JPS5936804A - フイ−ドフオワ−ドモデルの自動修正方法 - Google Patents

フイ−ドフオワ−ドモデルの自動修正方法

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JPS5936804A
JPS5936804A JP14715682A JP14715682A JPS5936804A JP S5936804 A JPS5936804 A JP S5936804A JP 14715682 A JP14715682 A JP 14715682A JP 14715682 A JP14715682 A JP 14715682A JP S5936804 A JPS5936804 A JP S5936804A
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output signal
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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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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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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
    • G05B13/04Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators

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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とフィードフォワード制御
とを組合わせたプロ七ス制御装遭において、外乱特性の
変化に対応してフィードフォワードモデルを自動修正す
る方法に関するものである。
〔発明の技術的背景〕
プロセス制御においては、フィードバック制御が重要な
役割を果しているが、この制御方式は結果のみに注目し
ており、結果が目標値に合致していないとき修正制御を
行なう。従って、ゆっくりした変動の場合には問題はな
いが、急激な外乱に対しても結果が目標値からずれては
じめて修正制御をすることになるので、負荷変動、外乱
など急変に対する311IJ渡応答は遅れてしまうとい
う大きな欠点を持っている。そこで、外乱を測定して、
外乱の影響が制御量に現われる前に先回りして外乱の影
響を補償するフィードフォワード;tilJIlをフィ
ードバック制御と組合わせて適用することにより、制御
性の向上を図っている。
第1図はフィードバック制御とフィードフォワード制御
とを組合わせ九基本的な系を示すブロック図である。同
図において、比較部lで目標値と制御量を比較してその
偏差をPID調節部2に入れ、調節演碧を11なった後
、加算部3に導く。一方、外乱りは、伝達関数GDを持
つ外乱の伝達経路7を通って、制御績Xに影響を及ぼす
。そこで、この影響を杓ち消して補償するため伝達関数
Gνを持つフィードフォワードモデル8を経由して、外
乱補償信号を加初部3で、調節部2の出力信号と加力し
、これを操作信号として制御対象7に加えて制御し、こ
の制御対象の伝達間aGpを持つブロック4の出力と外
乱の影響とが加算されたもの(この加算を加n部5で行
なわれるものとして表わす)が制PIl量Xとなる。
従って、調節i12の出力信号をYとすると、X=(Y
+DXGy)XGp+DXGn=YXGp+I)X(G
t++GyXGp)   =−(す(1)式から、外乱
りがどんなに変動しても、制御量Xに影響を及ぼさない
ためには Gn + Gy X Qp == 0 が成立しなければならない。従って、フィードフォワー
ドモデル8の伝達関数G1は、 GD G、ニー           ・・・(2)Gp と定める必徽がある。’GD、GPは一般にむだ時間と
一次遅れの複合l〜だもので近似できる。
ココテ、Kp、Knハゲイン定数、’I”p 、 ’l
”nは時定数、LP、LDはむだ時間を示す。従って、
フィード7オワードモデル8の伝達関数GF’は、・・
・(3) となる。また、 GpとGDのおくれ時間がほぼ等しい
場合には、 となり、簡単な式となる。実用的にはこの簡単な式で充
分である。このように、従来は、制御対象の外乱に対す
る伝達関数GDの係数KDが一定であるとしフィードフ
ォワードモデルの係数KF =Iぐn/I(pも一定と
していた。しかし、実際のプロセスにおいては、この外
乱係数KDは定価ではなく、間接的外乱要素、経時的特
性変化、内外の物理量の変化、化学成分Mの変化、周囲
温度の変化、測定していない外乱要素の影響により、不
規則に大きく変化する。このためフィードフォワード制
御の効果がなくなったり、逆に害を与えたりするという
問題があった。
特に最近は、プロセスで用いられる原料、燃料の多様化
、製品の多様化、経済環境の変化による操業率の変化に
伴なう負荷変化、多目的化などのため、プロセスのフレ
キシビリティ、従って制御装置のフレキシビリティを高
めることが強く要求されろようになってきた。
以下、上記の点について、熱変換出口温度制御を例にと
って更に詳しく説明する。iJ、2図において、原料1
1を配管12を通して、熱交換器14に導き、ここで蒸
気により加熱して取出す。熱交換器14の出口温度1[
0を温度検出器15で検出し、温度調節計19に入れて
、出口温KToがlヅ■定値になるように、調節演算す
る。一方、原料流量Fiを原料流M−検出器13で検出
し、これをフィードフォワードモデル21に入れ、その
出力を、調節計19の出力と加算部20で加算して、加
算結果を蒸気流量調節計22に設定値として与える。蒸
気流量調節1t22では、蒸気流量検出器17で検出さ
れた蒸気流端信号をフィードバック信号として、上記設
定値と等しくなるように調節演算して、その出力信号で
、調節弁18の開度を制御する。このようにして、熱交
換器14の出口温度T0を一定に保つための制御を行な
う。
上記の例のフィードフォワードモデル22の伝達関数Q
、について検討する。まず、プロセスの定常状態におけ
る熱収支Qを求める。
Q=FSX l(B =−XF’i X Ci X (
’I’5−Ti)η ・・・(5) ここで、F’Sは蒸気流量調節、flsは蒸気潜熱、上
゛lは原料型針、Giは原料比熱、Tsは熱交準器出口
温度設定温度、TIは原料の熱交換器入口温度、ηは熱
交換器効率である。
(5)式から操作量である蒸気流量F8を求めると、と
なる。(6)式からフィードフォワードモデル22の伝
達関数の静特性補償分G、、U 7・・(7) となシ、動特性補償分を付加したフィードフォワードモ
デル22の伝達量aQyは ・・・(8) となる。ここでTDは原料流量検出器13から出口渦層
検出器15までの時定数、Tpは蒸気流量の設定(加算
部20の出力)からこの効果が熱又換器出口温度に及ぶ
までの時定数である。
上記の例では原料流量Fiの変化のみ全外乱としてフィ
ードフォワード制御をしておシ、なる係数にνは定数と
しているが、実際には次のような要因、つまり、 (1)原料温度の変化 (ii )熱交換効率の変化 (iii )蒸気保有熟眠の変化 (iv)周囲温度の変化 (V)原料比熱の変化 などによυ、KFは不規則に大きく変化する。このため
、フィードフォワード制御の効果が十分に発揮されず、
原料流量変化時の制御性が低下し、製品の品質が乱れる
このように、従来の制一方法には、フィードフォワード
制御の効果が発揮されず、場合によっては逆効果となる
という問題があり、その問題はプロセスのフレキシビリ
ティに対する要求が強まるに伴って、一層重大なものと
なっていた。
〔発明の目的コ 本発明の目的は、フィードフォワード補償を常に最速な
状態に保持して、プロセス制御の質を向上さすることか
できるフィードフォワードモデルの自動修正方法を提供
することにある。
〔発明の概要コ 本発明は操作端の調節に用いるか、または二次調節ルー
プの設定信号として用いる操作信号とフィードフォワー
ドモデルで演算された静特性補償弁との差、または調節
出力信号が略零寸たは7′JT定範囲内の値となるよう
にフィードフォワード〔デルの係数またはバイアスを修
正するようにしたことを特徴とするものである。
c発ψjの実施例〕 以下第3図を参照して本発明の一実施例を時、明する。
この実施例は、フィードバンク刊1111糸の調節出ノ
月り号が位I4形の場合のものである。
匍1 +11tl hl、 Xを4川定してイ愕ら11
.るプロ七ス変数1) Vをすh軟部31で目標値sV
と比較し、その個差ellを調節部32に導く。調節部
32は、P(比例)、■(積分)、D(微分)動作のい
ずれか、寸たは組合せの調節演算を行なう。調節部32
0出方信号、32aは加si部33 、35を経由して
操作イ百号Mとして1filJff11対象36に印加
される。このように、;ムリ御)tF、 Xをフィード
バックして制御するフィードバック制御系を構成する。
一方、フィードフォワード制御の2tめ、外乱信号りを
演算部39に入れて、ここで静特性補償弁を求めるため
の演nを行なう。演舞6部4oの出方は乗η1部40に
送られ、乗算部4oで係数を掛けられて静特性補償信号
Dnとなる。このように、演算部39と乗釣部40とで
静特性補償フィードフォワードモデル38が形成されて
いる。
即ち、(4)式を変形すると となるが、このうら右辺の畠、を噴が静特性補(JN分
であり、静時rトf用(’Aフィードフォワードモデル
38ではこれを求めているのである。一方、上記右辺の
第2mは動1時にト補イハ分であり、静特性補償弁に(
Tp −’I’D )x S l + TD X S         ”””)を掛
けたものとなっている。そこで、(10)式で表わされ
る伝達関数を持つ、後述の不完全微分部42に、静特性
補償フィードフォワードモデル38の出力を入力するこ
とにより、動特性補岱分を得ることとしている。
静特性補償信号Dnは加算部33において調節出力信号
32aと加譜されて信号Aとなる。また、不完全微分部
42を経由して、加算部35で、信号Aと加算される。
一方、減初1部43で加′Jf部33からの信号Aと「
す特性補償分Dnとの差が求められて、この差か積分部
44で積分され、積分値44aが乗算部40に加えられ
る。そして、上記の積分値が零になるように、乗遭部4
0の係数力1周整される。このように、加算部33から
の信号Aと修正後の静特性補償弁1)nとの差の時間的
積分値ないしは平均値が零になるようにフィードフォワ
ードモデル、J、8の修正が行なわれる。
上記の実施例は1JJJ節出力信号32aが位置形の場
合であるが、速度形の場合には、第3図に示す系の一部
を第4因に示すように変形することにより、同様の修正
を行なうことができる。即ち、位置形速度計信号変換部
を構成する差分部51で、各サンプリング11和こおけ
る静特性補償弁Dnと1つ前のサンプリング時における
静特性補償弁Dn−1との差を求め、 1.’1ノちこ
のようにしてh特住袖償分を速度形に製換し、しかる後
加算部33で円節出力信号32aと加賀し、次いで速度
形−位置形傷号変換部52で位置影信号に戻して信号A
を形成し、これを加i部35に加えるとともに、減若部
13に与えている。その他の点は、第3図の実施例と同
様である。
また、第3図および第4図の′−j!施例では、信号A
とn特性袖偵分との差の積分値が零になるように修生全
行なっているが、第5図に示すようにh周節出ツノ侶号
:(2a ′(11−積分部44で積分し、その4gN
分値を乗算部40に加え、該積分値が零になるように修
正を行なってもよい。これは、フィードフォワード制御
が最適に行なわれていれば、調節出力信号は微小修正の
みで略零となっているためである。
上記の各実施例において、制御系の各構成部は、アナロ
グ形のものでもよく、デジタル形のものでもよく、また
個別部品によって形成してもよく、さらにプログラムさ
れたコンピュータで形成してもよい。
′また、上記の各実施例では、フィードフォワード制?
l匿よす静特性補償のみならず、動特性補償をも行なう
場合のものであるが、本発明は静特性補償のみを行なう
場合にも適用できる。この」ハ合、第3図、第6図の不
完全微分部42、加17部35等を除去すればよい。
さらに、フィードフォワードモデルの係数分修正する代
りにバイアスをイl正ずろこととし−(もよい。
〔発明の効果J 以上のように本発明によれば、フィードフォワードモデ
ルを常に第適な伝、離間7政を軸つように、修正するこ
とができ、従ってプロービス制御の質;に著しく向−し
;させることができる。
−また、115間的にゆるやかに変動する外乱弗素は検
出しなくても自動修正さjLるので、外乱要素の検出も
少なくてすみ、システムを筒中にかつ安価に構築できる
利点がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は従来の制御装置を示すブロック図、第2図は従
来の制御装置を備えた熱交換器を示す配管図、第3V:
Jは本発明に係る修正方法の実施に用いられる制御装置
を示すブロック図、第4図乃至第5図は本発明の他O冥
施例の実施に用いられろ制御装置を示すブロックNであ
る。 32・・・調節部、3:3 、35・・・加瀞部、36
・・・割れ対象、38・・・フィードフォワードモデル
、39・・・演瀞部、40・・・乗泗一部、42・・・
不完全微分部、43・・・減p部、44・・・槙分部、
51・・・差分部、52・・・速度形−位置形イバ号変
換部。 出願人代理人  猪 股    清

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、外乱の影響を先まわりして抑制するだめのフィード
    フォワード制御機構を、フィードバック制御系に付加し
    て成るプリセス制御装置において、外乱となる要素を少
    くとも1個検出して、外乱の影響を打ち消すための静特
    性フィードフォワードモデルに与え、該モデルで演算さ
    れた静特性補償信号またはこれを変換した信号をフィー
    ドバック制御系の調節出力信号と加算し、加算結果もし
    くはこれを変換した(i号、またはこれらに基いて定め
    られた信号を操作信号として畑作端のル4節に用いるか
    または二次調節ループの設定信号として用い、前記操作
    信号と前記静特性補償フィードフォワードモデルの出力
    信号との差または前記フィードバック制御系の調節出力
    信号の時間的平均値または積分値が略零または所定範囲
    内の値iこなるように前記静特性補償フィードフォワー
    ドモデルの係数またはバイアスを修正するようにしたこ
    とを特徴とするフィードフォワードモデルの自動修正方
    法。 2、特許請求の範囲第1項記載の方法(こおいて、フィ
    ードバック制御系の調節出力信号が位置形の場合には、
    前記静特性補償フィードフォワードモデルの出力信号を
    そのままフィードバック制御系の調節出力信号と加ηし
    たものを操作信号として用い、一方フイードバック制御
    系の調節出力信号が速度形の場合には、前記静特性補償
    フィードフォワードモデルの出力信号を一旦速度形信号
    に変換した後、フィードバック制御系の虐節出勾信号と
    IJIImし、加算結果を位置形悄号に変換した信号を
    操作信号として用いることを特徴とする方法。 3、特許請求の範囲第1項記載の方法において、前記静
    特性補償フィードフォワードモデルの出力を不完全微分
    し、前記静特性補償分と前記〕イーパック制御系の調節
    出力信号との和、またはこれを変換した信号に前記不完
    全微分の結果を加HA、、この加算結果を前記操作信号
    として用いることを特徴とする方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6121505A (ja) * 1984-07-09 1986-01-30 Toshiba Corp プロセス制御装置
JPS63273561A (ja) * 1987-05-02 1988-11-10 Isuzu Seisakusho:Kk 圧力制御装置
JPH01503819A (ja) * 1987-07-17 1989-12-21 レイセオン・カンパニー 閉ループ制御システムにおける適応形雑音消去

Cited By (4)

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