JPS59128602A - プロセス制御装置 - Google Patents

プロセス制御装置

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JPS59128602A
JPS59128602A JP286883A JP286883A JPS59128602A JP S59128602 A JPS59128602 A JP S59128602A JP 286883 A JP286883 A JP 286883A JP 286883 A JP286883 A JP 286883A JP S59128602 A JPS59128602 A JP S59128602A
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static characteristic
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Kazuo Hiroi
広井 和男
Kojiro Ito
伊藤 光二郎
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205Adaptive 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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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明はフィードバック制御系に外乱に対して、進み/
遅れ伝達関数を経由した外乱補償信号として、外乱によ
る影響を抑制するフィードフォワード制御を組み合せた
プロセス制御装置に関する。
〔発明の技術的背景〕
第1図は従来のフィードフォワード制御とフィードバッ
ク制御の組合せによるプロセス制御装置を示す。
設定値SVIと制ω41 i PV2との差を差演算部
10で取り出す。この偏差信号を速度形調節演算部11
に入力し、P(比ψ11)・I(4i分)・D(微分)
の組み合せからなる調節演算式をといて得られた速度形
調節出力信号△Cnを第1加算部12に出力する。外乱
補償信号りけ係数部13で係数Kが乗じられたのち、静
特性補償外と動特性補償外に分けて、静特性補償外の外
乱補償信号成分は、差分演算部14に入れて、今回の位
置形M号1石から前回の位置影信号Dn−+を差引いて
求めた速度影信号ΔI)nに変換した後、前記第1加算
部12で速度形調節演算部11の速度形調節出力信号」
nと加算され、のち前記第1加算部12の出力が速度形
→位置形演算部15に入力されて、MVn = MVn
−1+ 8■n ナル演算tして速度影信号から位置影
信号に変換する。
もう一つの後者の動特性補償外の外乱補償成分の信号は
、不完全微分部16を経たのち、第2加算部17で前記
速度形→位置形演算部15の出力信号と加算して、操作
出力信号%q onとして、プロセス18に加えて、制
御計pvを調節する。
〔背景技術の問題点〕
第1図に示すプロセス制御I11装瞠の操作出力MVQ
nは で表わされる。
(@ L Cn :フィードバック制御系の調節出力信
号(位置形) =、艶−Cn D:外乱補償信号 に:フイードフォワード係数 (プロセスの定常状態に おける物質収支熱収支に よって決定される。) TP:操作量→制御量間の時定 数 TD:外乱→制御量間の時定数 Sニラプラス演算子 つオリ、(1)式は、 操作信号=フィードバック制御系の調節出力信号半フィ
ードフォワード信 号・・・(2) となっている。つまり、フィードフォワード制御が理想
的に行汗われでいれば、溜部出力信号Cnは零となるは
ずである。
しかし、フィードフォワード係数には、プロセスがある
状態で決定した定数であるために、プロセスの (1)経年変化 (2)  外乱として測定してはいかいガ制御歌に影響
を与える物理的灸件変化(温度・圧力・レベル・流量・
成分などの変化)によって、最適なKの値は、プロセス
の状態によってランダノ・に変化して行く、シかし、係
数部13に設定されたKが一定値のために、偏差が出て
、フィードバック制御の方が働き、調節出力信号Cnに
より、操作信号を修正IA制a量を所定値に調節する。
この従来の方式では、フィードフォワード制御が最適化
されていないため、外乱が変化したときには、 外乱変化→フィードフォワード制御が最適でない量だけ
制御量が変化→偏差発生→フィードバック制御の調節出
力信号Cn変化→操作信号補正→これをくり返して制御
量を所定値に保つ。
というサイクルをくり返すことになる。
つまり、従来技術のプロセス制御装置はフィードフォワ
ード係数Kが常に最適値となっていないため、 (1)  どうしても外乱の影響が制御骨に現われるこ
と、 (2)  この制御量に現われた外乱の影響をフィード
バック制御で修正するために、整定するのに時間を要す
る。
々どのプロセス制御の実用上、致命的な欠陥カアった。
3’fl 代Uフレチシフ゛ルプロセス・オートメーシ
ョンの時代と呼ばれており、製品を経済的に、高品質を
維持して生産するためには、負荷変動なとの外乱に対し
て、制御系が、影神を受けないことがキーポイントとな
る。
最近の」1流から下流工程まで、−貫した連続プロセス
においては、途中の1つの制御系の乱れが、プロセス全
体に波及するため、影響が非常に犬である。
このためプロセス制御系で、外乱の影響をいかに抑制す
るかが、プラントの経済運転、高速化、高品質化、安定
化を決定ずける。
この意味で、従来技術は実用上、大きな欠陥を持ってい
ることに浸る。
〔発明の目的〕
本発明は従来の欠点を除去するためになされたも、ので
、フィードバック制御とフィードフォワード制御を組み
合せてフィードフォワードモデルを最適化するプロセス
制御装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明はフィードバック制御とフィードフォワード制御
を組み合せた操作信号Mvo nをMVOn=DXKX
 (t+cn ) または のように、フィードフォワード制御の係数をフィードバ
ック制御の出力信号によって修正し、常にフィードフォ
ワード制御の係数をプロセスの最適値に自動修正するこ
とによシ、上記目的を達成したプロセス制御装置を提供
することにある。
〔発明の実施例〕
以下本朝発明の一実施例を図面を参照しながら説明1゛
る。
第2図において、第1図の構成と同一機能を有する装置
或は部品に同一番号を付し、その説明を省略して説明す
る。相違する構成は、第1加算部11に速度形調節演算
部の出力を直接加えず速度形調節演算部11から第1加
算部12に至る途中に乗算部I9を挿入し、係数部13
の出力と速度形調節演算部11の出力との乗算した結果
を差分演W部14の速度形静時性補償信号を入力する第
1加算部12に供給するところである。
次に従来の装置における速關形調節演算部11の出力側
と第1加算部12との間に乗算部19を挿入接続し、係
数部13の出力に速度形調節演算部11の出力を乗算し
た信号を第1加算部12に人力するとプロセス18に与
える操作信号MVOnは =DXK((1−1−Cn)−4−(TP TD −8
”m・++・1+Tn−8 Cn=ΣへCn の式で示される。
したがって、フィードバック制御量に応じてフィードフ
ォワード制御量の静特性補償分が自動的に修正される。
その結果、フィードフォワード係数がプロセス系の状態
の最適な値に保ち得る。
第3図を用いて本願の他の実施例を説明する。
第3図において、第2図の構成と同一機能を有する装置
或は部品に同一番号を付し、その説明を省略して説明す
る。相違する構成は不完全微分部16を削除する箇所の
みである。
第3図の構成の操作信号1vlVonは=DxK(1−
1−Cn ) の式で示され、第2図と同様、D x K x Cn。
項が存在しており、フィードバック制@1量に応じてフ
ィードフォワード制御量の静特性補償分が自動的に修正
される。その結果フィードフォワード係数が常にプロセ
スの状態に最適な値に保ち得る。
第4図は本願の他の実施例を説明する。
第4図において第2図の構成と同一機能を有する装置或
は部品に同一番号を付し、その説明を省略して説明する
相違箇所は、係数部13から第2加算部に至るところを
変更シ、速度形−位置形演算部15の出力を係数部13
の出力で除算する除算部20、不完全微分部16の出力
と第2加算部17の入力端との間に前記除算部20の出
力に不完全微分部16の出力を乗算して結果を第2加算
部17に入力する第2乗算部21を備えるようにした。
次にこのような構成とhつた装置の作動を説明する。
操作信号MvOnは、 として示され、フィード・フォワード制御の静特性補償
分および動特性補償分の係数がフイードバック制御系の
出力によって修正され第2図、第3図の構成に比べ最適
値に自動修正されるまでの時間が短縮される。
第5図は第2南から第4図に至る装置において、乗算部
19の入力は係数部13の出力と速度形調節演算部11
の出力である旨を記述したが、係数部13の入力と速度
形調節演算部11の出力をとってもよい。この場合、係
数部13で乗するKの値が一定値とする。
Kの値が一定であるので乗算部の入力は外乱信号として
も等価と々る。
なお本願の一実施例において、速度形調節演算部11の
出力と係数部13の出方とを乗算部で求めて2g1加算
部に加えるように記述したが必ずしもこのようにする必
要がなく、係数部の入力側或は出力側の外乱補償信号と
プロセス−tPVから設定値S■を差引いた値とを乗算
部で求め、この乗算値を速度形調節演算部11に加える
ようにしてもよい。また、係数部の入力側あるいは、出
力側の外乱補償信号を速度形調節演算部11のP(比例
)に乗じるようにしても良い。この場合、速度形調節演
算部の出力側は第1加算部に接続する。
また本願の第2図の実施例において乗算部19の出力と
差分演算部14の出力とを第1加算部で加算して速度形
→位置形変換部15の入力信号としたが必ずしもこのよ
うにする必要がなく、差分演算部14および第1加算部
12を除去し、その代り乗算部の出力を速度形→位置形
変換部の入力信号として実施されてもよい。この場合の
操作出力信号MVonは で表わされる。
第6図は第2図から第5図に至る装置において、乗算部
19に係数部13の出力を直接供給接続するように記述
したが、係数部13の出力つ捷りフィードフォワード成
分の静特性補償分を信号上下限制限部22を通して上下
限制限し、さらに除算部23を通して、速度形調節演算
部11のP −I −D 、<ラメータを決定したとき
の外乱の大きさXo (%)で除した信号Knを速度形
調節S算部11の速度形調節演算出力信号に乗じるよう
に構成してもよい。
このようにフィードフォワード成分の静特性補償分を上
下限制限部22を通して制限しさらに速度形調節演算部
11のP・■・Dノくラメータを決定したときの外乱の
大きさXo(%)で除した信号Knを乗算部19に入力
すると、次のような作動となる。先ず信号上下限制限部
22の下限設定り一上限設定H=X、(%)と設定する
。上下限制限部22の出力信号は入力の如何にかかわら
ずXo(%)となる。従ってKn == Xo/Xo 
= 1.0となり、第3図における第2加算部の出力M
Vonは MVon−X(AcnxKn→n) ;Σ(乙、Cnセ山n) =Cn+Dn となり、この場合の操作出力信号はフィードバック制御
出力信号Cnとフィードフォワード制御出力信号Dnが
加算的に絹み合わさったものとなる。
次に上下限制限部22の下限設定L=30%。
上限設定H=100%と設定した場合、上下限制限部2
2の出力の出力信号の変動範囲は30%〜100%とな
り、したがって とするとKn = 0.6〜2.0の間で変化する。
操作出力信号MVonは 1色CnxDn MVOn=X(、−1−、団n ) nxDn =Xo+Dn n 可)n(x、 + 1 ) となり、フィードバック制御出力信号Cnにより、フィ
ードフォワード制御出力信号Dnの係数を修正し、最適
化する。また異常で外乱補償信号D=0となったときは
、操作出力はMVn = 0.6 X Cn となり、
外乱補償信号D=100%以上となったときは、操作出
力MVonはMVOn = 2 X (:’n となり、フィードバック開山lが生き残り、多少の制御
性は低下するが制御は継続でき、プロセスの安全性は確
保でへる。
このように構成したため、構成を変えることなく、設定
値のみ変更のみで (D 従来技術方式一本願発明方式の素直が自由にでき
る。
■ 外乱信号が異常となり、6ゼロ”または過大となっ
ても安全性が確保でへる。
の利点がある。
〔発明の効果〕
以上詳述した通り本願は、操作出力MVonが MVon=T)xKx(1+Cn) 。
MVon=DxKx((1−f−Cn)+曲臼屋)MV
on=DxKx(1+C”)(1,+ +1+nS  
) となるような構成をとっているため、ノイードバツク制
御とフィードフォワード制御の組み合せにおいて、フィ
ードフォワード制御を主体とし、フィードバック制御系
によりフィードフォワード制御の係数Kを自動修正して
K(1−1−Cn)或はr)xKxCn テ示されるよ
うにプロセスに応じて最適値に維持できるので、外乱の
影響が制御量に現われない。また整定に要する時間が一
段と短く力る。したがって負荷変動などの外乱に対して
制御系が影響を受けることがないので、プラントの経済
運転・高速化・高品質化・安全化の面で顕著な効果を奏
し得る。また本願は速度形演算を巧みに組み合せている
ので、自動−手動のバランスレスパンプレス切換が簡単
にできるとともにさらにフィードフォワードモデルを静
特性補償外と動ゲf性補償分に完全に分離しているので
、動特性補償外の出力(Illに折線などの制限要素を
入)]、ることか可能となり、動特性補償外に対して不
感帯域、上下限制限、方向性を持たせることが出来、プ
ロセスの特性・運用上の制限条件に合せて限界調整が出
来る万卵形プロセス制御装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
ブロック構成にして示す図である。 10・・・・・・差演算部 11・・・・・・速度形調節演算部 12・・・・・・第1加算部 13・・・・・・係数器 14・・・・・・差分演算部 15・・・・・・速度形→位峙形演算部16・・・・・
・不児全微分部 17・・・・・・第2加算部 18・・・・・・プロセス 19.21・・・・・・乗算器 20・・・・・・除算器 22・・・・・・信号上下限制限部 23・・・・・・除算部 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 tlか1名 以上 Q              > p            > Q         4

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)設定値と制御−叶の偏差値から速度形調節演算部
    で調節演算した速度形調節演算信号を位置影信号化し、
    この位置影信号を操作信号として出力するフィードバッ
    ク制御系に外乱補償信号と組み合せて、フィードフォワ
    ード制御を付加するプロセス制御装置において、フィー
    ドフォワード成分の外乱補償伝達関数を静特性補償外と
    動特性補償外に分離し、前記速度形調節演算信号に静特
    性補償外の外乱補償信号またはこの静特性補償外の外乱
    補償信号を上下限制限−さらに前記速度形調節演算部の
    パラメータ決定時の外乱の大きさで除した信号を乗じた
    乗算値と静特性補償信号を速度形信号化した信号とを加
    算後に位置影信号化し、この位置影信号を操作信号とし
    たことを特徴とするプロセス制御装置。
  2. (2)設定値と制御量の偏差値から速度形調節演算部で
    調節演算した速度形調節演算信号を位置影信号化し、こ
    の位置影信号を操作信号として出力するフィードバック
    制御系に外乱補償信号と組み合せて、フィードフォワー
    ド制御を付加するプロセス制御装置において、フィード
    フォワード成分の外乱補償伝達関数を静特性補償外と動
    特性補償外に分離し、前記速度形調節演算信号に静特性
    補償外の外乱補償信号またはこの静特性補償外の外乱補
    償信号を上・下限制限し、さらに前記速度−節演算部の
    パラメータ決定時の外乱の大きさで除じた値を乗じた乗
    算値と静特性補償信号を速度形信号化した信号とを加算
    後に位置影信号化し、この位置影信号に前記動特性補償
    信号を加算した信号を操作信号としたことを特徴とする
    プロセス制御装置。
  3. (3)設定値と制御量の偏差値から速度形調節演算部で
    調節演算した速度形調節演算信号を位置影信号化し、こ
    の位置影信号を操作信号として出力するフィードバック
    制御系に外乱補償信号と組み合せて、フィードフォワー
    ド制御を付加するプロセス制御装置において、フィード
    フォワード成分の外乱補償伝達関数を静特性補償外と動
    特性補償外に分離し、前記速度形調節演算信号に静特性
    補償外の外乱補償信号!F、たけこの静特性補償外の外
    乱補償信号を上・下限制限シフ、さらに前記速度形調節
    演算部のパラメータ決定時の外乱の大きさで除じた値を
    乗じた信号と静特性補償信号を速度影信号化した信号と
    を加算後に位置影信号に変換し、この位置影信号を静特
    性補償信号で除算した値を前記動特性補償信号で乗算し
    この乗算値と前記位置影信号とを加算した信号を操作信
    号としたことを特徴とするプロセス制御装置。
  4. (4)設定値と制御!ll′l量の偏差値から速度形調
    節演算部で調節演算した速度形調節演算信号を位置影信
    号化し、この位置影信号を操作信号として出力するフィ
    ードバック制御系に外乱補償信号と組み合せて、フィー
    ドフォワード制御を付加するプロセス制御装置において
    、フィードフォワード成分の外乱補償伝達関数を静特性
    補償外と動特性補償外に分離し、前記速度形調節演算信
    号に静特性補償信号またはこの静特性補償外の外乱補償
    信号を」二・下限制限しさらに前記速度形調節演算部の
    パラメータ決定時の外乱の大きさで除した値を乗じた信
    号を速度影信号化し、この速度影信号に動特性補償信号
    を加算した値を操作信号としたととを特徴とするプロセ
    ス制御装置。
JP286883A 1983-01-13 1983-01-13 プロセス制御装置 Expired - Lifetime JPH0695282B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02112001A (ja) * 1988-10-21 1990-04-24 Toshiba Corp ゲイン適応形制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02112001A (ja) * 1988-10-21 1990-04-24 Toshiba Corp ゲイン適応形制御装置

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