JPS6217242B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6217242B2
JPS6217242B2 JP18564180A JP18564180A JPS6217242B2 JP S6217242 B2 JPS6217242 B2 JP S6217242B2 JP 18564180 A JP18564180 A JP 18564180A JP 18564180 A JP18564180 A JP 18564180A JP S6217242 B2 JPS6217242 B2 JP S6217242B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
controller
load
integral
differential
proportional
Prior art date
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Expired
Application number
JP18564180A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS57111703A (en
Inventor
Yoshihisa Uchida
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.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
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Publication of JPS6217242B2 publication Critical patent/JPS6217242B2/ja
Granted 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
    • G05B13/0205Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

<産業上の利用分野> この発明はプロセスの適応制御装置に関する。 <従来の技術とその問題点> 制御量を目標値rに一致するようプロセス制御
を行う従来の装置では、プロセスを定格負荷の辺
で最適な制御結果が得られるように調整値を定め
ても、負荷が減少するにつれて制御量の変化が大
きくなる現象が生じ、プロセス制御上問題点とな
つていた。 適応制御は、プロセスの特性を検出してコント
ローラの調整値を適応的に自動調節することによ
り、上述の問題に対処し得るものであるが、従来
の適応制御は、プロセス特性の検出に計算機を使
用したり、あるいは、負荷とともに変動する他の
プロセス変数を検出して適応信号を発生させ、そ
の適応信号の大きさに相関してコントローラの各
調整値を強制的に変化させる機構を設ける等、装
置が複雑で高価となつてしまうという欠点があつ
た。 この発明は上記従来の問題点を解消して、複雑
な機構や計算機等を用いることなく、負荷が変化
した時、コントローラの各調整値がその変化した
負荷に対応して自動的に修正され、つねに最適な
調整結果が得られるプロセスの適応制御装置を提
供することを目的としている。 <問題点を解決するための手段> 上記の目的を達成するため、本発明は、負荷v
の作用するプロセスの制御量を目標値に一致させ
るべく、比例、微分および積分各要素がこの順に
配置されたコントローラにおいて、プロセスの定
格負荷時における特性(ゲインR、時定数T、む
だ時間L)に基づいて評価関数が極値となるよう
コントローラの比例、微分および積分の各調整値
が設定されている状態で、コントローラの最終段
の積分要素の出力が負荷vに相応する信号になる
ことを利用し、コントローラの最終段の積分要素
の後段に平方根要素を挿入する。そして、その出
力信号√を、コントローラ内にけおる比例、微
分および積分各要素にそれぞれに乗除することに
より、負荷vの変化に対してこのコントローラの
各調整値が、負荷vの変化後におけるプロセスの
特性(ゲインT〓、時定数R〓、むだ時間L〓)に対し
ても、評価関数が極値となるように自動的に変換
されるよう構成したことによつて、特徴づけられ
る。 <作用ならび発明の原理> この発明は適応制御、すなわちプロセスの特性
を検出してコントローラの調整値を自動調整する
ことを行う装置において、以下の点に鑑みてなさ
れたものである。 () 調整弁のサイズは一般に、プロセス定格負
荷vの2倍に選ばれる。従つて、操作量mが下
式 m=v1+2L/1+L ……(1) となるよう制御回路を設計すれば制御面積が最
小、いいかえれば評価関数が極値になり、この
ときのコントローラの最適調整値はプロセス定
格負荷時の特性R,T,Lの関数として設定す
ることができる。ここでRはゲイン、Tは時定
数、Lはむだ時間を示し、sは微分記号d/dt
である。 () プロセスの特性R,T,Lがプロセスに加
わる負荷vの平方根に逆比例して変化すること
を、実験によつて確かめることができた。すな
わち、負荷が変化したときの特性R〓,T〓,L〓と
すれば、定格負荷時の特性R,T,Lと次の関
係があることをつきとめた。 この発明は、(1)と(2)との関係を利用したもの
で、コントローラの比例、微分および積分各調
整値が、プロセスの評価関数が極値となるよう
設定されているときに、コントローラの最終段
における積分要素の出力が負荷vに相応する信
号となることから、これを平方根要素に導き、
その出力信号√をコントローラ内の比例、微
分および積分各要素に乗除すれば、(2)式の関係
によつてコントローラの各調整値が、負荷vの
変化後の特性R〓,T〓,L〓に対しても、評価関数
が極値となるよう、自動的に変換されることに
基づいている。すなわち、負荷変化後の操作量
は、 に変換されるわけである。 <実施例> 次にこの発明の実施例を図面に基づき説明す
る。むだ時間Lを含む1次おくれプロセス(ゲイ
ンR、時間数T)を対象に操作量mがv1+2L/1
+L となるよう制御回路を設計すると第1図のように
なる。鎖線11で示した部分、すなわちむだ時L
を含む一次おくれプロセスに定格負荷vが加わつ
た場合を示す。なお、むだ時間Lは時定数をLと
する一次おくれと過渡的に等価であるから、むだ
時間e-LSを一次おくれで示している。鎖線12
で示したコントローラは比例P、微分D、積分I
の直列動作を有した制御回路を構成し、その最適
調整値は比例ゲイン2T/RT、微分時間L、積分時間 T及び2Lとなる。第1図は下式のように示され
る。 −(m1/1+L−v)R/1+T・2T/RL(1+LS)(1+1/T)(1+1/2L
)=m……(4) この(4)式を整理してmを求めると下式のように
なる。 m=v1+2L/1+L ……(5) この(5)式はコントローラ12の信号1v1/1+L
と信号2v1+2L/1+Lを加えたものであり、
また信 号1はvの1次おくれ形で、わずかの時間経過後
vになる信号である。従つて、信号1を開平する
ことによつて(2)式の√を導くことができる。 次に、この発明の実施例において、プロセスに
加わる負荷vが定格負荷より減少し、プロセスの
特性がR〓,T〓,L〓になつた場合の制御回路の構成
及び作用について説明する。 コントローラ22の調整値は定応負荷のときの
設定値であるから、その値をR〓,T〓,L〓に変更し
て操作量mを(3)式にする必要がある。 そこで、第2図のようにコントローラ22の信
号3を、つまり最終段の積分要素の出力を平方根
要素Hを通過させ、その出力信号4を3個の乗算
要素Vに導入し、コントローラ22内の比例、微
分および積分各要素に乗じる。 (6)式に(2)式を代入してmを求める。 以下、演算の結果
<Industrial Application Field> The present invention relates to a process adaptive control device. <Conventional technology and its problems> In conventional equipment that performs process control so that the controlled variable matches the target value r, it is difficult to set the adjustment value so that the optimum control result can be obtained around the rated load of the process. However, as the load decreases, the change in the control amount increases, which poses a problem in process control. Adaptive control can address the above-mentioned problems by detecting process characteristics and adaptively and automatically adjusting controller adjustment values, but traditional adaptive control relies on computers to detect process characteristics. Alternatively, by detecting other process variables that vary with the load, generating an adaptive signal, and providing a mechanism to force each controller adjustment value to change in correlation to the magnitude of the adaptive signal. The drawback is that the device is complicated and expensive. This invention solves the above-mentioned conventional problems, and when the load changes, each adjustment value of the controller is automatically corrected in accordance with the changed load, without using complicated mechanisms or computers, etc. The purpose of the present invention is to provide an adaptive control device for a process that can always obtain optimal adjustment results. <Means for solving the problems> In order to achieve the above object, the present invention provides a load v
In order to match the controlled variable of the process to the target value, the controller has proportional, differential, and integral elements arranged in this order, and the characteristics (gain R, time constant T, dead time L) at the rated load of the process are The controller's proportional, differential, and integral adjustment values are set so that the evaluation function takes an extreme value based on A square root element is inserted after the integral element at the final stage of the controller. Then, by multiplying and dividing the output signal √ by each of the proportional, differential, and integral elements within the controller, each adjustment value of this controller with respect to a change in load v can be calculated as follows: The characteristics (gain T〓, time constant R〓, dead time L〓) are also characterized by being configured so that the evaluation function is automatically converted to an extreme value. <Operation and Principle of the Invention> The present invention has been made in view of the following points in an apparatus that performs adaptive control, that is, detects process characteristics and automatically adjusts adjustment values of a controller. () The size of the regulating valve is generally chosen to be twice the process rated load v. Therefore, if the control circuit is designed so that the manipulated variable m is expressed by the following formula: m=v1+ 2LS /1+ LS ...(1), the control area will be minimized, or in other words, the evaluation function will be at its extreme value, and the controller's The optimum adjustment value can be set as a function of the characteristics R, T, and L at the process rated load. Here, R is the gain, T is the time constant, L is the dead time, and s is the differential symbol d/dt
It is. () It was confirmed through experiments that the process characteristics R, T, and L change in inverse proportion to the square root of the load v applied to the process. That is, it was found that if the characteristics R〓, T〓, L〓 when the load changes, the following relationship exists with the characteristics R, T, L at the rated load. This invention utilizes the relationship between (1) and (2), and when the controller's proportional, differential, and integral adjustment values are set so that the process evaluation function takes an extreme value, the controller Since the output of the integral element at the final stage of is a signal corresponding to the load v, lead this to the square root element,
If the output signal √ is multiplied by each proportional, differential, and integral element in the controller, each adjustment value of the controller is determined by the relationship of equation (2), which is the characteristic R〓, T〓, L 〓 is also automatically converted so that the evaluation function becomes an extreme value. In other words, the manipulated variable after the load change is It is converted into . <Example> Next, an example of the present invention will be described based on the drawings. The manipulated variable m is v1+2L S /1 for a first-order delayed process (gain R, time T) including dead time L.
If the control circuit is designed to provide + LS , the result will be as shown in Figure 1. The part indicated by the chain line 11, that is, the dead time L
The case where the rated load v is applied to the primary delay process including Note that since the dead time L is transiently equivalent to a first-order lag where the time constant is L, the dead time e -LS is expressed as a first-order lag. chain line 12
The controller shown is proportional P, differential D, integral I
A control circuit is constructed with series operation, and its optimal adjustment values are a proportional gain of 2T/RT, a differential time L, an integral time T, and 2L. FIG. 1 is shown as the following formula. -(m1/1+L S -v)R/1+T S・2T/RL(1+L S )(1+1/T S )(1+1/2L S
)=m...(4) If we rearrange this equation (4) and find m, we get the following equation. m=v1+2L S /1+L S ...(5) This equation (5) is the signal 1v1/1+L of the controller 12.
S
and signal 2v1+2L S /1+L S ,
Further, signal 1 is a first-order delayed form of v, and is a signal that becomes v after a short period of time has passed. Therefore, by square rooting signal 1, √ in equation (2) can be derived. Next, in an embodiment of the present invention, the configuration and operation of the control circuit will be described when the load v applied to the process is reduced from the rated load and the process characteristics become R〓, T〓, L〓. Since the adjustment values of the controller 22 are the set values when the load is constant, it is necessary to change the values to R〓, T〓, L〓 and make the manipulated variable m according to equation (3). Therefore, as shown in FIG. Multiply each proportional, differential, and integral element. Substitute equation (2) into equation (6) to find m. Below is the result of the calculation

【式】 となる。このように、√を挿入することによ
り、特性R,T,LがR〓,T〓,L〓に変換され、最
適な調節結果が得られる(7)式の操作量mを求める
ことができる。 次に、プロセスのむだ時間Lを含む積分性(積
分時定数T)の場合には第3図に示した制御回路
を設計すればよい。コントローラ32の信号5を
平方根要素Hを透過させて得られた√の信号6
を乗算要素V及び除算要素Wに導入する。そうす
ると第3図の制御系は次式の関係で示される。 (8)式に(2)式を代入してmを求める。 以下、演算の結果
[Formula] becomes. In this way, by inserting √, the characteristics R, T, and L are converted into R〓, T〓, L〓, and the manipulated variable m of equation (7) that yields the optimal adjustment result can be found. . Next, in the case of integral property (integral time constant T) including dead time L of the process, a control circuit shown in FIG. 3 may be designed. A signal 6 of √ obtained by transmitting the signal 5 of the controller 32 through the square root element H
is introduced into the multiplication element V and the division element W. Then, the control system shown in FIG. 3 is expressed by the following relationship. Substitute equation (2) into equation (8) to find m. Below is the result of the calculation

【式】 となる。この(9)式は(7)式と一致しているので、負
荷vが定格負荷より減少した場合と同様に最適制
御結果を得ることができる。 <発明の効果> 以上説明したように、本発明によれば、ほとん
どのプロセスにおいて(2)式が成立することを利用
して、コントローラ内から抽出される負荷vに相
応した信号を、平方根要素に導入して信号√を
導出し、その信号√をコントローラ内における
比例、微分および積分各要素それぞれ乗除するこ
とにより、コントローラの調整値が自律的に負荷
vの変化後のプロセス特性に対して評価関数が極
値となるよう修正され、その結果、負荷vの変動
があつても常に最適な制御を達成することができ
る。しかも、従来の適応制御のように、複雑な機
構や高価な計算機を必要とせず、平方根および乗
または除算機能をもつ要素をコントローラ内に付
加するだけでよく、シンプルで安価な適応制御装
置を得ることができる。
[Formula] becomes. Since this equation (9) matches equation (7), the optimum control result can be obtained in the same way as when the load v is reduced from the rated load. <Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, by utilizing the fact that equation (2) holds true in most processes, a signal corresponding to the load v extracted from the controller is converted into a square root element. By introducing the signal √ into the controller and multiplying and dividing the signal √ by each of the proportional, differential, and integral elements in the controller, the controller adjustment value can be autonomously evaluated against the process characteristics after a change in the load v. The function is modified to take an extreme value, and as a result, optimal control can always be achieved even when the load v varies. Moreover, unlike conventional adaptive control, there is no need for complex mechanisms or expensive computers; instead, it is only necessary to add elements with square root and multiplication or division functions within the controller, resulting in a simple and inexpensive adaptive control device. be able to.

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

第1図はこの発明に係る制御系を説明するため
のブロツク図である。第2図は上記実施例の構成
を示すブロツク図である。第3はこの発明の他の
実施例の構成を示すブロツク図である。 11,21……むだ時間を含む1次おくれプロ
セス、12,22,32……コントローラ、31
……むだ時間を含む積分性プロセス、r……目標
値、m……操作量、v……負荷、R……ゲイン、
L……むだ時間、T……時定数、V……乗算要
素、W……除算要素。
FIG. 1 is a block diagram for explaining a control system according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the above embodiment. The third is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the invention. 11, 21... Primary delayed process including dead time, 12, 22, 32... Controller, 31
... Integral process including dead time, r... Target value, m... Manipulated amount, v... Load, R... Gain,
L...Dead time, T...Time constant, V...Multiplication element, W...Division element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 負荷vの作用するプロセスの制御量を目標値
に一致させるべく、比例、微分および積分各要素
がこの順に配置されたコントローラにおいて、上
記プロセスの定格負荷時における特性(ゲイン
R、時定数T、むだ時間L)に基づいて評価関数
が極値となるよう上記コントローラの比例、微分
および積分の各調整値が設定されている状態で、
上記コントローラの最終段の積分要素の出力が負
荷vに相応する信号になることを利用し、上記コ
ントローラの最終段の積分要素の後段に平方根要
素を挿入して、その出力信号√を当該コントロ
ーラ内における比例、微分および積分各要素それ
ぞれに乗除することにより、上記負荷vの変化に
対して当該コントローラの各調整値が、上記負荷
vの変化後における上記プロセスの特性(ゲイン
R〓、時定数T〓、むだ時間L〓)に対しても、評価関
数が極値となるように自動的に変換されるよう構
成したことを特徴とする、プロセスの適応制御装
置。
1 In order to match the controlled variable of the process on which the load v acts, with the target value, in a controller in which proportional, differential, and integral elements are arranged in this order, the characteristics of the process at the rated load (gain R, time constant T, With the proportional, differential, and integral adjustment values of the controller set so that the evaluation function takes an extreme value based on the dead time L),
Taking advantage of the fact that the output of the integral element at the final stage of the above controller becomes a signal corresponding to the load v, a square root element is inserted after the integral element at the final stage of the controller, and the output signal √ is applied to the controller. By multiplying and dividing the proportional, differential, and integral elements of An adaptive control device for a process, characterized in that the evaluation function is automatically converted to an extreme value even for dead time L).
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JPS57111703A JPS57111703A (en) 1982-07-12
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JPS5941006A (en) * 1982-08-31 1984-03-07 Shimadzu Corp Process control device
JPS5947607A (en) * 1982-09-13 1984-03-17 Toshiba Corp Process controller
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