JPS5892002A - Ｐｉｄ制御方式 - 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−は、プ四セスＯＰ（比例）、■（積分）。

Ｄ（微分）３動作によ為制御方式、すなわちＰＩＤＩＤ
制御方間するものである。

一般に、プ襲セス制御のための調＊Ｓは、偏差信号（Ｉ
Ｉ標値と測定値の差）Ｋ成る演算を施し、そＯ結果を操
作信号として出力する一種の演算器であり、従ってＰＩ
Ｄ制御方式を採仝、調節器においてはＰＩＤ演算が行な
われる。このＰＩＤ演算には、演算結果である操作出力
が操作端の位置（例えば弁一度）を与える位置形と、操
作端の位置の修正量を与える速度形０２種−があり、ア
ナログ調節針の場合には前者が、ＤＤＣ（ダイレクト・
ディジタル制御）ＩＩ置の場合には後者が一般に用いら
れている。

ここで位置形０ＰＩＤ演算式は周知のように次式（１）
により４えられる。

・・・・・・・−（１） 但し％　Ｐは比例帯、Ｔムは積分時間、ＴＤは微分時間
、ｔはすンプリング関隔、ＭＹは操作量（調節針出力）
、ＤＶは偏差、ＰＶは一定値、サフィックスには賃ンプ
リンダ時点を表わす。

一方、速度形のＰＩＤ演算式は、これも周知Ｏように次
の（２）式で表わされる。

ｊＭＶｋ＝ＭＶｋ−ＭＶｋ　、　　　　　　曲間−（２
）ここでｊＭＶは前回の操作出力に対する修正量を表わ
している。すなわち、前回の操作出力がＭｖｋ−１であ
るとすると、これに、速度形のＰＩＤ演算を行なって得
られた修正量ΔＭＶｋを加算すれば今回の操作出力ＭＹ
ｋが得られる。

前記（１）式を用いて（２）式を変形すると次の（３）
式が得られる。

’Ｍル＝７（（ＶｋＤＶト１）　十、ｒ＋　ＤＶ＊　十
””　（ｐｖｋ一２ＰＶｋ−１＋ＰＶｈ−２））　　＝
　（３）さて、ＤＤＣ装置では種々の利点の故に速度形
のＰＩＤ演算を採用しており、かがる速度形のＰＩＤ制
御方式の構成例を第１図にブロック線図で示す。

同図において、１は測定値Ｐ■と目標値８■の偏差を算
出する偏差演算部、２はＰＩＤ制御演算部、３はリミッ
タ、４は積分器、５は出力リミッタ５１と自動・手動切
換弁Ｓ１を含むブロック、である。

動作を説明する。偏差演算部ｌにおいて算出された偏差
信号ＤＶは、ＰＩＤ制御演算部２に入力され、ここで前
記（３）式による演算、すなわちブロックＰでは（３）
間第１項の比例演算、ブロック■では第２項の積分演算
、ブロックＤでは第３項の微分演算が行なわれる。そし
て各演算結果の和が八■とじて出力され、このｊＭＶは
１バンタ４において、その上下限をりキットされて積分
器４に入力される。上下限をりＺッ卜するのは、何らか
の事情によって一時的に偏差信号が大きくなり、そのた
めノＭＹ出力が異常に大きくなったような場合、そのま
まΔ府を出力すると、かえって制御系に対する外乱要因
になゐことがあるからである。

積分器４においては、演算部２がらの修正量へ■に前月
の操作出力ＭＶを加算して、新たな今回の操作出力を形
成している。従って積分器４は、演算部２から供給され
た適度形の演算結果を位置形の操作出力に変換して出方
する適度形／位置形変換演算部であると云うこともでき
る。積分器４の出力は、出力リミッタ５１において、操
作端機器における実際の操作量に見合ったレベルに大き
さを制限された上、自動・手動切換弁Ｓ１を介して操作
出力ＭＹとして図示せざる操作端へ出力される。

自動・手動切換弁Ｓ１が自動ＩＩＩＩＡから手動側Ｍへ
切り換えられた場合には、以後、図示せざる手段で手動
により操作出力ＭＹを送出するが、この場合においても
、手動操作出力を積分器４に送って加算させておき、切
換弁８．・を自動側ＡＫ戻したとき、積分１１４から、
それまでの手動操作に追従した操作出力が得られる゛よ
うにして、バンプレスな切換を実現するための配慮が払
われている。

上述した如き速度形のＰＩＤ制御方式は、速度形の演算
出力ハバをりｊツタ３に通して制限することにより、す
なわち１回分の修正量の大ぎさに制限を設けるととＫよ
り、操作端である弁の急激な動ぎを防止できゐとか、或
いは操作量が頭打ち状態にあって動かないでいゐ関に、
偏差が積分されてしまい、制御ループの始動時に制御量
に大きな行き過ぎを生じる謂所ワインド・アップ現象の
発生を防止できるなど、色々利点も多いが、反面、次の
ような欠点がある。

第２図は速度形ＰＩＤｆｌｌＪＩＩ方式の欠点を説明す
ゐための測定値ＰＶと操作出力ＭＹの波形図である。同
図のヒ）に見られるように、測定値ＰＶが変′動し、そ
のため、仲）に見られるように、操作出力ＭＹが変動す
るものとする。所が、積分器４の出力側にすｉツタ５１
があるため、積分器出力ＭＹは、リミッタ５１がなけれ
ばＭＶ’の如く上昇し、その後レベルＬ１に落ち着くの
に、すｉツタ５１の上１［ＭＨＫ１１１］１ｉ１されて
それを超えることができず、その後、レベルＬ２にまで
低下してしまう。本来ならば、積分器出力ＭＶは、り電
ツタの上１［Ｍ）（に制限されたなら、引き続きそのレ
ベルを維持することが、測定値ＰＶの変動に対応する制
御動作として望ましいのであるが、それがレベルＬｚＫ
まで低下するという望ましくない現象が発生する。この
現・象を逆応答現象と７六い、制御対象であるプラント
に悪影響を及ぼ、す。なお、ＭＬはリミ・ツタの下限レ
ベルを示している。

この発明は、上述のような従来技術の欠点を除去するた
めになされたものであり、従ってこの発明の目的は、速
度形ＰＩＤ＆ＩＪ御方式の長所は残しながら、上述のよ
うな逆応答現象が発生することのないようにしたＰＩＤ
制御方式を提供することにある。

この発明は次の見地に立ってなされている。すなわち逆
応答現象は、速度形ＰＩＤ演算におけるＤ（微分）演算
に由来するという見地である。この演算は、前記（３）
式における第３項、すなわち、”（ＰＶｋ−２ＰＶｋ−
１＋ＰＶｋ−２）　　　””””’　（４）τ の項における演算である。この（４）式において、サン
プリング時点ｋを１．２・・・・・・と取り、仮に測定
値ＰＶｌ＝１０　、　ＰＶ２＝１０　、　））Ｖ３＝１
０ト続イタＷｒテＰＶ４＝２０　、　ＰＶｓ＝２０と変
動したとすると、（４）式の値をΔＭｖとすると、７ｆ
Ｍｖ３＝ｏ、ΔＭＶ４−＝１０　、　應■５＝−１０と
なり（但し”ｋｌとする）、逆応答狐象の発生すること
が判る。

他方、位置形のＰＩＤ演算におけるＤ（微分）演算、す
なわち前記（１）式の第３項 ”　（ＰＶｋ−ＰＶｋ−ｓ　） １　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・　
（５）の項における演算においては、上述のような逆応
答現象の発生は見られない。

以上のことから、本発明は、ＰＩ演算は速度形で、Ｄ演
算は位置形で行な５ＰＩＤ制御方式によりその目的を達
成している。

次に図を参照して本発明の一実施例を説明する。

第３ＷＪは本発明の一実施例を示すブロック線図である
。同Ｗｉにおいて、ｌは偏差演算部、２人は速度形のＰ
Ｉ制御演算部、３は速度形出カｊＭＶｏｖｔツタ、４は
積分器、６はり建ツタ、７は加算部、８は位置形ＯＤ制
御演算部、Ｓ２は自動・手動切換部、である。

第３図に示す構成が第２図に示す従来のそれと大ｔく相
違するところは、Ｄ演算を別に堆り出し、演算部８にお
いて位置形（前記（１）式の第３項、または前記（５）
式）で行なうようにした点である。

プロセス制御においては、外乱が検出可能であるとき、
この検出された外乱信号を使って制御するフィードフォ
ワード制御がしばしば実施されるが、鮪３図では、Ｄ制
御をＰＩ制御から分離し、測定値の変化分（微分量）に
基因する制御信号をフィードフォワード信号と考えて加
算部７において、演算部２人からのＰＩ制御信号に加え
て操作出力ＭＹを得るという考え方を採っている。

動作を説明する。偏差演算部１において作成された偏差
信号ＤＶは、逼度形のＰＩ制御演算部２人において演算
され、速度形ＯＰＩ制御出力ｊＭＶとなる。このΔＭＹ
はＶｔツタ３を通り、積分１１４において位置形の制御
出力ＭＹ’となって出力される。

この位置形制御出力ＭＹ’はりｉツタ６を通過した後、
加算部７において、演算部８からの位置形り制御出力と
加算され、さらにりンツタ５１．切換弁Ｓ１を介して操
作出力ＭＹとして出力される。

手動に切り換え【運転する場合には、切換弁Ｓ１と切換
部８２を、それまでのＡ側からＭ側に切り換える。その
後、手動から再び自動へ制御へ戻す際に、バンプレス切
換が可能であることは、第１ｖ７Ａについて先に説明し
たことから明らかであろう、リミッタ６は前述のワイン
ドアップ現象の除去を可能にしており、このり建ツタ６
とリミッタ５１は通常同じ制限範囲をとるものが用（・
られる。

本発明の構成により、速度形制御の長所は生かしながら
出力りｉツタ５１による逆応答現象の発生を防止するこ
とができ、良好な制御性能を実現することができる。

この発明は、実施例で述べた微分先行のＰＩＤ制御だけ
でなく、偏差微分などのアルゴリズムをもつ制御に対し
ても適用可能であり、またアナログ調節器のＰＩＤ制御
にも応用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は速度形のＰＩＤ制御方式の構成例を示すブロッ
ク線図、第２図は速度形ＰＩＤ制御方式の欠点を説明す
るための測定値ＰＶと操作出力ＭＶの波形図、第３図は
本発明の一実施例を示すブロック線図、である。 符号説明 ｌ・・・・・・偏差演算部、２・・・・・・位置形のＰ
ＩＤ制御演算部、２人・・・・・・速度形のＰＩ制御演
算部、３・・パ′リミッタ、４・・・・・・積分器、５
・・・・・・出カリ？ツタ及び自動・手動切換弁、６・
・曲リミッタ、７・曲・加算部、８・・開位置形のＤ制
御演算部代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　清 ＠　Ｔ　図 第２図 □□−□・□ＭＬ −一一一一一一一一−−−−−−＋す間第３図 ５７　寸 １゛

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）プロセス制御０１標値と鋏制御対象プロセスの一定
   値を与えられ、そ０ＩＩＯ値である偏差信号について、
   操作端Ｏ位置の修正量を与える速度ＭｌｌＯＰ（比例）
   、Ｉ（積分）演算を行ない、その曽釆に曽ｌｌ０ＰＩ制
   御操作出力を加算して第１の操作出力とす為第１０演算
   手段と、前記測定値について操作端Ｏ位置を与え為位置
   形のＤ（微分）演算を行なって第２０操作出力とする第
   ２０演算手段と、前記第１０操作出力と第２０操作出力
   を加算してそＯ和を操作端へ出力する加算手段とを有し
   て成ることを譬黴とするＰ　Ｉ　Ｄ＠御方式。