ノイズと共に、本発明のデジタル
フィルタに入力された第２信号のグラフである。
フィルタに入力された第２信号のグラフである。
【図１０】信号とノイズが本発明のデジタルフィルタか
らの出力された後の図９の信号に付随するノイズのグラ
フである。
らの出力された後の図９の信号に付随するノイズのグラ
フである。
【図１１】本発明の改良されたデジタルフィルタの振幅
フィルタ部の動作を例示するグラフである。
フィルタ部の動作を例示するグラフである。
【図１２】本発明の改良されたデジタルフィルタの手法
のフロー図を例示している。
のフロー図を例示している。
【図１３】本発明の改良されたデジタルフィルタの手法
のフロー図を例示している。
のフロー図を例示している。
【図１４】本発明の改良されたデジタルフィルタの手法
のフロー図を例示している。
のフロー図を例示している。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図１２】
【図１３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｂ 13/02 Ｇ０５Ｂ 13/02 Ｓ 21/02 21/02 Ｚ Ｈ０３Ｈ 17/02 ６４１ Ｈ０３Ｈ 17/02 ６４１Ｚ (72)発明者 ネビル ベン−アイサ アメリカ合衆国 53132 ウィスコンシン 州 フランクリン ＃34 ダブリュ． コ ルテス サークル 15098 (72)発明者 ジョン イー． シーム アメリカ合衆国 53211 ウィスコンシン 州 ショアウッド ＃137 エヌ． オー クランド 3942
Claims (43)
- 【請求項１】 関連した設定値に応答してプロセス変数
の値を調整する設定値制御器と；前記プロセス変数を検
出し、変数に対応するプロセス変数信号を出力する、設
定値制御器に関連したセンサと；閉ループ内の前記設定
値制御器と前記センサに接続され、前記センサから受信
されたプロセス変数信号に応答して前記設定値制御器の
動作を制御するために、かつ比例、積分、導関数要因を
含み前記プロセス変数信号の不均一２点間標本化に基づ
いて前記設定値制御器を制御する制御信号を発生するた
めにPID論理でプログラムを作成された制御器と；から
なることを特徴とする制御システム。 - 【請求項２】 無効条件から開放され、制御器比例利得
が変化し、および前記制御器が動作不能状態から動作可
能状態に切り替わると前記制御器がこぶ無し制御信号を
発生することを特徴とする請求項１記載の制御システ
ム。 - 【請求項３】 前記制御器が、無効条件から開放された
後、比例利得の変化の後、および前記制御器が動作不能
状態から動作可能状態に切り替えられた後こぶ無し制御
信号を提供するために、積分関数要因をリセットするこ
とを特徴とする請求項２記載の制御システム。 - 【請求項４】 前記PID論理積分関数要因が第２次精度
で計算されることを特徴とする請求項１記載の制御シス
テム。 - 【請求項５】 前記制御器が台形積分技術を使用して前
記積分関数要因を計算することを特徴とする請求項４記
載の制御システム。 - 【請求項６】 前記制御器積分関数要因が高または低制
御限界値で飽和に達すると制御モードに戻る前記制御器
の制御遅延を最小にすることを特徴とする請求項１記載
の制御システム。 - 【請求項７】 前記制御器が飽和に達した前記積分関数
要因をリセットして、制御信号発生の遅延を最小にする
ことを特徴とする請求項６記載の制御システム。 - 【請求項８】 前記プロセス変数が環境制御領域の温度
であり、設定値が領域温度設定値であることを特徴とす
る請求項１記載の制御システム。 - 【請求項９】 前記導関数要因が、有限差分近似でのプ
ロセス変数を使用して前記制御器から発生されることを
特徴とする請求項１記載の制御システム。 - 【請求項１０】 前記有限差分近似が不均一標本化期間
を利用することを特徴とする請求項９記載の制御システ
ム。 - 【請求項１１】 前記制御器導関数要因が制限され、以
下の式 【式１】 （ここで、Dは導関数要因であり、Tdは導関数時間であ
り、Nは可能なノイズ増幅を制限する定数であり、Kは制
御器利得であり、tは時間であり、yはプロセス変数値で
ある。）を再帰的に実行してノイズ効果を最小化するこ
とを特徴とする請求項１記載の制御システム。 - 【請求項１２】 前記制御器が、追加された制御装置と
共働して前記制御器を流量制御または論理に使用可能に
する内蔵された飽和検出器を含むことを特徴とする請求
項１記載の制御システム。 - 【請求項１３】 前記プロセス変数信号からノイズを濾
波するために前記センサと前記制御器間に接続されたデ
ジタルフィルタをさらに有することを特徴とする請求項
１記載の制御システム。 - 【請求項１４】 前記デジタルフィルタがプロセス変数
信号内の信号スパイクおよび突発的な障害をクリップす
る適応型振幅フィルタと；前記振幅フィルタに接続さ
れ、プロセス変数信号からの高周波ノイズを濾波して、
前記制御システムの演算速度を増加させかつ前記制御シ
ステムのメモリ条件を減少させる低域周波フィルタとか
らなることを特徴とする請求項１３記載の制御システ
ム。 - 【請求項１５】 前記振幅フィルタが前記プロセス変数
信号の小変化を受容するが、大変化はクリップするウイ
ンドウを有し、ウインドウ幅は前記プロセス変数信号の
一時的な特性によって指数関数的に拡張することを特徴
とする請求項１４記載の制御システム。 - 【請求項１６】 前記周波数フィルタが第１次指数フィ
ルタであることを特徴とする請求項１４記載の制御シス
テム。 - 【請求項１７】 前記周波数フィルタが前記プロセス変
数信号に最小の位相遅延を与え、前記プロセス変数信号
から所定のカットオフ周波数以上のノイズを除去する第
２次バターワース(Butterworth)フィルタからなること
を特徴とする請求項１４記載の制御システム。 - 【請求項１８】 前記第２次バターワースが前記プロセ
ス変数信号の標本化速度により制限され、かつ前記プロ
セス変数信号の入力速度により決定される特性カットオ
フ周波数を含むことを特徴とする請求項１７記載の制御
システム。 - 【請求項１９】 プロセス設定値を所望の値に設定する
工程と；前記プロセス設定値から前記プロセス変数の不
均一標本化処理を介してプロセス変数の偏差を決定する
工程と；設定値のオーバーシュートおよびアンダーシュ
ートを最小化する様に偏差を減少するために、前記プロ
セス変数の偏差を決定する前記工程に応答して前記プロ
セス変数を制御する工程とからなることを特徴とするフ
ィードバック制御方法。 - 【請求項２０】 前記プロセス変数を制御する工程が、
出力信号に対して比例要因、積分関数要因および導関数
要因を有する制御信号を発生するデジタル比例積分導関
数(PID)論理を介して遂行することを特徴とする請求項
１９記載のフィードバック制御方法。 - 【請求項２１】 台形積分技術により積分要因を計算す
る工程をさらに有することを特徴とする請求項２０記載
のフィードバック制御方法。 - 【請求項２２】 前記プロセス変数の不均一標本化処理
により前記プロセス設定値からの偏差を決定する工程が
前記プロセス変数の不均一標本化処理で前記導関数要因
の有限差近似値を計算することを特徴とする請求項２０
記載のフィードバック制御方法。 - 【請求項２３】 前記制御出力が所定期間高または低出
力値限界から変化しない場合、前記プロセス変数を制御
する工程中飽和に達したことを決定する工程をさらに有
することを特徴とする請求項１９記載のフィードバック
制御方法。 - 【請求項２４】 状態またはパラメータ変化に続いて出
力されるこぶ無し制御を提供するのに必要とされるよう
に積分関数要因をリセットする工程をさらに有すること
を特徴とする請求項２０記載のフィードバック制御方
法。 - 【請求項２５】 信号ノイズを最小にするため前記プロ
セス変数を含む入力信号を濾波する工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項１９記載のフィードバック制御
方法。 - 【請求項２６】 前記入力信号濾波工程が、高周波信号
ノイズを除去するために信号スパイクおよび信号障害を
デジタル的に濾波する工程であることを特徴とする請求
項２５記載のフィードバック制御方法。 - 【請求項２７】 信号スパイクおよび信号障害をクリッ
プするために前記入力信号を濾波する工程が信号値の急
激な変化に適応するためにフィルタウインドウを指数的
に拡張する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２
６記載のフィードバック制御方法。 - 【請求項２８】 濾波のためプロセス変数信号を条件付
けする工程と；第１のノイズ成分を除去するために振幅
フィルタにより前記プロセス変数信号を濾波する工程
と；第２のノイズ成分を除去するために振幅フィルタに
より前記プロセス変数信号を濾波する工程と；前記入力
プロセス変数信号の変化に応答して前記振幅周波数フィ
ルタの出力を調整する工程と；からなることを特徴とす
るデジタル信号フィルタリング方法。 - 【請求項２９】 前記プロセス変数信号を条件付けする
工程が;前記プロセス変数センサ信号を受信する工程
と；前記プロセス変数センサ信号をデジタル信号に変換
する工程と；前記デジタル信号を前記プロセス変数セン
サ信号に対して同一単位を有する信号に変換する工程
と；前記変換信号を直線化する工程と；直線化された変
換信号を較正する工程と；からなることを特徴とする請
求項２８記載のデジタル信号フィルタリング方法。 - 【請求項３０】 前記プロセス変数信号と関連したノイ
ズレベルの関数として前記振幅フィルタ通過帯域と関連
した幅を調整する工程をさらに有することを特徴とする
請求項２８記載のデジタル信号フィルタリング方法。 - 【請求項３１】 現在のフィルタ入力値と前回のフィル
タ出力値間の絶対値差に基づいて、前記振幅フィルタの
フィルタ重みを調整する工程をさらに有することを特徴
とする請求項２８記載のデジタル信号フィルタリング方
法。 - 【請求項３２】 前記プロセス変数信号を振幅フィルタ
を介して濾波する工程が、現在のフィルタ入力が前回の
フィルタ出力より大であるか、現在のフィルタ入力が前
回のフィルタ出力以下であれば、前記振幅フィルタの出
力をクランプすることを特徴とする請求項２８記載のデ
ジタル信号フィルタリング方法。 - 【請求項３３】 前記信号を周波数フィルタを介して濾
波する工程が前記信号を低域フィルタを介して濾波する
ことを特徴とする請求項２８記載のデジタル信号フィル
タリング方法。 - 【請求項３４】 前記信号を低域フィルタを介して濾波
する工程が前記信号を第２次バターワース(Butterwort
h)フィルタを介して濾波することを特徴とする請求項３
３記載のデジタル信号フィルタリング方法。 - 【請求項３５】 前記第２次フィルタのカットオフ期間
を調整する工程と；列挙された変数を使用して、前記第
２次フィルタのカットオフ周波数を調整する工程と；前
記第２次フィルタを実行するために双一次の変換パラメ
ータを決定する工程と；をさらに有することを特徴とす
る請求項３４記載のデジタル信号フィルタリング方法。 - 【請求項３６】 現在のフィルタ入力、２つの直後のフ
ィルタ入力値、および２つの直後の周波数フィルタ出力
に基づいて、第２次のフィルタの出力を計算する工程を
さらに有することを特徴とする請求項３５記載のデジタ
ル信号フィルタリング方法。 - 【請求項３７】 前記信号を周波数フィルタにより濾波
する工程が現在のフィルタ入力と直後のフィルタ出力に
基づいて、前記信号を第１次周波数フィルタを介して濾
波する工程が前記信号を低域フィルタを介して濾波する
ことを特徴とする請求項２８記載のデジタル信号フィル
タリング方法。 - 【請求項３８】 低域通過プロセス変数とノイズ成分を
含む入力信号を受信する入力部と；前記入力信号とクリ
ップし、クリップされた信号を出力する適応型振幅フィ
ルタと；前記クリップされた信号から付随する高周波ノ
イズを除去するために前記クリップされた信号を濾波す
る周波数フィルタと；さらに信号処理のために前記クリ
ップされた周波数フィルタ信号を出力するフィルタ出力
部と；からなることを特徴とするデジタルフィルタ。 - 【請求項３９】 前記振幅フィルタが前記入力信号の小
変化を受容するが、所定の振幅以上の変化をクリップす
るウインドウを有するフィルタからなり、ウインドウ幅
が前記入力信号の変化に順応させるために指数的に拡張
することを特徴とする請求項３８記載のデジタルフィル
タ。 - 【請求項４０】 前記周波数フィルタが所定のカットオ
フ周波数以上の信号周波数を除去する第１次低域フィル
タであることを特徴とする請求項３８記載のデジタルフ
ィルタ。 - 【請求項４１】 前記周波数フィルタが所定のカットオ
フ周波数以上で生じる前記入力信号からノイズ成分を濾
波する第２次バターワース(Butterworth)低域フィルタ
であることを特徴とする請求項３８記載のデジタルフィ
ルタ。 - 【請求項４２】 前記第２次バターワース(Butterwort
h)フィルタが前記現在のフィルタ入力値と２つの過去の
現在フィルタ入力値および２つの直後のフィルタ入力値
に基づいて前記フィルタ出力を計算することを特徴とす
る請求項４１記載のデジタルフィルタ。 - 【請求項４３】 前記第２次バターワースフィルタが双
一次変換を使用して実施されることを特徴とする請求項
４１記載のデジタルフィルタ。
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