JPS582902A - プロセス制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はプロセス制御方法に係り、ＰＩＤ制御ループ
を含むプロセスにおいて、ＰＩＤ制御をいかし７を筐１
の状態で制御偏差を更に小さくするような制御出力を附
加するプロセス制御方法である。

プロセスとは原料となる物質を受は人ｎ、加熱。

冷却等のｔめの補助的なエネルギーの助けをかりて、化
学的、物理的な変換ケ施し、目的とする物質６　エネル
ギー（製品）を生産し、付加価値を生じさせるシステム
であり、プロセスの出力がどうなっているかをみて予定
し几生産量より少ないなら入力をもつと多くし、そのｔ
めに外からエネルギーをふやすという制御、つまり現在
の出力を入力にもどして制御を行うという意味でフィー
ドバック制御が行われており、目標値と制御量の間に差
があればこれｖＯにするよりに操作を行うものである。

　プロセスにおけるフィードバック制御Ｋｕ応答が早く
、かつ安定な制御方法が必要で、又プロセス特性の変動
に対しても影響の小さいもノ：６Ｅｉｌ！しい。　従来
プロセスのフィードバック制御はＰ　Ｘ　Ｄｌｌｆｔ制
御により行われたが、これはＰは比例、Ｘｌｌ積分、Ｄ
は微分、つまり比例積分微分制御ともいうべきで、目標
値と制御量との間の偏差の大きさ、積分値および微分１
ＮＫ夫々比例する１ピ 成分の和から操作信号ができていて大々にパラメータが
設定される。　このＰより制御の場合Ｐよりパラメータ
により応答を速めるとハンチング現象〜を生じ操作不能
におちいり、結果として不安定となることがある。　そ
の欠点を除くには少し応答を遅くして安定をはかる等の
処置をとるが、これでも充分な制御結果をえない場合に
は、これらのプロセス特性御性を高めるためＰより制御
の代りに最適制御１ｌｌｉ論を用いた制御方法、有限整
応答にＬる制御方法、任意伝達関数による制御方法が提
案されている。

ここで最適制御理論は、現在の時点時点でうまい制御パ
ラメータをさがしていく制御、有限整応答はある有限の
定まつ九幅の中での制御、任意伝達関数による制御は一
般式であられしてシステムにより特有なパラメータを使
う制御であり、これら制御方法ｄＰＸＤの制御に対しパ
ラメータの数が多く、特にむづかしくて使われず、電子
計算機の発達でやつとみなおされて電比ものであるが。

これらの方法はプロセスの特性が想定した吃のと一致し
ている場合は夷好に制御できるが、いずれの場合にもプ
ロセス特性の変動が大となると、不安走となるので特性
の変動を補正してやる必要がある。

従って結局は従来のＰＩＤ制御を改畳すべく近代制御理
論を用い几多くの制御方法が提案さ扛てもＰＩＤ制御よ
りも効Ｊｌ−はあがらなかったのである。

このような点を考慮して、この発明ではＰよりＫよる制
御ループを残し定状態でＰより制御によって生じた偏差
を小さくするために新たな制御ループ（、最適制御）を
付加するものであり、プロセスパラメータとＢＩＤパラ
メータから求め几定数とプロセス変数値ＰＩＤ制御出力
値を用いて制御出力を求めるのである。

ル１ｖｔＪは、この発明による実施例ブロック図で。

ｌはプロセス、ＩＦｉｐｚｐｇ節針、璽は最適制御系と
すると、プロセスＩでは目標値例えば重油側Ｈｚを精製
しろという指令値Ｕが与えられると、プロセスｌは製造
工程であって原料が与えられているから、これにより重
油の精製を行い出−力値Ｘを目ｌＩ値に段々とも之らす
のである。

又ＰＩＤ調節計■はプロセスＩｏ現在生産量をセンナな
どで読み込んで目標値との差を調べ、又目標値に達する
速さ、不足分補充の速さをきめてやり、ＰＩＤ出力出力
上用いて、プロセスＩの能力の限界範囲内でなるべく早
く目標値Ｕに対し、出力値Ｘをも九らすものである。　
　しかして現在値と目標値の偏差が比較的小さいうちは
これだけでよい空、現在生産量の目標値の大幅な増加を
要求されるような時は最適制御理論を用いて出力値増加
の状飄を判断して最適な制御をしてやるのである。

つまり１１図で破線で囲んだＰＩＤ制御ループを含んだ
糸ムを一つのプラントと考え、矛１図のブロック図はこ
のプラントに対し新しい制御ループを付加してＰＸＤ制
御出方に加算し比ものを示しているものであり、新しい
制御ループはプロセス特性の他ＫＰより制御出方を考慮
し比値を出力するよう−することにより、Ｐより制御ル
ープとの協調をはかり、制御の応答性をよくするのであ
る。

なる伝達関数で近似される場合について考える。

ここＫ　Ｔ、　、丁、は−次おくれ時定数、Ｌはプロセ
スのむだ時間である。　つまり操作員が設定し九龍駿と
結果としてえらｎ九値Ｘの間には）２図は矛１Ｗ４の詳
細を示す実施例構成図であり％　１はプロセスの操作端
、２は１１図のｌに相当するプロセス、３はそのプロセ
ス変数を検出する検出端、４，４．７は記憶装置、５は
矛１図のＩＶｃｍ轟するＰＨＩ）調節針、８は演算器、
９は加算器である。　矛２１１！と１１図と対応させて
みると、前述のプロセス２．ＰＸＤ調節計５のほか最適
制御系ＩＫｓ轟するのが記憶装置４．　６．７と演算器
８であり、その他操作端１Ｆｉプロセスｌ　−。

入る矢印相当部分、検出端５はプロセスｌからでてＩＩ
たＸのそばの矢印相当部分であり、加算器９はプロセス
１０入力個ｕ、、ｕ、の出力と目標値とが交る矢印相当
部分とみればよ一０ 又プロセス２から検出端５を介して一定すンプリング間
隔ΔＴ毎にプロセス定数値と予め設定されている目標値
との差がとりだされ、電気信号ｌとして記憶装置４に記
憶される。　これと同時に電気信号ＸがＰよりＩｉ１節
計５１Ｃ与えらｎ、この偏差によってＰＩＤ制御出力が
計算される。　このＰＩＤ制御出力も同様に記憶装置６
に記憶する。

又このＰＩＤ制御出力に加算する制御出力を記憶装置４
．６に記憶し比値と既に計算して記憶装置７に記憶して
いる過去の加算制御出力を用いて演算−８で次式を用い
て加算制御出力を計算するので、Δｕ、（に％　１１　
ＩＣ＆　）　＋　、、ΔＸ（に汁ｔ、ΔＸ（に−１）−
４−ＩＰ４Δｕ、　（ｇ−１）＋＃ｓ　ｊｕ、　（に−
１）＋−−−＃４−１−ｊΔｕ、　（に−１−１）”ｈ
＋ＪΔｕ、（に−ｉ）十、、、＋ｔ、＋、１Δｕ、（に
−Ｊ−１）、、、、　　（２）ｕ、（にｌ＝ｕ、（に−
１）十ΔＵ言り但し、Ｘ（ｇ）　　時刻霧におけるプロ
セス変数値と目標値の偏差−（に）　　　　　　　　　
　　　　　　　Ｐより制御出力値ｕ、（に）　　　　　
　　　　　　　　　　　加算制御出力値１；Ｌ／ΔＴＬ
はむだ亀時間 Δ冨時間差分（例えばΔ−（に）＝Ｘ（に］−！（に−
１）　　）ΔＴはサンプリング間隔 ｈ　””　ｈ　＋ｌ’　　ｔｊＬ＋　＠　　Ｔｌ　、Ｔ
、に、ＰＸＤＩＤパラメータり廟する電数である。

従ってこの出力はプロセスパラメータとＰＩＤパラメー
タから求め几定数とプロセス変数値ＰＩＤ−制御出力値
を用いて求めたものである。

更に演算ａＳで計算され友加算制御出力は記憶装置７で
記憶されるとともＫＰＸＤ調節計５で算出され九Ｐ’Ｉ
Ｄ制御出カと加算器９で加算されて操作信号として操作
端１に送られる。　かくて常に現在値と過去の値を比較
して何かをしなければならないのを前提としているので
、かかる記憶装置４．４．７を使って過去の状態を保存
しておくのである。

要するに記憶装置のりち４は現在の値、生産度の几どっ
た経過を記憶し、６は過去に行ゎｎてき７ｊ　Ｐ　Ｉ　
Ｄ制御結果を記憶し、７は“プロセス全体としてあらた
に加わった制御系の制御結果がどうゆう経路をえどった
かを記憶し、どの３つのデータを使って演算ａａＦｉ式
（２）を計算するのである。

プロセスが一般に で表わされる場合には（２）式に相当する制御出力式は
次の（３）式となる。

Δｕ、（に−ｇ、　−Ｘ（に）＋ｈ−ΔＸ（＆）＋　ｐ
ｍ　−Δｘ（＆）−ｔ）４−　、、。

十＃ｍ）ｌ　＠ΔＸ（に−ｍ＋１） 十＃ｍ＋１　＠Δｕ１（に−”十’ｒｒｒＨ”Δｕ、（
に−＊）＋、０．。

”ｈｒｒｒ＋１”Δｕ、　（１−１−！１１−＋−り十
ｈｍ＋ｓ＋１・）ｕｔ　”−”　”１ｍ＋ｔ＋４”Δｕ
、（に−重）十、、、。

十＃ｓｍ＋＊Ｊ−ｉ　”Δｕ、（＆−ｊ−ｍ＋１）　　
−・、、、、＋３１以上この発明により従来のＰより制
御だけの場合より応答が速り、゛かつ安定な制御が可能
となる。

尚＞ｉｍｌはプロセスにおけるステップ状の外乱に対し
てこの発明による制御方式による特性曲線Ｐと従来のＰ
ＸＤ制御のみによるＩｌ＃性曲ＩＩＱを比較したもので
、ａａから明かなように、この発明によればｉ’ｌＤ制
−に比して、応答が速くかつ行１１４ぎ量も少ない。　
　これは前述し友ように式（２）で計算される制御出力
を加算している尺めである・尚武（１）　Ｏｘ　、　　
Δ！（）項はプロセス変数のフィードバック環、つまり
従来のフィードバック部分であり、ノｕ、０項はＰＩＤ
出力値に対する補ｆｔ項つ壜１１！来のＰＸＤＯ制御だ
けでは不充分なのでもつと補正するということで付加し
ｔ項であｆ）　、ｊｕ。

０項はプロセスの無駄時間の補償項（フィードバック項
、ＰＩＤ出力補正項による行き過ぎ量を補償することに
よ一１系のハンチングを紡ぎ、系全体を安定にするとい
う補償項）である。

従ってプロセス変数の偏差が大きいうちは！。

ΔＩの項よりＰＸＤ出力と同符号の信号がだされ、連応
性をよくする。　プロセス変数の偏差が小さくなるとΔ
ｕ１０項によりＰＩＤ出力と逆符号の信号がだされ、Ｉ
’ＩＤ制御出力による行過ぎ量を補正するためプロセス
変数の行過ぎ量も小さくなる。

又ΔＵ、の項によシプロ竜ス全体の安定化がはからし、
、ｌ’１１１１１にのプロセスパラメータの変動に対し
ても不安定＆Ｃはならない。

この発明はＰＩＤ制御ループを富んだプロセス制御一般
に適用できる。

以上この発明の要旨とするところは、ＰＸＤ制御が行わ
れるプロセスにおいて、 （４）プロセス変数値と目標値Ｏ差 ＠ＰＩＤ制御出力値 （０）先に計算した加算制御 を現在から必要数の過去の期間分を記憶し、プロセス特
性のパラメータ（プルセスゲイン、無駄時間逼れ時辿数
）と、ＰＩＤパラメータより定まる定数と前述の（４）
項、０３）項、（Ｃ）項を用いて計算し。

これＫよりえた加算制御出力値をＰＩＤ制御出力値に加
算するものである。

【図面の簡単な説明】

図でｌ：プロセス、ｌ：ＰＸＤ調節針０厘；最適制御系
、１：操作端、２：プロセス、５＝プロセス変数検出端
、４，６．７：記憶装置、５８ＰＸＤ調節計、８：演算
器、９：加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｎ＋　　ｖｘＤｌｌｌｌｌｌｌループを含むプロセスに
   おいて、プロセス変数のフィードバック項と、ＰＩＤ出
   ７Ｊ１ＫＫ対する補正項と、そしてプロセスの無駄時間
   の補償項とを含むように形成する加算制御出力大に従う
   加算制御出力値をＰＩＤ制御出力値に加算することｖ４
   １１黴とするプロセス制御方法。 偉）　プロセス伝達ｔｍ＊を とすると１％ Δｕｓ　（’）”　ｔ、偵’）＋　ｈ　”Δｘ（ｇｌ＋
   ｈ・Δｘ（ｇ−１）＋、、、、。 十ｈ＋１・Δｚ（ｚ−ｍ＋１） ”　１ｍ−Ｈ”Δｕ、（に−１）＋１１　ｍ十ｍ　・Δ
   ｕ、（に−＊）＋＋、、。 ”ｊ’１ｍ＋Ｊ・Δｕ、　（ｇ　−ｊ−ｍ＋１　）”１
   ｍ＋１＋１・Δｕ＊（’　−’　）”＃＊ｍｌ＋ｊ・Δ
   Ｕ冨（ト雪）＋・・・・・”ＩＰａｍ＋ｌＪイ鵡（に−
   ｊ−ｍ＋１　）１− ｕ、（に）＝ｕ、（に−１）＋Δｕ、（に］但しＩＣ＆
   ）　　時刻＆４Ｃ′ｓ？けるプロセス変換値と目標値の
   偏差ｕ、（に）　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｐ
   ＩＤＭＩＩ出力値ｕｔ（に）　　　　　　　　　　　　
   　　　　加算制御出力値ｔ＝ＷΔＴＬ灯むだ一時間 Δ＝時間差分（例えばΔＸ（に）＝Ｘ（に）−Ｘ（に−
   １３）ΔＴｒｊサンプリング間隔 ｔＩ　・・・・・　ｔＩｍ＋！ノー１　　把よＬｌ　−
   ＴＩ　、　Ｔ鵞　・・・・Ｔｒｎ・　Ｋ・　　Ｐ　より
   パラメータに工り定する定数 を用いることを特徴とする特許請求の範囲ル１項記載の
   プロセス制御方法。