JPS6057083B2 - レギユレ−タシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はひとつのモデルを包含するレギュレータシステ
ムに関する。

このようなシステムはアクチュエータを制御する機能を
有しこの結果アクチュエータの作用はコマンド信号によ
つてあられされる可変要求にできるだけ近く対応するよ
うになる。このような要求はたとえば、一定または可変
の周囲温度下におけるタンク内に可変または一定の温度
の水を得ることなどである。コマンド信号は得ようとす
る水温をあられすものとし、アクチュエータをタンク加
熱用の電気抵抗およびこの抵抗への給電系統により構成
する。しかし熱をゆるやかに失なわせるタンク壁のよう
な他の要因に依存する効果もあることを理解すべきてあ
る。給電系統はアクション信号によつて制御される。同
じアクション信号は他の任意の型式のアクチュエータに
も適用され、レギュレータシステムの機能はアクション
信号を供給することである。この機能を行なうために、
レギュレータシステムはコマンド信号を測定信号と比較
する。

この測定信号はアクチュエータの作用の結果を表られす
もので、たとえは電気抵抗により提供される加熱作用の
結果タンクの水が実際に到達する温度である。レギュレ
ータシステムは、アクチュエータがそんなに広い範囲で
変化しない条件下て作動するとすれば、たとえばタンク
が常に大略同じ水位に水を満されており、コマンド信号
がゆつくりと変るとすれば、特に簡易なものとすること
ができる。

コマンド信号がゆつくりと変る場合とはたとえばコマン
ド温度低下時にコマンド温度より早く水温加熱を停止す
るか、コマンド温度が上昇する時加熱抵抗の出力をコマ
ンド温度より早く上昇せしめるに充分なものとする条件
のことを云うものとする。この場合レギュレータシステ
ムは単一のレギュレータで構成することができる。

たとえば並列のふたつのレギユレーシヨンチヤネルすな
わち比例チャネルおよび積分チャネルを包含するＰＩ型
のものとする。これらふたつのチャネルは同一のコマン
ドエラー信号を受ける。このコマンドエラー信号は測定
信号とコマンド信号との間の差をあられすものである。
この差信号は比例チャネルにおいて定数を乗算され、積
分チャネルにおいて時間に関し積分される。これらふた
つの信号は加算されその和はレギユレーシヨン信号を構
成する。このレギユレーシヨン信号はレギュレータの出
力信号を構成し、さらに前述のアクション信号を構成す
ることができる。しかし他の型式のアクチュエータでは
レギュレータはもつと簡単にたとえは単一の比例または
積分チャネルだけで、またはもつと複雑にはたとえば第
３の微分チャネルを比例チャネルおよび積分チャネルに
並列に設けて構成することができる。

この微分レギユレ７シヨンチヤネル信号を他のふたつの
レギユレーシヨンチヤネル信号に加算して出力レギユレ
ーシヨン信号を構成するのである。レギュレータとして
これ以外の実施型式をとることもまた可能である。一般
にコマンドエラー信号に比例するアクション信号を作る
ためのチャネルは比例またはＰレギユレーシヨンまたは
アクションチャネルと呼ぶこととする。エラー信号の時
間積分に比例するアクション信号を作るためのチャネル
は積分チャネルまたはＩチャネルと呼ぶこととする。コ
マンドエラー信号の時間導関数に比例するアクション信
号を作るためのチャネルは微分チャネルまたはＤチャネ
ルと呼ぶこととする。可能な実施例中、オールオワナツ
シングレギユレータを述べる。このレギュレータはコマ
ンドエラー信号の極性または符号に従つてアクチュエー
タを最大出力て作動せしめるかまたは出力をカットオフ
するかのいずれかで作動せしめるものである。定数また
は倍率を有するフローテイングアジヤストメントレギユ
レータは測定信号とコマンド信号との間に差がある限り
アクチュエータに作用してその差の完全な除去を確保す
るものである。アクション信号が変化する割合はこの差
に比例して維持される。次にＰ，Ｉ，ＰＩ，ＰＩＤレギ
ュレータが来る。

これらのレギュレータの性能はその構成を複雑化するに
つれて向上する。技術的に云えば、様々なＰ，Ｉまたは
Ｄアクションを並列に接続することは必須ではない。た
とえば直列または直並列接続をすることも可能である。
Ｐ，ＩまたはＤアクションの機能を以下に詳述する。

既述のように、修正作用が測定エラーに比例する時レギ
ュレータを比例アクションレギュレータと呼ぶ。この型
式のレギュレータの主な特性はその修正が決して完全な
ものでないことであり、これは同時にその欠点でもある
。すなわち常に残りの誤差があり、これは屡々恒久的差
と呼ばれる。この現象は、修正作用は若干の誤差がない
限り可能でないことを指摘すれば理解され得ることであ
ろう。誤差は積分作用によつて除去てきる。

積分作用は低利得を必要とし、このシステムの安定性を
危くすることのないようにするためには屡々比例作用と
関連せしめられる。この組合せはシステムの安定性を保
証する。恒久的な誤差が残る限り、積分作用はアクショ
ン信号を誤差に比例する割合で変化せしめる。測定信号
として測定した制御された大きさは最終的にコマンド信
号によつて定められたコマンド値にもち来たらされる。
これらふたつの制御作用の組合せはことに長い遅延が生
ずる時には未だ満足的な制御に導かれ得ない。

レギュレータに微分作用を付加することは、じん速かつ
強力な修正を得ることを可能にする。この修正はシステ
ムの安定性を危くするものではない。（この微分作用は
それ自身に非常にまれに用いられる。）この作用は、ア
クション信号をコマンドエラー信号が変化する割合に比
例せしめる傾向を有する。従つて急速な妨害がある時大
きなインパルスを与える。これと反対に制御された大き
さが所定の値において安定化している時は作用しない。
この場合レギユレーシヨン単位はその平衡位置に復帰す
る。これはそれ自身には用いられないが他の修正作用と
組合せられる理由である。これら既知の配置のすべては
効率を改善するのに用いられ、レギュレータは常にコマ
ンド信号に近い測定信号をもち来たらすようになる。

しかしなお若干の問題点が残る。すなわちコマンド信号
が大きく急速に変化すると、前述の型式のレギュレータ
のひとつにより簡易的に形成されたレギュレータシステ
ムは、このレギュレータシステムが通常のように積分チ
ャネルを包含する場合ひとつの欠点を有することとなる
。

アクチュエータの出力は事実上、直ちに満足せしめるべ
きコマンド信号による要求に不充分なもの、すなわち測
定信号を遅延なくコマンド信号の変化に従わせるに不充
分なものとなる。従つてプロセスはコマンド信号の変化
に従うことができないと云える。プロセスとはここでは
アクチュエータおよびこのアクチュエータによつて影響
される装置によつて形成されるアセンブリを意味するも
のとする。またここにはアクチュエータの飽和があると
云える。すなわち飽和とはアクション信号の増加がもは
やアクチュエータに増加効果を生じないことを意味する
。この結果エラー信号はかなり長い期間の間一定の大き
な値を有する。

従つて積分レギユレーシヨンチヤネル信号は非常に大き
くなる。

この状況の欠点は測定信が再びコマンド信号に等しくな
る時あられれる。積分レギユレーシヨンチヤネル信号に
よつて到達した高い値はレギユレーシヨン信号を可成り
長い期間の間高い値にとどめることとなる。このレギユ
レーシヨン信号の高い値はアクチュエータを空しく作用
状態に維持し、測定信号がコマンド信号を通り越さしめ
ることとなる。たとえば、アクチュエータが加熱用抵抗
を包含し、０℃から８０゜Ｃまでタンクの水温を最初に
加熱せしめるようにするとき、コマ′ド信号は突然に０
から８０になる。

従つてアクション信号は高い値をとり、これは飽和値よ
り高く、最高加熱出力を補償する。従つて水はたとえは
１０分間加熱される。温度が８０゜Ｃ近くまて到達する
と、積分レギユレーシヨン信号は非常に大きくなり、ア
クション信号を高い値に維持する。従つて抵抗は水を最
大出力で加熱し続ける。水温が８０゜Ｃに達すると、エ
ラー信号は符号を変え、積分レギユレーシヨンチヤネル
は減少し始める。水温は積分レギユレーシヨンチヤネル
信号が充分に小さくなるまで上昇し続ける。その結果た
とえば１００℃にも達してしまう。このような過度のコ
マンドは運転費を高めるばかりでなく、屡々妨害または
破壊的なものとなる。これこそコマンド信号の突然の変
化または外部条件の突然の変化により測定信号がコマン
ド信号から大きく異なつた時積分レギユレーシヨンチヤ
ネル信号が余りに高い値となるのを防ぐに適当な脱飽和
装置をレギュレータシステムに設けるように本発明で提
案した理由なのである。既知装置はたとえこれらを上述
の脱飽和の原理に用いたとしても、アクチュエータを非
常に変り易い条件下で作動させねばならない時にはもう
ひとつの欠点を生ずる。

すなわちたとえば或る時点では一杯でまた他の時点では
ほとんど空のタンク内の水を加熱するような場合である
。これはプロセスのパラメータが可変であると表現でき
よう。従つて、比例チャネルの利得および積分チャネル
の時定数のようなレギュレータのパラメータをプロセス
のパラメータの特定値に適合させるものとする。従つて
レギュレータシステムはプロセスパラメータが大きくそ
れらの特定値から異なる時不正確に作動する。たとえば
もしレギュレータを満杯にしたタンクの加熱に適合せし
めたとすると、ほとんど空にしたタンクの場合にはコマ
ンド信号の変化が少ない時非常に大きく変化するアクシ
ョン信号を与える。この結果コマンドはオーバーシュー
トし、致命的な温度振動を生ぜしめる。これがモデル回
路を用いる理由である。このモデル回路を以下単にモデ
ルと呼ぶこととし、これによりプロセスを模擬するもの
とする。この回路はレギユレーシヨン信号を受けモデル
信号を供給するように構成されており、このモデル信号
は、アクチュエータがレギユレーシヨン信号で直接に制
御された場合に、およびアクチュエータがモデルの調整
に対応する所定の条件て作動させられていた場合に測定
信号が変化するのと実質的に同じようにして変化するモ
デル信号を供給するように構成されている。このレギュ
レータは同じ所定条件に適合させられている。測定信号
とモデル信号との間に差は適合信号を形成するのに用い
られる。この適合信号はアクション信号を供給するレギ
ユレーシヨン信号に印加される。もしたとえはにのモデ
ルおよびレギュレータが満杯のタンクの温度を制御する
場合に対応し、またもし事実上水温を５０゜Ｃから５２
′Ｃへ高めることが要求されるタンクが半分空である場
合には、モデル信号は測定信号よりも小さくなり勝ちで
ある。

たとえば１分間測定信号が５２という値をとり（レギユ
レーシヨン信号が用いられた場合）他方モデル信号が５
１をいう値のみをもつことができるものとする。事実、
適合信号が用いられるとすれば、測定信号は５１よりも
わすかに大きいのみである。これらのふたつの信号の間
の差は適合信号を形成するのに用いられ、上述の例の場
合適合信号は負となりアクション信号の値まで減少する
。その結果不変のレギユレーシヨン信号がある時適合信
号の使用は測定信号をあたかもタンクが満杯であるかの
ように変化させる。従つてレギュレータのパラメータの
制御は修正され、タンクにおける有害な温度振動はさけ
得られる。実際上、コマンド信号が大きくかつ突然に変
化する時モデルを有するレギュレータシステムは時間の
ロスないしはコマンド値のオーバーシュートを生じさせ
る。

本発明の目的は、遅延およびコマンド信号中の急速な変
化に続くコマンドのオーバーシュートの両方を簡単にさ
けることを可能にするモデル付のレギュレータシステム
を提供することにある。

すなわち本発明は、様々な条件下て作動し作用を測定信
号Ｔで測定するアクチュエータ４，６，８，１０を制御
し、前記測定信号Ｔがレギュレータシステムに供給する
コマンド信号Ｃに接近するような値てあるアクション信
号Ａにより前記アクチュエータを制御するモデル付レギ
ュレータシステムであつて、前記コマンド信号Ｃおよび
前記測定信号Ｔを受けその差（Ｃ−Ｔ）をあられすエラ
ー信号Ｅｃを供給するエラー検出器２２と、前記エラー
信号Ｅｃに比例する信号を受けこの比例信号を時間に関
して積分して積分レギユレーシヨンチヤネル信号Ｒｉま
たはエラー信号ＥＯを受ける比例レギユレーシヨンチヤ
ンネル２６，２６ｂまたはその両方を供給しこれに定数
を乗じ比例レギユレーシヨンチヤンネル（Ｒｐ）を供給
しかつ前記レギユレーシヨンチヤネル信号の和と共に変
化するレギユレーシヨン信号Ｒを供給する積分レギユレ
ーシヨンチヤンネル２８付のレギュレータ２４と、前記
レギユレーシヨン信号を受け前記アクチュエータが所定
条件下でかつ前記レギユレーシヨン信号の制御下に作動
していた場合に前記測定信号が変化するのと実質的に同
じようにして前記レギユレーシヨン信号の作用の下に変
化するモデル信号Ｍを供給する活性状態を有するモデル
回路４４と、前記モデル信号Ｍおよび前記測定信号Ｔを
受けその差（Ｍ−Ｔ）をあられすモデルエラー信号を供
給するモデルエラー検出器３８と、前記モデルエラー信
号を受け適合信号Ｄを供給するようにこれを処理する適
合信号発生器３６と、前記レギユレーシヨン信号Ｒおよ
び前記適合信号Ｄを受けてこれらを加算し前記アクショ
ン信号Ａを供給する加算器３４と、前記アクチュエータ
の飽和またはこのような飽和の危険が生ずる時ブ胎ツキ
ング信号Ｂ，を供給する飽和検出装置３２，５４とをそ
なえたモデル付レギュレータシステムにおいて、前記飽
和検出装置５４により供給された適合ブロッキング信号
Ｂｍにより制御され前記アクチュエータ４，６，８，１
０が飽和した時前記レギユレーシヨン信号Ｒに等しい前
記アクション信号Ａを形成する適合復帰装置５２と、前
記適合ブロッキング信号Ｂ、が停止した瞬間に前記測定
信号Ｔに等しい前記モデル信号Ｍを供給するように設け
た適合復帰装置５２とを有することを特徴とするモデル
付レギュレータシステムにある。以下本発明を添付図面
に例示したその好適な実施例について詳述する。

まずモデルを包含する従来のレギュレータシステムの欠
点について多少詳しく説明する。

コマンド信号の大きな変化が生じアクチュエータの飽和
が起り他方のこのアクチュエータの有効作動条件・がモ
デルの対応する条件とは非常に異なつた時にこのような
欠点が観察されるのである。この場合、モデル信号は急
速に測定信号とは非常に異なつたものとなる。測定信号
が再びコマンド信号に達する時、適合信号は非常に大き
くなり、レギユ）レータシステムの作動は大きくかつ持
続する混乱を生ずることとなる。まずこのモデルは満杯
のタンクの加熱に対応し、このタンクが半分の空の時タ
ンクの水を最初に加熱することが要求されるものと仮定
する。

アクチユエータは飽和してないがモデルの存在は加熱時
間を大略２倍にする。この時間のロスをさけるためには
、もしこの飽和が屡々生ずるとすれば半分空になつたタ
ンクに対応するモデルをえらびこれに対応してレギュレ
ータの調節をなすことになる。次にタンクが満杯の時こ
のタンクを最初に加熱することが要求されるものと仮定
する。この場合にはアクチュエータが飽和させられる。
すなわち最大加熱出力が用いられる。これは時間のロス
をさけるためには通常のことである。タンクの温度およ
び測定信号はゆつくりと増加する。しかしモデルの信号
は大略２倍の速さで増大する。従つて適合信号はさらに
アクション信号を増大せしめる傾向にあるが、これは何
の結果も生じない。何故ならば最大加熱出力がすでに用
いられているからである。しかしタンクがコマンド温度
に到達する瞬間がやつて来る。すなわち測定信号は再び
コマンド信号に等しくなるのである。この瞬間において
そして熱の伝達の遅延を考慮に入れればこの瞬間の前に
、加熱用出力を減少せしめることが必要である。レギュ
レータはこのような減少を許容せしめ得る。不幸なこと
に非常に大きくなつたモデル信号（水がＯ′Ｃから５０
℃にまて加熱されたとするとこれはたとえば１００゜Ｃ
に対応する）は適合信号を発生し、この適合信号は減少
したレギユレーシヨン信号に加えられてアクション信号
を大きな値に維持する。この結果加熱は最大出力てある
時間持続され、タンク温度は可成りコマンド温度を上廻
るものとなる。このようなオーバーシュートは水の沸と
う温度近辺で作動させる場合特に．危険なものとなる。
これこそ本発明により適合ブロッキング装置を提供しよ
うとする理由である。この適合ブ七ツキング装置はアク
ション信号が所定時間間隔をはずれる時考慮に入れられ
るものである。ここに例示するレギュレータシステムは
、回路１０により制御されるサイリスタ８を介して主電
源から給電される抵抗４により水のタンク２の加熱を制
御するように用いられる。

回路１０はアクション信号Ａにより制御される。水の温
度はたと・えば測定信号Ｔを供給する鉄−コンスタンタ
ン熱電対によつて構成されるサーモメータ１２によつて
測定される。タンクは１０リットルの容積を有するもの
とすることができ、抵抗４は水の加熱に用いられる１キ
ロワットの加熱電力を加えることのできるものとする。
このタンクの水は抵抗４に電流が流れない時の熱ロスで
自然に冷却される。このロスの電力はたとえば水温が８
０℃である時１００ワットである。上述の素子の構体１
４は屡々プロセスと呼ばれるものを構成する。

アクチュエータは抵抗４とその給電系統６，８，１０で
構成される。一般にはこのプロセスはたとえばＡのよう
なアクション信ノ号を受けて、たとえばＴのような測定
信号を与える。このレギユレーシヨンシステムの機能は
アクション信号を与えて、測定信号が可調整発生器２０
により供給されたコマンド信号Ｃにできるだけ近いもの
に常時とどまらせるにある。ここに記載するレギュレー
タシステムは様々な信号を用いる。

これらの信号は図面から明らかなように電圧信号として
考えるできであるが、実際上はこれとは全く異なつた形
式の信号とすることもてきよう。しかし一般には電圧信
号または電流信号てある。しかし本発明を理解する上に
重要なひとつのことはこれらの信号によりあられされる
量を知ることである。ここに例示の実施例においてはこ
れらの量は温度と加熱電力とてある。これが常時温度を
あられす信号または常時電力をあられす信号を゜Ｃまた
はワットで以下に示す理由である。しかしたとえは１０
゜Ｃの温度差、すなわち以下に１０℃に１等価ョとして
示す信号はレギュレータシステムの製造業者によつて採
用される技術に従つてたとえは７ｍＡの電流または−３
Ｖの電位差というような実際的な形となることは明らか
であろう。レギュレータシステムはまず加算器２２を包
含する。

この加算器２２はその正の入力にコマンド信号Ｃを、ま
た負の入力に測定信号Ｔを受ける。この加算器はコマン
ドエラー信号Ｅ。＝Ｃ−Ｔを供給する。このコマンドエ
ラー信号は、比例チャネルと積分チャンネルとを並列に
包含するレギュレータ２４への入力信号を構成する。比
例チャネルは利得増巾器２６とコマンドエラー信号Ｅｃ
を受けて比例レギユレーシヨンチヤンネル信号Ｒｐ＝Ｋ
、・Ｅｃを供給する正の一定利得Ｋ，増巾器２６ｂとに
より構成される。利得Ｋ，はたとえはＫｒ＝１０Ｗ／℃
とすることができる。この利得は、レギユレーシヨンチ
ヤネル信号がワットで表現される加熱電力を制御するの
に用いられかつコマンドエラー信号が温度差を測定する
ので、Ｗ／℃の単位であられすことができる。積分チャ
ネルはアクティブ状態をとることができる積分器２４に
より構成される。この積分器はコマンドエラー信号Ｅ。
を受け、積分Ｒ，＝贋ＦＥｃ−Ｄｔに従つて変化する積
分レギユレーシヨンチヤネル信号Ｒ，を供給する。二こ
でＫ４は増巾器２６ｂの利得、Ｔｒは時間に等価な定数
たとえば１０叩２である。その逆数１／Ｔ，はここでは
レギユレーシヨン１積分利得ョと呼ぶ。またｔは時間を
示す。積分器２８はブロックすることができる。

すなわち積分ブロッキング信号Ｂ，の印加はこの積分器
をブロック状態に置く。この状態ではコマンドエラー信
号の値がどうであれ積分器の出力信号Ｒｉは一定となる
。ブロック状態における積分器出力信号値は、ブロッキ
ング信号の直前の出力信号が印加された状態の値である
。ブロッキング信号の印加が終ると、積分レギユレーシ
ヨンチヤネルー信号は前述のように再び変化し始める。
これはブロック期間中にもつていた値からの変化である
。ふたつのレギユレーシヨンチヤネル信号は加算器３０
で受けられ、レギユレーシヨン信号Ｒを供給する。この
レギユレーシヨン信号Ｒはふたつのレギユレーシヨンチ
ヤネル信号の和に等しく、レギュレータ２４の出力信号
を構成する。レギユレーシヨン信号Ｒはアクション信号
Ａを形成するのに用いられる。この結果レギユレーシヨ
ン信号が所定値をはなれるとアクチュエータの飽和の危
険性が生ずる。これは第１の飽和検出器３２がレギユレ
ーシヨン信号Ｒを用いて前述の積分ブロッキング信号Ｂ
ｉを発生するからである。この信号はたとえばレギユレ
ーシヨン信号Ｒが０ＫＷないし１ＫＷの範囲の外へ出る
時に供給される。ここでは何故に積分ブロッキング信号
がアクション信号からよりもレギユレーシヨン信号から
発生させられるかを述べる。これはレギュレータシステ
ムの残りの部分に関してレギュレータ２４の自律作動を
確保するためである。

事実もしレギユレーシヨン信号からおよび適合信号から
発生させられたアクション信号が後述のようにブロッキ
ング信号として適合せしめられると、アクション信号は
飽和させられず、逆にレギユレーシヨン信号は飽和させ
られることとなる。（たとえばレギユレーシヨン信号が
１ＫＷに等しいと、適合信号は−２００Ｗに等しくなり
、アクション信号は８００Ｗになり、従つて飽和しない
。）この場合、積分チャネルは正規作動にとつて不利な
恒久飽和領域で作動することとなる。レギユレーシヨン
信号は加算器３４に達する。この加算器はまた適合信号
Ｄを受け、これらふたつの信号を加算し、アクション信
号Ａをプロセス１４へ供給する。適合信号Ｄは適合信号
発生器３６によりモデル差信号Ｅ．．から供給される。

このモデル差信号Ｅ．．は加算器３８から供給される。
加算器３８は負の入力に受けた測定信号Ｔと正の入力に
受けたモデル信号Ｍとの間の差を与える。この発生器３
６はたとえは１０Ｗ／℃のような適当に選んだ一定利得
の増巾器４０て簡易に構成することができる。

しかしこれはモデルエラー信号ＥＴＴｌをゼロに近く選
んだ時この増巾器でドリフトが生ずることがある欠点を
さけるに屡々有利である。これは、対称的なしきい値を
有する制御回路４１はリレー４２を作動せしめ、このリ
レーは信号Ｅｍが充分にゼロに近く維持される限り、た
とえば＋１℃と−１℃との間にある限り適合信号をゼロ
に維持する理由である。ｌ 信号Ｍはモデル回路４４（
これは基準モデルとも呼ぶ）によつて供給される。

その機能はひとつのプロセス状態を模擬することである
。すなわちこの回路の機能はレギユレーシヨン信号Ｒを
受け、モデル信号Ｍを供給することである。このモ７デ
ル信号Ｍは、モデルがプロセスの現状に対応して制御さ
れるとすれば（たとえばタンク２に５０％まで水を入れ
る）、信号Ｍは、もしアクション信号Ａがレギユレーシ
ヨン信号Ｒによつてのみ構成されているとした場合の測
定信号の変化と実質的に同じようにして変化することに
なるのである。この機能はモデル回路４４がアクティブ
状態と呼ばれる状態にある時実現される。この目的のた
め、積分器４６がある。この積分器４６の積分利得はふ
たつの区別された値をとることができ、その出力信号は
モデル信号Ｍを構成する。この積分器は加算器４８を介
してレギユレーシヨン信号Ｒを受ける。このレギユレー
シヨン信号ＲはＫｍの利得を有する増巾器５０によつて
増巾されたものてある。加算器４８はまた負の入力に積
分器の出力信号を受ける。次いで信号Ｍは１次微分方程
式に従つて変化する。ここで１／Ｔ．．はモデルがアク
ティブな状態にある時の積分器４６の積分利得である。
この方程式がＭの１次導関数を包含するからこのモデル
は１次のモデルであると云える。この結果タンク２が或
る水位まで満たされており、利得Ｋｍがこの水位まで満
したタンクの熱コンダクタンスの逆数をあられすように
適宜選定されている。すなわち比Ｍ／Ｋｍがタンクの熱
損失をあられすように選定されており、Ｔ．．を比Ｔ．
．／Ｋ．が前記水位まで満したタンクの熱慣性をあられ
し、かつワットで示されるレギユレーシヨン信号Ｒがタ
ンクに有効に与えた加熱電力をあられすものとすれは、
Ｍは実質的に測定信号Ｔのように変化することとなる。
熱損失はＷ／゜Ｃの単位で示すことができる。

熱慣性はまたＷ．ｓ／゜Ｃの形であられすことができる
。（これはたとえばタンクの温度を１℃だけ高めるのに
たとえば１Ｗのような所定加熱電力にいて必要な時間で
ある。）たとえばＫｍ＝１℃／ＷおよびＴｍ＝２００囲
２とすればモデルは半分空になつたタンクに対応する。
上記の単位でなく他の単位を選定できることは．云うま
でもないところである。

モデル回路４４はまた適合ブ七ツキング信号Ｒ．によつ
て制御されるリレー５２により構成されるスイッチング
装置を包含する。

この適合ブロッキング信号は、アクション信号Ａが所定
の範囲外！へ動いた時第２の飽和検出装置５４により供
給される。プロセスの飽和はこの範囲外である。すなわ
ち加熱用電力がゼロてあるかまたは１ＫＷより大きいか
のいずれかの場合に飽和が生ずる。このブロッキング信
号が供給されると、モデルタ回路４４はスレーブ状態と
呼ばれる状態になる。すなわち加算器４８の正の入力は
レギユレーシヨン信号を受けずに、測定信号Ｔを受ける
。負の入力は依然として積分器４６によつて供給される
モデル信号Ｍを受ける。しかし後者の積分利得はリレー
５２の作用の下で１／Ｔｍよりはるかに大きい値１／Ｔ
．ｎＯとなる。次いて信号Ｍは微分方程式に従つて変化
する。この微分方程式は信号Ｍが時定数ＴｍＯと共にＴ
に近くなるように変化する。この時定数は飽和の存在下
において適合信号を急速に消去するように、たとえば１
秒のような充分に）小さな値に選定してある。この配置
は同じ積分器４６を使つてモデル回路のアクティブ状態
における作動およびスレーブ状態における作動を確保す
ることを可能にする。

この二重の使い方は特に簡単なやり方で次のことを・保
証することを可能にする。（１）ブロッキング信号の開
始時において信号Ｍが急速に信号Ｔに達すること。

（２）ブロッキング信号中、信号Ｍが信号Ｔの変化にか
かわりなくこの信号Ｔに実質的に等しいままとなる。

（３）ブロッキング信号の終りにおいて信号Ｍがブロッ
キング信号終了時に得た値から出発して信号Ｒの値に従
つて変化し始めること。

本発明の利点を示すため、脱飽和装置のない従来型の比
例積分レギュレータと数値的になした比較を以下に述べ
る。

この場合比例チャネルおよび積分チャネルは５０′Ｃの
作動点を中心としてタンクの最小水位に調節してある。
温度を２０゜Ｃから５０゜Ｃに高める時タンクの水位が
最低であればオーバーシュートは７．１％となる。

オーバーシュートが残る時間（すなわちコマンド値に戻
るまての時間）は２８８秒てある。同じ試験条件下であ
るがタンク水位が最大の時、オーバーシュートは７．２
％であり、オーバーシュート持続時間は７８［株］であ
る。

もし本発明を同一試験条件下て用いると、Ｐ．ｉ．レギ
ュレータを本発明を採用しない試験の場合のように調節
し、かつ同様にモデルが最小水位におけるタンクに対応
するプロセスをあられすものである時、オーバーシュー
トは生じない。

温度上昇に要する時間は実質的に変化しない。上述のモ
デルは１次関数モデルであつた。

しかし事実上２次関数モデルを用いることは比較的まれ
である。しかしたとえば２次関数モデルに原理的につな
がる半導体のドーピング用の工業炉の温度制御に用いた
試験は成功を収めた。しかし使用した炉は非常に隔離さ
れたものであつたので外部媒質に向う熱損失は非常に小
さかつた。熱損失を示す方程式は大路次のようである。
ここでｃは炉の等価比熱、ｍは全等価質量である。

プロセスはも早正しい意味の１次関数ではないが上述の
方程式に従つて機能する純粋な積分器によつてあられす
ことができる。これが何故に優秀な性能が１次関数のモ
デルを維持しながら得られた理由てある。試験はこの同
じ炉にＰ．Ｉ．Ｄルギユレータを用いてなされた。

微分作用はその利点のすべてをもたらし、得られた結果
ははるかによいものとなつた。もちろん本発明の他の実
施型式も可能となる。

たとえば比例および積分作用に並列せす直列となる微分
作用を用いることも可能である。これには測定信号Ｔの
導関数に比例する信号を、増巾器２６ｂに印加するに先
立つてコマンドエラー信号ＥＯに加えることによつて行
なわれる。以下本発明を添付図面に例示したその好適な
実施例について詳述したが本発明はこの特定の実施例に
限定されるものではなく本発明の精神を逸脱しないで幾
多の変化変形がなし得ることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるレギュレータシステムのブロック図
である。 ２・・・・・・タンク、４・・・・・・抵抗、６・・・
・・・電源、８・・・・・サイリスタ、１０・・・・回
路、１２・・・・・・サーモメータ、１４・・・・・・
プロセス、２０・・・・・発生器、２２・・・・加算器
、２４・・・・・ルギユレータ、２６・・・・・・増幅
器、２６ｂ・・・・・・増幅器、２８・・・・・・積分
器、３０・・・・加算器、３２・・・・・・第１の飽和
検出器、３４・・・・・・加算器、３６・・・・・・適
合信号発生器、３８・・・・・・加算器、４０・・・・
・・増幅器、４２・・・・・リレー、４４・・・・・モ
デル回路、４６・・・・・・積分器、４８・ ・・加算
゛器、５０・・・・・・増幅器、５２・・・・・・リレ
ー、５４・・・第２の飽和検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 様々な条件下で作動し作用を測定信号Ｔで測定する
   アクチュエータ４、６、８、１０を制御し、前記測定信
   号Ｔがレギュレータシステムに供給するコマンド信号Ｃ
   に接近するような値であるアクション信号Ａにより前記
   アクチュエータを制御するモデル付レギュレータシステ
   ムであつて、前記コマンド信号Ｃおよび前記測定信号Ｔ
   を受けその差（Ｃ−Ｔ）をあらわすエラー信号Ｅ＿ｃを
   供給するエラー検出器２２と、前記エラー信号Ｅ＿ｃに
   比例する信号を受けこの比例信号を時間に関して積分し
   て積分レギユレーシヨンチヤネル信号Ｒ＿ｉまたはエラ
   ー信号Ｅ＿ｃを受ける比例レギユレーシヨンチヤネル２
   ６、２６ｂまたはその両方を供給しこれに定数を乗じ、
   比例レギユレーシヨンチヤネルＲ＿ｐを供給しかつ前記
   レギユレーシヨンチヤネル信号の和と共に変化するレギ
   ユレーシヨン信号Ｒを供給する積分レギユレーシヨンチ
   ヤネル２８付のレギュレータ２４と、前記レギユレーシ
   ヨン信号を受け前記アクチュエータが所定条件下でかつ
   前記レギユレーシヨン信号の制御下に作動していた場合
   に前記測定信号が変化するのと実質的に同じようにして
   前記レギユレーシヨン信号の作用の下に変化するモデル
   信号Ｍを供給する活性状態を有するモデル回路４４と、
   前記モデル信号Ｍおよび前記測定信号Ｔを受けその差（
   Ｍ−Ｔ）をあらわすモデルエラー信号を供給するモデル
   エラー検出器３８と、前記モデルエラー信号を受け適合
   信号Ｄを供給するようにこれを処理する適合信号発生器
   ３６と、前記レギユレーシヨン信号Ｒおよび前記適合信
   号Ｄを受けてこれらを加算し前記アクション信号Ａを供
   給する加算器３４と、前記アクチュエータの飽和または
   このような飽和の危険が生ずる時ブロッキング信号Ｂ＿
   ｉを供給する飽和検出装置３２、５２とをそなえたモデ
   ル付レギュレータシステムにおいて、前記飽和検出装置
   ５４により供給された適合ブロッキング信号Ｂ＿ｍによ
   り制御され前記アクチュエータ４、６、８、１０が飽和
   した時前記レギユレーシヨン信号Ｒに等しい前記アクシ
   ョン信号Ａを形成する適合ブロッキング装置５２と、前
   記適合ブロツキング信号Ｂ＿ｍが停止した瞬間に前記測
   定信号Ｔに等しい前記モデル信号Ｍを供給するように設
   けた適合復帰装置５２とを有することを特徴とするモデ
   ル付レギュレータシステム。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のモデル付レギュレータ
   システムにおいて、前記モデル回路４４が前記レギユレ
   ーシヨン信号Ｒを受けるばかりでなく、前記測定信号Ｔ
   をも受けるようにしたこと、アクティブな状態からスレ
   ーブの状態へまたはその逆に切替えるスイッチング装置
   を設けたこと、前記モデル回路４４をこれがスレーブ状
   態にある時前記測定信号によつて駆動して次いで前記モ
   デル信号Ｍを前記測定信号Ｔに恒久的に等しくなし前記
   モデル回路がそのアクティブな状態に復帰した時前記モ
   デル信号を前記モデル回路が状態を変えた瞬間に前記測
   定信号が前もつていた値から進行させるようにしたこと
   、および前記適合ブロッキングおよび適合復帰装置５２
   を前記適合ブロッキング信号によつて制御される装置と
   しこれにモデル回路スイッチング装置を包含させて前記
   モデル回路４４が前記適合ブロッキング信号Ｅ＿ｍが供
   給される限りスレーブ状態に残りこの信号の供給が止む
   と直ちにアクティブ状態に復帰するようにしたことを特
   徴とするモデル付レギュレータシステム。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のモデル付レギュレータ
   システムにおいて、前記飽和検出装置５４が前記アクシ
   ョン信号Ａを受け、このアクション信号が所定範囲を離
   れると前記適合ブロッキング信号Ｂ＿ｍを供給すること
   を特徴とするモデル付レギュレータシステム。 ４ 特許請求の範囲第２項記載のモデル付レギュレータ
   システムにおいて、前記モデル回路４９を１次回路とし
   これを、正の入力と負の入力とをそなえこれらふたつの
   入力に印加した信号の差に等しい出力信号を供給する加
   算器４８と、ふたつの積分利得値（１／Ｔ＿ｍ、１／Ｔ
   ＿ｍ＿０）をもつことができ前記加算器４８の出力信号
   を受けてこれを積分し前記加算器の負の入力へ前記モデ
   ル信号Ｍを供給する積分器４６と、前記レギユレーシヨ
   ン信号Ｒを受け増巾されたレギユレーシヨン信号Ｋ＿ｍ
   Ｒを供給する増巾器５０とを包含させ、前記スイッチン
   グ装置５２により前記増巾されたレギユレーシヨン信号
   Ｋ＿ｍＲを前記加算器４８の正の入力へ送り出し前記モ
   デル回路がそのアクティブ状態にある時積分利得値の小
   さい方（１／Ｔ＿ｍ）を積分器へ与えるようにし、また
   前記スイッチング装置５２により前記測定信号Ｔを前記
   加算器４８の正の入力へ送り出し前記モデル回路がその
   スレーブ状態にある時ふたつの積分利得値のうち大きい
   方（１／Ｔ＿ｍ＿０）を積分器へ与えるようにしたこと
   を特徴とするモデル付レギュレータシステム。 ５ 特許請求の範囲第１項記載のモデル付レギュレータ
   システムにおいて、前記レギュレータ２４が積分レギユ
   レーシヨンチヤネル２８を包含し、この積分レギユレー
   シヨンチヤネルが、前記アクチュエータ４、６、８、１
   ０が飽和の危険状態にある限り積分レギユレーシヨンチ
   ヤネル信号を変えないように前記飽和検出装置３２によ
   つて制御される積分ブロッキング装置を包含することを
   特徴とするモデル付レギュレータシステム。 ６ 特許請求の範囲第５項記載のモデル付レギュレータ
   システムにおいて、前記飽和検出装置に、前記レギユレ
   ーシヨン信号Ｒを受けこのレギユレーシヨン信号が所定
   範囲をこえると前記積分レギユレーシヨンチヤネル２８
   に積分ブロッキング信号Ｂ＿ｉを供給する第１の飽和検
   出装置３２と、前記アクション信号を受けこのアクショ
   ン信号が所定範囲をこえると前記適合ブロッキング装置
   ５２へ前記適合ブロッキング信号Ｂ＿ｍを供給する第２
   の飽和検出器５４とを包含させたことを特徴とするモデ
   ル付レギュレータシステム。