KR0135586B1 - 프로세스제어방법 및 그 장치 - Google Patents

프로세스제어방법 및 그 장치

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KR0135586B1 KR1019940005727A KR19940005727A KR0135586B1 KR 0135586 B1 KR0135586 B1 KR 0135586B1 KR 1019940005727 A KR1019940005727 A KR 1019940005727A KR 19940005727 A KR19940005727 A KR 19940005727A KR 0135586 B1 KR0135586 B1 KR 0135586B1
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사또 후미오
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Abstract

피드백제어에 의한 제어루프를 갖는 프로세스의 제어를 행하는 본 발명의 프로세스 제어방법은, 상기 프로세스를 제어하기 위한 목표치와 상기 프로세스로 부터의 제어량을 입력하고, 상기 목표치와 상기 제어량과의 편차를 연산하는 제1스텝과 상기 목표치와 프로세스로 부터의 상기 제어량이 일치되도록 PI(P : 비례, I : 적분)조절연산 및 PID(D : 미분)조절연산의 어느 한쪽의 조절연산을 실행하고, 속도형 조절연산 신호를 출력하는 제2스텝과, 상기 조절연산의 출력을 조작신호로써 상기 프로세스로 출력하는 제3스텝과, 상기 조작신호를 입력하고, 조정시에 근사하는 제어대상 특성에 따라 제1근사산호를 출력하는 제4스텝과, 상기 프로세스에 가해지는 외란신호를 받아서 외란특성에 근사하는 제2근사신호를출력하는 제5스텝과, 상기 제2근사신호와, 상기 속도형조절연산 신호를 가산하고, 가산치를 출력하는 제6스텝과, 상기 가산치와 상기 제1근사신호에 의해서, 상기 조정시 이후의 상기 제어대상의 게인변화와 외란변화에 따른 게인수정비율신호를 구하는 제7스텝과, 상기 게인수정비율신호를 상기 속도형 조절연산신호에 곱합으로써 상기 제어루프의 게인수정을 행하는 제8스텝을 구비한다.

Description

프로세스제어방법 및 그 장치
제1도는 종래의 제어장치를 나타낸 구성도
제2도는 본 발명의 제1실시예에 의한 프로세스제어장치의 개략구성을 나타낸 도면
제3도는 본 발명의 제2실시예에 의한 프로세스제어장치의 개략구성을 나타낸 도면
제4도는 본 발명의 제3실시예에 의한 프로세스제어장치의 개략구성을 나타낸 도면
제5도는 본 발명의 제4실시예에 의한 프로세스제어장치의 개략구성을 나타낸 도면
제6도는 본 발명의 제5실시예에 의한 프로세스제어장치의 개략구성을 나타낸 도면
본 발명은 각종의 프로세스계장제어시스템등(Process Control System)에 이용되는 PI(P: 비례동작(Proportional action), I: 적분(Integral)) 또는 PID(D: 미분동작(derivative action))의 제어방법 및 그 장치에 관한 것이며, 특히 제어대상의 게인(gain)변화 및 외란(disturbance) 변화에 따라서 제어루프(control loop)의 게인을 적절히 수정하는 기술수단을 설비한 프로세스 제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.
프로세스제어에 의한 PI제어의 기본식은 식(1)로 표시된다.
MV=Ke=(e+1/TX edt+MVO……………(1)
단, MV : 조작신호, MVO: 초기조작신호, e : 편차(deviation), Kc: 콘트롤러의 비례게인, TI: 적분시간이다.
식(1)을 전달함수(transfer function)의 형식으로 표시하면 식(2)와 같이 된다.
C(s)=MV(s)/E=KC{1+1/(TX·S)} ……………(2)
식(2)에서 C(s) : PI제어의 전달함수, S : 라플라스연산자(Laplace oporator)이다. 식(2)의 전달함수를 속도형연산식(velocity-typealgorithm)으로 표시하면 식(3)과 같이 된다.
MVn=MVn-½+△MVn………………………………(3)
△MVn=Kc{(en-en-½)+(△t/Tx_)en} ……………(4)
여기서 △t : 제어주기(control period), en : 금회편차신호, (en-1: 전회편차신호, MVn: 금회조작신호, MVn-1: 전회조작신호 △MVn: 금회조작신호의 변화분이다.
제1도는 종래의 PID 제어장치의 구성을 나타낸 도면이다.
PID 제어장치는 목표치신호(SVn)(Set Point Signal)와 프로세스(1)의 제어대상(1a)(controlled system)의 출력측에서 제어량검출부(2)(controlled variable detecting means)를 거쳐서 검출된 제어량신호(PVn)(controlled variable signal)를 편차연산부(3)(deviation calculating section)에 입력한다. 편차연산부(3)는 편차신호 en=SVn-PVn를구해서, 그 결과를 속도형 PI 조절연산부(4)(velocity-type PI calculating means)로 출력한다. 속도형 PI 조절연산부(4)는 식(4)에 나타낸 속도형 PI 조절연산을 실행하고, 금회조작신호의 변화분 (△MVn)을 구해서 속도형-위치형 신호변환부(5)(velocity-type to positinal signal converting means)로 출력한다.
속도형-위치형 신호변환부(5)는 현재 조작신호인 위치형조작신호(MVn)(positional manipulated signal)를 꺼내어 프로세스(1)로 출력하고, 프로세스(1)의 제어대상(1a)이 위치형조작신호(MVn)에 의해서 상기 편차신호(en)(deviation signal)=SVn-PVn이 영이되도록 즉, 목표치신호(SVn)=제어량신호(PVn)가 되도록 제어한다.
각종의 외란신호(D)(disturbance signal)는 외란전달함수(1b)(disturbance tranfer function)를 거쳐서 제어대상(1a)의 출력측에 가해진다.
이상과 같은 제어장치에 있어서는 소정의 조정시, 예를 들면 하절기 또는 동절기의 온도 제어장치의 경우에는 그 시기에 맞추어서 제어가 최적이 되도록 속도형 PI조절연산부(4)의 PI 파라키터를 조절하고, 그 조정시점에서 제어루프게인(controlloopgain)이 최적치가 되도록 설정한다.
그러나 상기의 제어장치에 있어서 제어대상(1a)이 소정의 조정시의 특성을 유지하고 있을 경우에는 문제가 없지만 실제의 플랜트(plant)에서는 제어대상(1a)이 외란전달함수(1b)의 게인이 일정하게 되는 경우는 흔치않고, 운전점의 변화, 원료나 촉매의 질적변화, 환경조건의 변화, 부하의 변화 등등에 의해서 제어대상게인이 크게 변화되고, 그에 수반되어 제어성에 큰 영향을 준다는 문제가 있다.
특히, 차후의 플랜트 운전의 고도화나 플렉시블(flexible)화에 대응하기 위해서는 상기의 문제를 해소시킬 필요가 있다.
본 발명은 제어대상의 게인변화 및 외란변화의 크기에 불구하고, 제어루프의 게인이 항상 일정하게 되도록 자동적으로 게인 수정을 행하고, 프로세스 특성이 변화하여도 계속적으로 소정의 조정시의 제어성을 확보하는 프로세스 제어방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1태양에 의한 프로세스제어 방법 및 프로세스 제어장치에 의하면 소정의 조정시 단계에서 게인수정비율은 대략 1이 된다. 그후에 여러가지 조건이나 환경에 의해서 제어대상의 게인이 변화되면, 제어대상의 게인변화 및 외란변화를 포함해서 제어루프 전체에 관계되는 게인수정비율신호를 구한 후에 속도형 PI 조절연산부의 속도형조절연산신호에 상기 게인수정비율신호를 승산하여 제어루프의 게인수정비율신호를 승산하여 제어루프의 게인수정을 행한다. 따라서 본 발명의 제1태양에 의한 프로세스 제어방법 및 프로세스제어장치에 의하면 제어대상의 게인 변화 및 외란변화의 크기에 불구하고, 제어루프의 게인이 항상 일정하게 되도록 자동적으로 게인수정을 행할수 있고, 프로세스 특성이 변화하여도 계속적으로 소정의 조정시의 제어성을 확보할 수 있다.
본 발명의 제2태양에 의한 프로세스제어방법 및 프로세스제어장치는 본 발명의 제1태양에 의한 프로세스제어방법 및 프로세스제어장치와 같은 작용을 가지며, 이에 더하여 외란신호의 영향을 예측하고, 앞질러서 당해 외란신호의 영향을 억제하기 위한 피드포워드(feed forward) 제어신호를 얻는 FF 제어모델 수단을 설비했으므로, 응답특성을 고속응답으로 개선할 수 있다.
본 발명의 제3태양에 의한 프로세스 제어방법 및 프로세스 제어장치는 제1 및 제2태양에 의한 프로세스 제어방법 및 프로세스 제어장치의 작용을 갖는 것에 더하여 소정의 조정시 이후의 외란신호의 크기에 따른 외란변화에 의해서 게인을 수정하므로, 외란 변화의 크기에 의해서 제어루프의 게인변화의 영향을 수정할 수 있다.
본 발명의 제4태양에 의한 프로세스 제어방법 및 프로세스 제어장치는 제1∼제3태양에 의한 프로세스 제어방법 및 프로세스 제어장치의 작용을 갖는 것에 더하여 FF제어 및 외란의 크기에 따른 게인스케쥴링(gain scheduling)기능을 설비하고, 또, FF 제어와 FB 제어의 쌍방에 제어대상의 게인변화 및 외란변화에 대한 게인 수정을 행하는 기능을 부가했으므로 제어대상의 게인이 변화되는 혼합프로세스라도 제어루프의 게인을 일정하게 유지하며 제어를 실행할 수 있다.
본 발명의 제5 태양에 의한 프로세스 제어방법 및 프로세스 제어장치는 게인수정 비율 신호를 평활화하여 불요변동을 억제하고, 게인 수정기능의 안정화를 도모할 수 있고, 평활화된 게인수정 비율신호의 변화범위를 제한함으로써 제어루프의 폭주를 확실하게 방지할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 제어대상 게인의 변화나 외란의 변화에 대응해서 제어루프의 게인이 항상 일정하게 되도록 자동적으로 수정할 수 있고, 제어성이 높은 제어를 실현시킬 수 있다. 따라서 소정의 조정상태 후에 프로세스 특성이 변화되어도 제어성을 열화시키지 않고, 계속적으로 안전운전을 확보할 수 있다. 그 결과 플랜트 운전에 대한 프렛시블화, 무인화, 고도화 등의 요청에 충분히 대응할 수 있고, 플랜트 전체의 제어성을 혁신시킬 수 있고, 나아가서는 산업계에 큰 공헌을 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명하겠다.
본 발명의 제1실시예에 의한 프로세스 제어장치를 제2도를 참조하여 설명하겠다.
제2도에서 제1도와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 부분의 상세한 설명은 생략한다.
제1도에 나타낸 종래 장치에 비해서 특히 다른 부분에 대해서 설명하겠다.
본 발명의 프로세스 제어장치는 제1도에 나타낸 종래 장치에 더하여 제어대상 모델부(11)(Controlled system model means)와 게인 수정비율연산부(12)(gain correction ratio calculating means)와 외란검출부(13)(disturbance detecting means)와, 외란모델부(14)(disturbance model means)와 제1가산부(15)(first adder)와, 게인수정부(16)(gain correction means)를 구비했다.
제어대상 모델부(11)는 속도형-위치형신호변환부(5)의 출력측에 설비되고, 소정의 조정시의 제어대상 특성에 근사시킨 모델이다.
제어대상모델부(11)는 속도형-위치형신호변환부(5)의 출력인 위치형조작신호(MVn)를 받아서 상기 제어대상(1a)을 고정모델(fixed model)로 했을 때의 제어대상특성치 PVmn(controlled system characteristic value)를 출력하고, 상세한 것은 후술하는 게인 수정비율연산부(12)로 공급한다.
외란검출부(13)는 외란신호(D)를 검출하고, 외란검출신호(dn)(disturbance detecting signal)를 출력한다.
외란모델부(14)는 외란의 영향특성(influence characteristics)에 근사시킨 모델이고, 외란검출부(13)에서 출력된 외란검출신호(dn)에 따라서 외란측성치(PVWMn)(disturbance characteristic value)를 출력한다.
제1가산부(15)는 외란모델부(14)에서 출력된 외란특성치(PVWMn)와 제어량검출부(2)에서 출력된 제어량(PVn)을 가산합성하여 가산합성치(PVn+PVWMn)를 구해서 출력한다.
게인수정비율연산부(12)는 제어대상모델(11)에서 출력된 제어대상측성치(PVMn)를 상기 제1가산부(15)에서 출력된 가산합성치(PVn+PVWMn)로 나누어 게인수정 비율신호(Kn)를 구하여 출력한다.
게인수정부(16)는 속도형 PI 조절연산부(4)에서 얻어지는 조절연산출력인 속도형출력신호(△MVn)에 게인수정비율연산부(12)에서 출력된 상기 게인수정비율신호(Kn)를 곱하여 속도형-위치형신호변화부(5)로 출력한다.
상기와 같은 구성으로 함으로써 본 발명의 프로세스 제어장치는 제어대상(1a)의 게인이 변화되었음에도 불구하고, 제어루프(즉, 제어대상(1a))의 게인을 항상 일정하게 되도록 자동수정하는 기능을 갖는다.
본 발명의 프로세스 제어장치와 종래장치를 비교하여 동작을 설명하겠다.
일반적으로 프로세스의 제어루프는 제어대상(1a)의 게인이 변화되면 제어루프의 게인이 변화되고 그에 수반되어 제어성이 크게 열화된다.
본 발명의 프로세스 제어장치는 제어대상 및 외란을 포함한 프로세스 전체의 특성 변화에서 제어대상(1a)의 게인변화를 여하히 정확하게 파악하여, 제어루프게인이 변화되지 않도록 자동적으로 또 간단하게 수정해야 되는지를 과제로 한다.
본 발명의 제1실시예에 의한 프로세스 제어장치에 있어서는 프로세스(1)가 소정의 조정시의 게인을 유지하고 있는 경우에는 당해 프로세스(1)와 제어대상모델부(11)와, 외란모델부(14)가 일치된다.
이때에 제어대상 모델부(11)의 출력(PVMn)과 프로세스(1)로 부터의 제어량(PVn) 및 외란모델부(14)의 출력(PVWMn)의 가산합성치(즉, 제1가산부(15)의 출력)는 일치되어 있을 것이다. 이 조건에서 (5)식으로 주어지는 게인수정비율신호(Kn),
Kn=PVMn/(PVn+PVWMn)……………(5)
에 있어서, 게인수정비율신호(Kn)는 1, (즉 Kn=1)로 되어야 한다.
그러나 실제의 프로세스(1)에 있어서는 제어정수(control constant)를 조정했을 때에 Kn=1이 되도록 조정하여도 그 조정후에 운전점, 원료 또는 촉매의 질, 환경 또는 부하상태 등에 따라서 프로세스 특성이 크게 변화되고, Kn=1로 되지 않는다.
본 발명의 프로세스 제어장치는 대상프로세스 특성이 변화되었을 때에 외란신호를 집어넣어 제어대상(1a)의 게인변화에 따라서 게인수정비율신호(Kn)를 정확하게 연산하여 게인수정을 행한다.
본 발명의 프로세스 제어장치에 있어서의 제어대상의 게인변화에 대응한 제어루프의 게인자동수정방법에 대해서 설명하겠다.
본 발명의 프로세스제어장치는 일반적인 압력, 유량, 레벨등의 양적 밸런스를 제어하는 비혼합 프로세스의 제어에 적용되는 매우 기본적인 제어장치이다.
종래 기술에 있어서의 프로세스(1)의 제어량(PVn)은 제1도에서 다음과 같은 식으로 표시할 수 있다.
PVn={(C(s)·(P(s))/(1+C(s)·P(s))}×SVn
+{W(s)/(1+C(s)·P(s)}×Dn……………(6)
(6)식에 있어서, C(s)는 제어계의 전달함수, P(s)는 제어대상(1a)의 전달함수, W(s)는 외란(D)의 전달함수이다.
게인에 주목하면, 상기(6)식에서 C(s)·P(s)의 게인이 일정하면 제어성도 불변함을 알 수 있다. 이 제어계의 전달함수 C(s)의 게인(Ko)은 제어정수를 조정했을 때의 값이므로 일정하다. 따라서 제어대상(1a)의 게인이 변화되었을 때는 그 변화분을 수정해서 게인이 변화되지 않도록 하면 제어성은 변화하지 않게 된다.
본 발명의 프로세스 제어장치에서는 제어대상의 전달함수 P(s)의 게인변화에 대한 수정계수(correction coefficient)를 다음과 같이 하여 구한다.
조작신호(MVn)에 대한 프로세스(1)의 제어량(PVn) 및 제어대상모델부(11)의 출력(PVMn)는 각각
PVn=MVn×{KP/(1+TP·s)}·exp(-LP·s)-W(s)×Dn
≒MVn×{KP/(1+TP·s)}·exp(-LP·s)-PVWmN……………(7)
PVMn=MVn×{KM/(1+TM·s)}·exp(-LM·s) ……………(8)
로 주어진다.
(7)식 및 (8)식에 있어서 LP: 제어대상의 낭비시간(dead time), KP: 제어대상게인, TP: 제어대상의 시정수(time constant) LM: 제어대상모델의 낭비시간, KM: 제어대상모델의 게인, TM: 제어대상모델의 시정수, s : 라플라스연산자, MVn: 조작신호, PVn: 제어량신호, PMMN: 제어대상모델부의 출력신호, PVWMn: 외란모델부의 출력신호이다.
(7)식 및 (8)식을 변형하여 그 비 Kn를 구하면,
Kn=(MM/KP){(1+TP·s)/(1+TM·s)}·exp(-(LM-LP)·s
=PVMn/(PVn+PVWMn)………………………(9)
로 된다. 여기서 TM≒TP, LM≒LP로 하면, (9)식은,
Kn≒Kn/KP=PVMn/(PVn+PVWMn) ……………(10)
로 된다.
제1도의 종래 기술의 제어루프의 일순회게인을 (A)로 하면, A=조절연산부의 게인(Kc)×제어대상게인(KP)=KC×KP……………(11)
로 되고, 제어대상게인(KP)이 변환되면, 일순회게인(A)도 변화되어 제어성이 열화된다.
제2도에 나타낸 본 발명의 프로세스 제어장치에 있어서는 제어루프의 일순회게인을 B로 하면,
B=조절연산부의 게인(KC)×Kn×제어대상게인(KP)
=KC×(KM/KP)×KP=KC×KM……………(12)
으로 되어 제어대상게인(KP)이 변화되더라도 일순회게인(B)은 전혀 변화되지 않으므로, 제어성의 열화가 전혀 없게 된다.
상기에서 본 발명에 의하면 제어대상의 게인변화 및 외란변화의 크기에 불구하고, 제어루프의 게인이 항상 일정하게 되도록 자동적으로 개인수정을 행하고, 프로세스 특성이 변화되더라도 계속적으로 소정의 조정시의 제어성을 확보할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 의한 프로세스 제어장치를 제3도를 참조하여 설명하겠다.
제2실시예의 프로세스 제어장치는 제2도에 나타낸 프로세스 제어장치의 구성에 새로히 FF 제어모델부(21)(FF control model means)와, 제2가산부(22)를 부가한 구성으로 되어 있다.
FF 제어모델부(21)는 외란검출부(13)로 부터의 외란검출신호(dn)에 의해서 외란신호(D)의 영향을 예측하고, 앞질러서 당해 외란신호(D)의 영향을 억제(즉, 피드포워드제어(feed foward control), 이하 (FF제어)라 한다)))하기 위한 피드포워드제어신호(FFn)를 얻는다.
제2가산부(22)는 FF제어모델부(21)에 의해서 얻어진 피드포워드 제어신호(FFn)를 상기 게인이 수정된 속도형신호(velocity-type signal)를 속도형-위치형신호변환부(5)에서 신호변환된 위치형조작신호(MVn)에 가산하여 외란의 영향을 보상한다.
제2실시예의 프로세스 제어장치에 의하면 외란의 변화에 대해서 FF 제어모델부(21) 및 제2가산부(22)에 의해서 고속응답으로 외란을 억제하여 제어성의 향상을 도모할 수 있다.
이에 더하여, 제2실시예의 프로세스 제어장치는 제2도에 나타낸 제1실시예의 장치와 마찬가지로 제어대상 및 외란을 포함한 프로세스 전체의 특성변화에서 제어대상의 게인변화에 대해서 제어루프의 게인을 자동수정 할 수 있으므로, 제어루프의 안정화를 도모할 수 있다.
따라서 이 제2실시예의 프로세스 제어장치에 있어서는 제1실시예의 프로세스 제어장치와 마찬가지로 비혼합프로세스에 적용한 경우에 매우 유효하다.
본 발명의 제3실시예에 의한 프로세스 제어장치를 제4도를 참조하여 설명하겠다.
제3실시예의 프로세스 제어장치는 제3도에 나타낸 제2실시예의 프로세스 제어장치의 구성에 새로이 외란변화검출부(31)(disturbance change detecting means)와 외란수정부(32)(disturbance correction means)를 부가한 구성으로 되어 있다.
외란변화 검출부(31)는 소정의 조정시 이후의 외란신호의 크기에 따른 외란변화를 구한다.
외란수정부(32)는 외란변화검출부(31)에서 얻어진 외란변화 KFn=dn/do(do: 소정의 조정상태시의 외란의 크기, dn: 외란검출신호)를 속도형 PI 조절연산부(4)의 속도형조절연산 신호에 곱함으로써 외란D에 의한 게인수정을 행한다.
제3실시예의 프로세스제어장치에 의하면 외란검출부(13)에서 검출된 외란검출신호(dn)가 외란변화검출부(31)로 출력된다. 제어정수등의 조정시에는 외란변화 검출부(31)에서 대략 1이 출력되게 비율(KFn)을 설정하고 있으므로, 제어정수등 조정시 이후에 외란검출신호(dn)가 변화하면 외란변화검출부(31)는, KFn=dn/do의 연산에 의해서 외란의 크기에 따른 외란변화신호를 구한다. 외란수정부(32)는 외란변화 신호를 속도형 PI 조절연산부(4)의 속도형 조절연산 신호에 곱 함으로써 외란의 크기에 따른 제어루프의 게인을 자동적으로 수정하고, 제어루프게인이 일정하게 되도록 동작한다.
제3실시예의 프로세스 제어장치는 제2실시예에 나타낸 FF 제어모델부(21) 및 제2가산부(22)를 갖고 있으므로, 외란의 변화에 대해서 고속응답으로 외란을 억제하여 제어성의 향상을 도모할 수 있다. 이에 더하여 제3실시예의 프로세스 제어장치는 제1실시예의 장치와 마찬가지로 제어대상 및 외란을 포함한 프로세스 전체의 특성변화에서 제어대상의 게인변화에 대해서 제어루프게인을 자동수정하고, 제어루프의 안전제어를 도모할 수 있다.
따라서 제3실시예의 프로세스 제어장치는 부하등의 외란의 크기에 의해서 제어대상의 게인이 변화되는 혼합프로세스에 적용할 경우에 매우 유효하고, 제2실시예의 FF 제어와 본 실시예의 외란의 크기에 의한 게인스케쥴링 기능을 제1실시예의 프로세스 제어장치에 부가한 구성을 갖는다.
본 발명의 제4실시예에 의한 프로세스 제어장치를 제5도를 참도하여 설명하겠다.
제4실시예의 프로세스 제어장치는 제4도에 나타낸 제3실시예의 프로세스 제어장치의 구성에 새로이 차분연산부(41)와, 제3가산부(42)를 부가한 구성으로 되어 있다.
차분연산부(41)(difference calculating means)는 FF 제어모델부(21)의 출력측과 설비되고, 후술되는 차분연산을 행한다.
제3가산부(42)는 차분연산부(41)의 출력을 외란에 의한 게인수정후의 속도형 조절연산신호에 가산한다.
FF 제어모델부(21)의 위치형출력신호(FFn)는 차분연산부(41)로 입력한다.
차분연산부(41)는 식(13)에 나타낸 것과 같은 금회출력(FFn)에서 전회츨력(FFn-1)을 차감한 차분연산을 실행하고, 위치형신호에서 속도형신호(△FFn)로 변환한다.
△FFn=FFn-FFn-1……………(13)
제3가산부(42)는 변환된 속도형신호(△FFn)와 피드백제어(이하, (FB제어)라 함)의 속도형 조절연산신호(△MVn)에 외란에 의한게인스케쥴링을 행한 KFn×△MVn을 가산합성하고, 게인수정부(16)로 출력한다. 게인수정부(16)는 제1실시예와 마찬가지로 게인을 자동수정한다.
제4실시예의 프로세스 제어장치는 부하등의 외란의 크기에 의해서 제어대상의 게인이 변화되는 혼합 프로세스에 적용될 때 유효하고, 제2실시예의 FF 제어와 제3실시예의 외란의 크기에 의한 게인스케쥴링 기능을 제1실시예의 장치에 부과하고, FF 제어와 FB 제어의 쌍방에 제어대상의 게인변화에 대한 게인수정배율을 곱한다.
본 발명의 제5실시예에 의한 프로세스 제어장치를 제6를 참조하여 설명하겠다.
제5실시예는 제2도에 나타낸 제1실시예의 프로세스제어장치에 새로이 필터부(51)(filter means) 및 상하한제한부(52)(upper and lower limit constrain means)를 부가한 구성으로 되어 있다. 필터부(51)와 상하한 제한부(52)는 제2∼제4실시예의 프로세스 제한장치에도 적용가능하다.
게인수정비율연산부(12)에서 얻어진 게인수정비율신호(Kn)가 빈번히 변화 또는 급격한 변화를 하면 프로세스제어상 문제가 있으므로 필터부(51)로 평활화를 행하여 급격한 변화를 흡수하여 완만한 변화의 게인수정비율신호(Kn')를 출력한다. 상하한 제한부(52)에 입력한 게인수정비율신호(Kn')는 상하한 제한부(52)에서 통상운전범위의 상하한에 상당하는 제한이 가해져 제어루프가 폭주되지 않도록 게인수정비율신호(Kn)로써 게인수정부(16)로 출력한다. 게인수정부(16)는 상하한 제한부(52)에서 출력된 게인수정비율신호(Kn)를 속도형 PI 조절연산부(4)의 출력신호(△MVn)에 곱하여 게인을 자동수정한다.
따라서 제5실시예의 프로세스 제어장치에 의하면 게인수정 기능의 안정화 및 제어루프의 폭주를 방지할 수 있다. 이에 더하여 제5실시예의 장치를 제2∼제4실시예의 장치와 조합시킴으로써 앞서의 실시예에서 얻어진 효과도 겸해서 얻어진다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지로 변형해서 실시할 수 있다.

Claims (16)

  1. 피드백제어를 사용하는 제어루프를 갖는 프로세스의 제어방법에 있어서, 상기 프로세스를 제어하기 위한 목표치와 상기 프로세스로부터의 제어량을 입력하여 상기 목표치와 상기 제어량간의 편차를 연산하는 제1스텝, 상기 목표치와 프로세스로부터의 상기 제어량이 일치되도록 PI 조절연산 및 PID 조절연산중의 어느 한쪽의 조절연산을 실행하여 속도형 조절연산신호를 출력하는 제2스텝, 상기 조절연산의 출력을 조작신호로써 상기 프로세스를 출력하는 제3스텝, 상기 조작신호를 받아서 조정시에 근사하는 제어대상 특성에 따른 제1근사신호를 출력하는 제4스텝, 상기 프로세스에 가해지는 외란신호를 받아서 외란특성에 근사하는 제2근사신호를 출력하는 제5스텝, 상기 제2근사신호와 상기 속도형조절연산 신호를 가산하여 가산치를 출력하는 제6스텝, 상기 가산치와 상기 제1근사신호에 의해서 상기 조정시 이후의 상기 제어대상의 게인변화와 외란변화에 따른 게인수정비율 신호를 구하는 제7스텝과 및 상기 게인수정비율신호를 상기 속도형조절연산신호에 곱함으로써 상기 제어루프의 게인수정을 행하는 제8스템을 구비하는 프로세스 제어방법.
  2. 제1항에 있어서 상기 제어대상의 게인변화 및 외란변화에 따른 게인수정비율신호를 평활화하여 불필요한 변동을 억제하는 스텝 및 평활화된 상기 게인수정비율신호의 변화범위를 제한하는 스텝을 더 포함하는 프로세스 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외란신호의 영향을 예측하고, 앞질러서 당해 외란신호의 영향을 억제하기 위한 피드포워드 제어신호를 얻는 스텝 및 상기 피드포워드제어신호를 게인이 수정된 상기 위치형변환조작신호에 가산하는 스텝을 더 포함하는 프로세스 제어방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어대상의 게인변화 및 외란변화에 따른 게인수정비율신호를 평활화하여 불필요한 변동을 억제하는 스텝 및 평활화된 상기 게인수정비율신호의 변화범위를 제한하는 스텝을 더 포함하는 프로세스 제어방법.
  5. 제3항에 있어서, 조정시 이후의 상기 외란신호의 크기에 따른 외란변화를 구하여 상기 속도형 조절연산신호에 곱셈함으로써 외란에 의한 게인수정을 행하는 스텝을 더 포함하는 프로세스 제어방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어대상의 게인변화 및 외란변화에 따른 게인수정비율신호를 평활화하여 불필요한 변동을 억제하는 스텝 및 평활화된 상기 게인수정비율신호의 변화범위를 제한하는 스텝을 더 포함하는 프로세스 제어방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 피드포워드제어신호를 속도형 신호로 변환하는 스텝 및 상기 속도형 신호를 외란에 의한 게인수정후의 상기 속도형조절 연산신호에 가산하는 스텝을 더 포함하는 프로세스 제어방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어대상의 게인변화 및 외란변화에 따른 게인수정비율 신호를 평활화하여 불필요한 변동을 억제하는 스텝 및 평활화된 상기 게인수정비율 신호의 변화범위를 제한하는 스텝을 더 포함하는 프로세스 제어방법.
  9. 피드백제어를 사용하는 제어루프를 갖는 프로세스의 제어장치에 있어서, 상기 프로세스를 제어하기 위한 목표치와 상기 프로세스로부터의 제어량을 입력하고, 상기 목표치와 상기 제어량간의 편차를 연산하는 편차연산수단, 상기 목표치와 프로세스로부터의 상기 제어량이 일치되도록 PI 조절연산 및 PID 조절연산중의 어느 한쪽의 조절연산을 실행하여 속도형 조절연산신호를 출력하는 조절연산수단, 상기 조절연산의 출력을 조작신호로써 상기 프로세스로 출력하는 수단, 상기 조작신호를 입력하여 조정시에 근사한 제어대상 특성에 따른 신호를 출력하는 제어대상모델수단, 상기 프로세스에 가해지는 외란신호를 받아서 외란특성에 근사하는 신호를 출력하는 외란모델수단, 상기 제어대상모델수단의 출력과 상기 제어량 및 상기 외란모델수단의 출력을 가산하는 가산수단, 상기 가산수단에 의한 가산치와 상기 제어대상모델로 부터의 출력에 의해서 상기 조정시 이후의 상기 제어대상의 게인변화와 외란변화에 따른 게인수정비율신호를 구하는 게인수정비율연산수단 및 상기 게인수정비율신호를 상기 속도형 조절연산신호에 곱합으로써 상기 제어루프의 게인수정을 행하는 게인수정수단을 구비한 프로세스 제어장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어대상의 게인변화 및 외란변화에 따른 게인수정비율신호를 평활화하여 불필요한 변동을 억제하는 필터수단 및 상기 필터수단에 의해서 평활화된 게인수정비율신호의 변화범위를 제한하는 상하한 제한수단을 더 구비한 프로세스 제어장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 외란신호의 영향을 예측하고, 앞질러서 당해 외란신호의 영향을 억제하기 위한 피드포워드 제어신호를 얻은 피드포워드 제어모델수단 및 상기 프드포워드제어모델수단에 의해서 얻어진 상기 피드포워드 제어신호를 상기 게인수정된 위치형 변환조작 신호에 가산하는 가산수단을 더 구비한 프로세스 제어장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어대상의 게인 변화 및 외란변화에 따른 게인수정비율 신호를 평활화하여 불필요한 변동을 억제하는 필터수단 및 상기 필터수단에 의해서 평활화된 게인 수정비율신호의 변화범위를 제한하는 상하한 제한수단을 더 구비한 프로세스 제어장치.
  13. 제11항에 있어서, 조정시 이후의 상기 외란신호의 크기에 따른 외란변화를 구하여 상기 조절연산 수단의 속도형조절연산신호에 곱함으로써 외란에 의한 게인수정을 행하는 외란게인수정수단을 더 구비한 프로세스 제어장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어대상의 게인변화 및 외란변화에 따른 게인수정비율 신호를 평활화하여 불필요한 변동을 억제하는 필터수단 및 상기 필터수단에 의해서 평활화된 게인수정비율 신호의 변화범위를 제한하는 상하한 제한수단을 더 구비한 프로세스 제어장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 피드포워드 제어신호를 속도형신호로 변화하는 차분연산수단 및 상기 속도형 신호를 상기 외란에 의한 게인수정후의 속도형 조절연산 신호에 가산하는 외란보상 제어수단을 더 구비한 프로세스 제어장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제어대상의 게인변화 및 외란변화에 따른 게인수정비율 신호를 평활화하여 불필요한 변동을 억제하는 필터수단 및 상기 필터수단에 의해서 평활화된 게인수정비율신호의 변화범위를 제한하는 상하한 제한수단을 더 구비하는 프로세스 제어장치.
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