JPS62194504A - 調節計 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、少なくとも比例（Ｐ）、積分（１）演算定数
を最適な値に自動的に調整する調節計に関する。

（従来の技術） フィードバック制御に用いられるプロセス用ＰＩ調節計
において、Ｐｌｉｉｌ算定数の設定は、プロセス運転者
あるいは計装エンジニアの長年の知識と経験に基づいて
手動によって行なわれているのが現状である。しかしな
がら、手動設定によるものは、プロセスのスタートアッ
プ時、負荷変動時、予期しない外乱混入時、あるいは非
線形ゲイン特性を持つ系等の状況の下では、一時的ある
いは定常的にプロセス運転の乱れを生じ、状況によって
は経済的損失を及ぼすことがあった。

そこで、Ｐｌｉｌｌ定数をセルフチューニングするよう
にした調節計が提案されている。これまで提案されてい
るセルフチューニング調節計は、補助コントローラを主
コントローラに対して並列的に接続し、補助コントロー
ラのゲインをあげ、振動を起させ、その振幅２周波数か
ら、２ｉｅｇｌａｒ。

Ｎ１ｅｋｏｌｓによる所ｍ　Ｚ　−Ｎ限界感度法に基づ
いてＰＩ定数を同定するものく昭和４５年計測自動制御
学会論文集Ｍｏｌ　６．　Ｈａ、　６．　Ｐ５５〜Ｐ６
０　　限界感度法を利用した適応制御系の研究、北森俊
行）、オン。

オフ発生器を使用してリミットサイクルを発生させ、そ
の振幅等から最適なＰＩ演算定数を同定するようにした
もの（昭和４８年計測自動制御学会第１２回学術講演会
予稿集　Ｐ６１７〜ＰＧ１４　　ｐＨｌｌ自動設定自動
設定子アダプティブローラ　須見、福田）等がある。ま
た、出願人は、先に、特願昭６０−　Ｎ８４５１号にて
、プロセスに外乱を与えることなく、ランダムに発生す
る外乱等による制御量の変化をみて、最適の応答となる
ようにＰＩ演算定数を調整するセルフチューニング調節
計を提案している。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、これらのセルフチューニング調節計は、いず
れのものも自動運転の下で、セルフチューニングが行な
えるようになっている。それ故に、例えば、ｐＨ（ｍを
制御するようなプロセスにおいて、ＰＨセンサーを定期
的に洗浄するため、あるいはバッチ・オフの場合等、自
動運転を中断すると、一時的にプロセスが乱れることが
あり、セルフチューニングをすることがかえって制御性
を悪化させるという問題点があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的は、自動運転の中断が発生した場合、セルフチ
ューニングの制御動作を停止するようにしたａ筒針を実
現しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 前記した問題点を解決する本発明は、少なくとも比例、
積分演算を行なうＰＩ演算手段と、制御量の変化をみて
この制御量が最適の応答となるように前記ＰＩ演算手段
におけるＰＩ演算定数を調整するセルフチューニング制
御手段を備えた調節計において、当該調節計による自動
運転の中断を検出する検出手段を設け、この検出手段か
らの信号によって前記セルフチューニング制御手段の動
作、停止を行なうようにしたことを特徴とする。

（実施例） 第１図は、本発明に係る装置の一例を示す機能ブロック
図である。図において、１はプロセス対象を示すブロッ
クで、運転対象によってその動特性が変化するものとす
る。２は設定値Ｓｖとプロセス１からのプロセス量Ｐ■
との偏差（を入力信号とするＰＩ市０御ブロックで、Ｐ
Ｉ演算定数は、破線で囲んだセルフチューニングブロッ
ク３からの信号によって自動設定される。このＰＩ制御
ブロック２からの出力信号ＭＶは、プロセス１に印加さ
°れる。

セルフチューニングブロック３において、３Ｉは設定値
Ｓ　Ｖ、プロセス量ＰＶをそれぞれ入力し、Ｓ■とＰＶ
の偏差信号（の波形観測を行なう波形観測手段で、偏差
信号（のオーバーシュート量ＯＶＳ、ダンピング量ＤＭ
Ｐ、振動周期Ｔｐを求める機能を有している。３２は制
御性の目標となる目標値を設定する目標設定手段で、こ
こには少なくともプロセス１における理想的なオーバー
シュート量ＯＶＳと、ダンピング偵ＤＭＰとが設定され
る。３３はＰＩ演算定数を演算によって求めるパラメー
タ演算手段で、波形観測手段３１から得られるオーバー
シュート量とダンピングイ直とが、目標設定手段３２で
設定された目標値に近づくようにＰＩ演算定数を演算す
る。これらの各手段３１，３２゜３３は、いずれも調節
計内に搭載されたマイクロコンピュータによるプログラ
ムによって実現されるものとする。４は調節計による自
動運転の中断を検出する検出手段で、例えばｐＨセンサ
ーの洗浄を指示する信号、パッチオフを指示する信号等
（すレー等の接点入力、電圧レベル信号等）を入力する
ディジタル入力回路で構成されている。この検出手段４
からの信号は、セルフチューニングブロック３に印加さ
れ、ここでのセルフチューニングの動作、停止を指示す
る。

このように構成した装置の動作を次に説明する。

第２図は波形観測手段３１における波形観測手法の説明
図である。波形観測手段３１は、はじめに、設定ｍ　Ｓ
　Ｖとプロセス量Ｐ■の偏差ｉを求め、この偏差ζが、
予じめ目標設定手段３２に設定した所定の鐘ΔＥより大
きくなった時、波形観測を開始する。いま、この偏差（
が図示するように時間とともに変化するものとすれば、
この偏差εがΔＥより大きくなった時点より波形観測を
始め、波形のピーク値Ｅｌ、　８２．　Ｅ３を検出する
とともに、このピーク値になるまでの時間　ｔｌ、　Ｌ
２．　ｔ３を測定する。これらの値を用いて、オーバー
シュート量ＯＶＳ、ダンピング値ＤＭＰ、振動周期Ｔｐ
を次の演算式によって求め、演算結果をパラメータ演算
手段３３に与える。

Ｔｐ＝ｔ３−ｔｌ パラメータ演算手段３３は、波形観測手段３１によって
得られた演算結果に基づいて、ＰＩ制御ブロック２に設
定されている現在の比例定数、積分定数が、目標設定手
段３２で設定されているオーバーシュート量とダンピン
グ値とを実現するための目標となる比例定数、積分定数
に対して、どんな関係にあるかを認識し、それぞれの関
係によって決まるいくつかの区分に応じて、それぞれ異
なった演算式を適用し、少なくとも新しい比例定数と積
分定数（現在値からの変更量）を演算する。このように
して得られた新しい比例定数と積分定数は、ＰＩ制御ブ
ロック２に再設定され、ＰＩ制御ブロック２は、次に、
この新しく設定された定数に基づいてＰＩ演算を行ない
、操作信号をプロセス１に出力する。

第３図は、パラメータ演算手段３３の動作の一例を示す
フローチャートである。ここでは４つの区分を決めたも
のを例示する。

はじめに、波形観測手段３１で得られたダンピング値Ｄ
ＭＰが「０」より小さいか判断する（ステップ１）。こ
れによって、ＰＩ制御ブロック２に現在設定されている
Ｐ、Ｉ定数が後述するへ区分にあるかどうか判断する。

すなわち、ダンピング値ＤＭＰがｒＯＪより小さい場合
、非振動的な応答特性を示しており、現在のＰ、Ｉ演算
定数による制御性はＡ区分にあるものと判断し、目標設
定手段３２に設定した目標値に近ずくようにＰ、Ｉ演算
定数を変更する演算を行なう（ステップ２）。

ダンピング（ｔｍ　　ＤＭＰ≧０　の協会（ステップ１
で“ＮＯパの場合）、（積算演算定数Ｔｒ）／（振動周
期Ｔｐ）のＩＲを演算しくステップ３）、この値Ｒの大
きさを判断する（ステップ４）、すなわち、Ｒ＜０．２
であれば、現在設定され′ＣいるＰＩ演算定数は、８区
分にあるものと判断し、ステップ５に移る。また、０．
２≦Ｒ≦０．４であれば、Ｃ区分にあるものと判断し、
ステップ６に、Ｒ＞０．４であれば、０区分にあるもの
と判断し、ステップ７にそれぞれ移る。このように、ダ
ンピング（Ｗ４　、振動周期、Ｒの大きさによって、Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄの４区分に分けたのは、これまでの経験則
に基づくもので、各区分の概念と、各区分における演算
式を第４図に示す。第４図において、横軸はＲの値であ
り縦軸は、ダンピング値ＤＭＰをとっである。

この図でハツチングを施した付近（ダンピング値ＤＭＰ
ミＬｍ、　Ｒ＝　１１．２付近）が目標値となる領域で
、各区分ごとに示しである比例演算定数ＰＢ。

積分演算定数Ｔｉを求めるための所定の演算を行なうこ
とによって、どの区分からも制御性が目標値に向かうよ
うな、Ｐ演算定数、■演算定数が求められる。なお、本
発明は、微分（Ｄ）演算をも含む調節計にも同様に適用
できるものであって、第４図には、微分演算定数Ｔｄを
得るための演算式についても参考までに示しである。

第４図に示す各演算式において、ＰＨＩ、ＰＨ１は今回
１次回の比例演算定数、　Ｔｉｌ、Ｔｉ２は今回１次回
の積分演算定数（積分時間）、Ｅｏｖｒは誤差オーバー
シュート、Ｅｄｍｐは誤差ダンピングである。

区分Ａにおける（ＩＡ）式、（２Ａ）式は、ステップ２
において適用され、比例演算定数ＰＢ２．Ｂ２前算定数
Ｔｉ２は、誤差ダンピングＥｄｍｐ、誤差オーバーシュ
ートＥｏｖｒの値に応じてそれぞれ今回の定数よりいず
れも増大するような値が求められる。Ｅｄｍｐ、　Ｅｏ
ｖｒが０であれば、ＰＨ１，Ｔｉ２は、今回のＦＢＩ、
　Ｔｉｔと同じ値となる。

区分Ｂにおける（ＩＢ）式、（２Ｂ）式は、ステップ５
において適用され、比例演算定数Ｐ！１２．摂分演算泥
分演算定数、Ｒ１０，２（ここではＲは０．２より小さ
い）の割合でそれぞれ今回の定数より減少するような値
が求められる。

以下、同じように、区分Ｃにおける（１ｃ）式。

（２Ｃ）式は、ステップ６において適用され、区分りに
おける（ＩＤ）式、（２Ｄ）式はステップ７において適
用される。

ステップ８では、ステップ２，５，６，７のいずれかに
おいて得られた比例演算定数、１分演算定数を、ＰＩ制
御ブロックに再設定する。

以上のような動作によって、ＰＩｆｆ＋Ｏｍブロック２
には、そこに設定されている比例演算定数、積分演算定
数がどのような値であっても、最終的に制御性が最適な
目標値になるように自動的に調整されることになる。

ここで、検出手段４が調節計の自動運転の中断を検出す
ると、セルフチューニングブロック３にその旨を示す信
号を出力する。セルフチューニングブロック３は、この
信号を受けると、セルフチューニングの動作を停止する
。これによって、一時的にプロセスが乱れても、その後
のセルフチューニング動作に影響のないようにしている
。

第５図は、本発明装置の池の例を示す機能ブロック図で
ある。この実施例においては、セルフチューニングブロ
ック３と、ＰＩ制御ブロック２との間に、パラメータ演
算ブロック３からの制御出力をオフとするスイッチＳＷ
を設けるとともに、検出手段４からの信号及び外部設定
スイッチＳＷＵからの信号によってスイッチｓｗを駆動
するようにしたものである。これによって、自動運転状
態のままで、スイッチＳＷＵの操作により、外部よりセ
ルフチューニングの動作を停止させることができる。

なお、上記の説明では、セルフチューニング調節計とし
て、特願昭６０−２４８４５１号で提案したものを用い
たものであるが、他のセルフチューニング調節計に用い
てもよい。また、ＰＩＤ制御ブロックを用いたものでも
よい。

（ｉ＠明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、セルフチューニ
ングの動作、停止をプロセスの自動運転の状況、中断等
に応じて自動的に行なえるセルフチューニング調節計が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の一例を示す機能ブロック図
、第２図は波形観測手段における波形観測手法の説明図
、第３図はパラメータ演算手段の動作の一例を示すフロ
ーチャート、第４図はパラメータｆｉＩｇ手段において
定められる各区分の概念図、第５図は本発明装置の他の
例を示す機能フロック図である。 ｌ・・・プロセス、２・・・ＰＩ制御ブロック、３・・
・パラメータ演算ブロック、４・・・検出手段、３１・
・・波形観測手段、３ｚ・・・目標設定手段、３３・・
・パラメータ演算手段。 ）、′ −。　　　　　　　θ　　　　　　　　　　　＼第３図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも比例、積分演算を行なうＰＩ演算手段
   と、制御量の変化をみてこの制御量が最適の応答となる
   ように前記ＰＩ演算手段におけるＰＩ演算定数を調整す
   るセルフチューニング制御手段を備えた調節計において
   、 当該調節計による自動運転の中断を検出する検出手段を
   設け、この検出手段からの信号によって前記セルフチュ
   ーニング制御手段の動作、停止を行なうようにしたこと
   を特徴とする調節計。
2. （２）セルフチューニング制御手段は、プロセス量又は
   プロセス量と設定値との偏差との偏差信号の波形を観測
   し当該信号が所定値以上となつた場合オーバーシュート
   量、ダンピング個及び振動周期を求める波形観測手段と
   、前記プロセスの制御性の目標となる少なくともオーバ
   ーシュート量とダンピング値とを設定する目標設定手段
   と、前記波形観測手段から得られるオーバーシュート量
   とダンピング値と振動周期及び前記目標設定手段で設定
   された目標値とをそれぞれ入力し、この目標値との誤差
   の大きさに応じてそれぞれ異なる演算式を適用し、少な
   くとも比例定数、積分定数を演算し、得られた比例定数
   、積分定数をＰＩ制御手段に設定するパラメータ演算手
   段とで構成される特許請求の範囲第１項記載の調節計。