JPS61139805A - サンプル値制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はサンプル値制御装置に関し、特にプロセス制御
対象のむだ時間に起こる変動を補償するサンプル値制御
装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

第３図は、従来のサンプル値制御０装置の構成図を示す
もので、一般にサンプル値制御装置はむだ時間の長いプ
ロセス制御対象１に対してそのむだ時間を考慮した所定
め周期又は必要に応じた１ｉｌｌｌｌ動作を実行するも
のである。第３図の装置では、この制御動作をサンプリ
ング信号発生回路２から定期的に出力されるサンプリン
グ信号ａによって実行するもので、このサンプリングタ
イミングをサンプルスイッチ４．６の開閉として概念的
に説明するものとする。

サンプリングタイミングにあっては、プロセス制御対象
１からフィードバックされた制御信号Ｐとその設定信号
Ｓとが偏差器３により差分演算されてその偏差信号ｅを
サンプルスイッチ４に対し出力する。サンプルスイッチ
４はサンプルスイッチ６に同期してサンプリング信号発
生回路２からのサンプリング信号を受けて閉じ偏差信号
ｅを調節計５に送る。調節計５は偏差信号ｅに対して比
例・積分・微分演算（ＰＩＤ演算）等の調節演算動作を
行なうことにより速度計操作信号ΔＭをサンプルスイッ
チ６を通じて加算回路７に出力する。

加算回路７は速度形操作信号ΔＭを積分し位置形の操作
信号Ｍｏに変換し、プロセス制御対象１に対して出力し
サンプル値制御を施している。

〔背景技術の問題点〕

ところが上記サンプル値制御装置は、所定周期毎のサン
プルタイミング時に制御動作を実行しているため、今回
のサンプルタイミングから次回のサンプルタイミングま
での間に制御信号Ｐ（又は偏差信号）が変動した場合で
あってもこの補償動作ｉよ次のサンプルタイミングまで
実行されずプロセスの変動等に対する適応性に欠くもの
であった。

すなわち、第４図に示すように操作信号Ｍｏに対してＴ
期間後に応答して制御信号Ｐが変化するようなプロ０．
セス制御対象１においてサンプリングタイミングをｔｌ
　、ｔ２としてサンプル値制御する場合、これらサンプ
リングタイミングｔ、、ｔ２間において制御信号ＰがＰ
ｆのような変動が起こると、この変動はホールド期間中
の外乱による影響や時定数的な遅れによりサンプリング
タイミングｔ１において応答できないとサンプリングタ
イミングｔ２において補償されることになる。したがっ
て、変動に対する補償が遅れてしまい即応性に欠けた機
能の装置となってしまう。まして、成分の制御にあって
はむだ時間が例えば５時間というプロセス制御対象１も
あり、変動に対する補償を−速く行ない、さらにはこの
変動の補償後の動作をもスムーズに行なうサンプル値制
御装置が要求されている。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、サンプリングタイミング間に変動が起
ってもこの変動を補償し得、かつ補償後の制御もスムー
ズに行ない得るサンプル値制御装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、サンプリングタイミング時の設定信号と制御
信号との偏差信号を比較基準としてサンプリングタイミ
ング間の偏差信号との変動差を求め、この変動差の変化
割合いがプロセス制御対象の制御変動とみなす゛所定値
に達したとき変動検出手段から変動検出信号を送出し、
この変動検出信号を受けて修正信号送出手段は前記変動
差から修正用操作信号を作成して送出するとともに保持
し、ざらに第１および第２の修正手段により前記修正用
操作信号をサンプリングタイミングに作成された主操作
信号に加え、かつ次のサンプリングタイミング時に保持
された修正用操作信号をそのサンプリングタイミング時
の主操作信号に加えてプロセス制御対象に与えるように
したサンプル値制御装置である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係るサンプル値制御装置の一実施例を第
１図および第２図を参照して説明する。

第１図は本実施例のサンプル値制御装置の構成を示すブ
ロック図である。このサンプル値制御装置は、サンプル
値制御後次のサンプリングタイミングまでの間に生じる
制御信号の変動をプロセスゲインに基づき補償し、かつ
この補償弁を次のサンプリングタイミングで得られる操
作信号に対して補償するようにしたものである。１０は
むだ時間の長いプロセス制御対象、１１は調節計、１２
はプロセス制御対象１０のむだ時間を考慮しその時間よ
り若干長めに設定された周期のサンプリング信号Ｓａを
送出するサンプリング信号発生回路であり、このサンプ
リング信号Ｓａはサンプル値制御を施すためのタイミン
グとして、サンプルスイッチ１４．１５−１．１５−２
．３１及び変動積環部４０．インヒビット用時間積算部
４３にそれぞれ同期して出力される。偏差器１３はプロ
セス制御対象１０からの制御信号ＰＶと設定信号ＳＶと
を比較しその偏差信号Ｅを、サンプリング信号発生回路
１２から出力されるサンプリング信号Ｓａを受けて閉じ
るサンプルスイッチ１４を介して調節計１１に送出する
。調節計１１は、偏差信号に基づきＰＩＤ１１節演算を
行ない速度型操作信号すなわち主操作信号ΔＭＶを求め
、サンプリング信号３ａを受けて閉じるサンプルスイッ
チ１５−１を介して加算器２０に送出するものとなって
いる。加算器２０は速度型の操作信号ΔＭＶを積算し位
置型信号ＭＶに変換してプロセス制御対象１０に対し出
力するとともにその値を記憶保持する機能をもっている
。このように所定のサンプリングタイミングに応じてサ
ンプルスイッチ１４゜１５−１を開閉させ、その時の偏
差信号に基づく制御動作が実行される構成である。

また、偏差器１３から偏差信号Ｅは同時に変動綬部３０
にも供給されており、この変動差部３０では、サンプリ
ングタイミング時の偏差信号Ｅと、このサンプリングタ
イミング時以後次回のサンプリングタイミングまでの期
Ｍ（以下サンプリングタイミング間という）に常時算出
している偏差信号Ｅとの変動差を差分演算している。す
なわち、サンプリングタイミング時にその時、の偏差信
号Ｅはサンプリング信号Ｓａを受けて閉じるサンプルス
イッチ３１を介してホールド部３２に記憶保持され、サ
ンプリングタイミング間では、その時々の偏差信号Ｅが
偏差器３３に供給され、ホールド部３２に記憶されたサ
ンプリングタイミング時の偏差信号と差分演算されて変
動差信号Ｆが変動積算部４０及び係数乗算部５２に出力
される構成となっている。変動積算部４０はサンプリン
グ信号Ｓａをクリア信号として受けて変動差信号Ｆの積
算値が初期化された後、供給される変動差信号Ｆを逐次
積算し積算値信号ＳＧとして比較部４１に出力するもの
である。比較部４１は積算値信号ＳＧと制御変動とみな
す所定端信号ＳＨとを比較し、積算値信号が所定値信号
３８以上となったときに変動検出信号をゲート部４２に
送出している。

このように比較部４１が変動差信号の積算値に基づき制
御変化を検出しているので、制御信号がノイズ等の彩管
で過渡的に変化し直ぐに定常状態に復帰するような変動
に対して制御の応答性を緩和できる。ゲート部４２はイ
ンヒビット用時間積算部４３からのインヒビット信号Ｈ
を受けて閉状態となるもので、サンプリングタイミング
間における偏差修正動作に時間的制御を加えるものであ
る。

すなわち、インヒビット用時間積算回路４３にはプロセ
ス対象のむだ時間より若干短い時間が設定されており、
サンプリング信号Ｓａ入力時点から時間を積算開始、前
回のサンプル値制御の応答が始まる前にインヒビット信
号Ｈを出力して修正動作を停止させている。このインヒ
ビット信号Ｈは、変動検出信号Ｇとして修正信号送出手
段５０のサンプルスイッチ５１およびサンプルスイッチ
１５−３に送出されている。なお、これら変動積算部４
０、比較部４１．ゲート部４２．ワンショットパルス発
生部４３および前記変動差部３０をもって変動検出手段
４５が構成されている。

修正信号送出手段５０は、変動差信号Ｆから調節計１１
のゲインに基づき速度型の修正用操作信号ΔＭＶＧを求
め、この修正用操作信号ΔＭＶＧをサンプルスイッチ１
５−２を介して加算回路２０に、又サンプルスイッチ５
１を介してホールド部５３に送出するものである。具体
的には、調節計１１の各定数（ＰＩＤ定数）に応じてプ
ロセスゲインの逆数の値として設定された係数を変動差
信号Ｆに乗算して修正用操作信号ΔＭＶＧを求める係数
乗算部５２と、この係数乗算部５２からの修正用操作信
号ΔＭＶＧを記憶しておくホールド部５３とから構成さ
れている。そして、このホールド部５３の保持内容はサ
ンプルスイッチ１５−３を介して加算器ｌ！Ｉ２０に送
出されている。

次に上記の如く構成された装置の動作について説明する
。時刻１＝にサンプリング信号Ｓａが出力されると、サ
ンプルスイッチ１４および１５−１が閉じて調節計１１
に偏差信号Ｅが送られる。

この偏差信号Ｅを受けた調節計１１はＰＩＤ演算処理を
行ない、その演算処理結果である速度型の操作信号ΔＭ
Ｖを出力する。この操作信号は加算回路２０により位置
型の操作信号ＭΔに変換されてプロセス制御対象１０に
送られる。この操作信号ＭＶを受けたプロセス制御対象
１０は自身のむだ時間（Ｑ−Ａ期間）経過後に応答し、
その応答した制御信号Ｐ■を得る。

さて、サンプリング信号３ａの出力時（時刻ｔｍ）に変
動差部３０では、サンプルスイッチ３１を通してサンプ
ルタイミング時の偏差信号Ｅ１１がホールド部３２にホ
ールドされる。これにより、時刻ｔ■後、変動差部３０
からは偏差信号Ｅａと現在の偏差信号Ｅとの差すなわち
変動差信号Ｆが送出される。

ところで、この変動差信号Ｆは次のように表わされる。

すなわち、 Ｆ＝Ｅｏ　−Ｅ ＝　（ＳＶＯ−ＰＶｏ　）−（ＳＶ−ＰＶ）＝　（ＳＶ
ａ−８Ｖ）＋　（ＰＶ−ＰＶａ　）である。したがって
、制御偏差の変動には、設定信号Ｓ■の変動分と制御信
号Ｐ■の変動分とが含まれている。この変動差信号Ｆは
変動積算部４０において積算され、その積算値信号ＳＧ
が比較部４１に送られる。すなわち、積算値信号ＳＧは
、ＳＧ＝　　（Ｅａ−Ｅ）ｄｔ　　　　・・−−（２）
のように１、表わされる。この積算値信号ＳＧが比較部
４１に設定された制御変動とみなす所定値ＳＨに達する
と比較部４１は変動検出信号をゲート部４２に送出する
。そして１．この変動検出信号の送出時が、プロセス制
御対象１０の操作信号ＭＶに対する応答期間ＴＨ内であ
れば、プロセス制御対象１０の適正な制御を乱すためイ
ンヒピット用時間積算部４３から送出されるインヒビッ
ト信号Ｈによりゲート部４２は閉じて変動検出信号は通
過しない。しかしインヒピット信号Ｈが送出される前で
あれば、変動検出信号はゲート部４２を通過してワンシ
ョットパルス発生部４３に送られ、このワンショットパ
ルス発生部４３から変動検出信号Ｇが送出される。

ところで、本装置により検出される変動は、定常的な変
動である。すなわち、第２図に示すように制御信号Ｐ■
が正常状態の制御信号ＰＶａに対して一定の偏差が連続
的に続く変動である。これに対し制御信号ＰＶａのよう
に単発的な変動では、再び正常状態の制御信号ＰＶにも
どるので、補償は行なわれない。

そこで、時刻ｔｌｌにおいて変動検出信号が送出され、
変動検出信号Ｇが送出されると、サンプルスイッチ５１
および１５−３が閉じて係数乗算部５２からホールド部
５３に、変動差信号Ｆがら求められた速度型の修正用操
作信号ΔＭＶＧが割込み的に送られる。ホールド部５３
は、この修正用操作信号ΔＭＶＧをサンプルスイッチ１
５−２を通して加算回路２０に送出するとともに、自身
でホールドする。

この結果、加算回路２０からは、第２図に示すような修
正用操作信号ΔＭＶＧだけ減少した位１型の操作信号Ｍ
Ｖとなってプロセス制御対象１゜に送出される。なお、
操作信号ＭＶが減少するのは、変動差部３０から送出さ
れた変動差信号Ｆが負極性となっているためである。そ
して、むだ時間（Ｑ−Ａ期間）だけ経過すると、プロセ
ス制御対象■は修正前の操作信号ＭＶに対して応答する
。

そして、この操作信号ＭＶに対する応答期間が過ぎると
、すなわちＣ時刻になると今度は修正用操作信号ΔＭＶ
Ｇにより修正された操作信号に対する制御信号Ｐｖが得
られる。

ところで、この操作信号に対する応答期間中に次のサン
プリング信号３ａが送出される（時刻ｔ１２）。このと
き、サンプルスイッチ１５−３は閉じているので、ホー
ルド部５３にホールドされている修正用操作信号ΔＭＶ
Ｇが加算回路２０に送られる。したがって、加算回路２
０からは通常の主操作信号ＭＶに修正用操作信号ΔＭＶ
Ｇを加算した操作信号ＭＶがプロセス制御対象■に送ら
れる。この操作信号ＭＶに対するプロセス制御対象−の
応答は時刻ｔ１２のサンプリングタイミング時からむだ
時経（時刻Ｄ）過侵に現われる。

このように上記一実施例においては、変動差部３０によ
り求められた変動差信号Ｆの積算値が制御変動とみなす
所定値に達したときに変動検出信号Ｇを送出し、この変
動検出信号Ｇを受けて係数乗算ａ［Ｉ５２により求めら
れた修正用操作信号ΔＭＶＧをホールド部５３を介して
加算回路２０に送って変動時の操作信号ＭＶを補償し、
かつ次のサンプリングタイミング時にホールド部５３に
ホールドされた修正用操作信号ΔＭＶＧを加算回路２０
に送って変動時に補償した操作信号ΔＭＶＧの分だけ修
正をするようにしたので、プロセス制御対象■のむだ時
間に変動が起ってもこの変動を検出し設定信号ＳＶに従
った適正なサンプル値制御ができる。さらに、次のサン
プリングタイミング時にむだ時間において補償された修
正用操作信号ΔＭＶＧの分だけ修正されるので、次のサ
ンプリングタイミング時ではむだ時間での補償の影響を
受けない適正な操作信号ＭＶが得られる。

なお、サンプル値制御に連続Ｐ動作制御を併用する方式
があるが、この方式では連続Ｐ動作制御が常に動作して
いるためサンプル値制御特有の効果をサンプリングタイ
ミング時毎に分離して奏することができない。これに対
し、本装隨では、修正用操作信号ΔＭＶＧをホールドす
るという機能を持たせたので、サンプル値制御と変動の
補償との動作がそれぞれ分離しており、サンプル値制御
特有の効、果を減少させることはない。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものではない
。例えば制御偏差の変動検出は、瞬時的な変動が連続的
に発生し、これら変動のａＳ値が制御変動とみなす所定
値に達したとき、または所定値に対応する期間変動が続
いたときに変動検出信号を送出するようにしてもよい。

また、イニシャライズ回路を設けることにより、むだ時
間に起った変動の補償を２回以上行なうことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、変動差信号の、変化割合いがむだ時間
に所定値に達して変動検出手段から変動検出信号が送出
されると、修正信号送出手段から割込み的に修正用操作
信号を主操作信号に加え、かつ次のサンプリングタイミ
ング時にむだ時間に補償した分の修正用操作信号を修正
するようにしたので、サンプリングタイミング間に変動
が起ってもこの変動を補償し得、かつ補償後の制御もス
ムーズに行ない得るサンプル値制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るサンプル値制御装置の一実施例を
示す構成図、第２図は第１図に示す装置の補償動作の動
作タイミング図、第３図は従来のサンプル値制御装置の
構成図、第４図はプロセス制御対象のむだ時間を説明す
るための図である。 １０・・・プロセス制御対象、１１・・・調節計、１２
・・・サンプリング信号発生回路、１５−１〜１５−３
・・・サンプルスイッチ、２０・・・加算回路、３０・
・・変動差部、３１・・・サンプルスイッチ、３２・・
・ホールド部、３３・・・偏差器、４０・・・変動積算
部、４１・・・比較部、４２・・・ゲート部、４３・・
・インヒビット用時間積算回路、４４・・・ワンショッ
トパルス発生部、４５・・・変動検出手段、５ｏ・・・
修正信号送出手段、５１・・・サンプルスイッチ、５２
・・・係数乗算部、５３・・・ホールド部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プロセス制御対象からの制御信号と設定信号とを比較し
   て偏差信号を求め、この偏差信号に対し所定のサンプリ
   ングタイミング時に比例調節演算を実行して操作信号を
   求めるサンプル値制御装置において、前記サンプリング
   タイミング時に求められた偏差信号と前記サンプリング
   タイミング時以降逐次求められる偏差信号との偏差から
   変動差信号を求め、この変動差信号の変化割合いが所定
   値以上に達したときに変動検出信号を出力する変動検出
   手段と、この変動検出手段から送出された変動検出信号
   を受けて前記変動差信号から修正用操作信号を作成して
   この修正用操作信号を送出するとともに保持する修正信
   号送出手段と、前記サンプリングタイミング時の偏差信
   号から作成された主操作信号を前記修正信号送出手段か
   らの修正用操作信号により補正する第１の修正手段と、
   かつ次回のサンプリングタイミング時に前記修正信号送
   出手段に保持された前記修正用操作信号を前記次回のサ
   ンプリングタイミング時の主操作信号を補正して前記プ
   ロセス制御対象に与える第２の修正手段とを具備したこ
   とを特徴とするサンプル値制御装置。