KR960003368B1 - 프로세스 제어 시스템 및 제어방법 - Google Patents

프로세스 제어 시스템 및 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR960003368B1
KR960003368B1 KR1019920010100A KR920010100A KR960003368B1 KR 960003368 B1 KR960003368 B1 KR 960003368B1 KR 1019920010100 A KR1019920010100 A KR 1019920010100A KR 920010100 A KR920010100 A KR 920010100A KR 960003368 B1 KR960003368 B1 KR 960003368B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gain
dead time
output
signal
gain ratio
Prior art date
Application number
KR1019920010100A
Other languages
English (en)
Other versions
KR930001030A (ko
Inventor
가즈오 히로이
Original Assignee
가부시끼가이샤 도시바
아오이 죠이찌
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP13881791A external-priority patent/JP2885544B2/ja
Priority claimed from JP3188809A external-priority patent/JPH0535306A/ja
Application filed by 가부시끼가이샤 도시바, 아오이 죠이찌 filed Critical 가부시끼가이샤 도시바
Publication of KR930001030A publication Critical patent/KR930001030A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR960003368B1 publication Critical patent/KR960003368B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/048—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators using a predictor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

내용 없음.

Description

프로세스 제어 시스템 및 제어방법
제1a~제1c도는 데드타임(dead time) 보상을 할 수 있는 종래의 프로세스 제어 시스템을 나타낸 개통도.
제2도는 본 발명에 의한 데드타임 보상을 위해 스미스의 방법을 사용한 프로세스 제어 시스템을 나타낸 개통도.
제3도는 본 발명에 의한 데드타임 보상을 위한 스미스의 방법을 사용한 다른 프로세스 제어 시스템을 나타내는 개통도.
제4도는 제3도에 도시된 프로세스 제어 시스템의 동작을 설명한 도표.
본 발명은 프로세스 제어 시스템에 관한 것이며 특히 데드타임 보상을 위한 개량된 스미스 방법을 사용하는 프로세스 제어 시스템에 관한 것이다.
PI 또는 PID 조정기능을 갖는 제어장치는 프로세스 제어 전반에 관한 전 산업분야에서 널리 사용돼 왔으며 플랜트 조작에 여전히 필수적이다.
프로세스 제어 시스템이 데드타임 L과 1차 지연 T(시상수)에 의해 근사되는 경우, 상기 프로세스 제어시스템은 1차 지연 단독인 경우에는 PID 제어에 의해 간단히 제어할 수 있다. 그러나 데드타임 L이 포함되는 경우는 이 데드타임 L이 더 커짐에 따라서 다시 말해서 L/T가 더 커짐에 따라서 PID 제어만을 의한 제어가 점차로 더 곤란해진다.
따라서 데드타임을 포함하는 프로세스 시스템의 제어능력을 개선키 위한 방법으로서 O.J.M 스미스(개인명)가 소위 '스미스 방법' 또는 '데드타임 스미스 보상법'을 제안하였으며 현재 널리 사용되고 있다.
이 방법은 프로세스 시스템 모델을 사용하는 데드타임 보상부를 PID 제어에 부가하고, 데드타임을 제어루프(loop) 외부로 쉬프트(shift)시킴으로써 외관 1차 지연 프로세스 시스템을 제어하도록 설계되어 있다.
제1a도는 상기와 같은 데드타임 스미스 보상법을 사용하는 제어장치의 기능개통도를 나타낸다. 이 장치에서는 데드타임 보상기(5)가 제어 시스템에 새로이 부가되었다. 편차산출장치(1)가 목표치 SVn과 제어 변수 PVn간의 편차 En을 구한다.
PID 조정장치(3)가 상기 편차 En에 의하여 PI 또는 PID 제어동작을 실행하여 프로세스 시스템(2)에서 구해진 조작신호 MVn을 인용한다.
PID 조정장치(3)가 상기 편차 En에 의하여 PI 또는 PID 제어동작을 실행하여 프로세스 시스템(2)에서 구해진 조작신호 MVn을 인용한다.
상기 데드타임 보상기(5)에서 1차 지연 모델장치(5)가 1차 지연 전달함수를 통하여 PID 조정장치(3)의 조작변수 MVn을 출력한다. 프로세스 시스템 모델장치(소위 프로세스 시스템 모델)(7)가 1차 지연과 데드타임을 갖는 전달함수를 통하여 PID 조정장치(3)의 동일한 조작신호 MVn을 출력한다.
감산장치(8)가 1차 지연 모델장치(6)의 출력으로부터 프로세스 시스템 모델(7)의 출력을 감산한다.
상기 감산장치(8)의 출력이 편차산출장치(1)의 출력측상에 설치돼 있는 감산장치(4)에 전달되고, 여기서 편차 En에서 데드타임 보상기(5)의 출력이 감산되도록 구성되어 있다.
여기서 상기 제1a도에서 각 기호의 뜻은 하기와 같다.
Gpㆍe-Lpㆍs : 프로세스 시스템의 전달함수
Gp-Kp/(1+Tpㆍs) : 데드타임이 제거된 프로세스 시스템의 전달함수
Lp: 프로세스 시스템 데드타임
Kp: 프로세스 시스템 이득
Tp: 프로세스 시스템 시상수
s : 라플라스 연산자
또한
GMㆍe-LMㆍs : 프로세스 시스템 모드 전달함수
GM=KM/(1+TMㆍs) : 데드타임이 제거된 프로세스 시스템 모델의 전달함수
LM: 프로세스 시스템 모델 데드타임
KM: 프로세스 시스템 모델 이득
TM: 프로세스 시스템 모델 시상수이고,
제1a도를 등가변환에 의해서 재배열하면 제1b도와 같이 된다.
여기서 외란 D는 작아서 무시할 수 있다.
또한 프로세스 시스템 특성과 프로세스 시스템 모델(7)의 특성의 일치상태를 가정하면 하기 관계식이 성립하며
외란=소(小), Tp: TM, LP=LM(1)
이 경우 SVnPVn에 대한 전달상수를 구할때 GP=GM라고 하면 하기와 같이 되며
PVn/SVn={(GcㆍGM)/(1+GcㆍGM)}eLPㆍs (2)
이것은 제1c도의 구성의 유형으로 변환될 수 있다.
즉 이것은 상기 제어장치에서 데드타임이 제거된 1차 지연 모델장치(6)가 PID 조정장치(3)에 의하여 피드백 제어될 수 있음을 의미한다. 다시말해서 상기 제어루프로부터 데드타임이 제거될 수 있으므로 상기 장치는 PID 조정장치(3)에 의해 용이하게 제어될 수 있으므로 양호한 제어능력을 기대할 수 있다. 상기 제어루프 외측에 데드타임 요소(9)가 설치돼 있다.
그러나 상기 설명으로부터 명백하듯이 식(1)의 조건이 성립되지 않는한 상기 유형의 데드타임 스미스 보상법을 사용하는 제어장치는 제1c도에 도시된 바와같이 구성할 수 있다.
그러나 실제 플랜트 제어에서 식(1)의 조건을 성립시키는 것은 언제나 곤란하다. 예를들어 식(1)의 조건은 프로세스 시스템의 특성변화와 주위온도, 촉매온도, 원료조건 또는 탑재물의 크기등의 환경변화에 의하여 시간경과중에 변경될 수 있다.
그 결과 식(1)의 조건들이 더 변할수록 제어능력이 더욱 손상된다.
따라서 데드타임 스미스 보상법의 기능을 달성할 수 없게 되어 플랜트의 제어능력에 큰 영향을 준다.
본 발명의 한 목적은 데드타임 보상제어장치로 프로세스 제어 시스템을 제어하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 그의 프로세스 시스템 이득특성이 변하는 프로세스 제어 시스템을 개량된 데드타임 보상제어장치로 제어할 수 있도록 하는데 있다.
상기 목적들은 본 발명에 의하면 프로세스 시스템 이득과 데드타임을 갖으며 그의 전달함수가 프로세스 제어 시스템 이득에 대응하는 이득항 요소와 데드타임에 대응하는 데드타임 항 요소를 포함한 프로세스 시스템을 외부교란에 대해서 제어하기 위해 피제어변수와 목표치간의 편차에 의하여 적어도 비례 적분 제어연산을 실행하는 제어부에 의해 출력된 조작변수에 따라서 상기 시스템에 의해 출력된 피제어변수를 목표치로 조정함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 프로세스 시스템 제어 시스템을 제공함으로써 달성된다.
상기 시스템은 상기 데드타임을 보상하도록 보상신호를 출력하기 위해 상기 제어부에 접속되며 상기 시스템의 전달함수에 근사한 시스템 전달함수를 갖는 시스템 모델부와 상기 시스템 모델부에 병렬로 접속되며 시스템 전달함수로부터 데드타임 항 요소를 제거함으로써 구해지는 모델 전달함수를 갖는 모델부를 구비하는 데드타임 보상수단과 상기 테드타임 보상수단에 접속되어 있고 상기 시스템 이득의 변화에 따라서 상기 시스템 모델부의 이득을 프로세스 제어 시스템의 프로세스 시스템 이득으로 조정하기 위한 모델이득 보정수단으로 구성되어 있다.
본 발명의 다른 태양에 의하면 상기 목적들은 프로세스 시스템 이득과 데드타임을 갖으며 그의 전달함수가 프로세스 시스템 이득에 대응하는 이득 항 요소와 데드타임에 대응하는 데드타임 항 요소를 포함한 프로세스 시스템을 외부교란에 대해서 제어하기 위해 피제어변수와 목표치간의 편차에 의하여 적어도 비례 적분 제어연산을 실행하는 제어부에 의해 출력된 조작변수에 따라서 상기 프로세스 시스템에 의해 출력된 피제어변수를 목표치로 조정함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 프로세스 제어 시스템 제어방법을 제공함으로써 달성된다.
상기 방법은 상기 제어부에 접속되어 있는 데드타임 보상수단을 사용하여 데드타임을 보상하고 이 보상수단은 상기 프로세스 제어 시스템의 전달함수에 근사한 시스템 전달함수를 갖는 시스템 모델부와 상기 시스템 전달함수로부터 데드타임 항 요소를 제거함으로써 구해진 모델 전달함수를 갖는 모델부를 구비하며, 프로세스 제어 시스템의 프로세스 제어 시스템 이득의 변화에 따라서 상기 시스템 모델부의 이득을 프로세스 제어 시스템의 프로세스 제어 시스템 이득으로 조정함을 특징으로 한다.
제2도를 참조하여 본 발명의 일실시예를 하기에 설명한다. 제2도에서 제1도와 동일 기호가 부기된 기능 또는 부분들의 세부설명은 생략한다.
제2도에서 프로세스 제어 시스템(2)의 프로세스 제어 시스템 이득의 변화에 응답하여 데드타임 보상부(5)의 이득을 자동적으로 보정하는 모델이득 보정부(10)가 데드타임 보상부(5)에 설치되어 있다.
상기 모델 이득정보부(10)에서 분할장치(11)는 프로세스 제어 시스템(2)으로부터의 피제어변수 PVn과 데드타임 보상부(5)의 일부를 구성하는 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 출력신호 PVMn을 수신하여 그 비율 Kn=PVn/PVMn을 산출한다. 시간평균치 연산장치(12)가 분할장치(11)의 출력 Kn의 시간 평균치를 산출함으로써 평균비 Kn'(이하, 평균비는 “ ' ”를 부쳐서 나타낸다) 곱셈장치(13)가 데드타임 보상부(5)의 출력과 상기 평균비 Kn'을 곱함으로써 데드타임 보상부(5)의 출력을 자동 보정한다.
그러므로 모델 이득보정부(10)에서는 프로세스 제어 시스템(2)으로부터의 피제어변수 PVn과 데드타임 보상부(5)의 일부를 구성하는 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 출력신호 PVMn이 분할장치(11)에 전달된다. 여기서 연산 PVn/PVMn을 실행함으로써 Kn'비를 구한 후 후속된 시간평균치 연산장치(12)로 전달된다.
시간평균치 연산장치(12)에서는 분할장치(11)로부터의 원래 Kn비에 대해 시간평균치 연산을 실행함으로써 평균비 Kn'이 구해지고 곱셈장치(13)로 전달된다. 여기서 데드타임 보상부(5)의 출력신호는 데드타임 보상부(5)의 출력과 평균비 Kn'을 곱함으로써 자동적으로 변경된다.
다음 프로세스 제어 시스템 이득의 변환에 대한 프로세스 제어 시스템 모델 이득의 보정에 대해 설명한다. 여기서 프로세스 제어 시스템(2)과 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 특성이 일치되면 프로세스 제어 모델(7)의 피제어변수 PVn과 출력신호 PVMn이 또한 일치돼야 한다. 여기서 Kn=PVn/PVMn이면 Kn=1이다. 그러나 실제는 프로세스 제어 시스템(2)의 특성변화로 인하여 Kn≠1이다.
그러므로 본 장치에서는 프로세스 제어 시스템 이득과 Kn비의 변화가 검출되고 프로세스 제어 시스템 모델 이득변화가 상기 Kn비에 따라서 보정된다.
여기서 신호 MVn을 조작하기 위한 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 피제어변수 PVn과 출력신호 PVMn은 하기와 같이 나타낼 수 있다.
PVn=MVnㆍ{Kp/(1+Tpㆍs)}ㆍe-LPㆍs (3)
PVMn=MVnㆍ{KM/(1+TMㆍs)}ㆍe-LPㆍs (4)
여기서 분할장치(11)의 출력인 Kn비는 하기와 같다.
Kn=Kn=PVn/PVMn (5)
따라서 식(3)과 식(4)를 식(5)에 대입하면 하기식이 구해진다.
Kn=(Kp/KM)ㆍ{(1+TMㆍs)}/{(1+Tpㆍs)}ㆍe-(LP-LM)ㆍs (6)
여기서 TM=Tp, LM=Lp라 하면 식(6)이 하기와 같이 구해진다.
(7)
또한 Kn비의 순간적 동요의 영향을 제거하기 위해서 Kn비가 시간평균치 연산장치(12)로 전달된다. 여기서 특정시간에 대한 시간평균치가 구해지면 그 출력은 Kn'으로서 주어진다 ;
Kn'=(Kp'/KM) (8)
그러므로 상기 평균비 Kn'가 곱셈장치(13)에 전달되어 데드타임 보상부(5)의 출력과 곱해지면 곱셈장치(13)의 출력 Mon은 하기와 같이 된다.
Mon=Kn'×데드타임 보상부(5)의 출력
여기서 KM'=KM이므로 하기식이 얻어진다.
다시말해서 식(9)로부터 명백한 바와같이 데드타임 보상부(5)의 출력측에 모델이득 보정부(10)를 부가함으로써 데드타임 보상부(5)의 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 이득이 항상 자동적으로 Kp, 즉 프로세스 제어 시스템(2)의 이득으로 보정된다.
따라서 상기 유형에의 구성을 적용하는 경우, 프로세스 제어 시스템 이득을 자동 보정함으로써 프로세스 제어 시스템의 특성과 프로세스 시스템 모델의 특성을 일치시키는 것이 항상 가능하다.
따라서 데드타임 스미스 보상법을 충분히 적용함으로써 프로세스 제어 시스템의 특성변화와 환경변화시에도 제어능력이 향상된다.
또한 프로세스 제어 시스템(2)으로부터의 피제어변수를 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 출력으로 분할함으로써 보정에 대한 이득비를 얻을 수 있다. 따라서 매우 간단한 구성으로 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 이득을 보정할 수 있다.
또한 프로세스 제어 시스템(2)으로부터의 피제어변수를 프로세스 제어 시스템 모델(7)로부터의 출력신호로 분할하여 구해진 비율을 시간평균치 연산장치를 사용하여 특정시간 동안의 시간평균치로 함으로써 상기 비율의 순간적 변동의 영향없이 상기 프로세스 제어 시스템 모델 이득을 정확하게 보정할 수 있다.
특히 실제 플랜트에서는 프로세스 제어 시스템의 특성이 크게 자주 변한다. 그러나 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 이득은 프로세스 제어 시스템 이득의 변화에 따라서 자동보정될 수 있다. 따라서 데드타임을 갖는 제어 시스템에 있어서도 제어능력의 향상에도 크게 기여할 수 있다.
또한 상기 실시예에서는 분할장치(11)에 의해 구해진 Kn비에 의해 시간평균치 연산장치(12)에서 특정시간의 시간평균치를 구했다. 그러나 시간평균치 연산장치(12)가 생략되더라도 근사한 효과를 얻을 수 있다. 이와는 별도로 본 발명은 그 요지범위내에서 다양한 변형이 가능하다.
본 발명의 다른 실시예를 제3도를 참조하여 설명한다. 제1a~제1c도와 동일 기호가 부여된 제3도의 기능 또는 부분들의 세부 설명은 생략한다.
제3도에서 모델 이득보정부(10)가 스미스법을 채용하는 데드타임 보상부(5)에서 프로세스 제어 시스템(2)의 이득변화에 응답하여 데드타임 보상부(5)의 이득을 자동 보정한다.
모델이득 보정부(10)는 분할장치(11)를 구비하고, 이 분할장치가 프로세스 제어 시스템(2)으로부터의 피제어변수 PVn과 데드타임 보상부(5)의 일부를 구성하는 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 출력신호 PVMn을 수신하고 Kn비=PVn/PVMn을 산출한다.
산출된 이득비 신호 Kn은 기억장치(12)에 기억된다. 곱셈장치(1)가 프로세스 제어 시스템(2)의 이득변화에 응답하여 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 이득을 보정한다.
여기서 기억장치(12)로부터 독출된 이득비신호는 데드타임 보상부(5)의 출력에 의해 곱셈된다.
이득보정후에 구해진 신호가 감산장치(4)에 공급되도록 설계되어 있다.
또한 모델 이득 보정부(10)는 신호판별장치(14)를 갖고 있고, 데드타임 보상부(5)로부터 출력된 거의 제로(0)신호를 판별하여 제로 판별신호를 출력한다. 여기서 구해진 제로판별신호는 시간제한장치(15)에 전달된다. 시간제한장치(15)는 타이밍 기능을 갖고 있다. 상기 제로판별신호, 데드타임 보상부(5)의 출력제로가 특정시간 Tn 이상 더 지속되면 상기 보상부가 기억장치(12)에 갱신 명령신호를 공급하여 이득비 신호 Kn의 갱신을 실행한다. 이때 이외의 다른 때에는 직전의 이득비 신호 Kn을 유지하면서 메모리 갱신을 정지하고 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 이득을 보정하는 기능을 갖고 있다.
다음은 제3도에 도시된 구성을 채용한 경위와 실험 및 검토결과를 설명한다.
프로세스 제어 시스템(2)의 완전한 응답에 필요한 시간을 TR으로 하면 완전 응답 소요시간 TR은 하기와 같이 나타낼 수 있다.
TR=근사 데드타임 Lp+(3-5)ㆍTp
여기서 상기 프로세스 제어 시스템의 특성과 프로세스 제어 시스템 모델의 특성이 일치하면 제4도에 도시된 바와같이 피제어변수 PVn의 변화후 상기 식의 완전응답 소요시간 TR이 초과될때 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 피제어변수 PVn과 PVMn이 일치하게 된다. 따라서 이때의 이득비 Kn은 하기와 같이 된다.
Kn=PVn/PVMn=1
그러나 실제로 Kn=1이 아닌 경우가 있다. 그 이유는 상기 프로세스 제어 시스템 특성의 이득이 프로세스 제어 시스템(2)의 특성변화와 주위온도, 촉매온도, 재료상태 및 탑재물 크기등의 환경조건등으로 인해서 변하여 프로세스 제어 시스템 특성의 이득과 프로세스 제어 시스템 모델의 이득이 일치하지 않기 때문이다. 그러므로 이득비 Kn을 산출하여 프로세스 제어 시스템 모델의 이득을 프로세스 제어 시스템 특성의 이득과 일치하도록 하면 스미스 방법의 조건이 만족한다.
그러므로 완전응답 소요시간 TR의 계시가 요구된다. 그러나 상기 데드타임이 데드타임 보상부(5)에 의해 이미 제거되었으므로 데드타임 LM이 소거된 완전응답 소요시간 TR의 잔존시간 Ts, 즉
Ts=(3-5)ㆍTM
는 근사완전응답 소요시간으로써 계시된다.
상기 시간 Ts 경과후에 구해진 이득비 Kn이 사용되면 이 값이 프로세스 제어 시스템 모델의 이득변화를 적절히 반영하는 값이 된다. 또한 프로세스 제어 시스템 모델의 이득보상이 상기 이득비 Kn을 사용해서 실행되면 스미스법의 조건을 만족할 수 있다.
상기 프로세스 제어 시스템 이득의 변화에 대한 프로세스 제어 시스템 모델 이득의 보정을 하기 식들과 함께 설명한다.
먼저 PID 조정장치(3)로부터 공급된 조작신호 MVn에 대한 피제어변수 PVn과 프로세스 제어 시스템 모델(7)의 출력 PVmn을 하기와 같이 나타낼 수 있다.
PVn=MVnㆍGpㆍe-LPㆍs
=MVnㆍ{Kp/(1+Tpㆍs)}ㆍe-LPㆍs (10)
PVMn=MVnㆍGMㆍe-LPㆍn
=MVnㆍ{KM/(1+TMㆍs)}ㆍe-LPㆍs (11)
이와 동시에 이득비 신호 분할부(11)의 출력인 Kn은,
Kn=PVn/PVMn (12)
이고 식(10)과 (11)을 식(12)에 대입하면 하기식(13)을 구할 수 있다.
Kn=(Kp/KM)ㆍ{(1+TMㆍs)/(1+Tpㆍs)}ㆍe-(LP-LM)ㆍs (13)
여기서 상기 데드타임 보상부(5)의 출력이 제로가 되고 제로신호가 신호판별장치(14)에 의해 판별되고 시간제한장치(15)로부터 갱신명령신호가 출력되면 조작신호 MVn의 변화후 완전응답 소요시간 TR이 초과되므로 식(13)에서 하기와 같이 된다.
(1+TMㆍs)/(1+TPㆍs)ㆍe-(LP-LM)ㆍs=1
그러므로 식(13)은 하기식 (14)로 된다.
Kn=(Kp/KM) (14)
그러므로 상기 식에 의해 구해진 이득비 신호는 이득보정장치(13)에 전달되어 데드타임 보상부(5)의 출력신호 Xn과 곱해진다.
이에 의하여 출력 Yn이 하기식들에서처럼 이득보정장치(13)로부터 구해진다.
Yn=Kn/Xn
=(Kp/KM)ㆍ{KM/(1+TMㆍs)}ㆍ(1-e-LMㆍs)ㆍMVn
={(Kp/(1+TMㆍs)}ㆍ(1-e-LMㆍs)ㆍMVn (16)
따라서 식(16)에서 명백하듯이 상기 식은 모델이득보정부(10)의 이득 비신호 Kn이 데드타임 보상부(5)의 출력 Xn과 곱셈되면 데드타임 보상부(5)의 프로세스 제어 시스템 모델 이득 KM이 프로세스 제어 시스템 이득 Kp에 의해서 항상 자동보정됨을 나타낸다.
그러므로 일반적으로 데드타임을 갖는 프로세스 제어 시스템에 대해서 스미스 데드타임 보상법을 채용하는 경우는 외란이 작고 또한 프로세스 제어 시스템 특성과 프로세스 제어 시스템 모델이 일치되는 경우이다. 그러나 대부분의 경우 프로세스 제어 시스템 특성의 이득이 프로세스 제어 시스템(2)의 특성변화와 환경조건으로 인하여 변한다. 그러므로 프로세스 제어 시스템의 이득과 프로세스 제어 시스템 모델이 일치하지 않으며 제어능력에 큰 영향을 준다.
따라서 상기 장치는 프로세스 시스템 모델의 피제어변수와 출력으로부터 이득비 신호를 구하며 이와 동시에 상기 조작신호의 변화후에 완전응답시간과 동등한 시간에 이득비를 기억시킨다. 이 기억된 이득비 신호를 사용하여 프로세스 시스템 모델이득이 보정될 수 있도록 설계되어 있다. 따라서 데드타임 보상부(5)의 프로세스 시스템 모델 이득이 프로세스 시스템의 변화된 이득에 의하여 보정된다. 따라서 스미스 데드타임 보상법의 기능이 충분히 발휘될 수 있고, 유효한 제어능력을 갖는 데드타임 보상제어부를 달성할 수 있다.
특히 실제 플랜트에서는 프로세스 시스템의 이득이 크게 자주 변한다. 그러나 프로세스 시스템 모델 이득의 자동보정에 의하여 실제 플랜트에 대한 적응성이 현저히 향상된다. 이 프로세스 시스템을 플랜트에 관계된 여러장소에 분산된 제어장치에 적용하면 전체 플랜트의 제어능력의 향상에 크게 기여한다. 또한 풀스케일(full-scale) 융통성과 플랜트 조작의 초자동화를 달성할 수 있고 고품질 제품을 제조할 수 있다.
한편 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않는다. 다시말해서 상기 실시예에서는 분할장치(11)의 출력을 이것이 기억장치(12)에 기억된 후의 상태대로 곱셈장치(13)에 전달하는 설계였다. 그러나 예를들어 분할장치(11) 또는 기억장치(12)의 출력측에 Kn비의 순간적 동요를 제거하기 위한 평활장치를 설치한 구성을 취할 수도 있다.
또한 타이밍 장치(15)를 제거하고 데드타임 보상부(5)의 출력제로를 사용하거나 또는 예를들어 타이밍 장치(15)의 타이밍 설정치들중 T=(3-5)ㆍTM을 사용하여 갱신을 실행할 수도 있다. 후자의 경우 시상수 TM으로 인한 영역이 간단히 무시될 수 있고, 근사에 의한 이득변경에 채용될 수 있다.
이와는 별도로 본 발명은 요지범위내에서 다양한 변형이 가능하다.
상기한 바와같이 본 발명을 사용하는 경우 데드타임 스미스 보상법의 기능을 충분히 나타낼 수 있는 데드타임 보상제어장치를 제공할 수 있다. 또한 프로세스 시스템의 특성변화와 환경변화로 인해서 프로세스 시스템이 이득에 변동이 있더라도 데드타임을 갖는 제어 시스템에서도 유효한 제어능력으로 제어를 실행할 수 있다.

Claims (10)

  1. 프로세스 제어 시스템 이득과 데드타임을 갖으며 그의 전달함수가 시스템 이득에 대응하는 이득 항요소와 데드타임에 대응하는 데드타임 항 요소를 포함한 프로세스 제어 시스템을 외부교란에 대해서 제어하기 위해 피제어변수와 목표치간의 편차에 의하여 적어도 비례 적분 제어연산을 실행하는 제어부(3)에 의해 출력된 조작변수에 따라서 상기 시스템에 의해 출력 피제어변수를 목표치로 조정함으로써 행하는 프로세스 제어 시스템에 있어서, 상기 데드타임을 보상하도록 보상신호를 출력하기 위해 상기 제어부(3)에 접속되며 상기 시스템의 전달함수에 근사한 시스템 전달함수를 갖는 시스템 모델부(7)와 상기 시스템 모델부(7)에 병렬로 접속되며 상기 시스템 전달함수로부터 데드타임 항 요소를 제거함으로써 구해진 모델 전달함수를 갖는 모델부(6)를 구비하는 데드타임 보상수단(5)과, 상기 데드타임 보상수단(5)에 접속되어 있고, 상기 시스템 이득의 변화에 따라서 상기 시스템 모델부(7)의 이득을 상기 시스템 이득으로 조정하기 위한 모델 이득 보정수단(10)으로 구성된 것을 특징으로 하는 프로세스 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모델 이득보정수단(10)이 피제어변수를 시스템 모델부(7)의 제1출력신호에 의해서 분할하여 상기 시스템 이득 대 시스템 모델부(7)의 이득의 이득비를 검출하는 이득비 검출수단(11,12)과 상기 시스템 모델부(7)의 제2출력신호로부터 시스템 모델부(7)의 제1출력신호를 감산하여 얻어진 상기 데드타임 보상수단으로부터의 보상신호와 상기 검출된 이득비를 곱셈하는 곱셈수단(13)으로 구성된 것이 특징인 프로세스 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 이득비 검출수단(11,12)이 상기 시스템 모델부(7)의 제1출력신호에 의하여 피제어변수를 분할하여 최초 이득비를 검출하는 분할수단(11)과 상기 최초 이득비의 시간평균치를 연산하여 이득비를 검출하는 시간평균치 연산수단(12)으로 구성된 것을 특징으로 하는 프로세스 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모델 이득 보정수단(10)이 상기 시스템 모델부(7)의 제1출력신호에 의하여 피제어변수를 분할하여 이득비를 검출하는 분할수단(11)과 상기 이득비를 기억시키는 분할수단(11)과 상기 이득비를 기억시키는 기억수단(12)과 상기 데드타임 보상수단에 의해 출력된 보상신호가 소정시간 이상 제로일때 상기 이득비를 갱신하는 갱신수단(14,15)으로 구성된 것이 특징인 프로세스 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 갱신수단(14,15)이 상기 데드타임 보상수단(5)에 의해 출력된 보상신호가 제로일때 판별신호를 발생하는 신호판별수단(14)과 상기 판별신호가 소정시간 이상 계속 발생될때 기억수단(12)내에 기억된 이득비를 갱신하는 시간제한수단(15)으로 구성된 것이 특징인 프로세스 제어 시스템.
  6. 시스템 이득과 데드타임을 갖으며 그의 전달함수가 상기 시스템 이득에 대응하는 이득 항 요소와 데드타임에 대응하는 데드타임 항 요소를 포함한 프로세스 제어 시스템을 외부교란에 대해서 제어하기 위해 피제어변수와 목표치간의 편차에 의하여 적어도 비례적분 제어연산을 실행하는 제어부(3)에 의해 출력된 조작변수에 따라서 상기 프로세스 시스템에 의해 출력된 피제어변수를 목표치로 조정함으로써 행하는 프로세스 시스템 제어방법에 있어서, 상기 보상수단은 상기 시스템의 전달함수에 근사한 시스템 전달함수를 갖는 시스템 모델부(7)와 상기 시스템 모델부(7)에 병렬 접속되어 있고, 상기 시스템 전달함수로부터 데드타임 항 요소를 제거함으로써 구해진 모델 전달함수를 갖는 모델부(6)로 구성되며 상기 제어부(3)에 접속되어 있는 데드타임 보상수단(5)을 사용하여 데드타임을 보상하는 단계와 상기 시스템 이득의 변화에 따라서 상기 시스템 모델부의 이득을 프로세스 제어 시스템의 상기 시스템 이득으로 조정하는 단계로 된 것을 특징으로 하는 프로세스 시스템 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 조정단계는 피제어변수를 시스템 모델부(3)의 제1출력신호에 의해서 분할하여 상기 시스템 이득 대 시스템 모델부의 이득의 이득비를 검출하는 단계와 상기 시스템 모델부의 제2출력신호로부터 시스템 모델부의 제1출력신호를 감산하여 얻어진 상기 데드타임 보상수단으로부터의 보상신호와 상기 검출된 이득비를 곱셈하는 단계를 포함하는 것이 특징인 프로세스 시스템 제어방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 이득비 검출단계는 상기 시스템 모델부의 제1출력신호에 의하여 피제어변수를 분할하여 최초 이득비를 검출하는 단계와 상기 최초 이득비의 시간평균치를 연산하여 이득비를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 시스템 제어방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 조정단계는 상기 시스템 모델부의 제1출력신호에 의하여 피제어변수를 분할하여 이득비를 검출하는 단계와 상기 이득비를 기억시키는 단계와 상기 데드타임 보상수단에 의해 출력된 보상신호가 소정시간 이상이 제로일때 상기 이득비를 갱신하는 단계를 포함하는 것이 특징은 프로세스 시스템 제어방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 갱신단계는 상기 데드타임 보상수단에 의해 출력된 보상신호가 제로일때 판별신호를 발생하는 단계와 상기 판별신호가 소정시간 이상 계속 발생될때 기억수단내에 기억된 이득비를 갱신하는 단계를 포함하는 것이 특징인 프로세스 시스템 제어방법.
KR1019920010100A 1991-06-11 1992-06-11 프로세스 제어 시스템 및 제어방법 KR960003368B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP91-138817 1991-06-11
JP13881791A JP2885544B2 (ja) 1991-06-11 1991-06-11 むだ時間補償制御装置
JP3188809A JPH0535306A (ja) 1991-07-29 1991-07-29 むだ時間補償制御装置
JP91-188809 1991-07-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR930001030A KR930001030A (ko) 1993-01-16
KR960003368B1 true KR960003368B1 (ko) 1996-03-09

Family

ID=26471768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019920010100A KR960003368B1 (ko) 1991-06-11 1992-06-11 프로세스 제어 시스템 및 제어방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5544039A (ko)
EP (1) EP0518651B1 (ko)
KR (1) KR960003368B1 (ko)
CN (1) CN1061764C (ko)
DE (1) DE69212721T2 (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2411378A1 (en) * 2000-06-30 2002-01-10 The Dow Chemical Company Multi-variable matrix process control
JP3804060B2 (ja) * 2000-12-14 2006-08-02 株式会社安川電機 フィードバック制御装置
JP3965947B2 (ja) 2001-07-25 2007-08-29 日産自動車株式会社 エンジンの空燃比制御装置
JP3555609B2 (ja) 2001-11-30 2004-08-18 オムロン株式会社 制御装置、温度調節器および熱処理装置
DE10229014A1 (de) * 2002-06-28 2004-02-05 Siemens Ag Scheinwerfersystem für die Veranstaltungstechnik
JP4166637B2 (ja) * 2003-07-10 2008-10-15 株式会社東芝 プロセス制御装置の調整方法及びその調整ツール
JP2006025499A (ja) * 2004-07-06 2006-01-26 Favess Co Ltd モータ制御装置
WO2007098780A1 (de) * 2006-02-28 2007-09-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur regelung des kraftstoff-luft-gemisches bei einer verbrennungsmashine
US7660639B2 (en) * 2006-03-27 2010-02-09 Hitachi, Ltd. Control system for control subject having combustion unit and control system for plant having boiler
US7653445B2 (en) * 2007-04-13 2010-01-26 Controlsoft, Inc. Apparatus and method for model-based control
US7894927B2 (en) * 2008-08-06 2011-02-22 Tokyo Electron Limited Using Multi-Layer/Multi-Input/Multi-Output (MLMIMO) models for metal-gate structures
US8200347B2 (en) * 2009-01-22 2012-06-12 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Method and apparatus for hybrid resetting states proportional-integral-derivative and lag controllers
WO2011119152A1 (en) * 2010-03-24 2011-09-29 Hewlett-Packard Development Company L.P. Power capping feedback normalization
CN105278359B (zh) * 2014-06-20 2018-11-27 苏鸿德 一种通过单变量控制单元达成多变量控制的控制器
JP6616158B2 (ja) * 2015-11-02 2019-12-04 Ｎｔｎ株式会社 スリップ制御装置
CN105962408B (zh) * 2016-07-01 2018-02-02 云南烟叶复烤有限责任公司 一种对烟叶复烤机出口烟叶水分的多策略复合控制方法
WO2018067967A1 (en) * 2016-10-07 2018-04-12 Liebert Corporation Adaptive pid control for chilled water crac units
JP7016407B2 (ja) 2017-09-06 2022-02-04 バーティブ・コーポレイション スマートな供給空気温度設定点制御を介する冷却ユニットのエネルギー最適化
CN109031942B (zh) * 2018-07-31 2020-08-11 清华大学 一种利用传递函数修正量热仪量热过程延迟环节的方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3864554A (en) * 1969-03-03 1975-02-04 Alsthom Cgee Time delay compensation in a closed-loop process control system
US3852578A (en) * 1970-02-03 1974-12-03 Industrial Nucleonics Corp Control system and method for machine or process having dead time
US4054780A (en) * 1976-11-01 1977-10-18 Phillips Petroleum Company Gain-adaptive process control
DE3721504C2 (de) * 1987-06-30 1997-01-23 Bosch Gmbh Robert Regelsystem
US4861960A (en) * 1988-04-25 1989-08-29 General Electric Company Real time adaptive control for resistance spot welding process
US5121332A (en) * 1989-03-31 1992-06-09 Measurex Corporation Control system for sheetmaking
US5166873A (en) * 1989-09-13 1992-11-24 Yokogawa Electric Corporation Process control device
US5406474A (en) * 1990-07-16 1995-04-11 The Foxboro Company Self-tuning controller

Also Published As

Publication number Publication date
KR930001030A (ko) 1993-01-16
DE69212721D1 (de) 1996-09-19
CN1069134A (zh) 1993-02-17
US5544039A (en) 1996-08-06
DE69212721T2 (de) 1997-01-23
EP0518651A3 (en) 1993-01-20
CN1061764C (zh) 2001-02-07
EP0518651A2 (en) 1992-12-16
EP0518651B1 (en) 1996-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR960003368B1 (ko) 프로세스 제어 시스템 및 제어방법
EP0296638B1 (en) Process control having improved combination of feedforward feedback control
CA2203560A1 (en) A variable horizon predictor for controlling dead time dominant processes, multivariable interactive processes, and processes with time variant dynamics
US5535117A (en) Method and apparatus for controlling a process having a control loop using feedback control
KR890015122A (ko) 프로세스 제어장치 및 방법
JPH06119001A (ja) 調節装置
JPH0535306A (ja) むだ時間補償制御装置
KR900004250B1 (ko) 프로세스 제어장치
JP2885544B2 (ja) むだ時間補償制御装置
JPH0250701A (ja) 適応制御方法
JPS61156303A (ja) プロセス制御装置
JP3234109B2 (ja) プロセス制御装置
KR20210024128A (ko) 제어장치 및 제어방법
JPS629405A (ja) プロセス制御装置
SU1173390A1 (ru) Самонастраивающа с система автоматического управлени дл объектов с запаздыванием
JP3015553B2 (ja) 補完フィードバック制御装置
JP3277484B2 (ja) Ｐｉｄコントローラ
JP2766395B2 (ja) 制御装置
JPS6142003A (ja) 制御定数自動調整方法
JPS629406A (ja) プロセス制御装置
JP2521259B2 (ja) 制御系補完装置
RU2230351C2 (ru) Адаптивная система управления
JPH06337704A (ja) Ｉｍｃコントローラ
JPS6127520B2 (ko)
JPH0793005A (ja) コントローラ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
G160 Decision to publish patent application
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 19990225

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee