KR930011002B1

KR930011002B1 - 프로세스 제어시 프로세스 상태에 따라 제어정수를 변경하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR930011002B1
Application number: KR1019900002271A
Authority: KR
Inventors: 마사에 간다
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 아오이 죠이찌
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1993-11-19
Also published as: EP0384437B1; AU4991890A; JPH02222003A; KR910015900A; DE69020919D1; JP2835061B2; DE69020919T2; EP0384437A3; EP0384437A2; US4983898A; AU606306B2

Abstract

내용 없음.

Description

프로세스 제어시 프로세스 상태에 따라 제어정수를 변경하는 방법 및 장치

제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 프로세스 제어계의 구성을 나타내는 계통도.

제2a 및 2b도는 동정신호를 나타내는 시간 챠트도.

제3도는 본 발명의 장치의 조정부에서의 동작흐름도.

제4도는 본 발명의 장치의 판정제어부에서의 동작흐름도.

제5a~5d도는 편차량과 제어량의 변화를 프로세스 상태 변화함수로 나타낸 그래프.

제6도는 목표치 포워드 시스템(forward system)을 나타내는 부분도.

본 발명은 프로세스제어시 프로세스 상태에 따라서 제어 정수를 변경하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래의 프로세스 상태를 감시제어하는 적응 제어장치에서는 외부에서 입력되는 설정치(SV)와, 플랜트와 같은 프로세스(제어대상)에서 출력되는 제어량(PV)과의 편차, 특히, 편차량(SV-PV)을 구하고 조절부에서, 이 편차량(e)에 대해서 PID(비례+적분+미분)의 조절연산수법을 사용하여 제어 정수들을 산출하여 조작량(MV)을 산출한다. 상기 조절부에서 산출된 조작량(MV)은 상기 프로세스에 공급된다. 상기 프로세스는 상기 공급된 조작량(MV)에 따라 동작하여 제어량(PV)을 출력한다.

상기 조절량(MV)을 구하는데 사용되는 PID 제저 정수들은 상기 조절부에 미리 세트되어 있어야 한다. 그러므로, PID 정수들을 최적으로 산출하는 자동조정방식 또는 자가조정 방식을 사용하는 적응제어장치가 수없이 개발되어 있다.

그러나, 적응제어 장치에 있어서는, PID 제어 정수들의 산출부가 프로세스 감시제어부와 독립되어 있다. 보다 구체적으로는, 프로세스에 동정(同定 : identificatin)신호가 공급되면, 프로세스에서 출력되는 응답신호의 분석에 의해 프로세스의 동특성이 확인된다. PID 제어 정수들은 확인결과에 따라 산출된다. 일단 세트된 PID 제어 정수들은, 프로세스가 변경되지 않는 한은, 다시 변경되지 않는다.

그러므로, 목표치(SV)가 급변되거나, 어떤 교란에 의해 프로세스를 포함하는 제어계가 발진 또는 진동되거나, 또는 편차량(e)이 증가되는 경우에도, 처음에 세트된 PID 제어 정수들을 사용하여 조작량(MV)을 구하여 프로세스에 공급한다. 그 결과, 제어계의 진동이나 발진현상이 수렴(convergence)될때까지 상당한 시간이 소요되거나 또는 제어계가 전혀 수렴되지 않을 우려가 생긴다. 이러한 방식으로, 제어계를 항상 최량으로 유지하려면, 프로세스의 상태감시와 PID제어 정수들의 조정을 서로 연동시키는 것이 중요하다.

또한, 소정주기동안 샘플(sample)되어 프로세스로부터 공급되는 제어량(PV)이 소정치를 초과하는 경우를 위해, PID 제어 정수를 재산출하는 적응제어장치가 개발된바 있다.

그러나, PID 제어 정수들의 산출에는 많은 시간이 소요되므로, 제어계 상태의 급변에 즉각 대응하지 못하는 문제점이 있다.

종래의 적응제어장치는, 응답에러(error)에 대응하여 제어처리를 실행하지 못하며, 제어량(PV)이 목표치(SV)에 도달될때까지 상당한 시간이 소요된다.

상기 설명으로부터 알수 있는 바와 같이, 프로세스상태의 변화에 따라 PID 제어 정수를 변경할 수 있는 적응제어장치가 용망되고 있다.

본 발명의 한 목적은 프로세스 제어시 프로세스 상태에 따라서 제어정수를 변경하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 태양에 의하면, 프로세스 제어시 프로세스 상태에 따라 제어정수들을 변경하는 방법에 있어서, 감시기간중 프로세스 상태를 나타내는 1이상의 변량을 검출하는 단계와, 상기 검출된 변량의 경시변화와 따라 프로세스상태를 판정하는 단계와, 상기 판정결과에 따라 1이상의 제어정수를 변경하는 단계를 포함하는 것이 특징인 프로세스 제어정수변경 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 태양에 의하면, 프로세스제어시, 프로세스 상태에 따라 제어정수를 변경하는 장치에 있어서, 감시시간중 프로세스 상태를 나타내는 1이상의 변량을 검출하는 수단과, 상기 검출된 변량의 경시변화에 따라 프로세스 상태를 판정하는 수단과, 상기 판정결과에 따라 1이상의 제어정수를 변경하는 수단으로 구성된 것이 특징인 프로세스 제어정수 변경 장치가 제공된다.

본 발명의 양호한 일실시예를 하기에 설명한다. 제1도에서, 본 발명의 제1실시예에 의한 장치는, 가산기(1,6), 감산기(2), 프로세스(3), PID 제어 정수(4), 조정부(5) 및 판정제어부(7)로 구성되어 있다.

외부에서 입력된 목표치(SV)는 가산기(1)를 통해서 감산기(2)에 입력된다.

상기 감산기(2)는 프로세스(3)로부터의 제어량(PV)을 목표치(SV)에서 감산하여 그 편차량을 PIC 제어부(4)에 출력한다.

PID 제어 정수(4)는, 상기 조정부(5)에 의해 세트된 PID 제어 정수를 이용하여 PIP 연산을 행하여, 이 PID 연산으로 얻은 조작량(MV)을 가산기(6)을 통해서 프로세스(3)에 공급한다.

프로세스(3)는, 공급된 조작량(MV)에 대응하는 제어량(PV)을 출력한다.

프로세스(3)에서 출력된 제어량(PV)은 감산기(2), 조정부(5) 및 판정제어부 (7)로 입력된다.

조정부(5)는 동정신호 발생부(8), 동정부(9), 변환부(10) 및 설계부(11)로 구성된다.

동정신호 발생부(8)는, 동정신호(Vr,Vu)를 발생한다.

이 장치가 동정되는 경우, 가산기(1)로 동정신호(Vr)가 출력된다. 프로세스(3)가 동정되는 경우, 가산기(6)로 동정신호(Vu)가 출력된다. 본 실시예에서는, 프로세스(3)가 동정되는 경우를 설명한다.

예를 들어, 동정신호 발생부(8)에 의해 동정신호(Vr,Vu)가 발생된 경우, M-급수 신호(제2a도)와 구형신호(제2b도)가 사용된다. 동정신호(Vr,Vu)는 목표치(SV)와 조작량(MV)에 소편차(±

/2)를 공급한다.

상기 동정신호(Vr,Vu)의 진폭은 장치의 동작에 영향을 주지 않을 정도로 충분히 작게 세트된다. 상기 M-급수 신호를 사용하는 경우, 전주파수대역 범위에 걸쳐 프로세스등을 정밀하게 확인할 수 있다.

PID 제어부(4)에 세트되는 PIC 제어 정수들은, 제3도의 흐름도에 따라 조정부(5)에 의해 산출된다.

조작판넬(도시안됨) 또는 판정제어부(7)로부터 조정부(5)에 제어신호가 입력되면, 동정신호 발생부(8)에 의해 발생된 동정신호(Vu)가 가산기(6)에 공급된다.

단계(A1)에서, 가산치(MVa(=MV+Mu))가 프로세스(3)에 입력되고, 이 가산기(MVa)에 응답하여 프로세스(3)에서 출력되는 제어량(PV)이, 매 목표기간마다 동정부(9)에 의해 샘플된다. 프로세스 샘플링 횟수가 목표휫수에 도달하면, 동정신호 발생부(8)로부터의 동정신호 출력이 중지된다.

단계(A2)에서, 샘플된 가산치(MVa)와 제어량(PV)에 기초하여 최소제곱법의 방법에 의해 동정부(9)가 프로세스(3)의 동특성모델을 평가한다.

단계(A3)에서, 상기 평가된 동특성 모델이 변환부(10)에 의해 한 주파수영역내의 모델로 변환된다.

단계(A4)에서, 상기 주파수 영역내로 변환된 모델에 기초해서 부분모델 정합법(타까지 시게마사, 유따까이이노, 마사에 간다 : Measurement and Control Vol. 27, No. 4, 99. 305~311, Society of Instrumentation and Control Engineering, 1988)에 의해 설계부(11)가 PID 제어 정수들을 산출한다.

가산기(1)에서 출력된 목표치(SV), 감산기(2)에서 출력된 편차량(e), PID 제어부(4)에서 출력된 조작량(MV) 및 프로세스(3)에서 출력된 제어량(PV)들이 판정제어부(7)에 입력된다.

상기 판정제어부는 제4도의 흐름도에 따라 프로세스(3)의 상태를 감시, 판정하고, 그 판정 결과에 따라 PID 제어부(4)와 조정부(5)를 제어한다. 보다 구체적으로는, 소정기간(To)중의 목표치(SV)변화, 편차량(e), 조작량(MV), 및 제어량(PV)를 검출하여, 그 검출결과들에 따라 프로세스(3)의 상태를 판정한다.

단계(B1)에서, 5a도에 나타낸 바와 같이, 상기 소정기간(To)중 편자량(e)이 진동하는지 점검한다.

단계(B1)에서 ＂예＂이면, 프로세스(3)가 불안정한 것으로 판정되어, PID 제어부(4)에 세트된 PID 제어정수가 조절된다(단계 B5). 보다 구체적으로는, PID 제어부(4)에 입력되는 편차량(e)이 일정하면, PID 제어 정수가 조절되어, PID 제어부(4)로부터 출력된 조작량(MV)이 감소된다. 예를 들어, P연산에 관한 정수 즉, PID 제어 정수들의 비례강도만이 조절된다. 따라서, 제어계의 이득이 등가적으로 감소된다.

단계(B1)에서 ＂아니오＂이면, 단계(B2)에서 편차량(e)이 제5b도에 나타난 바와 같이 발진하는지 점검한다.

단계(B3)에서 ＂예＂이면, 프로세스(3)가 불안정한 것으로 판정되어, 단계(B5)에서 전술한 처리가 실행된다.

단계(B2)에서 ＂아니오＂이면, 단계(B3)에서 편차량(e)이 제5c도에 나타난 바와 같이 허용치(Th)를 초과해서 증가하는지 점검한다.

단계(B2)에서 ＂예＂이면, 프로세스가 불안정한 것으로 판정되어, 단계(B5)에서 전술한 처리가 실행된다.

단계(B3)에서 ＂아니오＂이면, 단계(B4)에서 제어량(PV)이 제5d도와 같이 목표치(PV)에 수렴하는가가 점검된다.

제어량(PV)이, 일정기간 경과후 목표치(SV)에 수렴할 수 없는 경우, 즉, 편차량(e)이 목표치 보다 큰 경우, 프로세스(3)가 응답 에러 상태에 있는 것으로 판정된다.

즉, 프로세스(3)의 상태가 변경되어, PID 제어 정수가 비목표치가 된 것으로 판정된다.

단계(B6)에서, PID 제어 매개변수들이 재산출된다. 보다 구체적으로는, 조정부(5)가 제3도에 나타난 흐름도에 따라 PID 제어 정수들을 재산출한다.

상기 장치에 의하면, 프로세스(3)에서 이상이 발생하는 경우, 판정제어부(7)가 프로세스(3)의 상태를 판정한다. 또한, 조정부(5)의 동작없이 PID 제어부(4)의 PID 제어 정수들이 조절되어, 제어계의 이득이 감소된다. 그러므로, 프로세스(3)로부터의 응답이, 제5a, 5b 또는 5c도에 나타난 바와 같이, 발진, 진동 또는 증가상태인 경우, 프로세스(3)는 단기간내에 안정상태를 회복할 수 있다.

제5d도에 나타난 바와 같이, 제어량(PV)이 목표치(SV)에 만족스럽게 수렴할 수 없는 경우, 프로세스가 불량 상태인 것으로 판정된다. 따라서, 프로세스상태가 변경된후 조정부(5)가 PID 제어 정수들을 재산출하여, 그 재산출된 PID 제어 정수들을 PID 제어부(4)에 세트하다.

전술한 바와 같이, 프로세스의 상태를 판정할 수 있으며, 그 판정결과에 따라 프로세스 제어를 실행할 수 있다.

본 실시예에서는, 동정신호(Vu)를 조작량(MV)에 가함으로써 프로세스(3)를 동정한다. 그러나, 가산기(1)에 의해 동정신호 발생부(8)로부터의 동정신호(Vr)를 목표치(SV)에 가산함으로써, 전체 제어계의 동특성을 동정할 수 있다.

본 발명은, 제6도에 나타난 바와 같이, 목표치 포워드형 적응제어장치에도 적응할 수 있다.

Claims

감시기간중 특성변량의 경시변화를 구하기 위해 감시기간중 프로세스 상태를 나타내는 1이상의 특성변량을 검출하는 단계와, 상기 검출된 변량의 경시변화에 따라 프로세스상태를 판정하는 단계와, 상기 경시변화가 불량응답을 나타낼때 프로세스에 공급되는 소정의 변수를 제어하도록 제어정수를 산출하는 단계와, 상기 경시변화가 불안정상태를 나타낼때 프로세스에 공급되는 소정의 변수를 제어하도록 1이상의 제어정수를 변경하는 단계를 포함하는 것이 특징인 프로세스 제어시 프로세스 상태에 따라 제어정수를 변경하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 산출단계가 동정신호를 발생하는 단계와, 프로세스로부터 출력된 제어량을 목표치에서 감산하여 편차량을 구하는 단계와, 상기 편차량에 따라 조작량을 제어하는 단계와, 상기 조작량에 동정신호를 가산하여 그 가산치를 프로세스에 공급하는 단계와, 샘플링기간중에 상기 가산치와 상기 가산치에 응답하여 프로세스에서 출력된 제어량을 샘플링하여 샘플치를 구하는 단계와, 상기 샘플치로부터 평가된 프로세스의 특성 모델을 프로세스 제어계의 기준 모델과 정합하여 제어 정수들을 획득하는 단계를 포함하는 것이 특징인 프로세스제어시 프로세스 상태에 따라 프로세스 제어 정수를 변경하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 불안정응답은 진동상태, 발진상태, 또는 증가상태인 것이 특징인 프로세스 제어시 프로세스 상태에 따라 프로세스 제어 정수를 변경하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 변경단계는 상기 소정의 변수를 감소시키도록 상기 1이상의 제어정수를 변경하는 것이 특징인 프로세스 제어시 프로세스 상태에 따라 프로세스 제어 정수를 변경하는 방법.
감시기간중 특성 변량의 경시변화를 구하기 위해 프로세스(3) 상태를 나타내는 1이상의 특성 변량을 검출하는 수단(7)과, 상기 검출된 변량의 경시변화에 따라 프로세스(3)의 상태를 판정하는 수단(7), 설정할 1이상의 제어정수에 따라 프로세스에 공급되는 소정의 변수를 제어하는 프로세스 제어수단과, 경시변화가 불량응답을 나타낼때 제어정수를 산출하여 산출된 제어정수를 상기 프로세스 제어수단에 설정하는 제어정수 산출수단과, 경시변화가 불안정응답을 나타낼때 상기 1이상의 제어정수를 변경하여, 변경된 1이상의 제어정수를 포함하는 제어정수를 상기 프로세스 제어수단에 설정하는 제어정수 변경수단으로 구성된 것이 특징인 프로세스제어시 프로세스 상태에 따라 제어정수를 변경하는 장치.
제5항에 있어서, 상기 제어정수 산출수단은 동정신호를 발생하는 발생수단(8)과, 프로세스(3)로부터 출력된 제어량을 목표치에서 감산하여 편차량을 구하는 감산수단(2)과, 상기 편차량에 따라 조작량을 제어하는 제어수단(4)과, 상기 조작량에 동정신호를 가산하여 그 가산치를 프로세스(3)에 공급하는 가산수단(6)과, 샘플링기간중에 상기 가산치와 상기 가산치에 응답하여 프로세스(3)에서 출력된 제어량을 샘플링하여 샘플치를 구하는 샘플링수단(9)과, 상기 샘플치로부터 평가한 프로세스(3)의 특성 모델을 프로세스 제어시스템의 기준모델가 정합하여 제어 정수들을 획득하는 획득수단(5)을 더 포함하는 것이 특징인, 프로세스 제어시 프로세스 상태에 따라 프로세스 제어 정수를 변경하는 장치.
제5항에 있어서, 상기 불안정응답은 진동상태, 발진상태 또는 증가상태인 것이 특징인, 프로세스 제어시 프로세스 상태에 따라 프로세스 제어 정수들을 변경하는 장치.
제5항에 있어서, 상기 제어정수 변경수단은, 상기 1이상의 제어정수를 변경하여 소정의 변수를 감소시키는 것이 특징인 프로세스 제어시 프로세스 상태에 따라 프로세스 제어 정수를 변경하는 장치.