JPS636601A - デイジタルｐｉｄ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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、プロセス計装における直接ディジタル制御（
ＤＤＣ）等に使用されるディジタルＰ　Ｉ　Ｄ　ｉｌ＋
（財）装置に係り、特に微分肋乍演算殿能部を改良して
なるディジタルＰＩＤ制御装置に関する。

（従来の伎術） プロセスの典型的な形態としてはプロセスゲインＫｐ、
プロセス遅れ時間Ｔ、およびプロセス無駄時間しρより
成り、その伝達関数＆よ（Ｋｐ　ｅ−Ｌｐ”　）　／　
（１＋Ｔｐ　ｓ）で表わせる。そこで、以上のような伝
達関数を持つプロセスを最適な状態で＄１１−する手段
として、Ｐ（比例）ｉｌ１作演口線能、Ｉ（積分）ｔｌ
Ｊ作演口演篩機能びＤ（微分）ｌｉｔ作演口線能を行う
ディジタルコントローラが使用されているが、その中で
も微分先行形で、かつ、速度形のコントローラが最も多
く使用されている。この微分先行形コントローラは、目
標量ｒｉ　とプロセスυｌ１１１１ｘ＋　とを用いて偏
差演算要素により偏差を求める前にｉｉＩ１ｍｊｉＸ＋
を一次遅れのディジタルフィルタ（以下、通常フィルタ
と指称する）を通して目標Ｍｌ　ｒ　１　に対して微分
がかｈＩらないようにし、目［ｔの変化に対して操作量
が急変しないようにしたものである。しかして、微分先
行形コントローラは、プロセス制御０１　ｘ　Ｈを取り
込んで前記通常フィルタにより、 Ｘ−１＝（１＋α）Ｘ−１−１＋ａｘＨ−（１）なる演
算を行った後、この通常フィルタの出力Ｘ′＋を前記目
標ｆｆ１ｒ＋　とともに前記偏差演算要素に加える様に
するとともに、またＤｌ乍演算機能部としては前記通常
フィルタの出力側に（１）式と同様な１次遅れの通常フ
ィルタを接続し、前記通常フィルタの出力Ｘ′をそのま
まＸ″として２次微分演算手段に入力し、ここでｉ＋１
１　Ｉｎ　ｉ　Ｘ　″の２次微分ｔａｙを得、この２次
微分値ｙを用いて微分時間Ｔｏを得るようにしている。

しかし、以上のようなコントローラを用いて時定数の大
きいプロセスを＄す郊する場合、コントローラの微分時
間Ｔ０をかなり大きくする必要が生じてくるが、通常フ
ィルタを用いて微分値Ｘ′をそのままｘ　”として２次
微分演算手段へ入力するものであるためにプロセス制御
ＯＩＸ＋のノイズを除去することが難しく、このため制
御量のノイズを検出して微分項が大きく変動し、よって
、！！作量が大きく変動しプロセスを安定に制御するこ
とができない。

（発明が解決しようとする問題点） 従って、以上のようなディジタルＰＩＤυＪＩＧ装置は
、（１）式の出力を得る通常フィルタを用いる限りプロ
セスυ１１１１１をそのまま取り込んで微分項を演算す
る２次微分演算手段に入力するためにプロセス１１１１
０１のノイズを除去することが１ｌｔｆ）Ｘしく、この
結果、時定数の大きなプロセス制御では微分項を大きく
してもυＩｔ’ｌｌのノイズを検出することにより微分
項が大きく変化し、プロセスへ与える影響が大きい。

本発明は上記実情に飄Ｊメてなされたもので、時定数の
大きなプロセスを制御する場合に微分時間を大きくして
も操作量の変動が少なく、プロセスへ与える影響を大幅
に低減し得るディジタルＰＩＤ制御装置を提供すことを
目的とする。

［発明の構成１ （問題点を解決するための手段） 本発明による微分先行形のディジタルＰＩＤ制御装置は
、プロセス制”６Ｄωの微分変化量と予め設定された許
容量とを比較し、前記微分変化量が許容量の範囲内に有
るときに前記プロセスの制■量をそのまま出力し、許容
鋼の範囲外に有るときには前回の微分値とほぼ等しい値
を出力する変化率チェックフィルタを有し、この変化率
チェックフィルタにより制１ｉＩｌ量の微分変化量に応
じて許容量の範囲内で制御量を選択的に用いて２次微分
演算手段に入力し、この２次微分演算手段による２次微
分値から微分時間を得るものである。

（作用） 従って、以上のような手段とすることにより、変化率チ
ェックフィルタにより時間に対する１次微分と２次微分
をチェックし、これらの微分変化量がある許容量の範囲
内にあるときｖｌ（社）最をそのまま使用し、許容範囲
外の場合には前回の２次微分値とほぼ等しい値で置き換
えて出力し、この出力値を用いて２次微分演算を行って
２次微分値を得るようにしたので、常に許容量以下の制
御Ｉ量が２次微分演篩の微分項に入力されるので、微分
による変動が緩和され、微分時間を大きくしても操乍譬
が変動しないようにすることができる。

（実浦例） 以下、本発明の一実施例について第１図ないし第３図を
参照して説明する。第１図は本発明に係わるディジタル
Ｐ　Ｉ　Ｄ　！ＩＪ御装置の機能ブロック図、第２図は
変化率チェックフィルタの動作手段を説明する図、＠３
図は２次微分随選択手段の説明図である。

先ず、第１図において１０は制御対象となるプロセスで
あって、このプロセス１０は Ｈ−ｐ　Ｓ　　／ （Ｋｐ　ｅ　　　）／　（１＋ＴＰ　Ｓ）なる伝達関数
を持っている。Ｋｐはプロセスゲイン、Ｌｐはプロセス
無駄時間、Ｔ、（よプロセス遅れ時間、Ｓはラプラス演
算子である。このような伝達関数を持つプロセス１０の
出力である制ＷＩＪ　　（ＰＶ）はディジタルＰＩＤコ
ントローラ１１内部の１次遅れ処理用通常フィルタ１２
を通って偏差演算要素１３に供給され、ここで通常フィ
ルタ１２の出力と目標画ｒ１とが比較されて偏差ｅｉ　
が求められる。この通常フィルタ１２は前記（１）式に
よる１次遅れ処理演算芸能を持っている。１４は偏差ｅ
ｉ　に比例する操作量を出力する比例動作演算機能部で
ある。図中、Ｚ”１はシフトオペレータ、Ｋは比例ゲイ
ンである。１５は偏差の時間積分に比例する操ｆｉｌ”
量を出力する積分ｖＪ乍演障類能部であって、△ｔはサ
ンプリング周期、ＴＩは積分時間を示す。

１６は微分動作演御機能部であって、これ１よ第２図に
示す様にプロセス利鉗量の微分変化量と予め設定された
許容量とを比較し、その比較結果に基づいて所定の出力
を選択する変化率チェックフィルタ１７と、この変化率
チェックフィルタ１７の前回出力および前々回出力をシ
フト出力するシフトオペレータ１８．１９と、これら変
化率チェックフィルタ１７およびシフトオペレータ１８
゜１９の出力を用いて２次微分値を得る２次微分演算手
段２０と、この２次微分演算手段２０の出力を用いて微
分動作を得る手段２１とからなっている。

次に、以上のように構成された装買において特に微分動
作演舜機能部の動作を説明する。プロセス１０の訓■に
よって得られたプロセスｉｌｌ　ＩＩＩ　ＩＸｉ　は変
化率チェックフィルター７に入力され、ここで第２図の
ステップＳ１に示す一次微分変化量チェック手段を実行
する。−次微分変化量チエック手段は、−次微分変化量
ｌｘ＋　　Ｘ＋＋−＋ｌが第１の許容量δ１とを比較し
、−次微分変化量が第１の許容量の範囲内にあるとき次
のステップＳ２による２次微分変化吊チェック手段を実
行する。この２次微分変化量チェック手段は、Ｘｌとｘ
ｌ−２との平均値と×１−１との差、つまり、ｌ） なる式によって傳ら机６２次微分変化量１　　（ｘ＋　
＋Ｘニー２　）／２　　Ｘ；−＋　　ｌと第１の許容量
よりも小なる第２の許容量δ２とを比較し、２次微分変
化滲が第２の許容量の範囲内に有るときには前記プロセ
ス制御量ｘｔをそのままＸ　＃　、として出力し前記２
次微分演算手段２０へ供給する。

また、１次微分変化層および２次微分変化量がそれぞれ
の対応する許容量の範囲内に無い時つまり許容量を越え
ている時にはステップＳ３に示す制■量選択手段を実行
する。この制郭最選択手段は、前述したように２次微分
変化量が第２の許容量の範囲に有るときには前記プロセ
スｉ１１　＠　量Ｘ　ｉをそのままＸ　７１として出力
することを含み、かつ、前記１次微分変化量および２次
微分変化量がそれぞれの対応する許容８を越えている時
に前回の２次微分値と同様な直のきＩＩ　１Ｆｌｆｆｌ
を１０るべく置換え演算を行い、この演算出力値を前記
２次微分演算手段２０に供給する。

第３図は２次微分値選択手段を説明する図である。今、
詩刻ｔｌ、ｔ２．ｔ３・・・においてプロセス制ｇ５場
としてＸｌ　、Ｘ２　、Ｘ３・・・等を検出したとする
。×３の２次微分量がＸｌ　とＸ３との平均！ａ２ａと
×２との差２ａ２である。例えば時刻ｔ４において×４
として図示４′を検出したものとする。この検出量４′
の２次微分１直は３−ａ３であるが、この値が第２の許
容量δ２の範囲内に入っていれば、該Ｘ４を採用し前記
２次微分演算手段２０へ供給する。ところで、第２の許
容ｌδ２より大きい２次微分値３″ａ３を持つ制＋！Ｉ
］ｉ４″を検出した場合、この制御邑４″はあり得ない
ノイズとして捨ててその代りに４を採用する。

この４はその２次微分３ａ３が前回の２次微分値２ａ２
と等しくなる俤な点である。また、前記４″が検出され
たとしても、その後、５．６が検出され、４″、５．６
の間で第１および第２の許容量δ１．δ２の条件を満足
すれば、４″を採用することも可能である。

従って、以上のような実施例の構成によれば、１次微分
変化量のチェックだけでなく、２次微分変化噴ヂエック
手段により２次微分の変化量をもチェックし、予め定め
た許容量内であれば今回制御ｊ［ｌｉを２次微分演算手
段２０における微分項に入力し、許容量の閣囲外の場合
には前回の２次微分値と等しくなる値を採用して微分項
に入力する様にしたので、プロセス１０の制６０　ｍか
らノイズ分を除去できるばかりでなく、微分による変動
は緩和され、このため微分時間Ｔｏを大きくしても操作
量の変動は大きくならず、よって、プロセス１０への悪
影響が無くなり、かつ、時定数の大きなプロセス１０で
も安定にｉｌｌ　ＩＩＩすることが可能となる。

なお、上記実施例では２次微分演呻手段２０へのｖｒ　
ｌｌ１ｍの入力として変化率チェックフィルタ１７を用
いたが、偏差演算要素側への制ｔ１１！ｌの入力として
該ＩＪ［１Ｉｘｌ　を該フィルタ１７を通した後に更に
通常フィルタ１２を通すようにしてもよむ）。また、速
度形微分すなわちコントローラ１１の２次微分アルゴリ
ズムは２次微分演紳手段２０に示すように、Ｖ＝＜１／
△ｔ）・ （Ｘ　＋　−２Ｘ　＋−ｔ　＋　Ｘ　Ｉ−２）という最
も単純な演算式ではなく、各種の数＠微分の式を採用す
ることもできる。また、微分は不完全微分 （１＋Ｔ２　Ｓ）／　（Ｔ２　＋Ｓ）の形をとることも
できる。但し、Ｔ２）１である。さらに、変化率チェッ
クは過去３回だけでなく、−般にｎ回の信号の変化をみ
て３回の中のある点のデータの妥当性をチェックするこ
ともできる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施できる。

［発明の効果１ 以上詳記したように本発明によれば、プロセスｔｌｉ（
Ｊ　ＩＩＩ　ｆｆｌのノイズを除去でき、微分時間を大
きくしても操作量の変動が少なく、プロセスへ与える影
響を大幅に低減できる。従って、時定数の極めて大きい
プロセスを制御する場合でも微分時間を大きくして制御
し得るディジタルＰＩＤ制！１１］装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係るディジタルＰＩＤ和
１１１］装置の一実施例を説明するために示したもので
、第１図は機能ブロック図、第２図は変化率チェックフ
ィルタの手段を説明する図、第３図はｔｉｌｊｌＩｌ量
選択手段の説明図である。 １０・・・プロセス、１１・・・ディジタルＰＩＤコン
トローラ、１２・・・通常フィルタ、１３・・・偏差演
算要素、１４・・・比例動作演算機能部、１５・・・積
分動作演算閤能部、１６・・・微分肋乍演蓮ａ能部、１
７・・・変化率チェックフィルタ、２０・・・２次微分
演瞳手段、２１・・・微分１１Ｊ乍取１ｑ手段つ出願人
代理人　弁理士　鈴江武彦 手続補正書 昭和　　％１．１ｆ１．２０日 特許庁長官　　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示 特願昭６１−１５０８４８号 ２、発明の名称 ディジタルＰＩＤ制御装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （３０７）株式会社　東　芝 ４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル７、
補正の内容 （１）　　明細書第３頁第１３行目ないし同頁箱１７行
目の「この微分先行形コントローラは、目標量ｒ１・・
・・・・を通して目標量」とあるを「この微分先行形コ
ントローラは、目標量」と訂正する。 （２）明細書第４頁第２行目の ｒＸ’ｉ−（１＋α）Ｘ’ｉ−１＋αＸｉ・・・・・・
（１）」とあるを ｒＸ’ｉ−（１−α）　”ｉ−Ｌ＋αＸ１・・・・・・
（１）」と訂正する。 （３）　　明細書第４頁第１０行目ないし同１頁第１１
行目の「この２次微分値ｙを用いて微分時間ＴＤを得る
」とあるを「この２次微分値ｙに微分時間ＴＤを乗する
」と訂正する。 （４）　　明細書第６頁第４行目の「には前回の微分値
とほぼ等しい値」とあるを「には微分値が前回の微分値
とほぼ等しくなるような値」と訂正する。 （５）明細書第６頁第１５行目ないし同頁箱１６行目の
「には前回の２次微分値とほぼ等しい値」とあるを「に
は２次微分値が前回の２次微分値とほぼ等しくなるよう
な値」と訂正する。 （６）明細書第７頁第１９行目の「目標画」とあるを「
目標量」と訂正する。 （７）明細書第９頁最後の行から第１０頁第１行目の「
第１の許容量よりも小なる」と記載する文章を削除する
。 （８）　　明細書第１０頁第１３行目ないし同頁箱１４
行目の「に前回の２次微分値と同様な値」とあるを「に
２次微分値が前回の２次微分値と同様になるような値」
と訂正する。 （９）　　明細書第１２頁第１行目ないし同頁第２行目
の「には前回の２次微分値と等しくなる値」とあるを「
には２次微分値が前回の２次微分値と等しくなるような
値」と訂正する。 （１０）明細書第１２頁第１７行目の ｒｙ−（１／Δｔ）・」とあるを ｒｙ−１１／（Δｔ）２）　・」と訂正する。 （１１）明細書第１３頁第４行目の「３回の中」とある
を「０回の中」と訂正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プロセスを制御する微分先行形ディジタルＰＩＤ
   制御装置において、プロセス制御の微分変化量と予め設
   定された許容量とを比較し、前記微分変化量が許容量の
   範囲内に有るときに前記プロセスの制御量をそのまま出
   力し、許容量の範囲外に有るときには前回の微分値とほ
   ぼ等しい値を出力する変化率チェックフィルタと、この
   変化率チェックフィルタの出力を用いて２次微分値を求
   める２次微分演算手段とを備え、この２次微分値から微
   分動作を得ることを特徴とするディジタルＰＩＤ制御装
   置。
2. （２）変化率チェックフィルタは、プロセスの今回制御
   量と前回制御との１次微分変化量が予め設定された第１
   の許容量と比較し、この１次微分変化量がこの第１の許
   容量の範囲内に有るか否かをチェックする一次微分変化
   間チェック手段と、この一次微分変化量チェック手段に
   より前記１次微分変化量が第１の許容量の範囲内に有る
   と判断したときに前々回の制御量をも用いて得られた２
   次微分の変化量が所定の第２の許容量の範囲内に有るか
   否かをチェックする２次微分変化量チェック手段と、こ
   の２次微分変化量チェック手段によって得られた２次微
   分による変化量が第２の許容量の範囲内に有るときに前
   記今回制御量を出力し、前記１次微分および２次微分の
   変化量がそれぞれ前記第１および第２の許容量の範囲外
   に有るときには前回の２次微分値とほぼ等しい値を出力
   する制御量選択手段とを有するものである特許請求の範
   囲第１項記載のディジタルＰＩＤ制御装置。