JPS59158405A - デジタル調節器 - Google Patents
デジタル調節器Info
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- JPS59158405A JPS59158405A JP3257683A JP3257683A JPS59158405A JP S59158405 A JPS59158405 A JP S59158405A JP 3257683 A JP3257683 A JP 3257683A JP 3257683 A JP3257683 A JP 3257683A JP S59158405 A JPS59158405 A JP S59158405A
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- regulator
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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
- G05B15/00—Systems controlled by a computer
- G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は工業計測制御にて使用されるデジタル式のＰＤ
もしくＦｉＰＩＤ調節器（調節計）の特性の改良に関す
る。
もしくＦｉＰＩＤ調節器（調節計）の特性の改良に関す
る。
従来技術とその問題点
むだ時間の多いプラントの制御に用いられる調節器（以
後調節計を含めて呼ぶ）は比例（Ｐ）動作、積分（Ｉ）
動作だけでは制御が雛しく、微分（ＤＪ動作を追加して
使用している。Ｄ動作は調節器入力あるいは制御偏差の
時間変化分に比例した動作をするもので、プラント動作
の変化の動向をつかみ予測制御を行うものである。しか
し従来および現実の技術において必要とされる、このＤ
動作の調節成分は調節器内部の演算や出力のレンジ（以
後制限値と呼ぶ）を越える急峻な波形になることが多い
。特に制御理論では現実のプラント機器や調節器の能力
上の制限条件や機能を無視した理想条件の中でＤ動作さ
らには高次微分動作の成分などを扱っているので、理論
をなるべく実現したいものの、そのま＼現実に適用する
ことは難しい。そこで現実の調節器のＤ動作はこのよう
な不合理を補完し理論に近づける意味で経験的に不完全
微分動作と呼ばれるものによってＤ動作の効果を高めて
来た。
後調節計を含めて呼ぶ）は比例（Ｐ）動作、積分（Ｉ）
動作だけでは制御が雛しく、微分（ＤＪ動作を追加して
使用している。Ｄ動作は調節器入力あるいは制御偏差の
時間変化分に比例した動作をするもので、プラント動作
の変化の動向をつかみ予測制御を行うものである。しか
し従来および現実の技術において必要とされる、このＤ
動作の調節成分は調節器内部の演算や出力のレンジ（以
後制限値と呼ぶ）を越える急峻な波形になることが多い
。特に制御理論では現実のプラント機器や調節器の能力
上の制限条件や機能を無視した理想条件の中でＤ動作さ
らには高次微分動作の成分などを扱っているので、理論
をなるべく実現したいものの、そのま＼現実に適用する
ことは難しい。そこで現実の調節器のＤ動作はこのよう
な不合理を補完し理論に近づける意味で経験的に不完全
微分動作と呼ばれるものによってＤ動作の効果を高めて
来た。
次に以上の内容を第１，２図を用いて説明する。
なお第１〜５図において同一符号は同一または相当部分
を示す。また以下の説明においてデジタル演算値の推移
を第２図を用いて説明する時は、該デジタル演算値に対
応するアナログ値（Ａ／Ｄ変換前またはＤ／Ａ変換後あ
るいはこれらの変換相当値）を用いている。
を示す。また以下の説明においてデジタル演算値の推移
を第２図を用いて説明する時は、該デジタル演算値に対
応するアナログ値（Ａ／Ｄ変換前またはＤ／Ａ変換後あ
るいはこれらの変換相当値）を用いている。
第１図はプラント制御系の基本理論モデルを示すブロッ
ク図で、各ブロック内に伝達関数が記されている。Ｃ１
は基本理論に基づ（ＰＩＤの調節器、Ｆｌは操作部、検
出部を含めた制御対象としてのＲと該制御量との差すな
わちｅ、＝Ｒ−Ｘ のみが調節器ＣＩの入力となる。捷
たｅ。は調節器出力である。なおＫｃ は比例ゲイン、
Ｔｏ は微分時間、Ｔｉは積分時間、Ｋｐはプロセス
ゲイン、Ｔ１１〜Ｔ１１はプロセス内の遅れ時定数、Ｓ
はラプラス演算子である。
ク図で、各ブロック内に伝達関数が記されている。Ｃ１
は基本理論に基づ（ＰＩＤの調節器、Ｆｌは操作部、検
出部を含めた制御対象としてのＲと該制御量との差すな
わちｅ、＝Ｒ−Ｘ のみが調節器ＣＩの入力となる。捷
たｅ。は調節器出力である。なおＫｃ は比例ゲイン、
Ｔｏ は微分時間、Ｔｉは積分時間、Ｋｐはプロセス
ゲイン、Ｔ１１〜Ｔ１１はプロセス内の遅れ時定数、Ｓ
はラプラス演算子である。
すなわち、制御量Ｘを安定にかつ速やかに目標値Ｒに追
従させるように制御偏差ｅ１を調節器Ｃ１で調節器ｒｌ
］ｌ、た調節器出力ｅ。をプロセスＦ１に入カスる。プ
ロセスＦ１は遅れ時定数Ｔ１１〜Ｔ１ｎを含む多重の遅
れ系であり、これを補償し、プロセスの応答を早めるた
めに調節器Ｃ１の伝達関数内の第１項に微分演算項Ｋｃ
−Ｔｏ−Ｓ （括弧を解いた形で表現する。以下第２，
３項も同様である。）が導入されている。なお同じく第
２項Ｋｃ は比例演第２図（Ａ）〜０）は各種の調節器
の調節動作の波形例を示し、第２図（イ）は調節器入力
として制御偏差ｅ・のみをとった場合の一例として与え
られる太きさく高さ）Ｅのステップ入力を示し、第２図
σ力〜０はこのステップ人力ｅｉに基く、各種の調節器
出力ｅｏの波形を示す。さて調節器Ｃ１においては調節
器出力ｅ。Ｆｉ第第２向◎ように変化する。すなわち第
２図（至）においてＰＢは高さ一定（Ｋｃ−Ｅ）の比例
［Ｆ］動作成分、ＩＢは時間と共に直線的に増加分０動
作成分で高さＨＢは無限大、時間巾△ｔは０のインパル
スとなり、いわゆる単位インパルスδ（１）を用いると
高さＨＢはＫｃ−Ｔ”ｏ・Ｅ・δ（１）で表わされ、時
間面積（ＤＢの斜線部分に相当）はＫｃ−Ｔｏ−Ｅ
で表わされる。ただし第２図（ハ）では現実的な理解を
容易にするため前記インパルスを有限の高さＨＢと０で
ない時間巾△ｔで画いであるが、これは第２図（６）の
ステップ入力の立上り勾配を無限大と考える代りに、点
線部ＲＭのように考えてもよく、この時のインパルスの
高さは時間面積はＫ Ｃ１１Ｔｐ ａ Ｅ と寿って
これは単位インパルスの場合の時間面積に等しい。
従させるように制御偏差ｅ１を調節器Ｃ１で調節器ｒｌ
］ｌ、た調節器出力ｅ。をプロセスＦ１に入カスる。プ
ロセスＦ１は遅れ時定数Ｔ１１〜Ｔ１ｎを含む多重の遅
れ系であり、これを補償し、プロセスの応答を早めるた
めに調節器Ｃ１の伝達関数内の第１項に微分演算項Ｋｃ
−Ｔｏ−Ｓ （括弧を解いた形で表現する。以下第２，
３項も同様である。）が導入されている。なお同じく第
２項Ｋｃ は比例演第２図（Ａ）〜０）は各種の調節器
の調節動作の波形例を示し、第２図（イ）は調節器入力
として制御偏差ｅ・のみをとった場合の一例として与え
られる太きさく高さ）Ｅのステップ入力を示し、第２図
σ力〜０はこのステップ人力ｅｉに基く、各種の調節器
出力ｅｏの波形を示す。さて調節器Ｃ１においては調節
器出力ｅ。Ｆｉ第第２向◎ように変化する。すなわち第
２図（至）においてＰＢは高さ一定（Ｋｃ−Ｅ）の比例
［Ｆ］動作成分、ＩＢは時間と共に直線的に増加分０動
作成分で高さＨＢは無限大、時間巾△ｔは０のインパル
スとなり、いわゆる単位インパルスδ（１）を用いると
高さＨＢはＫｃ−Ｔ”ｏ・Ｅ・δ（１）で表わされ、時
間面積（ＤＢの斜線部分に相当）はＫｃ−Ｔｏ−Ｅ
で表わされる。ただし第２図（ハ）では現実的な理解を
容易にするため前記インパルスを有限の高さＨＢと０で
ない時間巾△ｔで画いであるが、これは第２図（６）の
ステップ入力の立上り勾配を無限大と考える代りに、点
線部ＲＭのように考えてもよく、この時のインパルスの
高さは時間面積はＫ Ｃ１１Ｔｐ ａ Ｅ と寿って
これは単位インパルスの場合の時間面積に等しい。
５−
以上のように基本理論の調節器Ｃ１では理論上のステッ
プ人力の場合は云うまでもなく、有限の急峻な立上り入
力の場合であってもＤ動作成分の高さＨＢを含めた調節
器出力ｅ。が調節器の出力可能な制限値Ｅ Ｌを突破し
てしまうので、もしこのまま現実の調節器として適用す
れば基本理論上必要な調節器出力ｅ０がｇＬの大きさで
切取られ、極めて僅かなり動作成分しか作用し々いこと
になる。
プ人力の場合は云うまでもなく、有限の急峻な立上り入
力の場合であってもＤ動作成分の高さＨＢを含めた調節
器出力ｅ。が調節器の出力可能な制限値Ｅ Ｌを突破し
てしまうので、もしこのまま現実の調節器として適用す
れば基本理論上必要な調節器出力ｅ０がｇＬの大きさで
切取られ、極めて僅かなり動作成分しか作用し々いこと
になる。
このため現実のアナログ調節器では例えば第１図の）の
調節器Ｃ２のようにＰ、Ｉ動作を行なう演算用している
。なおここでＴｄ は微分時間、 Ｋｄは微分ゲインで
ある。
調節器Ｃ２のようにＰ、Ｉ動作を行なう演算用している
。なおここでＴｄ は微分時間、 Ｋｄは微分ゲインで
ある。
前述と同様に、この調節器Ｃ２の調節動作を第２図０に
示す。
示す。
この場合のＰ、Ｉ動作成分は第２図の）とほぼ同じのた
め説明を省略し、Ｄ動作成分ＤＣについて ６− 述べると、これは初期値ＨＣがＫｃ （Ｋｄ−１） Ｂ
の分ゲインＫｄば１より充分大に選ばれるので、この面
積はほぼＫｃ−Ｔｄ・Ｅ に等しく、この微分時間Ｔｄ
を前記基本理論の調節器Ｃ１の微分時間Ｔ。
め説明を省略し、Ｄ動作成分ＤＣについて ６− 述べると、これは初期値ＨＣがＫｃ （Ｋｄ−１） Ｂ
の分ゲインＫｄば１より充分大に選ばれるので、この面
積はほぼＫｃ−Ｔｄ・Ｅ に等しく、この微分時間Ｔｄ
を前記基本理論の調節器Ｃ１の微分時間Ｔ。
に等しくすれば、基本理論上必要な第２図＠ＤＢ部の時
間面積にほぼ等しい時間面積をＤＣ部分で得られること
になる。この場合ＦｉＤ動作成分の初期値ＨＣを含めた
調節器Ｃ２の調節器出力ｅ。を制限値ＥＬ内に抑制する
ことがＫｄの選択によって可能となる。
間面積にほぼ等しい時間面積をＤＣ部分で得られること
になる。この場合ＦｉＤ動作成分の初期値ＨＣを含めた
調節器Ｃ２の調節器出力ｅ。を制限値ＥＬ内に抑制する
ことがＫｄの選択によって可能となる。
ここでＤ動作成分の時間面積を考える理由は、微分動作
のように急峻な変化の調節器出力ｅ。に対しては、プロ
セスＦ１はその伝達関数からも判るように多重直列の積
分回路と同等になるので、時間面積として効果があるか
らである。なお第１図（ロ）のプロセスＦ２のブロック
図では第１図（イ）のプロセスＦ１のブロック図の代り
に、むだ時間りと遅れ時定数Ｔ、、、Ｔ２． を持つ
現実の計算に慣用される系に置き換えであるが、動作は
プロセスＦ１と同等である。
のように急峻な変化の調節器出力ｅ。に対しては、プロ
セスＦ１はその伝達関数からも判るように多重直列の積
分回路と同等になるので、時間面積として効果があるか
らである。なお第１図（ロ）のプロセスＦ２のブロック
図では第１図（イ）のプロセスＦ１のブロック図の代り
に、むだ時間りと遅れ時定数Ｔ、、、Ｔ２． を持つ
現実の計算に慣用される系に置き換えであるが、動作は
プロセスＦ１と同等である。
ここで上記調節器Ｃ２のＤ動作が先に述べた不完全微分
動作と呼ばれるものであり、Ｄ動作を基本理論に近すけ
、かなりの改善が得られるが、微分時間Ｔｄ の他に微
分ゲインＫｄ と云った新たなパラメータの調整を要し
、最適調整点を見出すことが難しい上に、微分ゲインＫ
ｄを高めすぎると制限値ＥＬによってＤ動作時間面積が
切取られ、また時定数ｔｃ に従い比較的ゆるやかにＤ
動作を効かす形と々るので目標値や制御量の変化に対す
る応答速度の改善が未だ不充分であり、このことは特に
遅れの比較的少いプロセスにおいて問題となる。
動作と呼ばれるものであり、Ｄ動作を基本理論に近すけ
、かなりの改善が得られるが、微分時間Ｔｄ の他に微
分ゲインＫｄ と云った新たなパラメータの調整を要し
、最適調整点を見出すことが難しい上に、微分ゲインＫ
ｄを高めすぎると制限値ＥＬによってＤ動作時間面積が
切取られ、また時定数ｔｃ に従い比較的ゆるやかにＤ
動作を効かす形と々るので目標値や制御量の変化に対す
る応答速度の改善が未だ不充分であり、このことは特に
遅れの比較的少いプロセスにおいて問題となる。
次に従来実用化されているデジタル調節器においては、
前述のアナログ式のようにハードウェア上の制約がなく
設計上の自由度が増すので、第１図（Ｑの調節器Ｃ３の
ように伝達関数内の微分演算ＴＤ、Ｓ 出力ｅ。を調節器Ｃ２と比較すると、第２図０において
Ｄ動作成分ＤＣの初期値ＨＣｔｄ Ｋ ｃ ＠Ｋ ｏ拳
Ｅ、Ｋ ｃ −Ｔ ｏ −Ｅ でこれは基本理論の調
節器Ｃ１の時間面積と一致している。
前述のアナログ式のようにハードウェア上の制約がなく
設計上の自由度が増すので、第１図（Ｑの調節器Ｃ３の
ように伝達関数内の微分演算ＴＤ、Ｓ 出力ｅ。を調節器Ｃ２と比較すると、第２図０において
Ｄ動作成分ＤＣの初期値ＨＣｔｄ Ｋ ｃ ＠Ｋ ｏ拳
Ｅ、Ｋ ｃ −Ｔ ｏ −Ｅ でこれは基本理論の調
節器Ｃ１の時間面積と一致している。
このように若干の改善はされてはいるものの基本的には
従来のアナログ調節器のＤ動作をシミュレートしたのみ
であり、前記のアナログ調節器の欠陥は殆んど持ち越さ
れたままである。
従来のアナログ調節器のＤ動作をシミュレートしたのみ
であり、前記のアナログ調節器の欠陥は殆んど持ち越さ
れたままである。
発明の目的とその要点
本発明はデジタル調節器の内部演算の自由度が本来大き
いことを充分に活用し、上記のデジタル調節器の欠陥を
改善して、よシ理論に近い動作を行わせることにより、
システムの応答速度を含めた制御性能を高め得る調節器
を提供することを目的とする。なおコスト的にも従来の
デジタル調節器に何らの影響を与えることなく本発明に
よる改善を適用できる。
いことを充分に活用し、上記のデジタル調節器の欠陥を
改善して、よシ理論に近い動作を行わせることにより、
システムの応答速度を含めた制御性能を高め得る調節器
を提供することを目的とする。なおコスト的にも従来の
デジタル調節器に何らの影響を与えることなく本発明に
よる改善を適用できる。
９一
本発明の要点は、調節器の制御演算を理想的々理論に基
づいて実施し得るようにすると共に、調節出力の制限値
ＥＬの中で調節器の能力を一杯に使いなからＤ動作を含
む高次微分動作などを行うように、制御演算部の出力信
号が制限値ＢＬに対応する値を下回った後も調節器出力
ｅ。を制限値ＥＬに維持しつつ、Ｄ動作を含む高次微分
動作などの成分の時間面積を理想理論の時間面積と等し
く、かつ最短の時間で該り動作を含む高次微分がどの動
作を終了するようにした点にある。
づいて実施し得るようにすると共に、調節出力の制限値
ＥＬの中で調節器の能力を一杯に使いなからＤ動作を含
む高次微分動作などを行うように、制御演算部の出力信
号が制限値ＢＬに対応する値を下回った後も調節器出力
ｅ。を制限値ＥＬに維持しつつ、Ｄ動作を含む高次微分
動作などの成分の時間面積を理想理論の時間面積と等し
く、かつ最短の時間で該り動作を含む高次微分がどの動
作を終了するようにした点にある。
発明の実施例
以下本発明を第３，４図を基に、第１，２図を引用しつ
つ説明する。第３図においてＣ４は本発明における調節
器、ＣＰ ＦｉＡ／Ｄ変換回路を含むデジタルの制御演
算部、ＥＱはＤ／Ａ変換回路を含む等何回路である。ま
た第４図は等何回路ＥＱの構成を示し、ＲＣは可逆カウ
ンタ回路、ＬＭはリミッタ回路、ＤＡはリミッタ回路Ｌ
Ｍのデジタル調節出力としてのリミッタ出力ｅ３をアナ
ログの調節器出力ｅ。Ｋ変換するＤ／Ａ 変換回路であ
る。
つ説明する。第３図においてＣ４は本発明における調節
器、ＣＰ ＦｉＡ／Ｄ変換回路を含むデジタルの制御演
算部、ＥＱはＤ／Ａ変換回路を含む等何回路である。ま
た第４図は等何回路ＥＱの構成を示し、ＲＣは可逆カウ
ンタ回路、ＬＭはリミッタ回路、ＤＡはリミッタ回路Ｌ
Ｍのデジタル調節出力としてのリミッタ出力ｅ３をアナ
ログの調節器出力ｅ。Ｋ変換するＤ／Ａ 変換回路であ
る。
１０−
次に動作を説明する。第３図において調節器Ｃ４はいわ
ゆる浮動小数点演算のような広範囲の数値演算を高速に
実施できることが望ましく、通常はマイクロコンピュー
タ、あるいはこれに浮動小数点演算用のＬＳＩを付加し
たものを中心に構成される。制御演算部ＣＰは調節器入
力（制御偏差）ｅｉの変化に対してまず基本理論の調節
器第１図０１に基（ＰＩＤ演算を行なうものと考える。
ゆる浮動小数点演算のような広範囲の数値演算を高速に
実施できることが望ましく、通常はマイクロコンピュー
タ、あるいはこれに浮動小数点演算用のＬＳＩを付加し
たものを中心に構成される。制御演算部ＣＰは調節器入
力（制御偏差）ｅｉの変化に対してまず基本理論の調節
器第１図０１に基（ＰＩＤ演算を行なうものと考える。
この場合制御演算部ＣＰの演算結線である制御演算部出
力ｅ、をそのまま調節器の出力とすると前述のように制
限値第２図ＥＬを越える部分は切り取られ演算結果が忠
実に出力されないことになる。そこで第４図において等
価回路ＥＱは制御演算部出力ｅ、を限界値ＥＬに抑制し
つつ極力理論演算に近づけたリミッタ出力ｅ、をＤ／Ａ
変換回路ＤＡを介して調節器出力ｅ。とじて出力する
。すなわち可逆カウンタ回路Ｂｅはエンドレスの可逆カ
ウンタで、サンプリング周期毎に出力される制御演算部
出力ｅ１を無制限に加算積算する。この積算値は可逆カ
ウンタ出力ｅ、としてリミッタ回路ＬＭに出力される。
力ｅ、をそのまま調節器の出力とすると前述のように制
限値第２図ＥＬを越える部分は切り取られ演算結果が忠
実に出力されないことになる。そこで第４図において等
価回路ＥＱは制御演算部出力ｅ、を限界値ＥＬに抑制し
つつ極力理論演算に近づけたリミッタ出力ｅ、をＤ／Ａ
変換回路ＤＡを介して調節器出力ｅ。とじて出力する
。すなわち可逆カウンタ回路Ｂｅはエンドレスの可逆カ
ウンタで、サンプリング周期毎に出力される制御演算部
出力ｅ１を無制限に加算積算する。この積算値は可逆カ
ウンタ出力ｅ、としてリミッタ回路ＬＭに出力される。
この時リミッタ回路ＬＭけリミッタ出力ｅｓを次の条件
で出力する。
で出力する。
（イ）可逆カウンタ出力ｅ２が調節器出力ｅ、）のレン
ジの制限値Ｅ Ｔ、相当値以下の時はその壕まリミッタ
出力ｅ３として出力し、その後でそのリミッタ出力ｅ、
を可逆カウンタ回路ＲＣ［与える。
ジの制限値Ｅ Ｔ、相当値以下の時はその壕まリミッタ
出力ｅ３として出力し、その後でそのリミッタ出力ｅ、
を可逆カウンタ回路ＲＣ［与える。
これにより可逆カウンタ回路Ｒ，Ｃは前記積算値からリ
ミッタ出力ｅ、を減算積算する。この動作状態を常態と
呼ぶ。
ミッタ出力ｅ、を減算積算する。この動作状態を常態と
呼ぶ。
（ロ）可逆カウンタ出力ｅ、が前記制限値ＥＬ相当値（
上限値および下限値を含む。ただしこの下限値は上限値
の極性を反転したものと考えてよく、絶対値を考えれば
上限値側（正極性側）Ｋおける動作は下限値側（負極性
側）に対しても全く同様となる。）を越えた値の時は、
前記制限値ＥＬ相当値をリミッタ出力ｅ、として出方し
、その後で（イ）項と同様その制限値ＥＬ相当値をもつ
リミッタ出力ｅ３を可逆カウンタ回路ＲＣに与えて、減
算積算させる。
上限値および下限値を含む。ただしこの下限値は上限値
の極性を反転したものと考えてよく、絶対値を考えれば
上限値側（正極性側）Ｋおける動作は下限値側（負極性
側）に対しても全く同様となる。）を越えた値の時は、
前記制限値ＥＬ相当値をリミッタ出力ｅ、として出方し
、その後で（イ）項と同様その制限値ＥＬ相当値をもつ
リミッタ出力ｅ３を可逆カウンタ回路ＲＣに与えて、減
算積算させる。
このようにすれば前記制御演算部ＣＰによって演算され
た基本理論に基く出力である制御演算部出力ｅ１が第２
図０の点線部（ただし尖頭波形の始めと終り部分は実線
につながっている。）のように推移するとき、制御演算
部出力ｅ１が制限値ＥＬ相当値を越える各サンプリング
の期間△ｔにおいて、この越えた差分の時間面積すなわ
ち第２図０斜線部ＳＵは可逆カウンタ回路Ｒｅ内の前記
積算値の中に積算されて残る。従って制御演算部出力ｅ
、が制限値ＥＬ相当値を下回った後（△を期間後）も、
この下回った値と該残った積算値との和は制限値ＥＬ相
当値を越えるので、前記のようにリミッタ出力ｅ３は制
限値ＥＬ相当値に維持され、この直後の制限値ＥＬ相当
値のリミッタ出力ｅ、ｌの減算積算によって前記残った
積算値は減少を始める。
た基本理論に基く出力である制御演算部出力ｅ１が第２
図０の点線部（ただし尖頭波形の始めと終り部分は実線
につながっている。）のように推移するとき、制御演算
部出力ｅ１が制限値ＥＬ相当値を越える各サンプリング
の期間△ｔにおいて、この越えた差分の時間面積すなわ
ち第２図０斜線部ＳＵは可逆カウンタ回路Ｒｅ内の前記
積算値の中に積算されて残る。従って制御演算部出力ｅ
、が制限値ＥＬ相当値を下回った後（△を期間後）も、
この下回った値と該残った積算値との和は制限値ＥＬ相
当値を越えるので、前記のようにリミッタ出力ｅ３は制
限値ＥＬ相当値に維持され、この直後の制限値ＥＬ相当
値のリミッタ出力ｅ、ｌの減算積算によって前記残った
積算値は減少を始める。
この減少動作がサンプリング周期毎に繰返されて、制御
演算部出力ｅ、が制限値ＥＬ相当値を下回った差分の時
間面積すなわち第２図０斜線部ＳＤが同図斜線部ＳＵに
等しくなる時点ｔＤｘに前記（イ）項の常態に戻る。
演算部出力ｅ、が制限値ＥＬ相当値を下回った差分の時
間面積すなわち第２図０斜線部ＳＤが同図斜線部ＳＵに
等しくなる時点ｔＤｘに前記（イ）項の常態に戻る。
このようにして第２図（ト）におけるＤ動作部分の１３
一 時間面積ＤＤ（調節器出力ｅ０の波形からＰ動作成分と
■動作成分との和の部分Ｐ Ｄ＋ Ｉ Ｄを除いた部分
）は基本理論演算におけるＤ動作部分（第２図０点線を
含む前記制御演算部出力ｅ、の波形より前記Ｐ動作成分
と■動作成分の和ＰＤ十ＩＤを除いた部分）の時間面積
に等しくなり、Ｄ動作は調節器の出力可能な能力値（制
限値ＥＬ）を一杯に出力しながら最短時間ｔＤ２で実行
されることになる。
一 時間面積ＤＤ（調節器出力ｅ０の波形からＰ動作成分と
■動作成分との和の部分Ｐ Ｄ＋ Ｉ Ｄを除いた部分
）は基本理論演算におけるＤ動作部分（第２図０点線を
含む前記制御演算部出力ｅ、の波形より前記Ｐ動作成分
と■動作成分の和ＰＤ十ＩＤを除いた部分）の時間面積
に等しくなり、Ｄ動作は調節器の出力可能な能力値（制
限値ＥＬ）を一杯に出力しながら最短時間ｔＤ２で実行
されることになる。
以上の説明では調節器Ｃ４をＰＩＤ調節器として説明を
行ったが、積分動作を含まないＰＤ調節器に対しても本
発明が適用できることは明らかである。また上述の微分
動作は１次微分として考察したが、さらに調節器の伝達
関数に２次以上の高次微分項を付加したり、あるいは例
えば従来の調節器の不完全微分動作におけるＤ動作成分
で説明したような、各種の制御理論に従った伝達関数演
算式の付加などに基づく、パルス状の高い調節器出力が
必要とされる場合にも本発明が適用できることも容易に
推察できるであろう。
行ったが、積分動作を含まないＰＤ調節器に対しても本
発明が適用できることは明らかである。また上述の微分
動作は１次微分として考察したが、さらに調節器の伝達
関数に２次以上の高次微分項を付加したり、あるいは例
えば従来の調節器の不完全微分動作におけるＤ動作成分
で説明したような、各種の制御理論に従った伝達関数演
算式の付加などに基づく、パルス状の高い調節器出力が
必要とされる場合にも本発明が適用できることも容易に
推察できるであろう。
また前述の説明では制御偏差ｅｉのみに微分演算１４−
を行う場合を説明したが、第５図の調節器Ｃ４における
制御演算部ＣＰ１のように制御偏差ｅｉにはＫ Ｃ（１
＋□、ｉ、ｓ）のＰＩ演算を行い、微分演算としては制
御量ＸにのみＫｃａＴｏ、・８の演算を行うことにより
、制御量の変化ではＤ動作を行うが目標値凡の変化では
、Ｄ動作を行わないようにする場合もある。このように
して、さらに一般的にはＤ動作対象となる調節器Ｃ４へ
の調節器入力としては制御偏差ｅ、のみ々らず制御量Ｘ
あるいは目標値比のいずれもが含まれてよい。
制御演算部ＣＰ１のように制御偏差ｅｉにはＫ Ｃ（１
＋□、ｉ、ｓ）のＰＩ演算を行い、微分演算としては制
御量ＸにのみＫｃａＴｏ、・８の演算を行うことにより
、制御量の変化ではＤ動作を行うが目標値凡の変化では
、Ｄ動作を行わないようにする場合もある。このように
して、さらに一般的にはＤ動作対象となる調節器Ｃ４へ
の調節器入力としては制御偏差ｅ、のみ々らず制御量Ｘ
あるいは目標値比のいずれもが含まれてよい。
また本発明においては、制御系において侵入する極めて
短時間のノイ゛ズには応答しないように、短い時定数の
フィルタ機能を付加し誤った、すなわち過度に敏感な、
微分動作には陥らないように配慮して１いる。
短時間のノイ゛ズには応答しないように、短い時定数の
フィルタ機能を付加し誤った、すなわち過度に敏感な、
微分動作には陥らないように配慮して１いる。
なお本発明のデジタル演算におけるアナログの調節器入
力をサンプリングするサンプリング周期はＤ動作を完了
する時間すなわち第２図（ＩＩ）ｔＤ２よりは充分小さ
く選定される。
力をサンプリングするサンプリング周期はＤ動作を完了
する時間すなわち第２図（ＩＩ）ｔＤ２よりは充分小さ
く選定される。
さて以上の説明から判るように本発明における＝１５−
ＲＣ・・・可逆カウンタ回路、ＬＭ・・・リミッタ回路
。
。
制御演算部は、少くとも比例動作、微分動作を含む以外
にいわゆる現代制御理論などに基づく高度の理想的な各
種の演算を行うものとすることができる。
にいわゆる現代制御理論などに基づく高度の理想的な各
種の演算を行うものとすることができる。
以上詳述したように本発明は一般工業プロセス制御、数
値制御、およびロボット制御などに代表されるあらゆる
デジタル制御に応用できる優れた基本的な発明である。
値制御、およびロボット制御などに代表されるあらゆる
デジタル制御に応用できる優れた基本的な発明である。
すなわちあらゆる制御はサーボモータなどの操作手段を
持ちその出力には必ず制限値があるからである。
持ちその出力には必ず制限値があるからである。
第１図はプラント制御系および調節器のブロック図、第
２図は調節器のステップ応答波形を示す図、第３図は本
発明の調節器の構成の１例を示す図、第４図は第３図、
第５図における等価回路の構成図、第５図は本発明の調
節器の他の構成例を示す図 符号説明 Ｃ１〜Ｃ４・・・調節器、Ｆｌ、Ｆ２・・・プロセス、
ＣＰ、ＣＰＩ・・・制御演算部、ＥＱ・・・等価回路、
１６− ＝１７一 μ−の Ｖ の Ｕｌ 第２図 ４ 第４図
２図は調節器のステップ応答波形を示す図、第３図は本
発明の調節器の構成の１例を示す図、第４図は第３図、
第５図における等価回路の構成図、第５図は本発明の調
節器の他の構成例を示す図 符号説明 Ｃ１〜Ｃ４・・・調節器、Ｆｌ、Ｆ２・・・プロセス、
ＣＰ、ＣＰＩ・・・制御演算部、ＥＱ・・・等価回路、
１６− ＝１７一 μ−の Ｖ の Ｕｌ 第２図 ４ 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）調節器入力を少くとも微分演算および比例演算する
制御演算手段を有するデジタル調節器において、前記制
御演算手段の出力が制限値を下回る時は常態ではその出
力を、該制限値を越える時は常に前記制限値をリミッタ
出力として出力すると共に、前記制御演算手段の出力が
前記制限値を下回った後には、前記制御演算手段の出力
が前記制限値を越える差分の時間面積と、前記下回る差
分の時間面積とが等しくなるように前記リミッタ出力を
前記制限値に維持しつつ、前記常態に戻す等価手段を備
えたことを特徴とするデジタル調節器。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のデジタル調節器にお
いて、前記等価手段は一定のサンプリング周期ごとに前
記制御演算手段の出力を加算積算したのち、前記リミッ
タ出力を減算積算する可逆カウンタ回路と、該可逆カウ
ンタの積算値が前記制限値を上回る間は制限値をリミッ
タ出力として出力するリミッタ回路とを備えることを特
徴とするデジタル調節器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3257683A JPS59158405A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | デジタル調節器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3257683A JPS59158405A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | デジタル調節器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59158405A true JPS59158405A (ja) | 1984-09-07 |
Family
ID=12362707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3257683A Pending JPS59158405A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | デジタル調節器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59158405A (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4935777A (ja) * | 1972-08-09 | 1974-04-02 | ||
| JPS4937111A (ja) * | 1972-08-11 | 1974-04-06 | ||
| JPS4961576A (ja) * | 1972-09-13 | 1974-06-14 | ||
| JPS5115289A (ja) * | 1974-07-29 | 1976-02-06 | Tokyo Shibaura Electric Co | Suchiseigyokosakukikaino jidokagensokuseigyosochi |
| JPS5460666A (en) * | 1977-10-24 | 1979-05-16 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Process control unit |
| JPS5576401A (en) * | 1978-12-01 | 1980-06-09 | Hitachi Ltd | Digital bumpless switching unit |
-
1983
- 1983-02-28 JP JP3257683A patent/JPS59158405A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4935777A (ja) * | 1972-08-09 | 1974-04-02 | ||
| JPS4937111A (ja) * | 1972-08-11 | 1974-04-06 | ||
| JPS4961576A (ja) * | 1972-09-13 | 1974-06-14 | ||
| JPS5115289A (ja) * | 1974-07-29 | 1976-02-06 | Tokyo Shibaura Electric Co | Suchiseigyokosakukikaino jidokagensokuseigyosochi |
| JPS5460666A (en) * | 1977-10-24 | 1979-05-16 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Process control unit |
| JPS5576401A (en) * | 1978-12-01 | 1980-06-09 | Hitachi Ltd | Digital bumpless switching unit |
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