JPS59183401A - プロセス制御装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明はプロセス制御装置　＃に逆応答特性を持つプ
ロセスに適用して、逆応答を完全に除去し得るプロセス
制御装置に関する。

（ロ）従来技術 たとえば、ドラム式のボイラでは、第１図に示すように
、水をパルプ１を介してドラム２に供給し、ドラム２で
はＩ−・この分を加熱により蒸気化し。

パルプ６を介して、タービン４に蒸気を送り、タービン
４を駆動している。この種のボイラにおいて、負荷８の
増大によってパルプ６を開き、蒸気をタービン４に送る
と、ドラム２内の水位が下シ。

水位検出器５がこの水位低下を検出して、水位調節器６
を介してパルプ１を開は水をドラム２に補給するはずで
あるが、実際にはドラム２よシ蒸気が蒸気タービン４に
供給されると、ドラム２の圧力が下がシそのためドラム
２内の水分内に含まれる気泡等が膨張し、かえって一時
的に水位が上る。

そのため、この上った水位を水位検出器５が検出すると
、パルプ１を閉める方向に制御されることになる。すな
わち逆応答が生じる。

このような逆応答プロセスを制御する最も有効な方法は
、第１図のように負荷８に応じて変る蒸気量検出器７の
出力が水位調節器乙に入力されているから、従来、この
逆応答を無視することであるとされていた。すなわち第
１図に示しだボイラで、たとえパルプブ６を開けて水位
が一時的に上ったにしろ、これに応答せず無視してその
まま制御を続けることが良いとされた。しかしながら、
逆応答を無視するとしても、現実には逆応答が生じるも
のであるところから、この逆応答を積極的に抑えるため
、負荷量８の微分値を給水信号から差引いて逆応答を抑
制する方法が提案された。しかし、この方法も逆応答を
完全に除去するものではなかった。

（ハ）目的 この発明の目的は逆応答特性を持つプロセスにおいて、
完全に逆応答を除去し得るプロセス制御装置を提供する
にある。

に）構成 上記目的を達成するために、この発明のプロセス制御装
置は！逆応答特性を持つプロセスの制御量と目標値とを
比較し、調節器を介して前記制御量を目標値となるよう
に制御するプロセス制御装置において、負荷の一次遅れ
の微分値の一次進め要素の出力を、前記調節器出力から
差引いた量を操作量とするように構成されている。

←）実施例 以下、実施例によシ、この発明をさらに詳細に説明する
。

第２図は、この発明の一実施例を示すプロセス制御系の
ブロック線図である。同図において１１は逆応答特性を
持つプロセス（ボイラドラム）でアシ、この内１２は逆
応答特性を与える一次遅れ要素（逆応答要素）、＋１□
８である。ここでＲはそのゲイン、ＴＩは時定数である
。なお１６はブ０セフ、１１のむだ時間要素了ロロ、１
４は積分要素である。ここでＴはプロセス（ドラム）の
１時定数、Ｌは操作量ｍがドラムに達するまでのおくれ
時間である。なおまた同図において、■は負荷８の変化
量、又は制御量の変化量である。

第２図では、プロセス１１に付加して、その出力がｖ（
１＋２Ｌｓ）／（１＋Ｌｓ）となるようなＰＩＤ調節器
１５が採用され、一方、負荷Ｖに、逆応答を打ち消すだ
めの逆応答抹消要素１６を接続している。この逆応答抹
消要素１６は、負荷Ｖの適応の出力から、逆応答抹消要
素１６の出力を差引いた量を操作ｆｆ１ｍとして、プロ
セス１１に加えるようになっている。

第２図の制御系において、逆応答抹消要素１６を設け、
負荷Ｖの一次遅れの微分値の一次進め要素出力をＰＩＤ
調節器１５の出力から差引いて操作量ｍとすると、プロ
セス１１の出力すなわち制御量Ｘから逆応答を完全に除
去することができる。

次に、この点について２式を用いて説明する。

第２図の制御系において、各要素の諸量の間には次式が
成立つ。

この（１）式を整理して１ｍを求めると次式となる。

したがって、このｍを、第２図のプロセス１１に加える
と、その出力Ｘは次のようになる。

・・・（３） １−１−Ｔｌｓ この（３）式を整理すると、又は となる。（４）式を時間関数に変換すると次式となる。

この（５）式を見れば、明かなように、制御量Ｘには逆
応答の要素が含まれていないことがわかる。

次に、第２図において逆応答抹消要素１６を挿入しない
場合、すなわち逆応答を無視する場合の制御量Ｘを求め
る。逆応答抹消要素１６を挿入しない場合の諸量の間に
は次式が成立つ。

（６）式を整理してｍを求めると となる。

したがってＸは次式のようになる。

Ｒ ＋Ｖ□　　　　　　　　　　　　・・・（８）１＋Ｔｉ
ｓ ここで、（８）式を整理すると、さらに次式のＸが得ら
れる。

・・・（９） この（９）式を時間関数に変換すると次式となる。

（５）式、０１式を参照すればａＱ式の場合には右辺の
第２項のような逆応答が現われることがわかる。

今、具体的に、Ｔ＝０．５分、Ｌ＝０．２分、　Ｒ＝０
．３５゜Ｉ’ｘ＝０．０５Ｑ　とし、ｖ−１のステップ
変化をしたときの上記（５）式、及び０１式を時間につ
いて計算し。

これをプロットすると第６図の（５）及びα０に示す通
シとなる。なおここでＸのスパンは５０菌としている。

第６図でも明らかなように、逆応答抹消要素１６を挿入
したときの制御量Ｘの曲線（５）には逆応答が現われて
いない。他方逆応答抹消要素１６を挿入しない場合のＸ
の応答曲線αＱには逆応答が現われている。この２つの
曲線（５）及び００よシ、逆応答抹消要素を挿入した方
が制御結果がよくなることは明らかである。

次に、ここで逆応答要素１６のＬｌとＴ１が等しい場合
としてＴＩ＝Ｌ＝０．２の場合を想定する。

この場合は、負荷量の微分値をＰＩＤ調節器１５の出力
から差引いて操作量ｍとする場合に相当する。もつとも
、このようにＬｉ＝Ｔとするプロセスは、実際にはもと
もと、逆応答が現われないが。

それでも逆応答要素１６を挿入して制御量Ｘを計算する
と当然（５）式となる。一方、この場合、逆応答要素１
６を挿入せずに制御量Ｘを求めると５次式のようになる
。

この０９式を時間に関して計算してプロットすると、第
６図の点線、で示した曲線１１となる。αｐは。

Ｌｉ＝Ｔとした状態で、従来の逆応答を無視した方法で
得られた結果であシ、同図より明らかなように、偏位は
逆応答を考慮した結果（５）より小さくなっている。

以上よシ、逆応答が実際にあるプロセスでは。

逆応答抹消要素を挿入した方がよく、逆応答要素があっ
ても、実際には逆応答が現われないプロセス（たとえば
Ｔ１＝Ｌのプロセス）では逆応答を無視した。すなわち
逆応答抹消要素を挿入しない方が偏位の少ない制御結果
が得られる。

なお、第２図に示した実施例の制御系では、ＰＩＤ調節
器１５の出力から、逆応答要素１６の出ようにしている
が、逆応答抹消要素１６の出力を差引く点の位置を変え
る場合には、逆応答抹消要その例として第４図に、逆応
答の打ち消し要素をＰより調節器１５のＰＤ制御後から
減する逆応答プロセス制御系を示している。この場合の
逆応答１等Ｉ制御後から減する逆応答プロセス制御系を
示している。この場合の逆応答抹消要素１６は第６図は
逆応答の打ち消し要素をＰＩＤ調節器１５の前から減す
る逆応答プロセス制御系を示している。この場合の逆応
答抹消要素１６は１＋ＴＩＳ上記した第４図ないし第６
図の逆応答プロセス制御系はそれぞれ逆応答の打ち消し
要素を減する位置が相違するが、いずれも結果的にはＰ
ＩＤ出力から逆応答抹消要素出力を差引いた量を操作量
ｍとして、プロセス１１に加える形になっている。

（へ）効果 この発明のプロセス制御装置によれば、負荷の−次遅れ
の微分値の一次進め要素の出力を調節器出力から差引い
た量を操作量とするものであるから、制御結果を悪くす
る逆応答を完全に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的はドラム式ボイラの概略制御系を示す図
、第２図は、この発明の一実施例を示すプロセス制御系
のブロック線図、第５図は同プロセス制陣系の動作を説
明するだめの負荷の変化に対する制御量の応答特性を示
す図、第４図、第５図、第６図はこの発明の他の実施例
を示すプロセス制御系のブロック線図である。 １１：プロセヌ。 １５：ＰＩＤ調節器。 １６：逆応答抹瑞要素。 特許出願人　　　　　株式会社島津製作所代理人　　弁
理士　　中　村　茂　信

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　逆応答特性を持つプロセスの制御量と目漂値
   とを比較し、調節器を介して前記制御量を目標値となる
   ように制御するプロセス制御装置において。 負荷の一次遅れの微分値の一次進め要素の出力を、前記
   調節器出力から差引いた量を操作量とすることを特徴と
   するプロセス制御装置。