KR920006773B1 - 프로세스제어의 매개변수들을 구하는 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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KR920006773B1 KR1019900000310A KR900000310A KR920006773B1 KR 920006773 B1 KR920006773 B1 KR 920006773B1 KR 1019900000310 A KR1019900000310 A KR 1019900000310A KR 900000310 A KR900000310 A KR 900000310A KR 920006773 B1 KR920006773 B1 KR 920006773B1
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Abstract

내용 없음.

Description

프로세스제어의 매개변수들을 구하는 방법 및 그 시스템
제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 시스템 구성을 나타내는 계통도.
제2a도 및 제2b도는 식별신호들의 예를 나타내는 도면.
제3도는 전치적응부(preadaptation section)의 연산을 나타내는 후로우챠트도.
제4도는 적응부의 연산을 나타내는 후로우챠트도.
제5도는 설정치 필터(filter)의 위치를 나타내는 개통도.
제6도는 제어량 필터의 위치를 나타내는 개통도.
본 발명은 프로세스 제어의 매개변수(parameter)들을 구하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
프로세스 상태를 감시 제어하기 위한 프로세스 제어 시스템에서는, 예를들어 폐쇄 루우프(closed loop)자동조정 기능을 갖는 샘플치(sample value) 제어장치(일본 특공소 59-167707호 공보)와, 패턴인식 기능을 갖는 적응제어장치(미국특허 3,798,426)등의 각종 적응제어장치들이 사용된다.
샘플치 제어장치의 경우, 프로세스 제어 시스템에 식별신호를 입력하여 프로세스의 동특성을 평가하고, 이 평가된 동특성에 의하여 제어 매개변수를 구한다.
상기와 같은 적응제어장치에서는, PID연산용으로 사용되는 PID(비례 미적분) 제어 매개변수들을 구하려면, 프로세스 제어 시스템을 정의하기 위한 기준모델과 프로세스상태를 나타내는 특성 매개변수들을 설정하여야 한다.
통상적으로, 특성 매개변수들은 프로세스 제어가 행해지기 전에 작업자에 의해 적응제어장치에 설정해 둔다.
또 다른, 종래의 적응제어장치의 경우, 기준 모델 즉, 설계데이타를 미리 입력해 두고, 필요에 따라 독출하여 그 독출된 설계데이타를 근거로 특성 매개변수들을 구한다(일본 특공소 63-138402호 공보). 그러므로, 작업자가 행하는 동작이 복잡해 진다.
상기와 같은 상황하에서, PID연산등에 사용되는 각종 매개변수들을 자동적으로 용이하게 구할 수 있는 적응제어장치가 강력히 요망되고 있다.
본 발명의 한 목적은 프로세스 제어의 매개변수들을 구하는 방법 및 그 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명은 한 태양에 의하면, 개방루우프 모드와 폐쇄루우프 모드중 하나는 선택하는 단계; 식별신호를 발생하는 단계; 프로세스에서 출력되는 제어량, 즉, 폐쇄 루우프 모드 선택시 감산에 사용되는 제어량을 설정치에서 감하여 편차치를 구하는 단계; 상기 편차치에 따라 조작량을 제어하는 단계; 프로세스에 가산치를 공급하기 위해 상기 식별신호를 상기 조작량에 가산하는 단계; 상기 가산치와, 소정 기간중에 상기 가산치에 응답하여 프로세스로 부터 출력되는 제어량을 샘플링(sampling)하여 샘플치를 구하는 단계; 개방루우프 모드 선택의 경우, 상기 샘플치로 부터 프로세스 상태를 나타내는 특성 매개변수들을 검출하여 주제어 매개변수들을 구하는 단계; 및 상기 샘플치로 부터 평가된 프로세스의 특성 모델을 매칭(matching)하여 프로세스 제어 매개변수들을 구하는 단계를 포함하는, 프로세스 제어의 매개변수들을 구하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 의하면, 피제어 프로세스; 개방 루우프 모드와 폐쇄루우프 모드중 하나를 선택하는 모든 선택수단; 식별신호 발생수단; 프로세스에서 출력되는 제어량, 즉, 폐쇄루우프 모드 선택의 경우, 감산수단에 공급되는 제어량을 설정치에서 감하여 편차치를 구하는 감산수단; 상기 편차치에 따라 조작량을 제어하는 제어수단; 프로세스에 가산치를 공급하기 위해 상기 식별신호를 상기 조작량에 가산하는 수단; 상기 가산치와, 소정 기간중에 상기 가산치와 응답하여 프로세스로 부터 출력되는 제어량을 샘플링하여 샘플치를 구하는 심플링 수단; 개방루우프 모드 선택의 경우, 상기 샘플치로 부터 프로세스 상태를 나타내는 특성 매개변수들을 검출하여 주제어 매개변수들을 구하는 제1획득수단; 및 상기 샘플치로 부터 평가된 프로세스의 특성 모델을 매칭하여 프로세스 제어 매개변수들을 구하는 제2획득수단을 포함하는 프로세스 제어의 매개변수들을 구하는 시스템이 제공된다.
본 발명의 일실시예를 첨부도면을 참조하여 하기에 설명한다.
제1도에서, 시스템은 제어부(11), 프로세스(12), 식별신호 발생기(13), 가산기(14) 및 (15), 감산기(16), 적응부(17), 모드 선택부(18) 및 전치적응부(19)로 구성되어 있다.
식별신호 발생기(13)는 식별신호(V)와 (U)를 발생한다. 시스템이 식별되면, 식별신호(V)가 가산기(14)에 출력된다.
프로세스(12)가 식별되면 식별신호(U)가 가산기(15)에 출력된다.
본 실시예에서는, 프로세스(12)가 식별되는 경우를 하기에 설명한다.
예를들어, M-시리즈(M-series) 신호(제2a도 참조) 또는 계단(step)신호(제2b도 참조)가, 식별신호 발생기(13)에서 발생되는 식별신호(V)와 (U)로서 사용된다.
식별신호(V)와 (U)에 의해 설정치(SV)와 조작량(MV)에 각각 소편차(±Δ/2)를 준다. 식별신호(V)와 (U)의 진폭은 시스템의 연산에 영향을 미치지 않을 정도로 작은 값으로 설정한다. M-시리즈 신호가 사용되는 경우, 프로세스 또는 그와 유사한 것의 식별이 넓은 주파수대에서 고정밀도로 행하여 질 수 있음을 주목해야 한다.
가산기(14)는 식별신호(V)를 설정치(SV)에 가산하고, 가산치(SVa)를 가산기(16), 제어부(11) 및 적응부(17)에 출력한다.
감산기(16)는 상기 가산치(SVa)에서 제어량(PV)을 감하여, 편차(E)를 상기 제어부(11)에 공급한다.
제어부(11)는 상기 편차(E)를 0으로 설정키 위해 PID제어 매개변수들을 사용하여 PID연산을 행하고 조작량(MV)을 가산기(15)에 출력한다.
가산기(15)는 식별신호(U)를 상기 조작량(MV)에 가산하여, 가산치(MVa)를 프로세스(12), 적응부(17), 및 전치적응부(19)에 출력한다.
적응부(17)는, 프로세스(12)를 식별하여 구해지는 전달함수에 의하여, 제어부(11)의 PID연산에 사용되는 PID제어 매개변수들을 산출한다.
모드 선택부(18)는 외부로 부터 입력되는 모드 선택신호에 따라 폐쇄루우프 모드 또는 개방 루우프 모드를 선택한다.
폐쇄루우프 모드에서는, 제어량(PV)등에 준하여 조작량(MV)이 구해진다. 개방루우프 모드에서는, 제어량(PV)의 피드백(feed back)없이 조작량이 구해진다.
상기 개방루우프 모드에 있어서, 예정기간 동안 제어부(11)로 부터 예정된 조작량(MV)출력하기 위해서, 그리고, 예정기간동안, 식별신호 발생기(13)로 부터 예정된 식별신호(U)를 출력하기 위해서, 모드 선택부(18)는 전치적응부(19)에 명령을 공급한다.
상기 전치적응부(19)는, 프로세스(12)에서 출력되는 제어량(PV)에 준하여, 부동시간(dead time)및 최대 그래디언트(gradient)와 같은 프로세스(12)의 특성 매개변수들을 구하고, 구해진 부동시간 및 최대 그래디언트에 따라 PID제어 매개변수들의 초기치를 산출한다. 최대 그래디언트가 구해질 수 없거나 또는 이와 유사한 상태로 인해 초기치를 산출할 수 없는 경우, 제어동작이 정지됨을 주목하여야 한다.
개방루우프 모드를 표시하는 모드 선택신호가 외부로 부터 모드 선택부(18)에 입력되면 이것이 감산기(16)에 입력되지 않도록, 선택부(18)가 제어량(PV)의 공급을 멈추고 이후, 연산신호를 전치적응부(19)에 출력한다.
모드 선택부(18)로 부터 연산신호가 입력되면, 전치적응부(19)는 제어부(11)에 제어신호를 출력하여 예정기간동안 예정된 조작량을 출력시킨다. 이후, 상기 전치적응부(19)는 식별신호 발생기(13)에 발생신호를 출력하여 예정된 식별신호(U)를 발생시킨다.
상기 전치적응부(19)의 연산을 제3도의 후로우챠트를 참조하여 하기에 설명한다.
단계(A1)에서, 제어량(PV)에 대한 샘플링기간(SI), 조작량(MV)에 가산되는 식별신호(U)의 진폭(PA)및 기타가 먼저 설정된다.
프로세스(12)의 응답시간에 따라 샘플링기간(SI)이 설정되고, 식별신호(U)의 진폭(PA)은 특성매개변수들이 구해질 수 있는 범위내에 작은 값으로 설정됨을 주목하여야 한다.
단계(A2)에서는 프로세스(12)로 부터 출력되는 제어량(PV)을 샘플링하므로써 부동시간 및 최대 그래디언트가 구해진다.
보다 구체적으로는, 예를들면, 식별신호 발생기(13)에 의해 발생되는 계단형 식별신호(U)(제2b도에서＋△/2에 대응하는 계단신호)가 조작량(MV)에 가산되고, 그 가산치(MVa)가 프로세스(12)에 입력된다.
제어량(PV)을 샘플링하므로써 프로세스(12)의 부동시간(L1)과 최대 그래디언트(R1)가 구해진다. 또한, 그와 반대로, 계단형 식별신호(U)(제2b도에서 -△/2에 대응하는 계단신호)가 조작량(MV)에 가산된다.
프로세스(12)의 부동시간(L2)과 최대 그래디언트(R2)가 상기와 동일한 방법으로 구해진다.
부동시간과 최대 그래디언트의 평균치(R)과 (L)은 하기 식에 의해 구할 수 있다 :
Figure kpo00001
Figure kpo00002
이 경우, 찌이글러-니콜스의 계단응답법을 사용하여, PID제어 매개변수들을 하기와 같이 평균치(R)과 (L)로 표시할 수 있다 :
비례이득
Figure kpo00003
적분시간
Figure kpo00004
미분시간
Figure kpo00005
단계(A3)에서는 상기 식(3)∼(5)에 의해 PID제어 매개변수들의 초기치가 산출된다. 이 초기치들은 제어부(11)에 설정된다.
상기에 설명된 바와 같이, 전치적응부(19)에서는, 식별신호들을 사용하여 구해진 특성 매개변수에 따라 PID제어 매개변수들의 초기치들이 산출된다.
이와는 대조적으로, 폐쇄루우프 모드를 표시하는 모드 선택신호가 외부로 부터 모드 선택부(18)에 입력되면, 선택부(18)가 프로세스(12)로 부터의 제어량(PV)을 감산기(16)에 출력하며, 또한 연산신호를 적응부(17)에 출력하고, 연산정지신호를 전치적응부(19)에 출력한다. 이 경우, 전치적응부(19)가 구해진 PID제어 매개변수들의 초기치 또는 이에 준하는 것들을 적응부(17)에 공급한다.
적응부(17)의 연산을 제14도의 후로우챠트를 참조하여, 하기에 설명한다.
전치적응부(19)에서 공급되는 PID제어 매개변수들의 초기치, 샘플링기간(SI), 식별신호(U)의 진폭(PA)등은 적응부(17)에 의해 사용된다. 또한, 후술되는 바와 같이 프로세스 식별시에 필터링 처리(filtering process)의 실행 여부가 먼저 결정된다.
단계(B1)에서는, 가산치(MVa(조작량 MV+식별번호 U))와 제어량(PV)이 예정된 기간내에 샘플된다.
단계(B2)에서는, 샘플된 가산치(MVa)와 제어량(PV)에 준하여 순차 최소제곱법에 의해 프로세스(12)의 동특성 모델을 평가한다. 즉, 프로세스(12)의 펄스전달함수가 구해질 수 있다.
단계(B3)에서는, 상기 평가된 특성 모델이 주파수 범위내의 모델로 변환된다.
단계(B4)에서는, 상기 주파수 영역내의 상기 모델(펄스전달함수)에 준하여 부분 모델 매칭법에 의해 PID제어 매개변수들이 산출된다. 즉, 상기 부분 모델 매칭법에서 상기 주파수 범위내에서의 예정된 기준 모델의 응답 특성과, 상기 평가된 동특성 모델을 매칭하므로써, PID제어 매개변수들이 구해진다.
상기에 설명된 바와 같이, 적응부(17)에서 PID제어 매개변수들이 산출되어, 제어부(11)에 설정된다. 이 PID제어 매개변수들을 사용하여 프로세스 제어가 실행된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래 방법에서와 달리 작업자가 각종 매개변수들을 산출하거나 또는 산출된 매개변수들을 입력할 필요가 없다.
본 발명을 상기 실시예로써 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위내에서 다양한 변형이 가능하다.
예를들면, 제5도에 나타난 바와 같이, 설정치(SV)를 가산기(14)에 입력하기 전에 설정치 필터(21)에 입력할 수도 있다.
또한, 제6도에 나타난 바와 같이, 스위치(22)를 사용하여 제어량(PV)을 적응부(17)에 입력할 수 있다. 정상적인 경우, 제어량(PV)은 스위치(22)를 적응부(17)에 입력된다. 많은 외부교란이 존재하면, 스위치(22)가 전환신호에 의해 절환되어, 제어량 필터(23)를 통해 제어량(PV)이 적응부(17)에 입력된다.
상기 실시예를 PID연산에 대해 설명하였으나, PI연산 또는 PD연산에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
상기 실시예에서, 전치적응부(19)가 찌이글러-니콜스의 계단응답법에 의해 PID제어 매개변수들의 초기치를 산출하였으나, 기타 방법에 의해 PID제어 매개변수들의 초기치를 구할 수 있다.

Claims (9)

  1. 개방루우프 모드와 폐쇄루우프 모드중 하나를 선택하는 단계; 식별신호를 발생하는 단계; 프로세스에서 출력되는 제어량, 즉, 폐쇄루우프 모드 선택시 감산에 사용되는 제어량을 감하여 편차치를 구하는 단계; 상기 편차치에 따라 조작량을 제어하는 단계; 프로세스에 가산치를 공급하기 위해 상기 식별신호를 상기 조작량에 가산하는 단계; 상기 가산치와, 소정 기간중에 상기 가산치에 응답하여 프로세스로 부터 출력되는 제어량을 샘플링(sampling)하여 샘플치를 구하는 단계; 개방루우프 모드 선택의 경우, 상기 샘플치로 부터 프로세스의 상태를 나타내는 특성 매개변수들을 검출하여 주제어 매개변수들을 구하는 단계; 및 상기 샘플치로 부터 평가된 프로세스의 특성 모델을 매칭하여 프로세스 제어 매개변수들을 구하는 단계를 포함하는 것이 특징인, 프로세스 제어의 매개변수들을 구하는 방법.
  2. 제1항에서, 상기 조작량을 상기 주제어 매개변수들과 프로세스 제어 매개변수들중 하나에 따라 제어하는 것이 특징인, 프로세스 제어의 매개변수들을 구하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 특성 매개변수들이 부동시간과 그래디언트를 포함하는 것이 특징인 프로세스 제어의 매개변수들을 구하는 방법.
  4. 피제어 프로세스; 개방루우프 모드와 폐쇄루우프 모드중 하나를 선택하는 모드 선택수단; 식별신호 발생수단; 프로세스에서 출력되는 제어량, 즉, 폐쇄루우프 모드 선택의 경우, 감산수단에 공급되는 제어량을 설정치에서 감하여 편차치를 구하는 감산수단; 상기 편차치에 따라 조작량을 제어하는 제어수단; 프로제스에 가산치를 공급하기 위해 상기 식별신호를 상기 조작량에 가산하는 수단; 상기 가산치와, 소정기간중에 상기 가산치에 응답하여 프로세스로 부터 출력되는 제어량을 샘플링하여 샘플치를 구하는 수단; 개방루우프 모드 선택의 경우, 상기 샘플치로 부터 프로세스의 상태를 나타내는 특성 매개변수들을 검출하여 주제어 매개변수들을 구하는 제1획득수단; 및 상기 샘플치로 부터 평가된 프로세스의 특성모델을 매칭하여 프로세스 제어 매개변수들을 구하는 제2획득수단을 포함하는 것이 특징인 프로세스 제어의 매개변수들을 구하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 조작량을 상기 주제어 매개변수들과 프로세스 제어 매개변수들중 하나에 따라 제어하는 것이 특징인, 프로세스 제어의 매개변수들을 구하는 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 특성 매개변수들이 부동시간과 그래디언트를 포함하는 것이 특징인 프로세스제어의 매개변수들을 구하는 시스템.
  7. 피제어 프로세스; 개방루우프 모드와 폐쇄루우프 모드중 하나를 선택하는 모드 선택수단; 식별신호 발생수단; 프로세스에서 출력되는 제어량, 즉 폐쇄루우프 모드 선택의 경우, 감산수단에 공급되는 제어량 설정치에서 감하여 편차치를 구하는 감산수단; 상기 편차치에 따라 조작량을 제어하는 수단; 상기 조작량과, 소정 기간중에 상기 조작량에 응답하여 프로세스로 부터 출력되는 제어량을 샘플링하여 샘플치를 구하는 수단; 개방루우프 모드 선택의 경우, 상기 샘플치로 부터 프로세스의 상태를 나타내는 특성 매개변수들을 검출하여 주제어 매개변수들을 구하는 제1획득수단; 및 상기 샘플치로 부터 평가된 프로세스의 특성 모델을 매칭하여 프로세스 제어 매개변수들을 구하는 제2획득수단을 포함하는 것이 특징인 프로세스 제어의 매개변수들을 구하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 조작량을 상기 주제어 매개변수들과 프로세스에서 매개변수들중 하나에 따라 제어하는 것이 특징인, 프로세스 제어의 매개변수들을 구하는 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 특성 매개변수들이 부동시간과 그래디언트를 포함하는 것이 특징인, 프로세스제어의 매개변수들을 구하는 시스템.
KR1019900000310A 1989-01-13 1990-01-12 프로세스제어의 매개변수들을 구하는 방법 및 그 시스템 KR920006773B1 (ko)

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