KR102415186B1 - 제어 거동을 조정할 수 있는 제어 장치 - Google Patents

제어 거동을 조정할 수 있는 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 각각의 입력 신호를 검출하기 위한 적어도 2개의 장치 및 조작된 변수(u)를 출력하기 위한 적어도 하나의 장치를 가지는, 기술적 프로세스(2)를 제어하기 위한 제어 장치(1)에 관한 것으로서, 그러한 출력 장치는 내부적으로 제1 입력 신호로서의 기준 변수(w)와 제2 입력 신호로서의 제어 변수(y) 사이의 차이를 형성하고 그로부터 조작된 변수(u)를 확인한다. 제어 장치는 부가적으로, 제어 장치(1) 및 기술적 프로세스(2)의 조합에 의해서 형성된 제어 루프의 시간 거동 및 댐핑 거동에 영향을 미치기 위한 적어도 하나 내부 신호 프로세싱 시스템을 갖는다. 본 발명에 따라, 적어도 2개의 필터 장치가 신호 프로세싱을 위해서 제공되고, 제어 장치(1) 및 기술적 프로세스(2)의 조합에 의해서 형성된 제어 루프의 시간 응답이 필터 장치(4)의 특성의 변화에 의해서 영향을 받을 수 있도록, 제1 필터 장치(4)가 프로세스(2)와 상호작용하며, 제어 장치(1) 및 프로세스(2)에 의해서 형성된 제어 루프의 댐핑 거동이 증폭 요소(5)의 증폭 인자의 변화에 의해서 영향을 받을 수 있도록 그리고 제2 필터 장치(7) 및 I-요소(6)가 개별적으로 활성화될 수 있도록 프로세스(2)와 상호작용하는 적어도 하나의 증폭 요소(5)가 제공된다.

Description

제어 거동을 조정할 수 있는 제어 장치
본 발명은, 각각의 입력 신호를 검출하기 위한 적어도 2개의 장치 및 조작된 변수(u)를 출력하기 위한 적어도 하나의 장치를 가지는, 기술적 프로세스(2)를 제어하기 위한 제어 장치(1)에 관한 것으로서, 그러한 장치는 내부적으로 제1 입력 신호로서의 기준 변수(w)와 제2 입력 신호로서의 제어 변수(y) 사이의 차이를 형성하고 그로부터 조작된 변수(u)를 결정하며, 제어 장치(1) 및 기술적 프로세스(2) 모두에 의해서 형성된 제어 루프의 시간적 거동 및 댐핑 거동(damping behavior)에 영향을 미치기 위한 적어도 하나 내부 신호 프로세싱 시스템을 더 갖는다.
기술적 프로세스를 제어하기 위해서, PID 제어기로 알려져 있는 것이 공지되어 있으며, 이는 기준 변수 및 제어 변수를 검출함으로써 조작된 변수를 위한 신호를 생성한다. 그러한 PID 제어기의 목표는, 각각의 기술적 프로세스를 위한 조작된 변수를 생성할 때 내부 전달 거동을 고려하는 것이다. 구체적인 경우에, 이미 기술적 프로세스 내로 통합된 조작된 변수를 측정하는 것에 의해서, 이러한 조작된 변수가 추가적으로 통합될 때, 제어 변수에 미치는 그 영향이 고려되도록 의도된다. PID 제어기는 먼저, 그 P-브랜치(branch)("비례적(proportional)"에 대한 P)에서, 제어 오류(기준 변수와 제어 변수 사이의 차이)에 비례하는 그 조작된 변수의 비율을 생성하고, 그 I-브랜치("적분(integral)"에 대한 I)를 통해서, 제어 오류를 적분하는 것에 의해서 추가적인 조작된 변수 비율을 그에 부가하고, 그에 따라 과거의 제어 오류의 영향을 고려하며, 그 D-브랜치("미분(differential)"에 대한 D)를 통해서, 제어 오류의 변화의 현재 비율을 고려하는 추가적인 조작된 변수 비율을 그에 부가한다. 조작된 변수는 기술적 프로세스의 파워(power) 소비일 수 있고, 혼합 비율, 많은 양의 물질의 할당 및 많은 다른 가능한 변수일 수 있다. PID 제어기는 더 높은-차수의 지연 거동으로 기술적 프로세스를 제어할 수 있고, 그에 따라, 간섭 변수의 영향에도 불구하고, 제어 변수는 기준 변수에 가능한 한 근접하여 유지된다.
PID 제어기는 그 매개변수를 기초로 기술적 프로세스의 시간적 거동에 적응(adapt)되어야 한다. 그에 따라, 제어 매개변수를 최적화하기 위해서, 제어하고자 하는 기술적 프로세스에 관한 매우 양호한 지식을 가질 필요가 있다. 정확한 프로세스 지식을 이용할 수 없는 경우에, 기술적 프로세스의 반응 거동, 특히 조작된 변수의 강제된 변화시의 제어 변수의 변화에 의해서 프로세스 모델을 추정하고, 그에 따라 다시 그로부터 PID 제어기의 개별적인 제어 매개변수를 추정할 필요가 있다. 제어하고자 하는 기술적 프로세스의 특성에 따라, 제어 매개변수의 약간의 변화가 제어 거동에서 큰 편차를 생성할 수 있다. 제어 매개변수를 추정하기 위해서, 용인 가능한 시간 소비로 만족스러운 정도까지 제어 매개변수가 추정될 수 있게 하는 다양한 전략이 개발되었다. 그러나, 그러한 제어 전략을 적용하기 위해서, 높은 수준의 전문 지식 그리고 또한 특정 정도의 경험이 마찬가지로 필요하다. 그에 따라, 제어기의 매개변수화를 최적화하는 것은 마찬가지로 높은 정도의 전문가 지식을 필요로 한다. 알려진 매개변수화 전략과 함께 제어기의 이론, 특히 PID 제어기의 이론이 이러한 시점에 알려져 있는 것으로 가정한다.
산업적 시설은 일반적으로 비교적 많은 수의 제어기를 갖는다. 산업적 시설을 주문할 때, 매개변수 최적화와 관련하여 상당한 노력이 이루어진다. 산업적 시설이 서비스를 하기 시작하자 마자, 산업적 프로세스 자체를 위탁 받은 전문가가 산업적 시설의 제어를 담당한다. 산업적 시설이 긴 기간에 걸쳐, 원재료의 변동을 통한, 기계 파워의 변화를 통한, 또는 생산 또는 제조 프로세스의 연속적인 최적화를 통한, 특정 요동(fluctuation)을 겪기 때문에, 산업적 시설의 제어 매개변수가 또한 시간에 걸쳐 변화된다. 갱신된 매개변수화는 다시 정도가 높은 시간 및 전문 지식을 요구한다. 전문 지식 및 시간 소비가 요구되는 이유는, 제어 매개변수가, 변화된 프로세스 거동에 적응되어야 하기 때문이다. 그러나, 설정 가능한 제어 매개변수는, 제어 과정의 댐핑 거동 및 시간적 거동과 같은, 제어기의 제어 거동과 직접적인 관계를 갖지 않는다.
그에 따라, 본 발명은, PID 제어기의 장점을 유지하면서, 설정이 어렵다는 그 단점을 극복하는 제어 장치를 제공하기 위한 목적을 기초로 한다.
본 발명에 따른 목적은, 적어도 2개의 필터 장치(4 및 7), 증폭 요소(5) 및 I-요소(6)가 신호 프로세싱을 위해서 제공되고, 여기에서, 제어 장치(1) 및 기술적 프로세스(2) 모두에 의해서 형성된 제어 루프의 시간적 거동이 제1 필터 기기(4)의 특성의 변화에 의해서 영향을 받을 수 있도록, 제1 필터 기기(4)가 프로세스와 상호작용하며, 제어 장치(1) 및 프로세스(2)에 의해서 형성된 제어 루프의 댐핑 거동이 증폭 요소(5)의 증폭 인자의 변화에 의해서 영향을 받을 수 있도록 프로세스와 상호작용하는 적어도 하나의 증폭 요소(5)가 존재하며, 제2 필터 기기(7) 및 I-요소(6)가 서로 별개로 활성화될 수 있는 것에 의해서 달성된다. 제어기의 유리한 개선이 하위 청구항(subclaim) 1에 기재되어 있다.
본 발명에 따라, 적어도 2개의 필터 장치가 신호 프로세싱을 위해서 제공되고, 제어 장치(1) 및 기술적 프로세스(2) 모두에 의해서 형성된 제어 루프의 시간적 거동이 제1 필터 기기(4)의 특성의 변화에 의해서 영향을 받을 수 있도록, 제1 필터 기기(4)가 기술적 프로세스(2)와 상호작용하며, 제어 장치(1) 및 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)에 의해서 형성된 제어 루프의 댐핑 거동이 증폭 요소(5)의 증폭 인자의 변화에 의해서 영향을 받을 수 있도록 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)와 상호작용하는 적어도 하나의 증폭 요소(5)가 존재하며, 제2 필터 기기(7) 및 I-요소(6)가 서로 개별적으로 그리고 독립적으로 활성화될 수 있다. 일반적인 유형의 PID 제어기와 달리, 본 발명에 따른 제어 장치의 경우에, 3개의 상이한 요소, 즉 (제어 오류를 평가하기 위한) P-요소, (제어 오류의 시간적 적분 합계를 평가하기 위한) I-요소 및 (제어 오류의 변화 비율을 평가하기 위한) D-요소로부터 개별적인 선형 인자가 매개변수화되지 않고, 그 대신, 제1항에 기재된 제1 필터 기기(4) 및 제1항에 기재된 증폭 인자(5)가 통합되고 매개변수화되며, 결과적으로 제어 루프는, 희망하는 시간적 거동 및 댐핑 거동의 방향으로, 목표에 따른 방식으로, 영향을 받을 수 있다. 기술적 프로세스의 유형 및 특성에 따라, 적분기(I-요소)(6) 및 추가적인 필터(7)가 본 발명에 따른 제어 장치에 부가되거나 그로부터 제거될 수 있다. 그에 따라, 본 발명이 기초로 하는 아이디어는, 프로세스의 특정의 기술적 유형을 위해서, 그러한 기술적 프로세스에 대해서 전형적인 그 조성에서 보다 용이하게 매개변수화될 수 있도록, 여러 필터(4, 7), 증폭 요소(5) 및 I-요소(6)의 활성화를 구성하는 아이디어이다. 따라서, 본 발명은, 범용 제어기가 모든 프로세스에 적합한 것이 아니고, 여러 구성요소의 조합에 의한, 설정 매개변수의 후속 최적화의 단순화가 제공된다는 것을 고려한다. 이는, 본 발명에 따른 제어 장치가, 제어 루프의 시간적 거동 및 댐핑 거동의 매개변수화의 방향으로 목표에 따른 방식으로 매개변수화되기 때문이다. 따라서, 매개변수화는 2개의 스테이지에서 발생된다. 필터 조합의 초기 선택은 한차례만 실시되면 되는데, 이는 기술적 프로세스의 유형이 일반적으로 더 이상 변화되지 않기 때문이다. 후속 매개변수화는, 프로세스 유형의 조성이 결정된 후에만 실시되며, 그러한 매개변수화는 또한 제어기에 관한 적은 전문가 지식을 갖는 작업자에 의해서 산업 시설의 동작 중에 실시될 수 있다.
보상이 있는 일시적 거동을 갖는, 제어하고자 하는 프로세스(2)의 경우에, 다시 말해서, 단계 응답이 새로운 정상 상태로 진행하는 프로세스의 경우에, 비활성화되는 제2 필터 기기(7) 및 활성화되는 I-요소(6)가 제공되고, 결과적으로, 제어 장치(1) 및 프로세스(2)에 의해서 형성된 제어 루프의 시간적 거동이 제1 필터 기기(4)에 의해서 영향을 받고 그 댐핑 거동이 증폭 요소(5)에 의해서 영향을 받으며, 그리고 페이딩 제어 편차(fading control deviation)가 I-요소(6)에 의해서 발생된다.
보상이 없고 위치 속행(follow-up) 제어를 위한 요건이 있는, 일시적 거동을 갖는, 제어하고자 하는 프로세스(2)의 경우에, 유리하게, 활성화되는 제2 필터 기기(7) 및 또한 활성화되는 I-요소(6)가 제공되고, 결과적으로, 제1 필터 기기(4), 증폭 요소(5) 및 I-요소(6)가 제2 필터 장치(7)에 의해서 보충되고, 또한 제어 장치(1) 및 프로세스(2)로 형성된 제어 루프를 안정화한다.
마지막으로, 보상이 없고 위치 속행 제어를 위한 요건이 없는, 일시적 거동을 갖는, 제어하고자 하는 프로세스(2)의 경우에, 유리하게, 모두가 비활성화되는 제2 필터 기기(7) 및 I-요소(6)가 제공되고, 결과적으로, 제1 필터 기기(4)만이 시간적 거동을 결정하고, 증폭 요소(5)는 제어 장치(1) 및 프로세스(2)로 형성된 제어 루프의 댐핑 거동을 결정한다.
본 발명에 따른 제어 장치의 제1의 구체적인 개선에서, 이하에 의해서 정의되는, 1차, 2차 또는 3차 전달 함수를 갖는 제1 필터 기기(4)가 제공되고,
1차:
Figure 112019042146629-pct00001
2차:
Figure 112019042146629-pct00002
3차:
Figure 112019042146629-pct00003
여기에서, T D1 , T D2 및 T D3 는 0 초과의 필터의 미분 시간 상수이고, T R1 , T R2 및 T R3 은 0 초과의 필터의 지연 시간 상수이며, s는 라플라스 연산자(Laplace operator)이고, 제1 필터 기기(4)의 모든 미분 시간 상수(T D1 , T D2 및 T D3 )의 합계는
Figure 112019042146629-pct00004
로서 정의되고, 즉
Figure 112019042146629-pct00005
여기에서, 본질적으로
Figure 112019042146629-pct00006
는 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의
Figure 112019042146629-pct00007
의 결정된 데드 타임(dead time)의 절반을 포함하는, 모든 지연 시간 상수(T S1 , T S2 , …)의 합계 이하에 상응할 수 있고, 즉
Figure 112019042146629-pct00008
여기에서,
Figure 112019042146629-pct00009
는 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의 0 초과의 모든 지연 시간 상수(T S1 , T S2 , …)의 합계이고, 즉
Figure 112019042146629-pct00010
그리고, 그에 따라, 데드 타임-영향 PT1 모델의 결정된 지연 시간 상수(T S )와 동일하게 설정되어야 하고, (T t )는 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의 0 이상의 결정된 데드 타임이고, 매개변수(C W )는, 0과 1 사이이고 필터의 미분 시간 상수를 결정하는, 제어 장치(1)의 동적 인자로서 정의되며, 그에 따라 제어 장치(1) 및 기술적 프로세스(2)에 의해서 형성된 제어 루프의 시간적 거동에 영향을 미치고, 다시 말해서
Figure 112019042146629-pct00011
이다.
본 발명에 따른 제어 장치의 제2의 구체적인 개선에서, 이하에 의해서 정의되는 전달 함수를 갖는 제2 필터 기기(7)가 제공되고,
Figure 112019042146629-pct00012
여기에서 T DI 는, 이하에 의해서 정의되는, 0 초과의 필터의 미분 시간 상수이고,
Figure 112019042146629-pct00013
그리고 T RI 는 0 초과의 필터의 지연 시간 상수이고, s는 라플라스 연산자이며, α는 2 내지 4의 인자이고,
Figure 112019042146629-pct00014
는, 그 부분에 대해서 이하에 의해서 정의되는, 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의 결과적인 집중된(concentrated) 시간 상수이고,
Figure 112019042146629-pct00015
여기에서,
Figure 112019042146629-pct00016
는 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의 0 초과의 모든 지연 시간 상수(T S1 , T S2 , …)의 합계이고, 즉
Figure 112019042146629-pct00017
이고, 그에 따라 데드 타임-영향 PT1 모델의 결정된 지연 시간 상수(T S )와 동일하도록 설정되어야 하고, (T R )은 2개의 필터 기기(4 및 7)의 0 초과의 지연 시간 상수의 합계와 동일한 제어 장치의 부가적으로 통합된 지연 시간 상수이며, 즉
Figure 112019042146629-pct00018
이며, (T t )는 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의 0 이상의 결정된 데드 타임이며,
Figure 112019042146629-pct00019
는 제1 필터 기기(4)의 모든 미분 시간 상수(T D1 , T D2 , …)의 합계이고, 즉
Figure 112019042146629-pct00020
이다.
본 발명의 제3의, 구체적인 개선에서, 증폭 요소(5)의 증폭 인자(K C )가 제공되고, 이는
a) 보상이 있는 일시적 거동을 갖는 제어하고자 하는 프로세스(2)의 경우에, 이하에 의해서 계산되고
Figure 112019042146629-pct00021
b) 보상이 없고 위치 속행 제어를 위한 요건이 있는 일시적 거동을 갖는 제어하고자 하는 프로세스(2)의 경우에, 이하에 의해서 계산되며
Figure 112019042146629-pct00022
c) 보상이 없고 위치 속행 제어를 위한 요건이 없는 일시적 거동을 갖는 제어하고자 하는 프로세스(2)의 경우에, 이하에 의해서 계산되며,
Figure 112019042146629-pct00023
여기에서, (D W )는, 전체적인 제어 루프의 댐핑 거동을 기술하는, 미리 정의되는 0 이상의 댐핑 인자이고, (K S )는 제어하고자 하는 보상이 있는 기술적 프로세스의 결정된 전달 계수이고, (K IS )는 제어하고자 하는, 보상이 없는 기술적 프로세스의 결정된 적분 계수이고,
Figure 112019042146629-pct00024
는, 이하에 의해서 정의되는, 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의 결과적인 집중된 시간 상수이고,
Figure 112019042146629-pct00025
여기에서,
Figure 112019042146629-pct00026
는 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의 0 초과의 모든 지연 시간 상수(T S1 , T S2 , …)의 합계이고, 즉
Figure 112019042146629-pct00027
이고, 그에 따라 데드 타임-영향 PT1 모델의 결정된 지연 시간 상수(T S )와 동일하도록 설정되어야 하고, (T R )은 2개의 필터 기기의 0 초과의 지연 시간 상수의 합계와 동일한 제어 장치의 부가적으로 통합된 지연 시간 상수이며, 즉
Figure 112019042146629-pct00028
이며, (T t )는 제어하고자 하는 기술적 프로세스의 0 이상의 결정된 데드 타임이며,
Figure 112019042146629-pct00029
는 제1 필터 기기(4)의 0 초과의 모든 미분 시간 상수(T D1 , T D2 , …)의 합계이고, 즉
Figure 112019042146629-pct00030
이다.
이하에서, 인용 도면을 참조하여 본 발명 및 예시적인 실시예를 더 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 제어 장치를 갖는 폐쇄 제어 루프를 도시한다.
도 2는 다양한 제어 루프의 단계 응답의 시간 도표를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제어 장치(1)는 개별적인 모듈 또는 구성요소 내로 통합될 수 있다. 이러한 모듈은 구성요소 비교 기기(3), 제1 필터 기기(4) 및 제2 필터 기기(7), 증폭 요소(5), I-요소(6) 및 스위치(8)를 둘러싼다. 본 발명에 따른 제어 장치(1)는 통상적인 PID 제어 장치와 동일한 방식으로 제어 루프로 배선되고, 다시 말해서 제어 장치(1)에는 기준 변수(w) 및 제어 변수(y)가 공급되며, 이로부터 제어 장치는 프로세스(2)에 영향을 미치기 위한 조작된 변수(u)를 생성한다. 프로세스(2)에서, 제어 변수(y)는 다시 프로세스(2)의 출력 신호로써 출력된다.
본 발명에 따른 제어 장치(1)는, 제어 장치(1) 및 프로세스(2)에 의해서 형성된 제어 루프의 댐핑 거동에 영향을 미치는 댐핑 인자(D w )를 미리 정의하는 것 및 제어 장치(1) 및 프로세스(2)에 의해서 형성된 제어 루프의 시간적 거동에 영향을 미치는 동적 인자(C w )를 미리 정의하는 것에 의해서 매개변수화된다. 또한, 부가적으로 통합된 지연 시간 상수(T R )의 제원(specification)이 제어 장치(1)를 위해서 미리 정의되어야 하고, 그에 의해서 제어 장치(1)의 조작된 변수가 설정 요소에 적응될 수 있다.
그에 따라, 본 발명에 따른 제어 장치(1)의 모든 매개변수가, 목표에 따른 방식으로, 폐쇄 제어 루프 내에서 제어 장치(1)의 각각의 특성에 할당된다.
또한, 본 발명에 따른 제어 장치(1)는 프로세스 특성 변수가 특정될 것을 요구한다.
보상이 있는 일시적 거동을 갖는 프로세스(2), 즉 단계 응답이 새로운 정상 상태로 진행하는 프로세스를 제어하는 경우에, 프로세스 지연 거동에 상응하는 PT1 모델의 전달 계수(K S ), 결정된 데드 타임(T t ) 및 결정된 지연 시간 상수(T S )의 제원이 특정되어야 한다.
이를 위해서, 제어 유형의 매개변수(P Type )가 초기화 유닛(9)에 의해서 제어 장치(1)에서 1로 설정되어야 한다.
이로 인해서, 제어 장치(1) 내의 I-요소(6)는 온으로 스위칭되고, 그 우회(bypassing)가 다시 제거된다. 제어 장치의 필터 기기(7)가 부가적으로 비활성화된다.
본 발명에 따른 제어 장치(1)를 설계하기 위해서, 라플라스 또는 주파수 영역(frequency domain)으로 알려진 것에서 프로세스(2)의 일반 전달 함수(GS(s))가 고려된다:
Figure 112019042146629-pct00031
더 높은 차수의 지연을 갖는 보상이 있는 데드 타임-영향 제어 섹션의 경우에, 전달 함수는 다음과 같다:
Figure 112019042146629-pct00032
간결함을 위해서, 그러한 제어 섹션은 또한, 프로세스 특성 변수, 전달 계수(K S ), 결정된 데드 타임(T t ) 및 결정된 지연 시간 상수의 제원(T S )에 의해서 정의되는, 데드 타임-영향 PT1 모델에 의해서 개산될(approximated) 수 있다.
Figure 112019042146629-pct00033
제어 장치(1)에서, 다양한 필터 유형이 초기화 유닛(9)에 의해서, 구체적으로 필터 선택 매개변수(F Type )에 의해서 필터 기기(4)에 적용될 수 있다.
(F Type ) = 1일 때, 필터 기기(4)가 1차 미분 필터의 전달 함수로 초기화되고, 즉
Figure 112019042146629-pct00034
여기에서, 0 초과의 T D1 은 미분 시간 상수이고,
0 초과의 T R1 은 지연 시간 상수이다.
(F Type ) = 2일 때, 필터 기기(4)가 2차 미분 필터의 전달 함수로 초기화되고, 즉
Figure 112019042146629-pct00035
이고
여기에서 0 초과의 T D1 및 T D2 는 미분 시간 상수이고,
0 초과의 T R1 및 T R2 는 지연 시간 상수이다.
(F Type ) = 3일 때, 필터 기기(4)가 3차 미분 필터의 전달 함수로 초기화되고, 즉
Figure 112019042146629-pct00036
이며,
여기에서, 0 초과의 T D1 내지 T D3 은 미분 시간 상수이고,
0 초과의 T R1 내지 T R3 은 지연 시간 상수이다.
초기 유닛(9)에 의해서 선택될 수 있는 필터 기기(4)를 갖는 보상이 있는 제어 루프의 전달 함수의 일련의 연결을 이제 고려한다면, 이하가 일반적으로 주어진다:
Figure 112019042146629-pct00037
여기에서 확인될 수 있는 바와 같이, 필터 기기(4)의 분자 항(numerator term)의 미분 시간 상수(T D1 , T D2 , …)로, 보상이 있는 제어 섹션의 지연 거동에 응답하여 지연 시간 상수(T S1 , T S2 , …)를 부분적으로 또는 전체적으로 보상할 수 있다.
여기에서, 제어 루프의 모든 지연 시간 상수의 합계(T S_overall )가
Figure 112019042146629-pct00038
로 보상되고 그에 따라 데드 타임-영향 PT1 모델의 결정된 지연 시간 상수(T S )와 동일하게 설정되어야 하고, 상류 필터 기기(3)의 모든 미분 시간 상수의 합계(T S_overall )는
Figure 112019042146629-pct00039
이고, 부분적인 보상(T D1 + T D1 + …< T S1 +T S2 + …)에서, 보상이 있는 제어 루프의 결과적인 시간 상수(
Figure 112019042146629-pct00040
)가 유지되고, 여기에서
Figure 112019042146629-pct00041
이다.
결과적으로, 제어 루프의 지연 시간의 합계(T S_overall )는 그에 따라 제1 필터 기기(4)의 보상 시간 상수(T D_overall )의 비율만큼 감소되고, 이는 필터 기기(4) 및 제어 루프의 전체 회로의 동적 거동의 개선을 초래한다.
0과 1 사이에서 이동될 수 있는 연관된 동적 인자(C w )는 이하로부터 계산된다:
Figure 112019042146629-pct00042
0으로부터 100%의, 달성되는 보상의 백분율 정도는 그에 따라 이하로부터 계산된다:
Figure 112019042146629-pct00043
식을 재작성한 후에, 필터 기기(4)의 보상 시간 상수(T D_overall )의 계산이 미리 정의되는 동적 인자(C w )에 따라 결정된다:
Figure 112019042146629-pct00044
.
그에 따라, 미리 정의되는 동적 인자(C w )는, 필터 기기(4) 및 제어 섹션(2)에 의해서 형성된 시스템의 시간적 거동에 영향을 미치는 유일한 외부 관련 매개변수이다.
제어 관점으로부터, 제어 루프의 지연 시간의 합계(T S_overall )가 또한 데드 타임(T t )의 비율만큼 연장될 수 있다.
이를 위해서, 데드 타임의 전달 함수(
Figure 112019042146629-pct00045
)의, 제어 섹션과 연관된, 항이 테일러 급수 전개(Taylor series expansion) 즉,
Figure 112019042146629-pct00046
에 의해서 개산되고, 여기에서
Figure 112019042146629-pct00047
및
Figure 112019042146629-pct00048
이고,
Figure 112019042146629-pct00049
이다.
주파수 응답에서의 값으로 조정하기 위한 요건에 따라,
Figure 112019042146629-pct00050
의 최대 비율은 그에 의해서 순수하게 계산적으로 보상될 수 있고, 그에 따라 이하의 관계가 달성된다:
Figure 112019042146629-pct00051
미리 정의하고자 하는 동적 인자(C w )의 선택에서, 나사를 조일 때와 동일한 방식으로, 0으로부터 시작되는 값이 증가되어야 하고, 요구되는 댐핑 인자(D w )에 더 이상 상응하지 않는 폐쇄 제어 루프의 댐핑 거동 시에 중단되어야 한다.
이러한 경우에, 본 발명에 따른 제어 장치는 사용자를 위한 유리한 기회를 제공하는데, 이는 모델링된 프로세스의 품질과 관련한 결론이 폐쇄 제어 루프의 거동으로부터 인출될 수 있기 때문이다.
제어 프로파일에서의 완만한(sluggish) 거동은, 적용된 댐핑 거동이 설정된 댐핑 거동의 훨씬 아래에서 이동된다는 것을 나타내고, 너무 크게 선택된 모델링된 프로세스의 시간 상수를 나타낸다. 이러한 경우에, 모델링의 시간 상수가 감소되어야 한다. 이어서, 제어 장치는 기대값(expectation)에 따라 구성될 수 있을 것이다.
제어기 설정에 더하여, 연관된 PT1 모델의 더 정확한 화상이 그에 따라 또한 얻어진다.
제1 필터 기기(4)의 차수가 또한 실제 제어 섹션의 차수에 따라 선택되어야 하고, 그에 따라 더 큰 정도의 보상이 달성될 수 있다.
제어 섹터에서, 제어 루프의 모든 지연 시간 상수(T S1 , T S2 , …)의 합계에, 제어 섹션의 루프 데드 타임(T t )을 더하고, 제어 루프의 모든 미분 시간 상수(T DS1 , T DS2 , …)를 빼는 것으로서 합계 시간 상수(
Figure 112019042146629-pct00052
)를 특정하는 것이 알려져 있다:
Figure 112019042146629-pct00053
.
섹션 시간 상수의 부분적 보상의 경우에, 결과적인 합계 시간 상수(
Figure 112019042146629-pct00054
)가 필터 기기(4) 및 보상이 있는 제어 루프의 전체 회로를 위해서 주어진다. 이는 또한, 제어 장치 자체에 의해서 도입되고 제어 장치의 달성 가능한 조작된 변수를 위한 역할을 하는 지연 시간 상수의 합계(T R ), 및 제어 장치의 미분 시간 상수의 합계(
Figure 112019042146629-pct00055
)를 포함하고, 여기에서
Figure 112019042146629-pct00056
이다.
보상이 있는 제어 섹션 내에서 I-요소(6)에 의해서 보충되는 증폭 요소(5)의 증폭 인자(K C )는 주파수 응답에서의 값에 대한 조정에 따라 계산되고:
Figure 112019042146629-pct00057
여기에서, 0 이상의 D W 는 폐쇄 제어 루프의 댐핑 거동을 기술하는, 미리 정의되는 댐핑 인자이고,
K S 는 제어하고자 하는 보상이 있는 기술적 프로세스(2)의 결정된 전달 계수이고, 그리고
Figure 112019042146629-pct00058
는 결과적인 합계 시간 상수이다.
본 발명에 따른 제어 장치(1)의 매개변수는 그에 따라, 첫 번째로 프로세스의, 모델에 의해서 검출된, 특성 변수(K S ), (T S ) 및 (T t )에 의해서, 그리고 두 번째로 댐핑 인자(D w )에 의해서 폐쇄 제어 루프의 댐핑 거동을 미리 정의하는 것에 의해서, 그리고 동적 인자(C w )에 의해서 제어 루프의 시간적 거동을 미리 정의하는 것에 의해서, 그리고 제어 장치에 의해서 부가적으로 도입된 지연 시간 상수(T R )를 특정하는 것에 의해서, 명시적으로 결정된다.
보상이 없는 그리고 위치 속행 제어를 위한 요건이 없는 제어 섹션의 경우에, 제어 유형의 매개변수(P Type )는 초기화 유닛(9)에 의해서 그리고 그 내에서 제어 장치(1)에서 2로 설정된다.
결과적으로, I-요소(6)는 제어 장치(1) 내에서 우회된다.
더 높은 차수의 지연을 갖는 보상이 없는 데드 타임-영향 제어 섹션의 경우에, 전달 함수는 다음과 같다:
Figure 112019042146629-pct00059
간결함을 위해서, 그러한 제어 섹션은 또한, 프로세스 특성 변수 적분 계수(K IS ), 결정된 데드 타임(T t ) 및 결정된 지연 시간 상수(T S )에 의해서 정의되는, 데드 타임-영향 IT1 모델에 의해서 개산될 수 있고, 여기에서
Figure 112019042146629-pct00060
이다.
이러한 경우에, 증폭 요소(5)의 증폭 인자(K C )가 주파수 응답에서의 값에 대한 조정에 따라 계산되고:
Figure 112019042146629-pct00061
여기에서, 0 이상의 D W 는 폐쇄 제어 루프의 댐핑 거동을 기술하는, 미리 정의되는 댐핑 인자이고,
K IS 는 제어하고자 하는 보상이 없는 기술적 프로세스(2)의 결정된 적분 계수이고,
Figure 112019042146629-pct00062
는 제어하고자 기술적 프로세스(2)의 결과적인 집중된 시간 상수이고,
이는
Figure 112019042146629-pct00063
에 의해서 계산된다.
동적 인자(C w )를 통해서 제어 루프의 시간적 거동을 미리 정의하는 것과 관련된 모든 다른 설명은 보상이 있는 데드 타임-영향 제어 섹션의 제어에 관한 전술한 설명에 상응한다.
본 발명에 따른 제어 장치(1)의 매개변수는 그에 따라, 이러한 경우에 또한: 첫 번째로 프로세스의, 모델에 의해서 검출된, 특성 변수(K IS ), (T S ) 및 (T t )에 의해서, 그리고 두 번째로 댐핑 인자(D w )에 의해서 폐쇄 제어 루프의 댐핑 거동을 미리 정의하는 것에 의해서, 그리고 동적 인자(C w )에 의해서 제어 루프의 시간적 거동을 미리 정의하는 것에 의해서, 그리고 제어 장치에 의해서 부가적으로 도입된 지연 시간 상수(T R )를 특정하는 것에 의해서, 명시적으로 결정된다.
보상이 있는 그리고 위치 속행 제어를 위한 요건이 없는 제어 섹션의 경우에, 제어 유형의 매개변수(P Type )는 초기화 유닛(9)에 의해서 그리고 그 내에서 제어 장치(1)에서 3으로 설정된다.
이로 인해서, 제어 장치(1) 내의 I-요소(6)는 온으로 다시 스위칭되고, 그 우회가 다시 제거된다. 또한, 제어 장치의 필터 기기(7)가 온으로 스위칭되고, 그 부가적인 미분 시간 상수는 주파수 응답에서의 값에 대한 조정에 따라 최적화된다.
부가적인 필터 기기(7)의 전달 함수는 이하에 의해서 표현되고:
Figure 112019042146629-pct00064
여기에서, 0 초과의 T DI 은 이하에 의해서 결정되는 미분 시간 상수이고,
Figure 112019042146629-pct00065
여기에서, α = 2 내지 4는 제어 장치 내에서 정의되는 인자이고,
Figure 112019042146629-pct00066
는 이하에 의해서 계산된, 제어하고자 기술적 프로세스(2)의 결과적인 집중된 시간 상수이고,
Figure 112019042146629-pct00067
Figure 112019042146629-pct00068
는 0 초과의 지연 시간 상수이다.
이러한 경우에, 증폭 요소(5)의 증폭 인자(K C )가 주파수 응답에서의 값에 대한 조정에 따라 계산되고:
Figure 112019042146629-pct00069
여기에서, 0 이상의 D W 는 폐쇄 제어 루프의 댐핑 거동을 기술하는, 미리 정의되는 댐핑 인자이고,
K IS 는 제어하고자 하는 보상이 없는 기술적 프로세스(2)의 결정된 적분 계수이고,
Figure 112019042146629-pct00070
는 이하에 의해서 계산된, 제어하고자 기술적 프로세스(2)의 결과적인 집중된 시간 상수이다.
Figure 112019042146629-pct00071
.
동적 인자(C w )를 통해서 제어 루프의 시간적 거동을 미리 정의하는 것과 관련된 모든 다른 설명은 보상이 있는 데드 타임-영향 제어 섹션의 제어에 관한 전술한 설명에 상응한다.
본 발명에 따른 제어 장치(1)의 매개변수는 그에 따라, 이러한 경우에 또한: 첫 번째로 프로세스의, 모델에 의해서 검출된, 특성 변수(K IS ), (T S ) 및 (T t )에 의해서, 그리고 두 번째로 댐핑 인자(D w )에 의해서 폐쇄 제어 루프의 댐핑 거동을 미리 정의하는 것에 의해서, 그리고 동적 인자(C w )에 의해서 제어 루프의 시간적 거동을 미리 정의하는 것에 의해서, 그리고 제어 장치에 의해서 부가적으로 도입된 지연 시간 상수(T R )를 특정하는 것에 의해서, 명시적으로 결정된다.
도 2는, 시간 축으로서의 가로 좌표 및 표준화된 제어 변수에 대한 세로 좌표를 갖는 타이밍 도표의 형태로, 4차의 순수 지연-영향 제어 섹션 상의(곡선 9, 10, 11) 그리고 2차 데드 타임-타임 영향 제어 섹션 상의(곡선 12, 13, 14) 상의 여러 제어기의 기준 거동을 도시한다.
곡선(9)은, Chien, Hrones 및 Reswick에 따른 설정 규칙에 따른 비주기적 기준 거동으로 설계된 PID 제어기를 이용하여 얻어졌다. 이러한 경우에, 부적절한 설정을 확인할 수 있고, 그 결과로서 제어기는 제어 루프의 지배적인 데드 타임으로 양호하지 못하게만 조정될 수 있다. 2차 필터 장치를 갖는 본 발명에 따른 제어 장치를 이용하여 2개의 곡선(10 및 11)을 생성하였고, 곡선들 사이의 차이는 다양한 제어기 설정으로부터 초래된다. 양 곡선은 0.7의 동일 댐핑 인자(D w )로 기록되었다. 0.5(50%)의 동적 인자(C w )가 곡선(10)에 대해서 선택되었고, 0.6(60%)의 동적 인자(C w )가 곡선(11)에 대해서 선택되었다. 2개의 지점은 기준 거동을 위해서 특히 중요하다: 첫 번째로, 본 발명에 따른 제어 장치를 이용한 확정(settling) 프로세스는 통상적으로 설정된 PID 제어기보다 더 신속하고 보다 평온하게 발생된다. 두 번째로, 본 발명에 따른 제어 장치에서, 확정 프로세스의 시간적 거동은 동적 인자(C w )에 의해서 변경될 수 있고, 그 오버슈트(overshoot) 거동은 넓은 범위 내에서 서로 독립적으로 댐핑 인자(D w )에 의해서 변경될 수 있고, 그에 따라 양호한 제어기 설정이 개인적 선호도에 따라 발견될 수 있다.
본 발명에 따른 제어 장치에서, 매개변수가 목표에 따른 방식으로 폐쇄 제어 루프의 특성에 영향을 미치고 댐핑 거동의 변화가 목표에 따른 방식으로 댐핑 인자(D w )에 의해서 조정될 수 있는 반면, 제어 루프의 시간적 거동의 변화는 목표에 따른 방식으로 동적 인자(C w )에 의해서 조정될 수 있다는 사실에서 장점을 갖는다.
비록 이러한 제어 섹션에서 본 발명에 따른 제어 장치의 2개의 곡선(10 및 11)만이 도 2에 도시되어 있지만, 일정 댐핑 거동을 갖는 이러한 곡선들 사이의 연속적인 전이가 물론 가능하다. 동일 방식으로, 더 큰 또는 더 작은 오버슈트 거동에 대한 변화가 또한 가능하다.
마찬가지로, 2차 데드 타임-영향 제어 섹션의 곡선(12)은, Chien, Hrones 및 Reswick에 따른 설정 규칙에 따른 비주기적 기준 거동으로 설계된 PID 제어기를 이용하여 얻어졌다. 이러한 경우에 또한, 부적절한 설정을 확인할 수 있고, 그 결과로서 제어기는 제어 섹션을 양호하지 못하게 조정한다. 2차 필터 장치를 갖는 본 발명에 따른 제어 장치를 이용하여 2개의 곡선(13 및 14)을 생성하였고, 곡선들 사이의 차이는 다양한 제어기 설정으로부터 초래된다. 양 곡선은 0.7의 동일 댐핑 인자(D w )로 기록되었다. 0.5(50%)의 동적 인자(C w )가 곡선(13)에 대해서 선택되었고, 0.6(60%)의 동적 인자(C w )가 곡선(14)에 대해서 선택되었다.
이러한 경우에 또한, 본 발명에 따른 제어 장치에서, 매개변수가 목표에 따른 방식으로 폐쇄 제어 루프의 특성에 영향을 미치고, 댐핑 거동의 변화가 목표에 따른 방식으로 댐핑 인자(D w )에 의해서 조정될 수 있는 반면, 제어 루프의 시간적 거동의 변화는 목표에 따른 방식으로 동적 인자(C w )에 의해서 조정될 수 있다는 사실에서 장점을 갖는다.
PID 제어기와 비교할 때의 제어 품질의 추가적인 개선이, 특히 더 높은 차수의 제어 루프에서 현저한 영향을 가지는, 3차 필터 기기의 활성화에 의해서 달성될 수 있다.
도시된 곡선(9 내지 14)이 이상적인 조건으로 가정되고, 본 발명에 따른 제어 장치로 이론적으로 달성될 수 있는 것을 나타낸다. 실제 조건 하에서, 예를 들어 프로세스 모델이 부정확하거나 제한이 있을 때, 실제 거동이 이상적인 거동으로부터 벗어날 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 제어 장치는 또한 폐쇄 제어 루프의 거동으로부터 모델링된 프로세스의 품질에 관한 결론을 이끌어 낼 수 있는 가능성을 제공한다.
예를 들어, 해당 오버슈트 거동으로부터, 설정된 댐핑 거동의 훨씬 아래에서 이동되는, 제어 프로파일에서의 완만한 거동은, 그에 따라, 너무 크게 선택된 모델링된 프로세스의 시간 상수를 나타낸다. 이러한 경우에, 모델링의 시간 상수가 작은 값으로 조정되어야 한다. 이어서, 본 발명에 따른 제어 장치는 또한 기대값에 따라 구성될 수 있고, 이는 제어 섹션의 더 정확한 모델로 동작된다.
동적 인자(C w )의 선택에서, 나사를 조일 때와 동일한 방식으로, 0으로부터 시작되는 값이 증가될 수 있고, 미리 정의된 댐핑 인자(D w )에 더 이상 상응하지 않는 폐쇄 제어 루프의 댐핑 거동 시에 중단될 수 있다. 이어서, 폐쇄 제어 루프의 동적 특성의 추가적인 개선이 제1 필터 기기(4)의 차수를 증가시키는 것만으로도 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 제어 장치는 또한, 장애(disturbance)가 조작된 변수(u) 또는 제어 변수(y)에 영향을 미칠 때, 우수한 거동을 나타낸다.
1 제어 장치
2 제어하고자 하는 기술적 프로세스(제어 섹션)
3 비교 기기
4 제1 필터 기기
5 증폭 요소
6 I-요소
7 제2 필터 기기
8 스위치
9 초기화 유닛
u 조작된 변수
w 기준 변수
y 제어 변수
C w 미리 정의되는 동적 인자
F Type 제1 필터 기기의 유형을 선택하기 위한 매개변수
D w 미리 정의되는 댐핑 인자
K S 보상이 있는 제어 섹션의 결정된 전달 계수
K IS 보상이 없는 제어 섹션의 결정된 적분 계수
P Type 제어하고자 하는 프로세스의 유형을 선택하기 위한 매개변수
T R 2개의 필터 기기의 지연 시간 상수의 합계
T S 제어 섹션의 결정된 지연 시간 상수
T t 제어 섹션의 결정된 데드 타임

Claims (7)

  1. 기술적 프로세스(2)를 제어하기 위한 제어 장치(1)이며,
    - 각각의 입력 신호를 검출하기 위한 적어도 2개의 장치, 및
    - 조작된 변수(u)를 출력하기 위한 적어도 하나의 장치를 가지며,
    조작된 변수(u)를 출력하기 위한 적어도 하나의 장치는
    - 제1 입력 신호로서의 기준 변수(w) 및
    - 제2 입력 신호로서의 제어 변수(y) 사이의 차이를 내부에서 형성하고, 그리고
    - 그로부터 조작된 변수(u)를 결정하며,
    추가적으로, 제어 장치(1) 및 기술적 프로세스(2) 모두에 의해서 형성된 제어 루프의 시간적 거동 및 댐핑 거동에 영향을 미치기 위한 적어도 하나의 내부 신호 프로세싱 시스템을 더 갖는, 제어 장치에 있어서,
    적어도 2개의 필터 장치(4 및 7), 증폭 요소(5) 및 I-요소(6)가 신호 프로세싱을 위해서 제공되고,
    제어 장치(1) 및 기술적 프로세스(2) 모두에 의해서 형성된 제어 루프의 시간적 거동이 제1 필터 기기(4)의 특성의 변화에 의해서 영향을 받을 수 있도록, 제1 필터 기기(4)가 프로세스(2)와 상호작용하며,
    제어 장치(1) 및 프로세스(2)에 의해서 형성된 제어 루프의 댐핑 거동이 증폭 요소(5)의 증폭 인자의 변화에 의해서 영향을 받을 수 있도록 프로세스(2)와 상호작용하는 적어도 하나의 증폭 요소(5)가 존재하며,
    제2 필터 기기(7) 및 I-요소(6)가 서로 별개로 활성화될 수 있고,
    제1 필터 기기(4)가 이하에 의해서 정의되는 1차, 2차 또는 3차 전달 함수를 가지며,
    1차:
    Figure 112021137541952-pct00109
    ,
    2차:
    Figure 112021137541952-pct00110
    ,
    3차:
    Figure 112021137541952-pct00111
    ,
    여기에서, TD1, TD2 및 TD3 는 0 초과의 필터의 미분 시간 상수이고,
    TR1, TR2 및 TR3 는 0 초과의 필터의 지연 시간 상수이고, 그리고
    s는 라플라스 연산자이고, 그리고
    제1 필터 기기(4)의 모든 미분 시간 상수(TD1, TD2 및 TD3 )의 합계가
    Figure 112021137541952-pct00112
    로서 정의되고, 즉
    Figure 112021137541952-pct00113
    이고
    여기에서, 본질적으로
    Figure 112021137541952-pct00114
    는 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의
    Figure 112021137541952-pct00115
    의 결정된 데드 타임의 절반을 포함하는, 모든 지연 시간 상수(TS1, TS2, ...)의 합계 이하에 상응할 수 있고, 즉
    Figure 112021137541952-pct00116
    이고
    여기에서,
    Figure 112021137541952-pct00117
    는 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의 0 초과의 모든 지연 시간 상수(TS1, TS2, ...)의 합계이고, 즉
    Figure 112021137541952-pct00118
    이고
    그에 따라 데드 타임-영향 PT1 모델의 결정된 지연 시간 상수(TS )와 동일하도록 설정되어야 하고,
    Figure 112021137541952-pct00119
    는 제어하고자 기술적 프로세스(2)의 0 이상의 결정된 데드 타임이고, 그리고
    매개변수(CW )는, 0과 1 사이의 제어 장치(1)의, 미리 정의되는, 동적 인자로서 정의되고 필터의 미분 시간 상수를 결정하며, 그에 따라 제어 장치(1) 및 기술적 프로세스(2)에 의해서 형성된 제어 루프의 시간적 거동에 영향을 미치는, 즉
    Figure 112021137541952-pct00120
    인 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    보상이 있는 전달 거동을 갖는 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2), 즉 단계 응답이 새로운 정상 상태로 진행하는 프로세스의 경우에,
    - 제2 필터 기기(7)가 비활성화되고,
    - I-요소(6)가 활성화되며,
    그 결과로서, 제어 장치(1) 및 프로세스(2)에 의해서 형성된 제어 루프의 시간적 거동이 제1 필터 기기(4)에 의해서 영향을 받고, 그 댐핑 거동이 증폭 요소(5)에 의해서 영향을 받으며, 페이딩 제어 편차가 I-요소(6)에 의해서 발생되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    보상이 없고 위치 속행 제어를 위한 요건이 있는 일시적 거동을 갖는 제어하고자 하는 프로세스(2)의 경우에,
    - 제2 필터 기기(7)가 활성화되고, 또한
    - I-요소(6)가 활성화되며,
    결과적으로, 제1 필터 기기(4), 증폭 요소(5) 및 I-요소(6)가 제2 필터 장치(7)에 의해서 보충되고, 또한 제어 장치(1) 및 프로세스(2)로 형성된 제어 루프를 안정화하는 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    보상이 없고 위치 속행 제어를 위한 요건이 없는 일시적 거동을 갖는 제어하고자 하는 프로세스(2)의 경우에,
    - 제2 필터 기기(7) 및
    - I-요소(6) 모두가 비활성화되며,
    결과적으로, 제1 필터 기기(4)만이 시간적 거동을 결정하고, 증폭 요소(5)는 제어 장치(1) 및 프로세스(2)로 형성된 제어 루프의 댐핑 거동을 결정하는 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 필터 기기(7)가 이하에 의해서 정의되는 전달 함수를 가지며,
    Figure 112019042146629-pct00084

    여기에서 T DI 는,
    Figure 112019042146629-pct00085
    에 의해서 정의되는, 0 초과의 필터의 미분 시간 상수이고,
    T RI 는 0 초과의 필터의 지연 시간 상수이고, 그리고
    s는 라플라스 연산자이고,
    여기에서 α는 2 내지 4의 인자이고, 그리고
    Figure 112019042146629-pct00086
    는
    Figure 112019042146629-pct00087
    에 의해서 정의된, 제어하고자 기술적 프로세스(2)의 결과적인 집중된 시간 상수이고,
    여기에서,
    Figure 112019042146629-pct00088
    는 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의 0 초과의 모든 지연 시간 상수(T S1 , T S2 , ...)의 합계이고, 즉
    Figure 112019042146629-pct00089
    이고
    그에 따라 데드 타임-영향 PT1 모델의 결정된 지연 시간 상수(T S )와 동일하도록 설정되어야 하고,
    Figure 112019042146629-pct00090
    은 2개의 필터 기기(4 및 7)의 0 초과의 지연 시간 상수의 합계와 동일한 제어 장치의 부가적으로 통합된 지연 시간 상수이고, 즉
    Figure 112019042146629-pct00091
    이고, 그리고
    Figure 112019042146629-pct00092
    는 제어하고자 기술적 프로세스(2)의 0 이상의 결정된 데드 타임이고, 그리고
    Figure 112019042146629-pct00093
    는 제1 필터 기기(4)의 0 초과의 모든 미분 시간 상수(T D1 , T D2, ... )의 합계인, 즉
    Figure 112019042146629-pct00094
    인 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    증폭 요소(5)의 증폭 인자(Kc)가
    a) 보상이 있는 일시적 거동을 갖는 제어하고자 하는 프로세스(2)의 경우에, 즉
    Figure 112019042146629-pct00095
    에 의해서
    b) 보상이 없고 위치 속행 제어를 위한 요건이 있는 일시적 거동을 갖는 제어하고자 하는 프로세스(2)의 경우에,
    Figure 112019042146629-pct00096
    에 의해서
    c) 보상이 없고 위치 속행 제어를 위한 요건이 없는 일시적 거동을 갖는 제어하고자 하는 프로세스(2)의 경우에,
    Figure 112019042146629-pct00097
    에 의해서 계산되고,
    여기에서, D W 는, 전체 제어 루프의 댐핑 거동을 기술하는, 미리 정의되는 0 이상의 댐핑 인자이고,
    K S 는 제어하고자 하는 보상이 있는 기술적 프로세스(2)의 결정된 전달 계수이고,
    K IS 는 제어하고자 하는 보상이 없는 기술적 프로세스(2)의 결정된 적분 계수이고,
    Figure 112019042146629-pct00098
    는
    Figure 112019042146629-pct00099
    에 의해서 정의된, 제어하고자 기술적 프로세스(2)의 결과적인 집중된 시간 상수이고,
    여기에서,
    Figure 112019042146629-pct00100
    는 제어하고자 하는 기술적 프로세스(2)의 0 초과의 모든 지연 시간 상수(T S1 , T S2 , ...)의 합계이고, 즉
    Figure 112019042146629-pct00101
    이고
    그에 따라 데드 타임-영향 PT1 모델의 결정된 지연 시간 상수(T S )와 동일하도록 설정되어야 하고,
    Figure 112019042146629-pct00102
    은 2개의 필터 기기의 0 초과의 지연 시간 상수의 합계와 동일한 제어 장치의 부가적으로 통합된 지연 시간 상수이고, 즉
    Figure 112019042146629-pct00103
    이고, 그리고
    Figure 112019042146629-pct00104
    는 제어하고자 기술적 프로세스(2)의 0 이상의 결정된 데드 타임이고, 그리고
    Figure 112019042146629-pct00105
    은 제2 필터 기기(4)의 0 초과의 모든 미분 시간 상수(T D1 , T D2 ...)의 합계인, 즉
    Figure 112019042146629-pct00106
    인 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
KR1020197011829A 2016-10-01 2017-09-27 제어 거동을 조정할 수 있는 제어 장치 KR102415186B1 (ko)

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019123573A1 (ja) * 2017-12-20 2019-06-27 三菱電機株式会社 電動機の制御装置
US11467543B2 (en) 2019-09-20 2022-10-11 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Process controller design with process approximation and lambda tuning

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104765271A (zh) * 2014-01-02 2015-07-08 通用电气公司 用于可变参数和相关程序产品的控制器系统

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5932630A (ja) * 1982-08-17 1984-02-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 舶用主機関の制御装置
CN1026444C (zh) * 1987-04-03 1994-11-02 株式会社日立制作所 比例积分微分控制器系统
US5189620A (en) * 1989-10-06 1993-02-23 United Technologies Corporation Control system for gas turbine helicopter engines and the like
DE4032435A1 (de) 1990-10-12 1992-04-16 Bosch Gmbh Robert Elektrohydraulische einrichtung zur steuerung wenigstens zweier hydromotoren
US5229699A (en) * 1991-10-15 1993-07-20 Industrial Technology Research Institute Method and an apparatus for PID controller tuning
FR2689261A1 (fr) * 1992-03-24 1993-10-01 Atg Sa Dispositif de commande destiné à asservir un objet à une position donnée.
JPH07311601A (ja) * 1994-05-18 1995-11-28 Toshiba Corp ２自由度ｐｉｄ調節装置
RU2128358C1 (ru) * 1994-08-09 1999-03-27 Акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" Система автоматического управления
US5699207A (en) * 1995-03-07 1997-12-16 Cirrus Logic, Inc. Chatter reduction in sliding mode control of a disk drive actuator
JP3277484B2 (ja) * 1996-10-31 2002-04-22 株式会社山武 Ｐｉｄコントローラ
US7010459B2 (en) * 1999-06-25 2006-03-07 Rosemount Inc. Process device diagnostics using process variable sensor signal
US6198246B1 (en) * 1999-08-19 2001-03-06 Siemens Energy & Automation, Inc. Method and apparatus for tuning control system parameters
US8041436B2 (en) * 2002-04-18 2011-10-18 Cleveland State University Scaling and parameterizing a controller
KR100461186B1 (ko) * 2002-10-23 2004-12-14 삼성전자주식회사 비례적분제어기의 제어방법
DE102004052416B4 (de) * 2004-10-28 2012-05-10 Infineon Technologies Ag Regelkreisfilter
US7266464B2 (en) * 2004-12-17 2007-09-04 Texaco Inc. Dynamic cut-off frequency varying filter
RU53026U1 (ru) * 2006-01-30 2006-04-27 Наталья Ивановна Шиянова Самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным технологическим объектом
JP2009181242A (ja) * 2008-01-29 2009-08-13 Panasonic Corp デジタルｐｉｄ制御装置
US7663521B2 (en) * 2008-03-19 2010-02-16 Infineon Technologies Ag Oversampling PID controller for integration with a delta-sigma analog-to-digital converter
US8467888B2 (en) * 2009-06-05 2013-06-18 The Mathworks, Inc. Automated PID controller design
CN201725180U (zh) * 2010-05-24 2011-01-26 安徽理工大学 基于fpga的自整定pid控制器
DE102010044494A1 (de) 2010-09-06 2012-03-08 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung eines Reglers
TWI417690B (zh) * 2010-12-20 2013-12-01 Ind Tech Res Inst 控制系統
JP5932630B2 (ja) * 2012-12-27 2016-06-08 日立アプライアンス株式会社 冷蔵庫
KR101433712B1 (ko) 2013-03-07 2014-08-27 순환엔지니어링 주식회사 리니어 모션 스테이지의 제어 장치
JP5979097B2 (ja) * 2013-08-08 2016-08-24 東芝三菱電機産業システム株式会社 プロセス制御装置
CN104698841B (zh) * 2015-02-04 2017-02-08 上海交通大学 一种结合比例积分与状态重置的控制系统及实现方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104765271A (zh) * 2014-01-02 2015-07-08 通用电气公司 用于可变参数和相关程序产品的控制器系统

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