JPS62113205A - 適応制御装置 - 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、プラントの被υ１ｌｌｌωを目標（ぽ１に一
致するようにフィードバック制御する制御装置、にり詳
細には、プランＩ−の特性が運転状況に伴い変化した場
合゛ｅ６１〕Ｉ要素を含む制御器のゲインおよび積分１
時間を自動的に調節して良好な制御状態を維持すること
の可能へ適応制御装置に関１°るらのである。

〔発明の技術向背■とその問題点〕

ブランＩ・の制御に用いるＰＩ！素を含む制御器、たと
えばＰＩ制御ｌｌ器（比例積分制御器）のゲインおよび
積分時間は通常一定であり、一般にプラントの定格運転
状態で調整・設定される。しかし、多くの物理現象は非
線形特性をＩ！倉っており、プラントの特性が運転状況
に伴い変化づるため、調整・設定された時の状態と５゛
？、なる状態でプラント・運転を行なうとＰ　Ｉ　ｆｌ
ｌｌ　１１Ｉ器の制御特性が悪化することがある。この
ため、ブランｉ・の特性変化に伴い、１）　ｒ　ｉ、Ｉ
Ｉ　ｌ２ＩＩ　：！！のゲインおよび積分１に￥間を自
動的に調整す゛る適応制御方式がｆｉｌ＋究されている
。しかし、従来の適応制御装置はブランｉ・の特性を表
わす数学モデルによりプラントの運転状況を推定し、そ
のｎｔ定結果に従ってゲインＪ３よび積分時間を調節１
″る方式をとっているため、予め数学モデルに組込まれ
でいないような特性の変化が生じた場合、最適なゲイン
および積分時間を演篩することができなくなる。また、
推定に使用する数学モデルを設計するためには対像とな
るプラントごとにプランｌ−動特性の同定手法を用いる
などの手順が必要であり、従来の適応制御装置は特性の
変化を十分に研究して設計する必要があるため適用範Ｉ
Ｊ】１が非常に限定されていた。

〔発明の目的〕

本発明は以上の事情を考慮してなされたもので、特性が
十分に把握されていないプラントの制御にも適用可能で
あって、プラントの特性変化に伴い制御器のゲインおよ
び積分時間を自動的に調節することの可能な適応制御装
置を提供することを目的とするものである。

（発明の概要） 上記目的を達成するために本発明の適応制御装ｄは、プ
ラントの被ｖＩ　ＩＩＩ　ｆ＆の目標値と実際１直との
間の偏差すなわも制御Ｑ差を監視し、その制御偏差信号
の応答から制御系の現在の調整状態を自動的に判定し、
その判定結束に応じて制御器のゲインおにσ積分時間を
再調ｍｌるパラメータ調節器をｉ４Ｇノることにより常
時適応ρｒ　ｉ、ＩＩ　ｍを実現するようにしたことを
特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

第１図は本発明による適応ＰＩ制御装茜の一構成例を示
すもので、プラント３の被制御Ｍｙをフィードバックし
、ｎａｔ値ｒとの間の偏差すなわち制御偏差ｅを得、こ
の制御偏差ｅ＠零にするようにＰＩｆＩＩＩ６ＤＶ！Ａ
２により制御出力Ｕを得てプラント３に与え被制御岳ｙ
を制ｍするフィードバック制御系を基本にしている。Ｐ
Ｉ＆ＩＩＩＩＩ器２は伝達関数表ＩＩＩテ（Ｋ　＋　１
　／　（ＴＳ　）　＞　（７）ｌ性ＩＩう、ＬＳＩ　１
偏差ｅに対してゲインに、積分時間ＴでＰＩ演→く比例
積分演ｎ）を行ない、ｖ制御出力１を決定Ｊる。第１図
の装置の特徴は、上述の基本フィードバック制御系にパ
ラメータ調節器４を設６ノ、制御偏差ｅの応答性の変化
からブラント特付の変化を１１１定してＰＩ制御器２の
ゲインおよび積分１０間の調節間ΔＫ　Ｊ３　、Ｊ：び
６丁を演算し、／Ｊ１１９３器付きメモリ５．６を介し
てＩ）　１制御本２のゲインにおよび積分時間゛Ｉ゛を
更新するようにした点にある。

パラメータ調節器４は、ｆ４制御偏差Ｃの応答性からプ
ラント３の特性変化を制御システムとして［オフセット
が残り、追従性の悪い状態］・・・（状態１） ［目標１ａ　ｒまたは外乱による被制り１１吊ｙの変化
に対して即応性の悪い状態」 ・・・（状態２） ［被制＠Ｊａｙが振動し、安定性の悪い状態Ｊ・−・（
状態３） ／Ｚどの状態にな−）でいることを判定し、その各状態
に対応して 「追従性が悪い時には、積分時間１−を小ざくず６．１ ・・・（法則１） １即応性が悪い時には、ゲインＫを大きくする」・・・
（法ＩＪＩＪ　２　） ［安定性が悪い時には、ゲインＫを小さくすると共に積
分時間Ｔを大きくする］ ・・・（法則３） などのＬｌｌ　ＩＩＩ技術−［の調整原則に基づいてゲ
インおよび積分時間の調ｍωΔにおよび６丁を演ｉする
機能を右するものであり、その具体例を第２図および第
３図を参照して説明づる。

第２図は制御１ｌｆｉｉ差ｅの応答性変化から前述の状
態１．状態２．状態３などの制御システムの状態を判定
するための基礎となるバラメーブク０　＋　。

０−、　　士、　　−を演算する手段を示したものであ
る。まずパラメータ０＋は、制６Ｉｌ　１ｍｍ差金マイ
ナス信舅リミッタ１２Δと、プラント３の応答１１：’
１ｎｉｌ　Ｊ、す」分に大きな積分時定数Ｔ′を何し時
間■′の間隔′Ｃ−積分結果をリレットして零とするり
セット機能付き積分器１５Δとを通りことににって得ら
れる。第２のパラメータｅ−は、同様に制御偏差ｅをプ
ラス信号リミッタ１３△と、符号反転２：１４Ａと、上
記と同一特性のリセット機能（＝１き積分！１５Ｂを通
すことににって１９られる。以下同様に、第３のパラメ
ータ　士は、微分器１１、マイナス信号リミッタ１２Ｂ
１およびリセット機能付き積分Ｚｌ　ｂＣ，によって得
られる。最後に第４のパラメータ　−は、微分器１１、
プラス信Ｄリミッタ１３Ｂ１符号反転器１４　Ｂ　、　
Ｊ３よびリセット機能付さ積分器１５Ｄｋ−につて得ら
れる。山積分器１５Ｇ、１５Ｄ’ｂ積分器１５Ａ、１５
Ｂと同一の特性を持っているしのとする。

第２図の構成による演算を実施することにより、各パラ
メータは次のような値を持つことになる。

Ｃ＋＝時間幅Ｔ′での制御偏差ｅのプラス側の平均値 ｅ−一時間幅Ｔ′での制御偏差ｅのマイナス側の平均値
の絶対値 十一時間幅Ｔ′での制御偏差Ｃの微分値のプラス側の平
均値 ｍ＝時間幅し′　ぐの制御８差ｅの微分値のマイナス側
の平均値の絶対値 さて、ここで前述の状態１，２．３の各場合について制
御偏差ｅおよびその微分値　の挙動について第３図を参
照して説明する。第３図（ａ）。

（ｂ）は状態１ずなわち「オフセットが残り、追従性の
悪い状態」のときの制ｔｌ１１偏差ｅおよびその微分値
　の応答を示し、同図（Ｃ）、（ｄ）は状態２すなわち
「即応性の悪い状態」のときの制御偏差Ｃおよびその微
分値　の応答を示し、同図（ｅ）、（ｆ）は状態３ｊ−
なわら「安定性の悪い状態」のときの制御偏差ｅおよび
その微分値　の応答を示している。この第３図から分か
ることは、これを適切にｖＡ節されているυＪＩＩＩシ
ステムの応答と比較すると、状態１というのは 「ｅ＋＝大」Δｒｅ−＝ＯＪ△ｒ　　＋＝ＯＪΔ「　−
一小」　　　　　　　　　　　・・・（１Ａ）または、
逆方向の変動を考えて 「ｅ＋＝ＯＪ八１”０へ一大］△「＋＝小」八ｒ　　−
＝ＯＪ　　　　　　　　　　　　　　　　・・・　（１
Ｂ）ということであり、状態２というのは ［ｅ十−大］△ｒｅ−−ＯＪ△Ｉ−十＝ＯＪ△「−一中
」　　　　　　　　　　　・・・（２Ａ）または 「ｅ＋＝ＯＪΔ「Ｃ−一大」△「＋＝中」八ｒ−＝０．
１　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２Ｂ）と
いうことであり、状態３というのは 「ｅ＋＝大」八「ｅ−＝人」へ１１−−大ＩＡ「　−一
大」　　　　　　　　　　　・・・（３）ということで
ある、という−即関係が存在することである。

第２図の論理調節器１６は各積分器１５Ａ〜１５Ｄによ
って算出されたパラメータｅ＋、ｅ−＋＋、　−に基づ
いて（１Ａ）〜（３）式が成立・１−るか否かの状態判
定を時間−ビごとに行ない、いずれかの式が成立づれば
前述の法ＩＰ１１または２゜３を実施するためにゲイン
調節１３号または積分時間調節信号を出力する。これを
まとめると次のＪ、うになる。

式（１Ａ）成立　　・・・丁を小ざくする式（１Ｂ）成
立　　・・・王を小さくする式（２Ａ）成１１．　　　
・・・Ｋを大きくする式（２Ｂ）成立　　・・・Ｋを大
きくＪる式（３）成立　　　・・・王を大きく、Ｋを小
さくする 論理調節器１６の以Ｆのアルゴリズムによる調節間Δ１
°、Δにの具体的な演粋方法を第４図により説明り−る
。これまでの説明においてｅ＋、ｅ−。

十、−９Δ■、Δになどのパラメータの値が「人」　「
中」　「小」であるなどの表現は抽象的なしのであり、
あいまい竹があるため、各パラメータのとりｙ１６範囲
に対して測度分布μ、（ｉ−ｉ〜５．ｊ＝１〜６）を与
えて定義する。ｉ　＝１をｅ十に、ｊ・−２をｅ−に、
ｊ＝３を　十に、ｊ−４を　−に、ｊ＝５をΔＫに、ｊ
＝６をΔ［にそれぞれ対応さｕｌまた、ｉ＝１を法則（
△）に、ｉ＝２を法ｒｊＪ　（Ｉ　Ｂ　）に、ｉ＝３を
法則（２Ａ）に、ｉ　＝４を法ｔｉｌｌ　（２Ｂ　）に
、ｉ＝５を法則（３）にそれぞれ対応させたどきの測度
分布μ　・を第４１Ｊ 図に示す。

実際に各パラメータの値ｅ＋　　、ｅ−。

十ｏ、　　　ｏが入力されると、論し！ｌＩ調節器１６
＜ｉ＝１〜５．ｊ　＝１〜４）が決定され、人力された
パラメータの値が各法則（１Ａ）〜（３）に！ｉｌｙる
可能性としく次式によりμ　・　（ｉ）を論１ｎ 埋積として演算する。

−Ｍ　ｉ　ｎ　（μｍ１　（ｅ　’−）　。

μ　・　　（ｅ　　　　　）　、　μ　、３　（十　　
　）。

０　　　　　　・・・（４） μ、４（−）） 次・に法則（１Ａ）〜（３）のμｍ５（ΔＫ）。

μｍ６（ΔＴ）の測度分布を、（４）式のμ、。

（＋）以上の値をカットし、μ、（ΔＫ）、μｍ６（６
丁）としてとり直すことにより、与えられたパラメータ
に対応して各法１＄１ごとに可能性のない状況をとり除
く。

Ｏ ｆＪ後に各法則のμｍ５（ΔＫ）９μｍ６（６丁）の測
度分布の論理和とじで ・・・（５） ・・・（６） を演算し、この測度分布から重み付き平均としてΔＫ　
、ΔＴ０を求める。

以上の論理調節器１６の演Ｑはサンプルタイム。

Ｔ′ごとに積分ｍ１５Ａ〜１５Ｄのリセットタイミング
と同１１シて実施され、第１図にＪ３１＝プる加咋器イ
ー１きメｔす５，６に各調節けΔに、Δ丁１言号どして
出力される。加０器付きメモリ５．６では、これもり゛
ンブルタイム１−′　ごとに積分器１５Ａ〜１５Ｄのリ
セットタイミングと同期して調節量Δに、６丁を、づで
に記憶している値に加等してメモリを更新し、Ｐ　Ｉ　
ｉｌ制御志２に新たなゲインＫ、積分時間Ｔとして与え
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明に゛よる適応制御装置は制御系
の状態を制御偏差の挙動のみから判定してａ１１制御器
のゲインおよび積分時間を調整し、任意のプラント状態
または任意のプラン１〜応答性の変化に対して適応制御
を実現することができる。その場合、目標とり６制御性
は論理調節器の各パラメータの測度分布を変更り゛るこ
とにより自由かつ容易に変更することが一〇きる。

なお、これまでＰＩ制御器を中心に説明してぎたが、本
発明ｔｒＬＰ　［ｆ５素のほかにＤ（微分）要素をも含
んだ制御器にも拡大適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ｖＡは本発明の一実施例による適応制御装置のブロ
ック図、第２図は第゛１図にＪ３４Ｊるパラメータ調ｍ
器の一具体構成例を示すブロック図、第３図（ａ）〜（
ｆ）はＰＩ制ｔｉＩＩ器におｔノる制ｍ漏差とその微分
植の代表的な応答を承り特性線図、第４図は第２図にお
ける論理調節器の論理おにび測瓜分／ｌｉを示り図て・
ある。 ２・・・ｐｔ制御蒸、３・・・プラント、４・・−パラ
メータ調節器、５，６・・・加ｎ器付ぎメｔす、ｒ・・
・目標値、ｙ・・・被制御量、ｅ・・・制御偏差、Ｕ・
・・制御出力、Ｋ・・・制御器ゲイン、■・・・制御器
積分時間、ΔＫ・・・ゲイン調節用、６丁・・・積分時
間調節ｔａ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プラントの被制御量をフィードバックし、これを目標値
   との間の偏差すなわち制御偏差が零となるようにＰＩ要
   素を含む制御器を介して制御する制御装置において、 前記制御偏差とその微分値の各正負別の平均値を前記プ
   ラントの応答時間より十分長い時間間隔ごとに算出し、
   これら平均値に基づいて前記制御器の制御状態を論理判
   断し、その判断結果に従い予め設定されている調節法則
   に基づいて前記制御器のゲインおよび積分時間を前記時
   間間隔ごとに更新しながら調節するパラメータ調節手段
   を設けたことを特徴とする適応制御装置。