JPS61196302A

JPS61196302A - 調節装置

Info

Publication number: JPS61196302A
Application number: JP3644585A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hiroi; 広井　和男
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-02-27
Filing date: 1985-02-27
Publication date: 1986-08-30

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】［産業上の利用分野］この発明はプロセス制御装置に関し、特に、各種構造の
制御に適応できると共に目標値変化及び外乱変化に対し
最適なパラメータを設定できる万能形ＰＩＤ制御方式を
採用した調節装置に関する。

［技術的背景とその問題点］近年、プロセス制御においては、省資源・省エネルギー
化、省力化、省人化、均質化、高品質化。

安全化、フレキシブル化等、高度なプロセス運転の要請
に伴い、益々高い１ＩＩＩＩｌｌ性を有する調節装置が
求められて来ている。

プラントの運転特性は、組織活動と同じように、各種の
変化に対する「変化対応力」によって評価される。つま
り、プラントに変化が生じた場合に、変化を早く吸収し
て、その影響を極限まで小さ、くする能力によって評価
される。このため、プラント内の多数の制御ループのう
ち、一部の制御ループが高度化されても、全体の動きは
変らず、プラント内のすべての制御ループが活性化・高
度化されてはじめて、プラントの動きが生まれ変わるこ
とになる。

ところで、現在のプロセス制御の応用技術レベルでは、
あらゆるプロセスに最適というＰＩＤＩＩＪ御アルゴリ
ズムはない。プロセスの特性、プロセス上の制約条件、
制御上の要請等により、最適な構造のＰＩＤＩＩＩｔｌ
ｌアルゴリズムを逐一選定し適用するのが現状である。

すなわち、従来技術では、こうしたあらゆる構造のＰＩ
Ｄを簡単に変更できる方式がなく、また、目標値に対し
ても外乱に対しても最適なＰＩＤパラメータを設定でき
る２自由度ＰＩＤＩｌｌｔ１１方式も統合化されておら
ず、これが実用面で大きな制約となり、中途半端の制御
系となっている。この限界を打破して、限界制御を実現
することが強く要望されている。

以下、図面を用いて従来知られている代表的ＰＩＤ調節
装置の説明を行い、従来技術の問題点を明確にする。

第１５図は所謂標準形ＰＩＤ調節装置、第１６図は目標
値フィルタ付ｐｒｏｍ節装置、第１７図はＩ−ＰＤ調節
装置、第１８図はＰｖ微分先行形ＰＩＤｉｌｊ！ｉ）装
置のブロック構成を示す図である。

第１５図に示す標準形ＰＩＤ調節装置１０１は、目標値
Ｓｖと測定値Ｐｖを減算部１０７に入力して偏差を求め
、これをＰＩＤａｉ算部１０３に入力して「比例士積分
十微分」演ｐし、その出力を操作信号ＭＶとして制御対
象１０５に印加して、測定値ＰＶが目標値ＳＶ１．：等
しくなるよう調節するものである。

第１６図に示す目標値フィルタ付ＰＩＤ調節装Ｈ１０９
は、標準形ＰＩＤ調節装置において目標値Ｓ■を一次遅
れフィルタ１１１を介して入力するようにしたものであ
る第１７図に示すＩ−ＰＤ調節装置１１３は、目標１ｉｓ
ｖと測定値ＰＶとの偏差を積分演算部１１５に入力して
積分演算し、その出力と測定１ｉ１ＰＶを比例・微分演
算部１１７に入力して「比例＋微分」演算した出力との
差を求め、この差に比例部１１９により比例ゲインＫｌ
）を乗じた出力を操作信号ＭＶとして制御対象１０５に
印加して、測定値ＰＶが目標値ＳＶに等しくなるよう調
節するものである。

第１８図に示すＰｖ微分先行形ＰＩＤ調節装置１２３は
、目標値Ｓ■と測定１ｉａＰＶとの偏差を比例・積分演
算部１２５に入力して「比例＋積分」演算し、その出力
と測定値ＰＶを微分演算部１２７に入力して微分演算し
た出力との差を求め、この差に比例部１１９により比例
ゲインＫｐを乗じた出力を操作信号ＭＶとして制御対９
１０５に印加して、測定ｍｐｖが目標値Ｓｖに等しくな
るよう調節するものである。

しかしながら、このような従来のｖＡ置はいずれもそれ
なりのＩ（Ｊ御性の改善があるものの、大きな欠陥も併
有している。

即ち、標準形ＰＩＤ調節装置１０１では、目標値追従に
最適なＰＩＤパラメータ（以下、対目標値最適パラメー
タという）と外乱抑制に最適なＰＩＤパラメータ（以下
、対外乱最適パラメータという）とが別値で存在するた
めに、追従制御の場合、対目標値と対外乱の両最適パラ
メータの中間的値にＰＩＤパラメータを設定して妥協し
ているのが実情である。

このことを、対外乱最適パラメータと対目標値最適パラ
メータの特色が顕著に表われるレベル制御などの無定位
プロセスについて説明する。

ここで、無定位プロセスのモデルＧｌ）（Ｓ）として、をとりあげる。

第１９図はこのモデルにおける、ＰＴＤパラメータ、つ
まり比例ゲインＫｐ　、　１ｍ分時間Ｔｉ、微分時ＩＩ
ＩＴｄについての対外乱最適パラメータＫｐｄ。

Ｔｉｄ、Ｔｄｄ及び対目標値最適パラメータＫｐｓ、Ｔ
ｉｓ、　Ｔｄｓの値を示したものである。また、これら
各最適パラメータを使用した時の、ステップ外乱に対す
る応答を第２０図に、目標値Ｓｖの単位ステップ変化に
対する応答を第２１図に示す。

第２０図に示すように、ステップ外乱に対しては、対外
乱最適パラメータＫ　ｐｄ、　Ｔ　ｉｄ、　Ｔｄｄを設
定した場合にはグラフ（Ａ＞に示すごとく良好な応答が
得られるが、対目標値最適パラメータＫ　ｐｓ。

Ｔｉｓ、Ｔｄｓを設定した場合にはグラフ（Ｃ）に示す
ごとく定常偏差が生じてしまう。

その逆に、第２１図に示すように、目標値Ｓ■のステッ
プ変化に対しては、対目標値最適パラメータＫｐｓ、　
Ｔｉｓ、　Ｔｄｓを設定した場合にはグラフ（Ｃ）に示
すごとく良好な応答であるが、対外乱最適パラメータＫ
ｐｄ、　Ｔｉｄ、　Ｔｄｄを設定した場合にはグラフ（
Ａ＞に示すごとくオーバーダンピングを生じ振動的とな
る。

そこで、この点を解決すべく考えられたのが第１６図に
示した目標値フィルタ付Ｐ（Ｄ調節装置１０９で、これ
は前記標準形ＰＩＤ調節装置に対して対外乱最適パラメ
ータＫｐｄ、　Ｔｉｄ、　Ｔｄｄを設定しておき、上述
したような目標値ＳＶの変化に対するオーバーダンピン
グを防止するため、目標ｍｓｖに一次遅れフィルタ］１
１を介して変化を遅らせてその影響をゆるやかにしよう
とするものである。しかし、これとても全体の応答を遅
らせたのみで目標値追従に最適化させたわけではない。

また、第１７図に示１．ｔｃｒ−ＰＤｍｆｆＪ装置１１
３は、前記の対外乱最適パラメータＫｏｄ、　Ｔｉｄ、
　Ｔｄｄを設定しておけば、外乱に対しては第２０図の
グラフ（８）で示すように良好な応答となるが、目標値
追従については、目標値Ｓ■の変化に対し積分演算部１
１５のみで修正を行っているので第２１図のグラフ（８
）で示すごとく応答が非常に遅いという致命的な欠陥が
ある。

更に、第１８図に示したＰＶ微分先行形ＰＩＤ調節装置
１２３は、外乱変動に対してはＰ　Ｉ　Ｄ　ｆｆ、１１
皿となり、目標値ＳＶの変化に対してはＰＩ副制御目標
値追従の応答が遅い。また、この調節装置は前記標準形
ＰＩＤ調節装置とＩ−ＰＤ調節装置の中間的なものであ
り。一般に広く応用されてはいるが、対目標値最適パラ
メータと対外乱最適パラメータとが別値で存在する１自
由度Ｐ　Ｉ　Ｄ　Ｉ、ＩＩ御系である。

以上説明した従来技術の問題点をまとめると、次のよう
になる。

（１）　　各種の特徴ある構造のＰＩＤ制御方式の調節
装置が提案されているが、実際に必要に応じてあらゆる
構造のＰＩＤ制御方式が簡単に実現できる［ｉ装置がな
い。

（２）　　目標値に対しても外乱に対しても最適なＰＩ
Ｄパラメータが設定できる２自由度ＰＩＤ制御方式で統
合化されたものがなく、簡単に変更選択できる調節装置
がない。

このように、実用面で大きな問題点があり、実際の応用
面では大きな制約となり、結果として、プロセス制御全
体が中途半端の状態のままで放置されていた。

［発明の目的］この発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的と
しては、あらゆる構造のＰＩＤ調節系を簡単に実現でき
ることに加えて２自由度ＰＩＤＷ４節系を統合体系化で
きるようにしだ調部装置を提供することにある。

［発明の概要］上記目的を達成するため、第１の発明は、調節しようと
する目標値に対し目標値変化を遅らせた補正目標値を出
力する遅れ手段と、補正目標値と制御対象からの測定値
との偏差値について積分演算を行う積分手段と、目標値
に対し予め設定された調整演算を行う第１の調整手段と
、補正目標値に対し予め設定された調整演算を行う第２
の調整手段と、第１調整手段及び第２の調整手段の出力
合成値と測定値との偏差を演算する偏差演算手段とを備
え、積分手段と偏差演算手段からの出力値に基づき制御
対象をＩｍする調節装置。

また、第２の発明は、調節しようとする目標値に対し目
標値変化を遅らせた補正目標値を出力する遅れ手段と、
補正目標値と制御対象からの測定値との偏差値について
積分演算を行う積分手段と、目標値に対し予め設定され
た調整演算を行う第１の調整手段と、補正目標値に対し
予め設定されたｗ４！１演算を行う第２の調整手段と、
第１の調整手段及び第２の調整手段の出力合成値と測定
値との偏差を演算する偏差演算手段と、出力合成値に対
し予め設定された調整演算を行う第３の調整手段と、第
３の調整手段の出力値と測定値との偏差について微分演
算を行う微分手段と、積分手段と偏差演算手段と微分手
段からの出力値の加減算を行った結果について比例演算
を行い、その出力を制御対象に出力する比例手段とを有
することを要旨とする。

さらに、第３の発明は、調節しようとする目標値に対し
目標値変化を遅らせた補正目標値を出力する一次遅れ手
段と、補正目標値と制御対象からの測定値との偏差値に
ついて積分演算を行う積分手段と、目標値に対し予め設
定された調整演算を行う第１の調整手段と、補正目標値
に対し予め設定された調整演算を行う第２の調整手段と
、第１の調整手段及び第２の調整手段の出力合成値と測
定値との偏差を演算する偏差演算手段と、目標値に対し
予め設定された調整演算を行う第３の調整手段と、第３
の調整手段の出力値と測定値との偏差について微分演算
を行う微分手段と、積分手段と偏差演算手段と微分手段
からの出力値の加減算を行った結果について比例演算を
行い、その出力を制御対象に出力する比例手段とを有す
ることを要旨とする。

［発明の実施例］以下、図面を用いてこの発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明の第１の実施例に係る調節ＳＢのブ
ロック構成図である。同図における構成は、目標値ＳＶ
を入力してα・Ｓｖの乗算を行って信号αＳ■を出力す
る第１調整部７と、目標値ＳＶを入力してＳＶの変化に
時間遅れを与えて信号ＤＳＶを出力する一次遅れフィル
タ１１と、信、’３ＤＳＶを入力してβ・ＤＳＶの乗算
を行って信号βＤＳＶを出力する第２調整部９と、αＳ
Ｖ＋゛βＤＳ■の加算を行って信号ＡＤを出力する加算
部１９と、ＤＳＶ−ＰＶ　（測定値）の減算を行って偏
差ＳＤ１を出力する減算部２１と、ＡＤ−ＰＶの減算を
行って偏差ＳＤ２を出力する減算部２３とを有し、さら
に、信号ＳＤ１を入力して積分時間Ｔｉで積分演算を施
して信号ＩＳＤを出力する積分演算部１３と、測定値Ｐ
■を入力して微分時間Ｔｄで微分演算を施して信号ＤＰ
Ｖを出力する微分演算部１７と、ＳＤ２＋　ｌ５Ｄ−Ｄ
ＰＶ（７）演算を行って信号ＣＶを出力する加減算部２
５と、信号ＣＶを入力して比例ゲインＫｔ）を乗じて操
作量ＭＶを出力する比例部１５とを構成要素としてなる
調節装置３と、制御対象５とを有する構成となっている
。

このような構成により、調節装置３は測定１ｉｉＩＰＶ
が目標＊ＳＶに等しくなるように制御対象５を制御する
。つまり、まず、目標値Ｓ■に調整係数αを乗じた信号
αＳＶと、目標Ｓ■の一次遅れフィルタ１１を介した信
号ＤＳ■に調整係数βを乗じた信号βＤＳＶを、加算部
１９で加算合成し、その結果である信号ＡＤを減算部２
３に入力し、測定値Ｐｖとの偏差ＳＤ２を算出して加減
算部２５に入力する。一方、目標値ＳＶの１次遅れフィ
ルタ１１を介した信号ＤＳＶを減算部２１に入力し、測
定値Ｐｖとの偏差ＳＤ１を算出し、これを積分演算部１
３に入力して積分演算した信号■ＳＤを加減算部２５に
入力する。また一方、測定値ＰＶを微分演算部１７に入
力して微分演算した信号ＤＰＶを加＠粋部２５に入力す
る。次に、これらの信号をＳＤ２．ＩＳＤ、ＤＰＶを加
減算部２５にて加減算した信号Ｃ■に比例ゲインＫｐを
乗じた信号を操作信号ＭＶとして、制御対象５に入力す
るのである。

次に、本実施例において、第１調整部７の調整係数α、
第２調整部９の調整係数β、及び１次遅れフィルタ１１
の時定数ＴＯの設定により実用可能な各種の調節装置を
図面に従い説明する。

第５図は、前記α、β、Ｔｏの設定により少なくとも実
現可能な各種の調節装置を例示したものである。以下、
各設定ＮＯ０について順次説明する。

（１）設定Ｎｏ、１または設定Ｎ００２第１図において
、α−１，β＝○、ＴＯ＝Ｏまたはα＝Ｏ１β＝１．Ｔ
ｏ＝０と設定した場合には、第６図のようになり、これ
は所謂Ｐｖ微分先行形ＰＩＤ制御方式を採用した調節装
置であり、一般に広く応用されている。外乱変動に対し
てはＰＩＤ制御となり、目標変化に対してはＰＩ制御で
、目標値追従の応答が遅いという欠点を有する。

また、この調節装置は１自由度ＰＩＤ制御系で不完全な
方式である。

（ＩＩ）設定Ｎｏ、３第１図において、α＝β＝Ｔｏ＝Ｏと設定した場合には
、第７図のようになり、これは所謂１−ＰＤ制御方式を
採用した調節装置であり、これも一般に多用されている
方式である。外乱変動に対してはＰＩＤ制御で、目標値
変化に対してはＩＩ御のみである。従って、目標値追従
の応答が遅いという欠点を有するが、発散振動系はうま
＜　１ｂｌＪ御できる長所を持っている。この調節装置
は１自由度制御系であり、Ｋｐ　、Ｔｉ　、Ｔｄの各Ｐ
ＩＤパラメータには対外乱最適パラメータを設定する。

（ＩＩＩ）設定Ｎｏ、４第１図において、ａ−Ｑ、β−１、Ｔｏ−Ｔｉと設定し
た場合には、第８図にようになり、これは所、７ＪＰＶ
微分先行形目標値フィルタ付ＰＩＤ制御方式を採用した
調節装置である。Ｋｐ　、　Ｔｉ　。

Ｔｄの各ＰＩＤパラメータとして対外乱最適パラメータ
を設定し、１次遅れフィルタ１１の時定数ＴＯとしてＴ
ｏ　＝Ｔｉ　と設定すると、外乱抑制特性及び目標値追
従特性の双方に対して最適となる一種の２自由度ＰＩＤ
制御系である。この２自由度ＰＩＤ制御系には次のよう
な利点がある。第一に調整が容易なことである。つまり
、実際に、各制御パラメータのファインチューニングは
目標値のステップ応答により行うが、Ｔｏ＝Ｔｉの関係
を保っておくと、目標値変化に対する応答が最適となれ
ば外乱変化に対しても最適となっており、対外乱及び対
目標値の応答性を同時に考慮しつつ各制御パラメータを
決定するという複雑な処理を行う必要がない。第二に制
御性が向上することである。つまり、対外乱に対しても
、対目標値に対してもＲ珊となっているので、特にカス
ケード制御、５ＰＣ（５ｅｔ　　ｐｏｉｎｔ　　Ｃｏｎ
ｔｒｏｌ）プログラム制御等の制御性が向上するのであ
る。

（ＩＶ　）設定Ｎｏ、５第１図において、α＝０．β＝可変、Ｔｏ＝Ｔｉとした
場合には、第９図にようになり、これは所謂Ｐ■微分先
行形目標値フィルタ付Ｐ−ｒｌＤ制御方式を採用した調
節装置である。この調節装置は前記（Ｉ［［）のＰＶ微
分先行形目標値フィルタ付ＰＩＤ制御方式の調節装置に
、目標値変化に対するＰ動作の強さを独立して調整でき
る機能を有する第２調整部９を付加したもので、前記（
ＩＩＩ）よりも更に目標値追従特性を微調整でき、制御
性が向上する。

（Ｖ）設定Ｎ０．６第１図において、α＝可変、β＝１−α、　Ｔ。

＝Ｔｉと設定した場合には、第１０図のようになり、こ
れは所謂ＰＶ微分先行形目標値フィルタ付Ｄ−Ｐ　Ｉ　
Ｄ制御方式を採用した調節装置である。

ここで、第１０図の加算部１９の出力Ｓｖを求めると、
次式のようになる。

■式によれば、ＳＶ′は目標値に対して微分演算が施さ
れた値になっており、本構成によれば、微分演算部を設
けなくても目標値変化に対して微分演算をＴ”４するこ
とができる。そしてここではαが目標値変化に対する微
分ゲインとなっており、αを可変することにより、目標
値の微分制御動作が付加されることになり、前記（ＩＩ
Ｉ）よりも更に目標値追従特性を微調整することができ
る。つまり、このｗＪ節装置は、前記（ＩＩＩ）に目標
値変化に対するＤ制御の強さを調整できる機能を付加し
たものである。

（ＶＩ）設定Ｎ００７第１図において、α＝可変、β＝可変、ＴＯ＝Ｔｉと設
定した場合には、第１１図のようになり、これは所ＷＩ
ＰＶ微分先行形目標値フィルタ付ＰＤ−ＰＩＤＩＩ、Ｉ
１１！Ｄ方式を採用した調節装置である。ここで、第１
１図の加算部１９の出力Ｓｖを求めると、次式のように
なる。

■式によれば、（α＋β）が目標値変化に対する比例ゲ
イン、αが目標値変化に対する微分ゲインとなっており
、αを可変することにより比例ゲイン及び微分ゲインを
、βを可変することにより比例ゲインを独立に調整でき
ることになり、前記（ＩＩＩ）乃至ＮＶ）よりも更に目
標値追従特性を微調整することができる。つまり、この
調節装置は、前記（ＩＶ　）及び（Ｖ）を合成したもの
、或いは、前記（１）に目標値変化に対するＰ制御とＤ
制御の強さを調整できる機能を付加したものである。

（■）設定Ｎｏ、８または設定Ｎｏ、９第１図において
、α＝可変、β＝Ｏ，Ｔｏ　＝０またはα＝ｏ、β＝可
変、Ｔｏ＝Ｏと設定した場合には、第１２図のようにな
り、これは所講Ｐ−１−ＰＤＩＩＩＩＩＩ方式を採用し
た調節装置である。この調節装置は前記（Ｕ）のＩ−Ｐ
Ｄ制御方式の調節装置に目標値変化に対するＰ動作の強
さを調整できる機能を有する第１調整部７を付加したも
ので、外乱変動に対してはＰＩＤ制御となり、目標値変
化に対してはＰ　Ｉ　ＩＩＩ　ｉｌｌとなり、ｒ−ＰＤ
制御方式の目標値追従特性が遅い欠点を改善できる。

（■）設定ＮＯ，１０第１図において、α＝０．２９２．β＝０．ＴＯ＝可変
と設定した場合には、第１３図のようになり、これは所
謂ＰＶ微分先行形２自由度ＰＩＤ制御方式を採用した調
節装置である。この調節装置においては、Ｋｐ　、Ｔｉ
　、Ｔｄの各Ｐ　１．　Ｄパラメータとしては例えばＣ
ＨＲ（Ｃｈｉｅｎ　−＠　ｒｏｎｅｓ−Ｒｅ３ｗｉａｋ
）法により対外乱最適パラメータを設定しておき、目標
値追従最適パラメータは、比例ゲインを第１調整部７の
調整係数αにより、積分時間を一次遅れフィルタ１１の
時定数ＴＯにより修正設定し、対外乱、対目標値の双方
に対しては最適なパラメータが設定できる。

以下、制御対象５を次式で近似した場合の各パラメータ
の設定方法を具体的に説明する。

（＋＞ＣＨＲ法（行き過ぎなし・ｉ短時間整定を評価基
準とした場合）によれば、対外乱及び対目標値Ｒ”ｒ１
４パラメータは次のようになる。

■対外乱最適パラメータ（１１節装置の制御方式：ＰＩＤ）比例ゲインＫｌ）：Ｑ、９５Ｔ／ＫＬ積分時間Ｔ：２．４Ｌ微分時間　Ｔｄ　：０．４Ｌ ■対目標値最適パラメータ（ＷＡｉｉ装置の制御方式：ＰＩ）比例ゲインＫｐ　：０．３５Ｔ／ＫＬ積分時１ｍＴｉ：１．２Ｔ（２）　　Ｋｆ）、Ｔｉ　、Ｔｄの各ＰＩＤパラメータ
として、（１）−■により求められる対外乱最適パラメ
ータを設定する。

（３）　　次に調整係数α及び時定数ＴＯを設定する。

対目標値最適パラメータをＫｌ）、ＴＩとすると、次式
が成立する。

Ｋｐ＝α・Ｋｐ　　　　　　　　　　　　　　・・■従
って、調整係数αは（１）により、次式のように設定さ
れる。

０式によれば、調整係数αはプロセス特性Ｔ、Ｋ。

Ｌに影響されない定数値として得られる。このことから
この係数値により広範囲のプロセスに適用し得ることと
なる。また、一方時定数ＴＯは次式つまり、このように
して、対外乱最適パラメータと対目標値最適パラメータ
を独立して個別に設定できる完全２自由度ＰＩＤｔｌＪ
御系が構成されるのである。

この結果、制御対象５が例えば「−次遅れ＋む゛だ時間
」の要素で構成されている場合の単位ステップ応答とし
ては、第１４図の（Ａ）、（Ｂ）に示すようになる。す
なわち、外乱変化に対する制御性としては時定数ＴＯが
大きくなってもオフセット生じることなく良好である（
第１４図（Ａ））一方、目標値変化に対する制御性につ
いても第１４図（Ｂ）に示す如くオーバシュートが小ざ
く高い追従性を得ることができる。

第２図は、この発明の第二の実施例に係る１ｌｆｆｉ装
置のブロック構成図である。同図における調節装置２７
の構成は、前述した第一の実施例（第１図参照）におい
て、加算部１９の出力信号ＡＤを出力してγ・ＡＤの演
算を行って信号γＡＤを出力する第３調整部２９と、γ
ＡＤ−ＰＶの減算を行って偏差ＳＤ３を出力する減算部
３１を付加して、微分演算部１７に調整係数γにより調
整された補正目標値を入力する構成となっている。

このような構成により、調節装置２７は測定値ＰＶが目
標値ＳＶに等しくなるように！ｉ制御対象５を１１１１
１１する。つまり、まず、目標値Ｓｖに調整係数αを乗
じた信号αＳｖと、目標値ＳＶの一次遅れフィルタ１１
を介した信号ＤＳＶに調整係数βを乗じた信号βＤＳＶ
を、加算部１９で加算合成し、その結果である信号ＡＤ
を減算部２３に入力し、測定値Ｐｖとの偏差ＳＤ２を算
出して加算部２６に入力する。一方、目標値Ｓｖの一次
遅れフィルタ１１を介した信号ＤＳｖを減算Ｗ２１に入
りし、測定値Ｐｖとの偏差ＳＤ１を算出し、これを積分
演算部１３に入力して積分演算した１５号ＩＳＯを加算
部２６に入力する。また一方、前記信号ＡＤに調整係数
γを乗じた信号γＡＤを減算部３１に入力し、測定値Ｐ
ｖとの偏差ＳＤ３を算出し、これを微分演算部１７に入
力して微分演算した信号ＤＳＤを加算部２６に入力する
。次に、これら信号ＳＤ２、ＩＳＤ、ＤＳＤを加算部２
６にて加算した信号Ｃｖに比例ゲインにρを乗じた信号
を操作信号ＭＶとして、制御対象５に入力するのである
。

本実施例においても、第一の実施例と同様に、第１調整
部７の調整係数α、第２調整部９の調整係−数β、第３
調整部２９の調整係数γ、及び−次遅れフィルタ１１の
時定数ＴＯの設定により種々の調節装置が実現できる。

すなわち、ｒ＝０と設定したときには、本実施例の調節
装置は第一の実施例（第１図参照）と全く同一となり、
前述した（Ｉ）乃至（■）のバリエーションが実現でき
る。また、γ＝可変としたときには、第一の実施例の調
部装置に対し、目標値変化に対するＤ制御の強さを信号
ＡＤに基づき調整できる機能を付加したものとなり、更
に汎用性が広がった調節装置となるのである。例えばα
＝０．β＝１．γ＝１と設定すると、目標値フィルタ１
１を介した信号Ｄ　Ｓ　Ｖを比例、積分、微分の全ての
演算に対して供給でき、目標値変化を純化させた状態で
各演算を均等に実現できる。

第３図は、この発明の第三の実施例に係る調節装置のブ
ロック構成図である。同図における調節装置３３の構成
は、前述した第一の実施例（第１図参照）において、目
標値Ｓ■を入力してγ・ＳＶの演算を行って信号γＳｖ
を出力する第３調整部２９と、γ５ｖ−ｐｖの減算を行
って偏差ＳＤ３を出力する減算部３１を付加して、微分
演算部１７に調整係数γにより調整された目標値を入力
する構成となっている。

本実施例の構成及び作用は、第２の実施例（第２図参照
）とほぼ同様で、第３調整部２つの調整係数γを設定す
ることにより、目標値変化に対するＤ制御の強さが独立
して調整でき、汎用性の広い調節装置を実現できる。

またβ＝Ｏに設定すると、比例、微分、積分の各演算に
対する目標値変化を独立した状態にて加えられ、各ゲイ
ンγ、α、Ｔｏをプロセスに応じ修正できる。

第４図は、この発明の第四の実施例に係る調節装置のブ
ロック構成図である。同図における調節装置３５の構成
は、前述した第一の実施例（第１図参照）・から、微分
演算部１７を削除したもので、流量、圧力等の如く応答
性のよい制御対象５にあっては外乱変化に対してＰＶ微
分先行を加える制御の行き過ぎが生じる場合もあり、こ
のようなプロセスには好適な制御を実現できる。

本実施例においても、ＰＩ開制御範囲内で、第一の実施
例と同様に、第１調整部７の調整係数α、第２調整部９
の調整係呻β、及び−次遅れフィルタ１１の時定数ＴＯ
の設定により秤々の調節装置が実現できる。

尚、上述した本発明の実施例においては、位置形演算方
式のもとに説明を行ったが、ＤＤＣ（ｄｉｒｃｃｔ　　
ｄｉｇｉｔａｌ　　ｃｏｎｔｒｏｌ　）”で多用されて
いる速度形演算方式についても、本発明の主旨を変更し
ない範囲で適用できる。

また、本発明の各実施例における微分演算部の微分動作
については、完全微分子ｄ−８を使って説明したが、こ
れは広義の微分を意味し、実際に用いられる不完全微分
子ｄ／（１＋γ・Ｔｄ−８）（ここでγ＝０．２〜０．
３）をも含むものである。

さらに、各実施例では、一時Ｒれフィルター１を用いて
説明したが、これは遅れフィルタであれば一次でなくて
もよく、例えば２次の場合”では次の如き式により達成
できる。

１＋Ｔ、・５＋Ｔ、、ＳＬ［発明の効果］以上説明したように、第１の発明によれば、調節しよう
とする目標値に対し遅れ手段を通した補正目標値と制御
対象からの測定値との偏差値について積分手段により積
分演算を行い、・一方で、目標値に対して第１の調整手
段、で、また補正目標値に対して第２の調整手段で夫々
予め設定された調整演算を行い、第１の調整手段及び第
２の調整手段の出力合成値と測定値との偏差を偏差演算
手段にて演算を行い、前記積分手段及び偏差演算手段、
かうの出力値に基づき制御対象を調節することとしたの
で、第１、第２の調整装属人々の調整係数及び遅れ手段
の時定数の設定組合せにより、各種のＰ　Ｉ　ｉＩ＋１
１　Ｉ１１１００調節装置が、必要に応じて簡単に自由
自在に選択実現できる。

また第２、第３の発明によれば、調節しようとする目標
値−に対し遅れ手段を通した補正目標値と制御対象から
の測定値との偏差値について積分手段により積分演算を
行い、一方で、目標値に対して第１の調整手段で、また
補正目標値に対して第２の調整手段で夫々予め設定され
た調整゛演算を行い、第１の調整手段及び第２の調整手
段の出力合成値と測定値との偏差を偏差演算手段にて演
算を行い、また一方で、目標値或いは前記出力合成値に
対して第３の調整手段で予め設定された調整演算を行い
、該調整演算結果と測定値との偏差について微分手段に
より微分演算を行い、前記積分手段、偏差演算手段、及
び微分手段からの出力値の加減算を行った結果について
比例手段により比例演算を行い、その出力を制御対象に
出力することとしたので、第１．第２．第３の調整装属
人々の調整係数及び遅れ手段の時定数の設定組合せによ
り、各種のＰＩＤ制御方式の調節装置が、必要に応じて
簡単に自由自在に選択実現できる。また更に、前記設定
組合せにより、目標値に対しても、外乱に対しても最適
なＰＩＤパラメータが設定できる２自由度ＰＩＤｌｌＪ
ｔｌｌ方式の調節装置の各種についても、必要に応じて
、簡単に自由自在に選択実現できることとなり、結果と
して、高度な制御性を有する万能形ＰＩＤ制御方式の調
節装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第一の実施例に係る調節装置のブロ
ック構成図、第２図はこの発明の第二の実施例に係る調
節装置のブロック構成図、第３図はこの発明の第三の実
施例に係る調節装置のブロック構成図、第４図はこの発
明の第四の実施例に係る調節装置のブロック構成図、第
５図は第１図においてα、β１丁０の設定により実現可
能な各種の調節°装置の一覧、第６図乃至１３図は第５
図における各種の調節装置のブロック構成図、第１４図
は第１図の調節装置の作用を説明するための図、第１５
図乃至第１８図は従来の調節装置のブロック構成図、第
１９図は対外乱及び対目標値最適パラメータを示す図、
第２０図は従来の調節装置の外乱に対する応答特性を示
す図、第２１図は従来の調節装置の目標値変化に対する
応答特性を示す図である。３．２７．３３．３５・・・調節装置７・・・第１調整部９・・・第２調整部２９・・・第３調整部１１・・・−次遅れフィルタ１３・・・積分演算部１５・・・比例部１７・・・微分演算部１９．２６・・・加算部２１．２３．３１・・・減算部２５・・・加減算部Ｓｖ・・・目標値ｐｖ・・・測定値第６図第１５図Ｍ１６図 ■ −−−−−＋　　　　　　＋　　＋＋　　＋　　Ｊ第１
７図第１８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）調節しようとする目標値に対し目標値変化を遅ら
せた補正目標値を出力する遅れ手段と、補正目標値と制
御対象からの測定値との偏差値について積分演算を行う
積分手段と、目標値に対し予め設定された調整演算を行
う第１の調整手段と、補正目標値に対し予め設定された
調整演算を行う第２の調整手段と、第１の調整手段及び
第２の調整手段の出力合成値と測定値との偏差を演算す
る偏差演算手段とを備え、積分手段と偏差演算手段から
の出力値に基づいて制御対象を調節する調節装置。
（２）調節しようとする目標値に対し目標値変化を遅ら
せた補正目標値を出力する遅れ手段と、補正目標値と制
御対象からの測定値との偏差値について積分演算を行う
積分手段と、目標値に対し予め設定された調整演算を行
う第１の調整手段と、補正目標値に対し予め設定された
調整演算を行う第２の調整手段と、第１の調整手段及び
第２の調整手段の出力合成値と測定値との偏差を演算す
る偏差演算手段と、出力合成値に対し予め設定された調
整演算を行う第３調整手段と、第３の調整手段の出力値
と測定値との偏差について微分演算を行う微分手段と、
積分手段と偏差演算手段と微分手段からの出力値の加減
算を行つた結果について比例演算を行い、その出力を制
御対象に出力する比例手段とを有することを特徴とする
調節装置。
（３）調節しようとする目標値に対し目標値変化を遅ら
せた補正目標値を出力する遅れ手段と、補正目標値と制
御対象からの測定値との偏差値について積分演算を行う
積分手段と、目標値に対し予め設定された調整演算を行
う第１の調整手段と、補正目標値に対し予め設定された
調整演算を行う第２の調整手段と、第１の調整手段及び
第２の調整手段の出力合成値と測定値との偏差を演算す
る偏差演算手段と、目標値に対し予め設定された調整演
算を行う第３の調整手段と、第３の調整手段の出力値と
測定値との偏差について微分演算を行う微分手段と、積
分手段と偏差演算手段と微分手段からの出力値の加減算
を行った結果について比例演算を行い、その出力を制御
対象に出力する比例手段とを有することを特徴とする調
節装置。
（４）前記第３の調節手段が出力合成値に対して調整係
数ｒ＝０として調整演算することを特徴とする特許請求
の範囲第２項に記載の調節装置。
（５）前記第３の調節手段が目標値に対して調整係数ｒ
＝０として調整演算することを特徴とする特許請求の範
囲第３項に記載の調節装置。
（６）前記第３の調節手段が出力合成値に対して調整係
数ｒ＝０として調整演算すること、及び前記微分手段が
微分時間Ｔｉ＝０として微分演算することを特徴とする
特許請求の範囲第２項に記載の調節装置。
（７）前記第３の調節手段が目標値に対して調整係数ｒ
＝０として調整演算すること、及び前記微分手段が微分
時間Ｔｉ＝０として微分演算することを特徴とする特許
請求の範囲第３項に記載の調節装置。