JPS634302A - フイ−ドバツクプロセス制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、制御対象プロセスを目標値となるようにフ
ィードバック制御するためのフィードバックプロセス制
御装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、プロセス制御系の制御装置としては、制御動作
部（調節部）に比例積分装置を用い、基準入力となる設
定目標値と検出部からのフィードバック量との偏差量を
上記比例積分装置へその制御動作信号として入力し、同
装置の出力としての操作量情報を制御対象プロセス部に
与える閉ループ回路が知られている。

第４図は従来のこの種のフィードバックプロセス制御装
置を示すブロック図であり、図において、１は目標値設
定部、２は制御対象プロセス部、３は制御対象プロセス
部２の制御量を検出する検出部、４は比較部であり、同
比較部４は、目標値設定部１からの目標値と、制御対象
プロセス部２からの制御量に基づき検出部３により検出
されるフィードバック量とを比較し制御偏差量を求める
ものである。

また、５は制御動作部としての比例積分装置であり、同
比例積分装置５は、比例動作部と積分動作部とを含んで
構成されていて、比較部４からの制御偏差量を受けて制
御対象プロセス部２へ操作量情報を出力するものである
。

さらに、Ｓｌは目標値設定部１から制御対象プロセス部
２へ出力される設定目標値信号、Ｓ２は制御対象プロセ
ス部２から出力される制御量信号、Ｓ、は検出部３によ
り検出される制御対象プロセス部２からの制御量信号Ｓ
２に基づくフィードバック量信号、Ｓ４は比較部４にお
いて設定目標値信号Ｓ工とフィードバック量信号Ｓ、と
を比較して求められ比例積分装置５へ出力される制御偏
差量信号、Ｓ、は制御偏差量信号Ｓ４に基づき比例積分
装置５から制御対象プロセス部２へ出力される操作量情
報信号、Ｓｃｉは操作量情報信号Ｓ、に外部から加わる
外乱である。

次に第４図により従来装置の動作について説明する。ま
ず、目標値設定部１より設定目標値信号Ｓ０が設定出力
されると、比較部４において、設定目標値信号Ｓ１と、
検出部３からのフィードバック量信号Ｓ３とが比較演算
されて、信号Ｓ１とＳ、との差から決まる制御偏差量信
号Ｓ４が求められ、この制御偏差量信号Ｓ４が制御動作
信号として出力される。

次いで、制御偏差量信号Ｓ４が比例積分装置５に入力さ
れて比例積分され、同比例積分装置５から操作量情報信
号Ｓ、が出力されると、自動制御が開始される。この操
作量情報信号Ｓ５は外乱Ｓｃｌとともに制御対象プロセ
ス部２へ入力され、この制御対象プロセス部２の制御が
行なわれる。

そして、制御対象プロセス部２からの制御量信号Ｓ２は
、検出部３によって検出されフィードバック量信号Ｓ１
に変換されて再び比較部４に入力される。

以上の動作は、制御量信号Ｓ２が目標値になるまで、つ
まりフィードバック量信号Ｓ、が制御偏差量信号Ｓ４と
等しくなり、制御偏差量信号Ｓ４が零になるまで続けら
れる。

［発明が解決しようとする問題点コ ー般に、比例積分動作によって制御系の応答性および安
定性を向上させるには、設定目標値とフィードバック量
との偏差量が大きい時、つまり過渡状態においては比例
ゲインを大きく且つ積分時定数を小さくし、制御応答を
速くする一方、上記偏差量が小さくなって定常状態にな
った時には、制御系の微小な変動を抑えるように、比例
ゲインを小さく且つ積分時定数を大きくすることが望ま
れるが、従来のフィードバックプロセス制御装置では、
比例積分装置５の比例動作部および積分動作部において
、比例ゲインと、積分ゲインとしての積分時定数とが常
に一定であるため、制御系の応答性および安定性を同時
に向上させることは不可能であった。特に、多変数制御
系の応答性および安定性を向上させるためには、多くの
補償要素が必要で、制御系の複雑化およびコスト高を招
くなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、設定目標値とフィードバック量との偏差量に
応じ、比例積分装置における比例ゲインおよび積分ゲイ
ンを適当に変更できるようにして、制御系の応答性およ
び安定性の向上をはかったフィードバックプロセス制御
装置を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係るフィードバックプロセス制御装置は、比
較部からの制御偏差量を受けて制御対象プロセス部へ操
作量情報を出力する制御動作部が、比例動作部と積分動
作部とを含んで構成され、且つ、上記比例動作部での比
例ゲインおよび上記積分動作部での積分ゲインを上記比
較部からの制御偏差量に応じて変更するゲイン変更部が
設けられたものである。

［作　　　用コ この発明におけるフィードバックプロセス制御装置では
、ゲイン変更部により、比較部からの制御偏差量に基づ
いて、同制御偏差量が大きい場合には、比例動作部での
比例ゲインが大きく且つ積分動作部での積分ゲインが小
さくなるように変更される一方、上記制御偏差量が小さ
い場合には上記比例ゲインが小さく旦つ上記積分ゲイン
が大きくされように変更される。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、１は目標値設定部、２は制御対象プロセス
部、３は制御対象プロセス部２の制御量を検出する検出
部、４は比較部であり、この比較部４は、目標値設定部
１がらの目標値と、制御対象プロセス部２からのｉ制御
量に基づき検出部３により検出されるフィードバック量
とを比較し制御偏差量を求めるものである。

また、５は制御動作部としての比例積分装置であり、こ
の比例積分装置５は、比例動作部と積分動作部とを含ん
で構成されていて、比較部４がらの制御偏差量を受け、
後述する比例ゲイン発生装置６からの比例ゲインＧｐと
積分時定数発生装置７からの積分ゲインとしての積分時
定数Ｇｉとに基づき、上記制御偏差量を比例積分して制
御対象プロセス部２へ操作量情報を出方するものである
。

さらに、Ｓ工は目標値設定部１がら制御対象プロセス部
２へ出力される設定目標値信号、ｓ２は制御対象プロセ
ス部２から出力される制御量信号、Ｓ、は検出部３によ
り検出される制御対象プロセス部２からの制御量信号ｓ
２に基づくフィードバック量信号、Ｓ４は比較部４にお
いて設定目標値信号Ｓ１とフィードバック量信号Ｓ、と
を比較して求められ比例積分装置１５へ出力される制御
偏差量信号、Ｓ５は制御偏差量信号ｓ４に基づき比例積
分装置５から制御対象プロセス部２へ出力される操作量
情報信号、Ｓｄは操作量情報信号Ｓ、に外部から加わる
外乱である。

そして、本実施例において、比例ゲイン発生装置６は比
例ゲイン用関数発生器８と比例ゲイン変更部としての比
例ゲイン用乗算器９とがら構成されている。比例ゲイン
用閏数発生器８は、目標値設定部１からの設定目標値信
号Ｓ工に応じた比例ゲインを、関数Ｆ１（Ｓ□）に基づ
き設定するものであり、比例ゲイン用乗算器９は、比例
ゲイン用関数発生器８により設定された比例ゲインを制
御偏差量信号Ｓ４に応じて変更すにく、同比例ゲインに
比較部４からの制御偏差量を乗じた値を、比例積分装置
５での比例ゲインＧｐとして同比例積分装置５へ出力す
るものである。

また、積分時定数発生装Ｍ７は積分時定数用関数発生器
１０と積分ゲイン変更部としての積分時定数用除算器１
１とから構成されている。積分時定数用関数発生器１０
は、目標値設定部１からの設定目標値信号Ｓ２に応じた
積分ゲインとしての積分時定数を、関数Ｆ、（Ｓ工）に
基づき設定するものであり、積分時定数用除算器１１は
、積分時定数用関数発生器１０により設定された積分時
定数を制御偏差量信号Ｓ４に応じて変更すべく、同積分
時定数を比較部４からの制御偏差量で除した値を、比例
積分装置５での積分時定数Ｇｉとして同比例積分装置５
へ出力するものである。

次に第１図（ブロック図）および第２図（フローチャー
ト）を用いて本装置のの動作について説明する。まず、
目標値設定部１より設定目標値信号Ｓ工が設定出力され
ると（ステップａｌ）、比例ゲイン用関数発生器８．積
分時定数用関数発生器１ｏにおいてそれぞれ設定目標値
信号Ｓ工に応じた標Ｐ、信号としての比例ゲインおよび
積分時定数が設定されるとともに（ステップａ２）、比
較部４において、設定目標値信号Ｓ工と、検出部３から
のフィードバック量信号Ｓ、とが比較演算されて、制御
偏差量信号Ｓ４が求められこの制御偏差量信号Ｓ４が制
御動作信号として出力される（ステップａ３）。

そして、比較部４からの制御偏差量信号Ｓ、に応じて、
比例ゲイン用乗算器９．積分時定数発生装置１１により
、それぞれ比例ゲイン用関数発生器８からの比例ゲイン
および積分時定数用関数発生器１０からの積分時定数が
変更される（ステップａ４）。つまり、設定目標値信号
Ｓ０とフィードバック量信号Ｓ３との偏差量が大なる時
、すなわち制御偏差量信号Ｓ、が大きいいわゆる過渡状
態に制御系がある時には、比例ゲイン用乗算器９および
積分時定数用除算器１１の作用により、比例ゲイン用関
数発生器８で設定された比例ゲインは大きく、積分時定
数用関数発生器１０で設定された積分時定数は小さくな
るように変更される。

−方、設定目標値信号Ｓ工とフィードバック量信号Ｓ、
との偏差量が小なる時、すなわち制御偏差量信号Ｓ４が
小さくいわゆる定常状態に制御系がある時には、比例ゲ
イン用乗算器９および積分時定数用除算器１１の作用に
より、比例ゲイン用関数発生器８で設定された比例ゲイ
ンは小さく、積分時定数用関数発生器１０で設定された
積分時定数は大きくなるように変更される。

上述のようにして変更して得られた比例ゲインＧＰおよ
び積分時定数Ｇｉは、比例積分装置５へ出力され、同比
例積分装置５は、比較部４から入力される制御偏差量信
号Ｓ４を比例ゲインＧｐおよび積分時定数Ｇｉに基づき
比例積分して得た操作量情報信号Ｓ、を出力して自動制
御を行なう（ステップａ５）。

制御対象プロセス部２には、比例積分装置５からの操作
量情報信号Ｓ、とともに外乱Ｓｄが入力され、制御対象
プロセス部２からの制御量信号Ｓ２は、検出部３によっ
て検出されフィードバック量信号Ｓ、に変換されて再び
比較部４に入力される。

以上の動作は、制御量信号Ｓ２が目標値になるまで、つ
まりフィードバック量信号Ｓ、が制御偏差量信号Ｓ４と
等しくなり、制御偏差量信号Ｓ４が零となったのを比較
部４において検出する（ステップａ６）まで続けられる
。

このように、本実施例によれば、比例ゲイン用関数発生
器８．積分時定数用関数発生器１０において、制御対象
プロセス部２の負荷特性を知る上で最も確実であるプロ
セス制御系の基準入力つまり設定目標値信号Ｓ１に応じ
標準信号としての比例ゲインと積分時定数とがまず設定
されるので、制御対象プロセス部２が非線形特性を持つ
ものであっても、同制御対象プロセス部２のあらゆる負
荷帯における制御特性が補償される。

また、比例ゲイン用関数発生器８．積分時定数用関数発
生器１０によりそれぞれ設定された比例ゲインおよび積
分時定数が制御偏差量信号Ｓ４の大きさに応じて適切に
変更されるので、制御系が過渡状態である場合には、そ
の応答性が向上する一方、制御系が定常状態である場合
には、その安定性が向上する。

さらに、制御要素である比例ゲインＧｐおよび積分時定
数Ｇｉが既知の基準入力としての設定目標値信号Ｓ１お
よび制御偏差量信号Ｓ４から決定されるため、従来から
ある関数発生器８，１０．乗算器９および除算器１１を
利用することによって、安価にしかも技術的にも比較的
容易に制御系の応答性および安定性を向上させることが
でき、制御対象の負荷特性に応じた最適な制御が実現さ
れるのである。

なお、上記実施例では、比例ゲイン発生装置６および積
分時定数発生装置７を、それぞれ、関数発生器８，１０
と、乗算器９．除算器１１とで構成しているが、これら
の比例ゲイン発生装置６および積分時定数発生装置７を
、第３図に示すように、ディジタル計算機１２と入出力
変換装置１３とで構成してもよい。つまり、ディジタル
計算機１２の六カとなる設定目標値信号Ｓ１と制御偏差
量信号Ｓ４とを入出力変換装置１３においてディジタル
計籏機１２が取り扱うことのできるディジタル信号に変
換し、ディジタル計算機１２において制御系の応答性お
よび安定性を考慮した最適な比例ゲインＧＰと積分時定
数Ｇｉとを計算する９その計算式を計算機ソフトウェア
によって構成すれば、非常に複雑な数学的計算も可能と
なり最適な比例ゲインおよび積分時定数を求めることが
できるようになって、上記実施例と同様の効果を奏する
。なお、ディジタル計算機１２においてなされる処理も
第２図のフローチャートで示す処理とほぼ同じである。

［発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、制御動作部における
比例ゲインおよび積分ゲインを、比較部からの制御偏差
量に応じてゲイン変更部により変更できるように構成し
たので、従来ある制御装置の構成要素を用いて装置が安
価に製作されるとともに、極めて容易に多変数制御系の
応答性および安定性を向上させることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１，２図はこの発明の一実施例によるフィードバック
プロセス制御装置を示すもので、第１図はそのブロック
図、第２図はその動作を説明するためのフローチャート
であり、第３図はこの発明の他の実施例によるフィード
バックプロセス制御装置を示すブロック図であり、第４
図は従来のフィードバックプロセス制御装置を示すブロ
ック図である。 図において、１−目標値設定部、２−制御対象プロセス
部、４−比較部、５−制御動作部としての比例積分装置
、９−比例ゲイン変更部としての比例ゲイン用乗算器、
１１−精分ゲイン変更部としての積分時定数用除算器、
Ｓ□−目標値設定部からの設定目標値信号、Ｓ２−制御
対象プロセス部からの制御量信号、Ｓ３−制御対象プロ
セス部からの制御量に基づくフィードバック量信号、Ｓ
４−制御偏差量信号、８５−操作量情報信号。 なお、図中、同一の符号は同一、又は相当部分を示して
いる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 目標値設定部と、制御対象プロセス部とをそなえるとと
   もに、同制御対象プロセス部からの制御量に基づくフィ
   ードバック量と上記目標値設定部からの目標値とを比較
   して制御偏差量を求める比較部と、同比較部からの制御
   偏差量を受けて上記制御対象プロセス部へ操作量情報を
   出力する制御動作部とをそなえ、同制御動作部が、比例
   動作部と積分動作部とを含んで構成され、且つ、上記比
   例動作部での比例ゲインおよび上記積分動作部での積分
   ゲインを上記比較部からの制御偏差量に応じて変更する
   ゲイン変更部が設けられたことを特徴とするフィードバ
   ックプロセス制御装置。