JPS61210401A - プロセス制御装置 - Google Patents

プロセス制御装置

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JPS61210401A
JPS61210401A JP5049385A JP5049385A JPS61210401A JP S61210401 A JPS61210401 A JP S61210401A JP 5049385 A JP5049385 A JP 5049385A JP 5049385 A JP5049385 A JP 5049385A JP S61210401 A JPS61210401 A JP S61210401A
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JP
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limiter
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calculation
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signal
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JP5049385A
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English (en)
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Hideyuki Tadokoro
秀之 田所
Akira Miyamoto
章 宮本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ディジタル形のプロセス制御装置に係シ、特
に、制御演算に速度形演算を用い、プロセス制御装置内
で、調整出力に対するリミッタ、変化率リミッタをかけ
る際に制御性を向上させるのに好適なプロセス制御装置
に関する。
〔発明の背景〕
ディジタル形プロセス制御装置の演算手続は、PID 
(比例、積分、微分)演算等を具備するのが一般的であ
る。
PID演算の実現法としては、 KP;比例ゲイン Δt;サンプリング周期 TzH積分時間 KD;微分定数 Mv:調整出力 e、;偏差 Δe@”ea  ’a −1 (e aは、今回制御周期の偏差、e、−1は前回制御
周期の偏差) なる演算式によって、調整出力MV自身を出力する位置
型演算および ΔΔe、=Δe、−Δe、−1 なる演算式によって、l!115I出力MVの変化量Δ
MYを出力する速度型演算がある。
位置型演算においては、制御ループの切換、カスケード
制御系の、カスケード系のオープン、クローズ処理、手
動モード、自動モード切換がパンプレスに行なわれるよ
うに、以下に示す方法がとられている。
すなわち制御ループの切換のある系では、シンスキー著
「プロセス制御システム」訳長山千五部他、好学社、昭
和47年発行(P181〜P185)−に述べられてい
るように、選択されていないルー整出力MV値にトラッ
キングさせる方法をとる。
カスケード系では特開昭55−39943号公報に記載
されているように、カスケード系のカスケード制御開始
時のタイミングで、イニシアル処理を行なうなどの方法
によって、バンプレス切換が行なわれるような処理を行
なわなければならない。
また、手動モードにて運転中には、1項C積分項)の演
算を行なわない処理、すなわち積分分離機能が必要とな
る。
このように、位置型演算では、バンプレス切換のための
処理が必要となシ、制御系の構成が複雑゛ になりがち
である。また、位置型演算では、リセットワインドアッ
プ防止に対しても、1項の分離を行なうなどの処理が必
要となる。
これに対して、速度形演算では、つねに前回の調整出力
MV値からの変化量ΔMYのみを出力するために、本質
的にバンプレスであシ、リセットワインドアップも生じ
ない。速度形演算を用いた制御系の構成例としては例え
ば特開昭55−95103号公報がある。本例では、速
度形演算の特徴を生かして、3つのPI制御系の切換を
容易なものとしている。
しかしながら、速度演算では、上記の長所を有するもの
の、調整出力に対して、リミッタ要素が付加される際、
調整出力MVが、リミッタの上下限設定値付近にあった
場合、P項C比例項)、D項C微分項)による調整出力
MV値のもどしすぎ現象が生じることが知られている。
また、MV値に対して、変化率IJ ミッタをかける場
合においては、P項は、偏差の変化量Δe、、D項はΔ
e。
の変化量ΔΔe、に対してしか演算が行なわれないため
、ステップ状の偏差入力の場合は、変化率リミッタによ
る調整出力MVの出力不足が生じる。
〔発明の目的〕
そこで、本発明の目的は、リセットワインドアップ対策
、バンプレス切換処理が不要であるという速度形演算の
長所を生かしつつ、リミッタ、変化率IJ ミッタを付
加した場合にも、上記の制御性の低下を起こさないプロ
セス制御装置を提供するところにある。
〔発明の概要〕
本発明は、速度形演算によって、少なくとも比例項演算
、積分項演算を行ない、比例項演算信号の絶対値がリミ
ッタの絶対値より大のとき、比例項演算信号とリミッタ
値の差分を求め、この差分を比例項演算手段に、次回の
制御周期にて加算するところに特徴がある。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図は、本発明の第1の実施例の構成を示す概念図で
ある。
プロセス量はセンサ10により検出され、4〜20mA
% 1〜5v等の電気信号として、プロセス入力インタ
ー7エース11によって取シ込まれる。電気信号として
取シ込まれたプロセス量はA/D変換器12によってデ
ィジタル信号に変換され、マイクロプロセサ、メモリ等
より構成される制御演算ユニット14に取シ込まれる。
また、バルブ・モータ等のON、OFF、リレーの接点
入力等のディジタル入力はディジタル入出力インターフ
ェース17t−通じて制御演算ユニット14に取り込ま
れる。制御演算に必要な設定値、パラメータ等は設定イ
ンターフェース13t−通して制御演算処理ツ)14に
設定される。設定された設定値、パラメータはこれを、
制御演算ユニット14内のメモリに記憶しておき、制御
演算実行時K1g1時参照する。
制御演算ユニット内では、メモリ内にあらかじめ格納さ
れたプログラムが、入力したプロセス量。
ディジタル入力、設定値、パラメータを用いて制御演算
を行なう。プログラムの概略フローチャートを第2図に
示す。
制御演算ユニット】4での演算結果は、調整出力として
、D/A変換器15内のレジスタにかきこまれ、D/A
変換器15によって電圧信号等のアナログ量に変換され
、出力インターフェース16によって操作端に対して出
力され、バルブ18、ポンプ19等を駆動する。
次にプログラムの概略フロー第2図の説明に移る。本プ
ログラムは、本プロセス制御装置起動時のイニシアル処
理終了後、定められた制御周期にしたがって周期的に実
行される。
処理21は、プロセス量の取込である。本処理において
、A/D変換器12でディジタル量に変換されたプロセ
ス量を制御演算ユニット内のメモIJ g IJアに記
憶する。処理22は入力補正演算であシ、処理21によ
ってメモリエリア内に格納されたプロセス量に対して開
平演算、温度圧力補正。
密度補正、フィルタ処理を施す。処理23は入力補正演
算終了後のプロセス量、設定値、パラメータ、ディジタ
ル入力に基づいて制御演算を行なう処理である。本発明
の特徴となる、リミッタ、変化率リミッタにて制限され
た余りのうち、比例項演算信号によるものを次回のリミ
ッタ前調整出力に加える処理は処理23の一部分を構成
する。処理24は処理23によって算出された調整出力
をプロセスに対して出力するための処理である。本処理
によって、調整出力はD/A変換器15内のレジスタに
書き込まれる。
次に、処理23の詳細処理内容を第3図によって説明す
る。第3図はマイクロプロセサ内で行なわれる制御演算
処理23の内容をブロックダイヤグラムにて表現したも
のである。
ここで1点鎖線で囲まれた処理39内のl連の処理がP
ID演算を速度を演算によって行ない、調整出力MYの
変化量ΔMVを出力するものである。処理39では、設
定値Svとプロセス量Pv1調整出力MVを入力し、速
度型演算による調整出力変化量ΔMVを出力する。処理
39にて出力された変化量ΔMYはアナログ出力として
出力するために積分要素38によって位置製出力に変換
する。40は自動モード、手動モードの切換スイッチで
あシ、38の出力か手動入力かが選択され、最終的に調
整出力MVとして出力される。
処理39内ではまず今回制御周期に取シ込んだ設定値S
vとプロセス量PVの偏差ならびに、偏差の変化量を算
出する。
e、=PV−8V       ・・・・・・・・・・
・・(1)Δe s =e a −em−1・・・・・
・・・・・・・(2)e、は、次回の制御周期でe、−
1として、0)式の演算に用いるため、これをメモリに
記憶しておく。
次に、比例項演算信号、a分項演算信号、微分項演算信
号を個々に演算する。
微分項演算信号は、本例では位置型演算を用いている。
偏差の変化量Δe、に対し、ブロック31Dで、比例ゲ
インKpを掛け、ブロック35でKn/Δtを掛ける(
 K Dは微分定数、Δtは制御周期)。しなかって、
微分項演算信号dは(3)式によって算出する。
次に比例項演算信号の演算であるが、本演算は速度形演
算によって行なう。比例項演算信号は、31P、32.
33のブロックにて行なわれる。
まずブロック31Fにて比例ゲインKpを掛け、次に、
ΔMYリミッタ32(変化率リミッタ)が前回制御周期
で算出したリミッタ余#)R1を加える。すなわち、リ
ミッタ前比例項調整比カX1は次式のようになる。
X1=Kp’Δe、+R+    ・・・・・・・・・
(4)さらにX、をΔMVリミッタ32により、変化率
の上下限設定範囲内に制限する。また、32では、リミ
ッタ余り1N1 をあわせて算出する。几鳳は、メモリ
内に記憶され、これを次回の制御周期において、(4)
式の計算に用いられる。ブロック32の処理と数式で示
すと、ΔMvリミッタ後比例項出力t−石 と1−ると
、 石”DMH(DMH(xlのとき1−=−r5a15C
X+(DtVL≦狛≦DMHのとき)・(5b)石=D
ML  (xt <DMLのとき1・・・・・・(5C
)R亀=Xl−Xi・・・・・・・・・・・・・・・(
6)(6)式は% xiの絶対値とリミッタ値DMH。
DMLの絶対値を比較し、Xlの絶対値が大なるとき、
Xl とリミッタ値の差分をとることを意味している。
、xlがΔMVリミッタにかからない場合はゼロである
ここで、DMHは、ΔMYリミッタ32の上限設定値、
D MLは下限設定値である。
次に、石に、前回調整出力!MYを加え位置形出力とし
、さらに、Mvリミッタ33によって、前回制御周期で
算出されたリミッタ余シ几2を加える。
すなわち、比例項演算信号のMVIJミッタ前出力Xl
は、 Xl”石+MV十几2    ・・・・・・・・・・・
・(7)x2に対して、MVリミッタ36は、(8al
(8bl、 (8cl 、(9)に示す演算を施す。(
8al。
(8bl、  (8cl は比例項演算成分の算出式、
(9)はリミッタ余#)Rzの算出式である。R,zは
、メモリ内に記憶され、次回の制御周期で、(7)式の
演算に用rられる。
p”MH(MH(x2のとき)   ・・−・・−・−
(8alp=Xs  (ML≦X1≦MHのとき)・・
・・・・(8b)p = M L (XI <MLのと
き)   −・−・−・(8clR1=xl −p  
    ・・・・・印・・・・・・・・・・(9)ここ
でMHは、MVリミッタ33の上限設定値、MLは下限
設定値である。(9)式は、X2がMVIJミッタにか
からなければゼロとなる。結果的に、X2の絶対値とり
Sツタ値(MH,MLlの絶対値を比較し、X2の絶対
値が大なるとき、Xlとリミッタ値の差分をとることに
相当する。
以上で比例項演算信号の演算が終了する。この比例項演
算信号の演算処理が本発明の特徴となるところである。
積分項演算信号は、311,34のブロックにて行なわ
れる。本演算も速度形演算による。すなわち、偏差e、
に311で比例ゲインKpを掛け、34でΔt/“I’
+t”掛ける。すなわち積分項演算信号iは、 である。ここでT!は積分時間。
以上の演算処理で比例項演算信号p、積分項演算信号i
、微分項演算信号dの演算が終わったので、3者の和を
とり、比例、構分、微分項出力vt− my=p+i+d      ・・・・旧・・・・・(
Illと算出する。mvは、位置形出力となっている。
ここでさらにMYリミッタ36によって、mvの値を、
ML−MHの間に制限する。算出方法は、MYリミッタ
33における(8)式と同様である。
36では、リミッタ余りの演算を行なわない。
次に、調整出力前回値MVを36の出力から差し引き、
速度形出力Δmvとする。Δmyは、jMVIJミツ1
37によりテ% D M L−D M Hの間に制限さ
れる。算出方法は、ΔMVIJミッタ32における(5
)式と同様である。37では、IJ ミッタ余りの演算
は行なわない。ΔMVリミッタ37後の出力tΔMYと
する。
ΔMYは、前述のように、積分要素38にて位置製出力
に変換され、自動モード、手動モード切換スイッチを径
由して調整出力MYとして、出力される。MYの値は、
D/人変換器15内のレジスタに書き込まれると同時に
、メモリ内に記憶され、次の制−御周期で用いられる。
第5図に、本発明を用いた場合の比例項の応答例を示す
51のような矩形の偏差が発生した場合、偏差に対する
KpΔe1の速度形演算出力は、52゜53のように、
e、の変化した時にのみ出力される。52では、MYリ
ミッタによって几2の部分が制限されている。積分要素
38通過後の比例項は、MVリミッタなき場合は、54
に示す出力となるが、Mvリミッタのかかった場合、5
6の出力となる。本発明のごとくリミッタ余シR2を、
次回の制御周期に反映させないと、偏差発生時t1で、
出力52の凡2に相当する部分がすてられ、偏差回復時
t2で、Ra2に相補する量だけ55に示すごとく余分
にひきもどされてしまう。
余分にひきもどされた部分は、積分項によらねばならず
制御性が低下する。
本実施例では、手動モード、自動モードの切換+7)際
に、バンプレス処理のための特別な処理を必要としない
速度m演算の長所を生かしつつ、MVリミッタ、ΔMV
リミッタを付加してもP、  D項による出力もどしす
ぎ現象、出力不足を解消し、制御性を低下させないと−
う長所を有する。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。
第2の実施例では、全体構成、制御演算ユニット内に記
憶されたプログラムの概略フローチャートは第1の実施
例と同じなので説明を省略する。制御演算の処理フロー
を第4図に示す。
第2の実施例では、第1の実施例の説明図(第3図1に
示した処理39に対応する部分をサブルーチン化し、4
1.42.43のPID制御系l。
2.3の制御演算処理に用いている。各々、設定値SV
I、SV2.SV3、調整出力M V 、プロセス量P
VI、PV2.PV3を入力し、出力として、速度型出
力ΔMVI、JMV2.JMVaを出力する。ΔMV1
.  ΔMV2.  ΔMV3の出力は、出力切換器4
5に入力され、制御系切換論理44によって、選択され
た制御系の速度型出力を選択しくΔMV)、積分要素4
6に入力する。
積分要素通過後の出力MVが調整出力として、操作端に
出力される。
本適用例においても、PIDl〜3の制御系切換の際に
、選択されていない系のリセットワインドアップ対策が
不要、バンプレス切換のための特別な処理を必要としな
いという速度型演算の長所を生かしつつ、各制御系に、
MVIJミッタ、ΔMVリミッタを付加しても、P、D
項による出力もどしすぎ現象、出力不足を解消し、制御
系の構成を容易にしている。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、速度型演算によっ
て、PID演算を行なう際に、対象プロセスの特性、操
作端の性能から、調整出力に対し、リミッタ要素、変化
率リミッタを付加した場合に、リミッタにて、調整出力
が制限されてもP項成分のIJ ミッタ余りが、次回の
制御周期に反映されるため、比例項による、出力もどし
過ぎ現象、出力不足が防げ、速度形PID演算の制御性
が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すプロセス制御装置全体
構成図、第2図は制御演算処理の概略フローチャート、
第3図は制御演算詳細処理フロー、第4図は本発明の他
の実施例の制御演算処理7a−1第5図は、矩形状の偏
差入力を加えた場合の比例項の応答特性図である。 lO・・・センサ、11・・・プロセス量入力インター
フェース、12・・・A/D変換器、13・・・設定イ
ンターフェース、14・・・制御演算ユニット、15・
・・D/人変換器%16・・・プロセス出力インターフ
ェース、17・・・ディジタル入出力インターフェース
、18・・・操作操(バルブ)、19・・・操作端(ポ
ンプ)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、プロセス量の測定値を入力する信号入力手段と、プ
    ロセスを制御するための設定値とパラメータを設定する
    定数設定手段と、前記信号入力手段と定数設定手段より
    得られる入力信号、設定値およびパラメータに基づき、
    所定の制御周期で少なくとも比例項の演算を行なう比例
    項演算手段および積分項の演算を行なう積分項演算手段
    を有する速度形演算手段と、上記演算手段より得られる
    比例項演算信号に対し、リミッタと変化率リミッタの少
    なくとも一方のリミッタをかけるリミッタ手段と、前記
    積分項演算信号とリミッタをかけた後の比例項演算信号
    の和を調整出力としてプロセスに対して出力するための
    出力手段とを具備し、前記比例項演算信号の絶対値が前
    記リミッタ値の絶対値より大のとき前記比例項演算信号
    とリミッタ値の差分を求め、この差分を前記比例項演算
    手段に次回の制御周期にて加算することに特徴を有する
    プロセス制御装置。
JP5049385A 1985-03-15 1985-03-15 プロセス制御装置 Pending JPS61210401A (ja)

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