JPS6121505A - Process controller - Google Patents

Process controller

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Publication number
JPS6121505A
JPS6121505A JP59140622A JP14062284A JPS6121505A JP S6121505 A JPS6121505 A JP S6121505A JP 59140622 A JP59140622 A JP 59140622A JP 14062284 A JP14062284 A JP 14062284A JP S6121505 A JPS6121505 A JP S6121505A
Authority
JP
Japan
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gain
control
signal
disturbance
control model
Prior art date
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Pending
Application number
JP59140622A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Hiroi
広井 和男
Kojiro Ito
伊藤 光二郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to JP59140622A priority Critical patent/JPS6121505A/en
Priority to AU38468/85A priority patent/AU560995B2/en
Priority to EP85101287A priority patent/EP0152871B1/en
Priority to US06/699,087 priority patent/US4698745A/en
Priority to DE8585101287T priority patent/DE3574789D1/en
Priority to KR1019850004062A priority patent/KR900004250B1/en
Publication of JPS6121505A publication Critical patent/JPS6121505A/en
Pending legal-status Critical Current

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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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  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
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  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To minimize a change in a process variable against any external disturbance and to attain simple and easy conventional application by providing a gain scheduling section and a feedforward control model gain adaptive section. CONSTITUTION:The gain scheduling section 33 has a function correcting the gain of a feedback FB control output signal in response to the magnitude of an external disturbance change and relates an external disturbance compensation signal D.K to a coupling coefficient C set in response to a process variable. Then the gain of an FB control output signal is corrected sequentially in a direction corresponding to the load reduction by using a gain correcting coefficient obtained in this way so as to stabilize the control earlier. Further, a feedforward FF control model gain adaptive section 34 compares the FF control output signal with an operating signal MV so as to zero the FB control output signal, the gain of the FF control model is corrected and the optimum control to an unknown external disturbance is executed. Then the change in the process variable is minimized against any external disturbance change and simple and easy conventionality is attained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、フィードバック制御とフィードフォワード
制御とを最適に組み合せ、外乱変化に対応して制御系が
最適に適応するプロセス制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a process control device that optimally combines feedback control and feedforward control and allows a control system to optimally adapt in response to disturbance changes.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

近年、プロセス制御では負荷変化、環境変化等の外乱に
フレキシブルに応答し、これら変化に対し最適に適応し
得る適応制御(adapt 1Yecontrol )
の要求が強くなってきている。
In recent years, in process control, adaptive control (adapt 1Yecontrol) has been developed that can flexibly respond to external disturbances such as load changes and environmental changes, and can optimally adapt to these changes.
The demand for this is becoming stronger.

この適応制御は、その基本条件として(1)外乱が急変
状態にあってもプロセス量の変化は、最小限に抑え得る
こと。Q)プロセスのいずれの励時性変化に対しても最
適に対応できること。(3)単純で汎用的構成にあるこ
と。が必要になる。
The basic conditions of this adaptive control are (1) that changes in process quantities can be kept to a minimum even when disturbances are in a state of sudden change; Q) Ability to respond optimally to any excitability changes in the process. (3) It has a simple and general-purpose configuration. is required.

この適応制御として知られている従来の代表例には、(
1)セルフ・チューニングレギュレータ(8TR)、(
2)モデル規範形適応制御(MRAO8)がある。しか
しこれら制御方法は、制御結果、−即ちプロセス量の変
化に着目し、同定法や安定理論等の数字的解析に基づき
調節計のパラメータを修正するもので、結果を見たフィ
ードバラ゛り制御が基本となっており、外乱の影響が直
接的に加わってしまう。このため外乱変化、プロセス特
性等が特定パターンでゆっくり変化するプロセスにしか
適用できず、種々に液化する通常あプロセスにあっては
上記3つの基本条件を満足することはなかった。
Conventional typical examples of this adaptive control include (
1) Self-tuning regulator (8TR), (
2) There is model reference adaptive control (MRAO8). However, these control methods focus on control results, that is, changes in process quantities, and modify controller parameters based on numerical analysis such as identification methods and stability theory. is the basis, and is directly affected by external disturbances. For this reason, it can only be applied to processes in which disturbance changes, process characteristics, etc. change slowly in a specific pattern, and the above three basic conditions have not been satisfied in normal processes in which various types of liquefaction occur.

以下、このことを8TRの例を用いて説明する。STR
方式は、プロセス変数から未知パラメータを同定し、こ
の同定値を用いて調節部のパラメータを修正するもので
、その具体的構成を第3区に示す。
This will be explained below using an example of 8TR. STR
The method identifies unknown parameters from process variables and uses the identified values to modify the parameters of the adjustment section.The specific configuration is shown in Section 3.

図において、設定値lとプロセス量2とが偏差部3に導
入され、これら両組の偏差信号が調節部4に供給され、
調節部4はこの信号に基づきP(比例)、■(積分)、
D(微分)演算等を施こし調節出力信号5t−得て、こ
れを加算部6に出力する。また、加算部6には、探索信
号発生部7からプロセス特性を探くるM系列信号等の探
索信号が供給され、この探索信号と前記調節出力信号と
の加算合成信号を操作信号8としてプロセス9及びプロ
セス特性同定機構10に出力される。
In the figure, a set value l and a process variable 2 are introduced into a deviation section 3, and deviation signals of both sets are supplied to an adjustment section 4,
Based on this signal, the adjustment section 4 adjusts P (proportional), ■ (integral),
A D (differential) calculation and the like are performed to obtain an adjustment output signal 5t, which is output to the adder 6. Further, the adder 6 is supplied with a search signal such as an M-sequence signal for searching the process characteristics from the search signal generator 7, and an operation signal 8 is used as an operation signal to process the process 9. and is output to the process characteristic identification mechanism 10.

一方、プロセス9には外乱11が加わシ、この影響によ
って変節するプロセス量2は前記偏差部3と共にプロセ
ス特性同定機構lOにフィードバックさn1プロセス特
性同定機構lOではこのプロセス[2と操作信号8とに
基づきプロセスの未知パラメータを適当な同定法を用い
て遂次推定し、Pよりパラメータ決定機構12に出力す
る。PIDパラメータ決定機構12はこの未知パラメー
タに基づきPID)くラメータを決定し、これが調節部
4に出力され、調節部4のパラメータが更新され、最適
制御状態に修正するものである。
On the other hand, a disturbance 11 is applied to the process 9, and the process variable 2 that changes due to this influence is fed back together with the deviation section 3 to the process characteristic identification mechanism lO. The unknown parameters of the process are sequentially estimated based on the parameters using an appropriate identification method, and outputted from P to the parameter determining mechanism 12. The PID parameter determination mechanism 12 determines a PID parameter based on this unknown parameter, which is output to the adjustment section 4, where the parameters of the adjustment section 4 are updated and corrected to the optimum control state.

このように構成されたSTR方式では次のような工業用
適用側御装置としては致命的な欠点がある。
The STR system configured as described above has the following fatal drawbacks as a control device for industrial applications.

(1)  プロセス量2の変化に着目したPIDノ(ラ
メータの修正であるため外乱の影響を直接受けてしまう
。  ・ (2)  前回出力された操作信号によるプロセスの制
御結果を見て、プロセス特性を同定しPIDパラメータ
を修正して新たな操作信号を求めているため、操作信号
を前回のプロセス特性に同定させるまでに、プロセスが
変動してしまうことが多く同定値と異なる新しい状態に
変化し折角のパラメータ修正も無駄になり、かえってそ
の誤差により制御が乱ルてしまう原因になる。
(1) A PID model that focuses on changes in the process quantity 2 (because it is a parameter correction, it is directly affected by disturbances.) (2) The process characteristics are determined by looking at the process control results based on the previously output operation signals. Because a new operating signal is obtained by identifying the PID parameters and modifying the PID parameters, the process often changes by the time the operating signal is identified to the previous process characteristics, changing to a new state different from the identified value. Even the painstaking effort to correct the parameters will be wasted, and the resulting error will actually cause the control to become erratic.

実際の同定では、新たな操作信号を2.3回与え同様の
制御結果を得たときに同定を光子させているため、そn
までに(プロセスのムダ時間+プロセスの時定数)x3
〜4倍程贋の時間t−要してしまう。このため外乱、プ
ロセス特性が任意変動し、且つ急速変化する通常の実プ
ロセスにあっては、その変動に追従できず、はとんど適
応できない。
In actual identification, when a new operation signal is applied 2.3 times and the same control result is obtained, the identification is performed using photons.
Until (process waste time + process time constant) x 3
It takes ~4 times as long to make a fake. For this reason, in a normal actual process where disturbances and process characteristics vary arbitrarily and rapidly, it is impossible to follow the variations and it is almost impossible to adapt.

(3)  探索信号としては、正負パルスで平均が零と
なりプロセスに影響を与えないM系列信号等が工夫して
加えられているが、その振幅が小さいと調節出力信号5
によって無視され、また大き過ぎると操作端等にショッ
クなどの影響を与えてしまうことになる。
(3) As a search signal, an M-sequence signal, etc., which has positive and negative pulses and has an average of zero and does not affect the process, is devised and added, but if the amplitude is small, the adjustment output signal 5
If it is too large, it will cause a shock to the operating end, etc.

(4)同定法の理論は複雑で、定性的、定量的関係を簡
単に理解し得るものではない。
(4) The theory of identification methods is complex, and qualitative and quantitative relationships cannot be easily understood.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は、上記欠点を除去し、適応制御に要求される
基本条件を十分に充足し得るプロセス制御装置を提供す
るものであり、このために外乱の持つプロセス情報状フ
ィードフォワード制御に最下限に活用し、外乱から得′
られない情報による影響はその結果として出力されるフ
ィードバック制御の出力信号を最小限にするようにフィ
ードフォワード制御モデルの係数を修正して解決するも
のである。
The present invention aims to eliminate the above-mentioned drawbacks and provide a process control device that can fully satisfy the basic conditions required for adaptive control. Take advantage of and gain from disturbances.
The effect of the information that cannot be obtained is resolved by modifying the coefficients of the feedforward control model so as to minimize the output signal of the feedback control that is output as a result.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この発明は、上記目的を達成するため、フィードバック
制御手段に、外乱の影響を予測し先行制御するフィード
フォワード制御手段と、外乱変化の大きさに応じてフィ
ードバック制御の出力信号をゲイン修正するゲインスケ
ジューリング手段と、フィードバック制御の出力信号が
零になるようにフィードフォワード制御モデルの係数を
自動修正するフィードフォワード制御モデルゲイン適応
手段とを有機的に組合せたものである。
In order to achieve the above object, the present invention includes a feedback control means that predicts the influence of a disturbance and performs advance control, and a gain schedule that adjusts the gain of an output signal of the feedback control according to the magnitude of a change in the disturbance. and feedforward control model gain adaptation means for automatically correcting the coefficients of the feedforward control model so that the output signal of the feedback control becomes zero.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、この発明を図面を参照し一実施例を用いて説明す
る。第1図は一実施例のプロセス制御装置の機能構成−
を示すブロック図である。
Hereinafter, the present invention will be explained using one embodiment with reference to the drawings. Figure 1 shows the functional configuration of a process control device according to an embodiment.
FIG.

図において、20は制御対象であるプロセスである。ま
ずこのプロセス20に対するフィードバック制御(以下
、FB制御という。)系から説明する。プロセス20か
ら出力されその状態を現わす温度、圧力、流量、レベル
、濃度等のプロセス量が制御量としてプロセス量検出器
21で検出され、その量に比例した制御信号Pvが偏差
部22に出力される。偏差部22はこの制御信号PVと
設定値信号S■との偏差を得て、その制御偏差信号をF
B制御調節部23に出力する。F・B制御調節部23′
は制御偏差信号に対しPID又はI−FD演算等を施こ
し、FB制御出力信号を乗算部24に出力する。乗算部
24はこのFB制御出力信号に後述のゲインスケジュー
リング部33から出力されるゲイン修正係数を乗じて外
乱変化の大きさに応じてゲイン修正されたFB制御出力
信号を加算部25に出力する。加算部29はこのゲイン
修正後のFB制御出力信号に後述のフィードフォワード
制御(以下、FF制御という。)系からの外乱補償信号
D−Kを加算合成し、操作信号MVを得てこれをプロセ
ス20に出力している。
In the figure, 20 is a process to be controlled. First, the feedback control (hereinafter referred to as FB control) system for this process 20 will be explained. Process quantities such as temperature, pressure, flow rate, level, concentration, etc. output from the process 20 and representing its state are detected as control quantities by the process quantity detector 21, and a control signal Pv proportional to the quantity is output to the deviation section 22. be done. The deviation section 22 obtains the deviation between the control signal PV and the set value signal S and converts the control deviation signal into F.
It is output to the B control adjustment section 23. F/B control adjustment section 23'
performs PID or I-FD calculation or the like on the control deviation signal, and outputs an FB control output signal to the multiplier 24. The multiplier 24 multiplies this FB control output signal by a gain correction coefficient output from a gain scheduling section 33 (described later), and outputs the FB control output signal whose gain has been corrected according to the magnitude of the disturbance change to the adder 25. The adder 29 adds and synthesizes a disturbance compensation signal D-K from a feedforward control (hereinafter referred to as FF control) system, which will be described later, to this gain-corrected FB control output signal, obtains a manipulation signal MV, and processes it. It is output to 20.

次に、FF制御系について説明する。プロセス20には
その負荷変動、環境変化等の外乱が加わっており、この
外乱変化りは外乱検出器30で検出され、それに比例し
た外乱信号りとしてFF制御モデル31に出力される。
Next, the FF control system will be explained. Disturbances such as load fluctuations and environmental changes are applied to the process 20, and these disturbance changes are detected by the disturbance detector 30 and output to the FF control model 31 as a disturbance signal proportional to the disturbances.

こむでFF制御モデルとしては、一般に設定ゲインKK
よる静的補償のみの場合と、この静的補償に外乱の急激
な変化に対する拳響tその伝達関数に↓シ補償する動的
補償を組み合せた場合とがあるが、本実施例では説明を
容易にするために前者を用いて説明するが、後者の場合
にもその静的補償部分に対して同様に適用できることは
言うまでもない。
As a Komude FF control model, the setting gain KK is generally used.
There are cases in which only static compensation is used, and cases in which this static compensation is combined with dynamic compensation, which compensates for the transfer function of the vibration caused by sudden changes in disturbance. Although the former case will be explained in order to make it more accurate, it goes without saying that the latter case can be similarly applied to the static compensation part.

そしてFF制御そデル31は外乱信号りに静的補償ゲイ
ンKを乗算し、外乱補償信号D−Kを得て、これを、加
算部29、ゲインスケジューリング部33及びf’F制
御モデルゲイン適応部38に各々出力する。
Then, the FF control model 31 multiplies the disturbance signal by the static compensation gain K to obtain the disturbance compensation signal D-K, which is sent to the adder 29, the gain scheduling section 33, and the f'F control model gain adaptation section. 38 respectively.

ゲインスケジューリング部33は、外乱変化の大きさに
応じてFB制御出力信号のゲイン1−修正するもので、
例えばプロセス負荷が増加した場合にこの外乱情報を先
行検出した外乱補償信号D−にとプロセス量に合った最
適化結合係数とを関連させたゲイン修正係数で先行的に
FB制御・出力信号のゲインを増加するごとによリ、F
BB御出力信号の出力不足による制御のみだれを事前に
解決し、制御の安定化を早期に実現するものである。こ
のゲインスケジューリングは折線関数0は数式によって
達成できるが、本実施例のゲインスケジューリング部3
3では次式のような数式によって構成されているものと
する。
The gain scheduling unit 33 corrects the gain of the FB control output signal by 1 according to the magnitude of the disturbance change.
For example, when the process load increases, the gain of the FB control/output signal is determined in advance using a gain correction coefficient that associates the disturbance compensation signal D-, which has previously detected this disturbance information, with an optimized coupling coefficient that matches the process amount. For each increase, F
This is to solve in advance the problem of poor control due to insufficient output of the BB control output signal, and to achieve stabilization of control at an early stage. This gain scheduling can be achieved using a mathematical formula for the linear function 0, but the gain scheduling section 3 of this embodiment
In 3, it is assumed that the equation is composed of the following equation.

ここで上式において、FFはゲインスケジューリング部
33の入力信号即ち外乱補償信号D・に、Yはその出力
信号即ちゲイン修正係数、CはFF制御とFB制御との
結合係数、XoはFB制制御筒節部23PIDパラメー
タを決定したときの外乱補償信号の大きさを示している
Here, in the above equation, FF is the input signal of the gain scheduling section 33, that is, the disturbance compensation signal D, Y is the output signal, that is, the gain correction coefficient, C is the coupling coefficient of the FF control and FB control, and Xo is the FB control control. It shows the magnitude of the disturbance compensation signal when the PID parameter of the cylinder joint portion 23 is determined.

この式は結合係数Cをプロセス量の内容等に応じて設定
、変更することにより広範囲のプロセスに対して適用し
得る構成にある。すなわち(1)  O=0に設定する
とY=1.0となり、FBB御出力信号のゲイン修正は
実行せず、一般的なFB制御とF F jIJIJ 御
との組み合せ制御となる。
This formula has a structure that can be applied to a wide range of processes by setting and changing the coupling coefficient C depending on the contents of the process amount. That is, (1) when O=0 is set, Y=1.0, and gain correction of the FBB control output signal is not executed, resulting in a combination control of general FB control and F F jIJIJ control.

FF制御出力の大きさに比例してFB制御出   ゛力
信号のゲイン修正を実行でき、この場合の対象となるプ
ロセス量としては、混盆プロセスの温度、濃度であり、
と6らの制御における最適結合が可能となる。
The gain of the FB control output signal can be modified in proportion to the magnitude of the FF control output, and the target process quantities in this case are the temperature and concentration of the mixed basin process.
Optimal combination in control of and 6 becomes possible.

のゲイン修正の割合をCの値によって変更でき、プロセ
スに応じた最適なゲイン修正が可能となる。この対象と
なるプロセス址としては、非混合プロセスの圧力、流量
、液面等の場合がある。
The rate of gain modification can be changed by the value of C, making it possible to perform optimal gain modification according to the process. The target process locations include pressure, flow rate, liquid level, etc. of non-mixing processes.

このようにFBB御出力信号のゲイン金外乱によるプロ
セスに変化に応じて先行的に修正するため、変化後のプ
ロセスに合ったレベルの操作信号を出力し得、グーセス
変化に追従した制御が実現できるようになる。
In this way, since the FBB control output signal is corrected in advance according to the change in the process caused by the gain disturbance, it is possible to output the operation signal at a level that matches the process after the change, and it is possible to realize control that follows the change in the gain. It becomes like this.

また、FF制御モデルゲイン適応部34は、FF制御及
びゲインスケジューリングによっても解消しきnない4
1) F F制御モデルの予測誤差やC)未知外乱によ
る影響等を解決するものであル。コれは、こnら誤差や
影響により生じるF II’制御の不正確さを、FBf
lj111IB力信号の増大として把握し、このFBB
御出方信号が零となるように11i’F制御モデルを修
正し、上記誤差や影響に応じたFF制御を実現するもの
である。
Furthermore, the FF control model gain adaptation unit 34 cannot be solved by FF control and gain scheduling.
1) It solves the prediction error of the FF control model and C) the influence of unknown disturbances. This is to reduce the inaccuracy of FII' control caused by these errors and influences to FBf.
This FBB is understood as an increase in the lj111IB force signal.
The 11i'F control model is modified so that the output signal becomes zero, and FF control is realized in accordance with the above errors and influences.

即ち、このFF制御モデルゲイン適応部34は、FF制
御モデル31の出力信号である外乱補償信号D−にと、
FB・制御出力とFF制御出力との合成信号である操作
信号MVとを入力し、両信号が等しくなるようなFF制
御モデルの修正値を演算し、こnt−FF制御モデル3
1に出力してそのゲインを自動修正するもの゛であり、
その具体構成の一例としては、特願昭59−19335
号に示すものがある。
That is, the FF control model gain adaptation section 34 applies the following to the disturbance compensation signal D-, which is the output signal of the FF control model 31.
The operation signal MV, which is a composite signal of the FB/control output and the FF control output, is input, and a correction value of the FF control model is calculated so that both signals are equal.
1 and automatically corrects the gain.
An example of its specific structure is the patent application No. 59-19335.
There is something shown in the number.

このモデルゲインの修正は、プロセス特性に応じ、常時
連続的に実行する構成であっても、壌境賀化に応じた定
期的動作であってもよく後者の場合にはFF制御モデル
ゲイン適応部38にタイマー回路を設けその出力によっ
て修正動作を実行するように構成することにより実現で
きる。またFF制御出力信号又は操作信号にレベル検出
器を設け、そのレベルが所定値以上になり、かつその値
で安定したときに、FF制御モデルのゲイン修正を実行
する構成にしてもよい。
This modification of the model gain may be performed continuously depending on the process characteristics, or may be performed periodically according to the change in temperature.In the latter case, the FF control model gain adaptation unit This can be realized by providing a timer circuit in 38 and configuring the correction operation to be executed based on the output thereof. Alternatively, a level detector may be provided for the FF control output signal or the operation signal, and the gain correction of the FF control model may be performed when the level exceeds a predetermined value and stabilizes at that value.

このように、上記誤差や影響の精米として現われるFB
制御出力信号t−零にするようfcFF制御モデルを修
正することにより、FF制御、ゲインスケジューリング
によっても解消し得ない部分について最適化予測制御が
可能となる。
In this way, the FB that appears as the polishing of the above errors and influences
By modifying the fcFF control model so as to make the control output signal t-zero, it becomes possible to perform optimal predictive control for the portion that cannot be resolved by FF control or gain scheduling.

次に本実施例の作用について第2図を用いて説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained using FIG. 2.

第2図は、本実施例の制御方式の組み合七状態に応じた
設定値信号Svに対するプロセス信号PVの変化を示し
たもので、実線はFB制御のみの場合、点線はゲインス
ケジューリングを付加したFB制御の場合、一点鎖線は
前記点線の場合にF’F制mk付加した場合、二点鎖線
は前記一点鎖線にFF制御モデルゲイン修正を付加した
最適化適応制御の場合を示したものである。
FIG. 2 shows the changes in the process signal PV with respect to the set value signal Sv according to the seven combinations of control methods of this embodiment, where the solid line is for FB control only, and the dotted line is for gain scheduling. In the case of FB control, the dashed-dotted line shows the case of adding F'F control mk to the dashed-dotted line, and the dashed-double line shows the case of optimization adaptive control in which FF control model gain modification is added to the dashed-dotted line. .

まず、実線として示すFB制御のみ場合を用いて・プロ
セス2及びFB制御系の動作を説明する。プロセス2に
対して外乱、例えば負荷減少が加わったとすると、そこ
から出力されるプロセス量PVは増大し、この増大を受
はプロセス量PV−i設定匝SV l’ic 等しくす
るように、偏差部22から出力さGる制御偏差信号に基
づきFB制御調節部23でPID演算したi゛B制御出
力信号が操作信号MYとしてプロセス20に出力さnる
。しかし、このFB制御のみでは、プロセス量PVの変
化を受は直接的に修正操作を加えているため、過剰制御
となシプロセス量の変動が持続し、外乱に対して制御が
安定するまでに長時間必要となる。
First, the operation of Process 2 and the FB control system will be explained using the case where only FB control is shown as a solid line. If a disturbance, for example, a load reduction, is applied to the process 2, the process amount PV outputted from it will increase, and the deviation part An iB control output signal, which is PID-calculated by the FB control adjustment section 23 based on the control deviation signal G output from the control device 22, is outputted to the process 20 as an operation signal MY. However, with only this FB control, since changes in the process amount PV are directly corrected, fluctuations in the process amount continue, resulting in excessive control, and it is difficult to stabilize the control against disturbances. It will take a long time.

そこで、このFB制御に対し、その制側1情号。Therefore, for this FB control, the control side 1 information.

のゲインを外乱変化の大きさに応じて先行的に修正する
ゲインスケジューリング部、33を付加し、このゲイン
スケジューリング部33が外乱補償信号D−にとプロセ
ス量に応じ設定さする結合係数Cとを関連させ、得られ
るゲイン修正係数でFB制御出力信号のゲインを負何減
少に対応した方間に逐次修正し、点線として示す如く制
御の早期安定化を図っている。
A gain scheduling section 33 is added which modifies the gain of the signal D- in advance according to the magnitude of the disturbance change, and the gain scheduling section 33 adjusts the coupling coefficient C set according to the process amount to the disturbance compensation signal D-. In relation to this, the gain of the FB control output signal is sequentially corrected using the obtained gain correction coefficient in a manner corresponding to the decrease in the negative value, thereby achieving early stabilization of the control as shown by the dotted line.

しかし、このようなFB制御では、外乱に対する対応力
、制御性が悪く、プロセス量の変動が大きくなってしま
いエネルギー損が多いため、これらの影響を先行的に補
償するFF制御が必要となる。このFF制御では、外乱
検出器30が負荷減少を検出すると、この外乱信号に対
してこれを補償する設定ゲインKを乗算した外乱補償信
号D−に2FB制御出力信号に加元一点錯巌に示す如く
制御性を大幅に向上させている。
However, such FB control has poor ability to respond to disturbances and poor controllability, and increases fluctuations in process amount, resulting in a large amount of energy loss. Therefore, FF control is required to compensate for these effects in advance. In this FF control, when the disturbance detector 30 detects a load reduction, a disturbance compensation signal D- obtained by multiplying this disturbance signal by a set gain K that compensates for this is added to the 2FB control output signal in a one-point complex. This greatly improves controllability.

このFF制御とゲインスケジューリング機能付のFB制
御によって通常の予知し得る外乱に対しては制御の最適
化が実現し得るが、長期間使用による設定ゲインの誤差
や環境変化等の予知できぬ外乱の影響を受け、制御モデ
ルの設定ゲインに若干のずれが生じ、FF制御性が劣化
し、その結果としてFB制御出力が増大すると。
With this FF control and FB control with gain scheduling function, control optimization can be realized against normal predictable disturbances, but unforeseen disturbances such as errors in set gains and environmental changes due to long-term use can be realized. As a result, a slight deviation occurs in the set gain of the control model, FF controllability deteriorates, and as a result, the FB control output increases.

とになる。It becomes.

このためFF制御モデルゲイン適応部34を設け、上記
誤差や影響に合ったFF制御を実現すべくこちらの影響
が現われるFB制御出力信号を零にするようにFF制御
出力信号と操作信号MYとを比較してFF制御モデルの
ゲインを修正し、未知の外乱に対する最適制御を実行し
ている。
For this reason, an FF control model gain adaptation section 34 is provided, and in order to realize FF control that suits the above-mentioned errors and influences, the FF control output signal and the operation signal MY are adjusted so that the FB control output signal where this influence appears becomes zero. The gain of the FF control model is corrected based on the comparison, and optimal control for unknown disturbances is executed.

このように、FBIIJ御に、そのゲインスケジューリ
ング、FF制御、その制御モデルゲイン自動修正の機能
を有機的に組み合せたことによシ、次のような効果を発
揮する。
In this way, by organically combining the functions of FBIIJ control, its gain scheduling, FF control, and its control model gain automatic correction, the following effects are achieved.

(1)  プロセス外乱のいかなる変化に対してもその
対応力が強く、制御性も極限まで高めることが可能とな
る。
(1) The ability to respond to any change in process disturbance is strong, and controllability can be maximized.

例え、ば、流量制御にあっては外乱急変によるプロセス
動特性の変化に対−しても即応し得、゛また温度制御の
ような周囲温1度の昼夜変化、季節変化等の長期的変化
する場合でも最適化可能となシ、いずれの場合にあって
もプロセス量の変化は最小限に抑制し得る。
For example, in flow rate control, it is possible to respond immediately to changes in process dynamic characteristics due to sudden changes in disturbance, and in temperature control, long-term changes such as day/night changes in ambient temperature of 1 degree, seasonal changes, etc. In either case, changes in process amount can be suppressed to a minimum.

これにより製品品質の大幅向上、省エネ、省資源の実現
が可能となる。
This makes it possible to significantly improve product quality and save energy and resources.

(2)難解な数学的理論を必要としない単純な構成で1
.所定の値を変更することによシ、bかなるプロセスに
も汎用的に適用し得、フレキシブルプロダクションへの
対応が実現できる。
(2) 1 with a simple configuration that does not require difficult mathematical theory
.. By changing the predetermined values, it can be universally applied to various processes, and support for flexible production can be realized.

(3)複雑で余分な探索信号を付加しておらず、操作端
等へのショック要因を除去し得、プロセス信頼性の大幅
に向上できる。
(3) No complicated and unnecessary search signals are added, the shock factor to the operating end etc. can be eliminated, and the process reliability can be greatly improved.

なお以上説明した一実施例では、FB制御、FF制御、
ゲインスケジューリング、FF制御モデルゲイン適応の
機能を各々実現するノ・−ド構成の例を用いて説明した
が、本発明ではこれら機能をコンピュータソフトウェア
によって達成することも可能である。
In the embodiment described above, FB control, FF control,
Although the explanation has been given using an example of a node configuration that realizes the functions of gain scheduling and FF control model gain adaptation, the present invention also allows these functions to be achieved by computer software.

また各機能における演算処理も、・位置形信号を用いて
実現しても、位置形信号と速度影信号とを混合してもよ
り0 さらに一実施例ではゲインスケジューリング部33は外
乱補償信号D−Kに基づき演算処理していたが、外乱信
号りであっても同様の効果は得られ、このように本発明
はその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形できることは
言うまでもない。
Furthermore, the calculation processing in each function can be performed using the position signal or by mixing the position signal and the velocity shadow signal. Although the arithmetic processing is performed based on K, the same effect can be obtained even with a disturbance signal, and it goes without saying that the present invention can be modified in various ways without departing from the gist thereof.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によればいかなる外乱変化
に対してもプロセス量の変化を最小限に抑制でき、制御
性でを極限まで向上させた最適化適応制御が実現し得、
かつ単純で容易に汎用化が可能となるプロセス制御装置
を提供することができる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to minimize the change in process amount in response to any disturbance change, and to realize optimized adaptive control that improves controllability to the utmost.
Moreover, it is possible to provide a process control device that is simple and easily versatile.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の構成を示す機能ブロック図
、第2図は本発明の一実施例の作用を説明するための波
形図、第3図は本発明の従来例の構成を示す機能ブロッ
ク図である。 20 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ プロセ
ス21 ・・・・・・・−・・・・・・・・・・ プロ
セス量検出器22・・・・・・・・・・・・・・・・・
・偏差部23 ・・・・・・・・−・・・・・・・・−
フィードバック制御調節部24・・・・・・・・・・・
・・・・・・・乗算部25 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・加算部30 ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・外乱検出器31 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・ フィードフォワード制御モデル33 ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・ ゲインスケジュ
ーリング部34 ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・ フィードフォワード制御モデルゲイン適応部 代理人弁理士  則 近 憲 佑 (ほか−名) 第   1   図 v 34FF制御モデルゲイ/適応部 第2図 V 第   3   図
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a conventional example of the present invention. FIG. 20 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Process 21 ・・・・・・・−・・・・・・・・・ Process amount detector 22...・・・・・・・・・・・・
・Deviation part 23 ・・・・・・・・−・・・・・・・・・・−
Feedback control adjustment section 24...
・・・・・・Multiplication section 25 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・Addition part 30 ・・・・・・・・・・・・・・・
...Disturbance detector 31 ......
・・・・・・ Feedforward control model 33 ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Gain scheduling section 34 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・Feedforward Control Model Gain Adaptation Department Representative Patent Attorney Kensuke Chika (and others) Figure 1 v 34FF Control Model Gain/Adaptation Department Figure 2 V Figure 3

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)設定値とプロセス量とを比較調節演算したフィー
ドバック制御信号を出力するフィードバック制御手段と
、外乱を検出しこの外乱をフィードフォワード制御モデ
ルに基づき補償する外乱補償信号を出力するフィードフ
ォワード制御手段と、前記外乱の変化の大きさに応じて
前記フィードバック制御信号のゲインを修正するゲイン
スケジューリング手段と、このゲインスケジューリング
手段でゲイン修正されたフィードバック制御信号に前記
外乱補償信号を加算合成した操作信号と前記外乱補償信
号とを比較し両者を一致させる修正信号を出力して前記
フィードフォワード制御モデルのゲインを修正するフィ
ードフォワード制御モデルゲイン適応手段とを備えるこ
とを特徴とするプロセス制御装置。
(1) A feedback control means that outputs a feedback control signal obtained by comparing and adjusting a set value and a process amount, and a feedforward control means that detects a disturbance and outputs a disturbance compensation signal that compensates for this disturbance based on a feedforward control model. a gain scheduling means for modifying the gain of the feedback control signal according to the magnitude of change in the disturbance; and an operation signal obtained by adding and synthesizing the disturbance compensation signal to the feedback control signal whose gain has been modified by the gain scheduling means. A process control device comprising feedforward control model gain adapting means for comparing the disturbance compensation signal and outputting a correction signal that makes both match, thereby correcting the gain of the feedforward control model.
(2)ゲインスケジューリング手段が、外乱の変化の大
きさとプロセス量に基づき設定された結合係数とを関連
させ算出したゲイン修正係数をフィードバック制御信号
に乗算してフィードバック制御信号のゲインを修正して
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプロ
セス制御装置。
(2) The gain scheduling means corrects the gain of the feedback control signal by multiplying the feedback control signal by a gain correction coefficient calculated by correlating the magnitude of change in disturbance with a coupling coefficient set based on the process amount. A process control device according to claim 1, characterized in that:
(3)フィードフォワード制御モデルゲイン適応手段が
、定期的にフィードフォワード制御モデルのゲインを修
正していることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
のプロセス制御装置。
(3) The process control device according to claim 1, wherein the feedforward control model gain adaptation means periodically modifies the gain of the feedforward control model.
(4)フィードフォワード制御モデルゲイン適応手段が
、フィードバック制御信号或いは操作信号のゲインの大
きさを判定しており、所定レベル以上になったときフィ
ードフォワード制御モデルのゲインを修正していること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプロセス制御
装置。
(4) The feedforward control model gain adaptation means determines the magnitude of the gain of the feedback control signal or the operation signal, and modifies the gain of the feedforward control model when the gain exceeds a predetermined level. A process control device according to claim 1.
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