JPH06282304A - 制御対象モデルを含む２自由度ｐｉｄ調節装置 - Google Patents
制御対象モデルを含む２自由度ｐｉｄ調節装置Info
- Publication number
- JPH06282304A JPH06282304A JP7130593A JP7130593A JPH06282304A JP H06282304 A JPH06282304 A JP H06282304A JP 7130593 A JP7130593 A JP 7130593A JP 7130593 A JP7130593 A JP 7130593A JP H06282304 A JPH06282304 A JP H06282304A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- freedom
- degree
- target value
- controlled object
- degrees
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、ＰＩＤ全部の完全２自由度化を達
成し、ＰＩＤ制御の高度化を図ることにある。 【構成】 積分動作と比例・微分動作とを分離するとと
もに、目標値と制御対象からの制御量とを取り込んで偏
差演算手段１によって偏差を求めた後、この偏差に基づ
いて積分動作を実行する２自由度調節装置にあって、特
に目標値ＳＶn を前記偏差演算手段に供給する目標値供
給系に、制御対象モデルの伝達関数のゲインを１とする
単位制御対象モデルの伝達関数をもった積分２自由度化
演算手段２１を設け、積分時間の２自由度化を行う制御
対象モデルを含む２自由度ＰＩＤ調節装置である。
成し、ＰＩＤ制御の高度化を図ることにある。 【構成】 積分動作と比例・微分動作とを分離するとと
もに、目標値と制御対象からの制御量とを取り込んで偏
差演算手段１によって偏差を求めた後、この偏差に基づ
いて積分動作を実行する２自由度調節装置にあって、特
に目標値ＳＶn を前記偏差演算手段に供給する目標値供
給系に、制御対象モデルの伝達関数のゲインを１とする
単位制御対象モデルの伝達関数をもった積分２自由度化
演算手段２１を設け、積分時間の２自由度化を行う制御
対象モデルを含む２自由度ＰＩＤ調節装置である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種のプロセス計装制
御システム等に利用される２自由度ＰＩ（Ｐ：比例，
Ｉ：積分）またはＰＩＤ（Ｄ：微分）調節装置に係わ
り、特にＰＩＤの各調節演算項の２自由度化を実現する
技術を設けた制御対象モデルを含む２自由度ＰＩＤ調節
装置に関する。
御システム等に利用される２自由度ＰＩ（Ｐ：比例，
Ｉ：積分）またはＰＩＤ（Ｄ：微分）調節装置に係わ
り、特にＰＩＤの各調節演算項の２自由度化を実現する
技術を設けた制御対象モデルを含む２自由度ＰＩＤ調節
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＰＩまたはＰＩＤ調節装置は、制御の有
史以来あらゆる産業分野で多用されており、もはや各産
業分野の制御システムではＰＩまたはＰＩＤ調節装置無
しには成り立たなくなってきている。
史以来あらゆる産業分野で多用されており、もはや各産
業分野の制御システムではＰＩまたはＰＩＤ調節装置無
しには成り立たなくなってきている。
【０００３】従来の調節装置には、種々の調節演算方式
が採用されているが、時代の推移に伴ってアナログ調節
演算方式からディジタル調節演算方式に移行しており、
今後もその傾向は変りそうになく、プラント運転制御シ
ステムの基盤をなしている。このＰＩＤ調節演算の基本
式は下記式で表される。 ＭＶ(S) ＝Ｋc［１＋（１／ＴI ・ｓ）＋ ｛（ＴD ・ｓ）／（１＋η・ＴD ・ｓ）｝］×Ｅ(s) ……（２）
が採用されているが、時代の推移に伴ってアナログ調節
演算方式からディジタル調節演算方式に移行しており、
今後もその傾向は変りそうになく、プラント運転制御シ
ステムの基盤をなしている。このＰＩＤ調節演算の基本
式は下記式で表される。 ＭＶ(S) ＝Ｋc［１＋（１／ＴI ・ｓ）＋ ｛（ＴD ・ｓ）／（１＋η・ＴD ・ｓ）｝］×Ｅ(s) ……（２）
【０００４】但し、ＭＶ(s) ：操作信号、Ｅ(s) ：偏差
信号、Ｋc ：比例ゲイン、ＴI ：積分時間、ＴD ：微分
時間、s ：ラプラス演算子、（１／η）：微分ゲインで
ある。ところで、前記（２）式のＰＩＤは１自由度ＰＩ
Ｄ調節方式と呼ばれ、ＰＩＤパラメータが１組しか設定
できないものである。従って、実際の制御系では、外乱
抑制最適ＰＩＤパラメータと目標追従最適ＰＩＤパラメ
ータとの値が大きく異なっており、外乱抑制特性を最適
化するようにＰＩＤパラメータを調整すると目標値追従
特性が大きくオーバシュートして振動的な特性となり、
逆に目標値追従特性を最適化しようとすると、外乱抑制
特性が劣化する。つまり、この両者の特性は同時に最適
化することが出来ず、二律背反の関係となってしまう。
そこで、この種のＰＩＤ調節装置では、外乱抑制特性と
目標値追従特性とを同時に最適化できる技術の出現が望
まれていた。ところが、１９６３年においてＩｓｓａｃ
Ｍ．ＨｏｒｏｗｉｔｓがＰＩＤパラメータをそれぞれ
独立して２組設定可能とする２自由度ＰＩＤアルゴリズ
ム（Ｔwo Ｄegrees of Ｆreedom ＰＩＤ Ａlgorit
hm：以下、２ＤＯＦ ＰＩＤと略称する）の基本概念を
発表するに至った。その後、かかる２ＤＯＦ ＰＩＤは
実用化の方向に歩み出し、最近ではプラント運転制御シ
ステムの高度化に大きく貢献している。
信号、Ｋc ：比例ゲイン、ＴI ：積分時間、ＴD ：微分
時間、s ：ラプラス演算子、（１／η）：微分ゲインで
ある。ところで、前記（２）式のＰＩＤは１自由度ＰＩ
Ｄ調節方式と呼ばれ、ＰＩＤパラメータが１組しか設定
できないものである。従って、実際の制御系では、外乱
抑制最適ＰＩＤパラメータと目標追従最適ＰＩＤパラメ
ータとの値が大きく異なっており、外乱抑制特性を最適
化するようにＰＩＤパラメータを調整すると目標値追従
特性が大きくオーバシュートして振動的な特性となり、
逆に目標値追従特性を最適化しようとすると、外乱抑制
特性が劣化する。つまり、この両者の特性は同時に最適
化することが出来ず、二律背反の関係となってしまう。
そこで、この種のＰＩＤ調節装置では、外乱抑制特性と
目標値追従特性とを同時に最適化できる技術の出現が望
まれていた。ところが、１９６３年においてＩｓｓａｃ
Ｍ．ＨｏｒｏｗｉｔｓがＰＩＤパラメータをそれぞれ
独立して２組設定可能とする２自由度ＰＩＤアルゴリズ
ム（Ｔwo Ｄegrees of Ｆreedom ＰＩＤ Ａlgorit
hm：以下、２ＤＯＦ ＰＩＤと略称する）の基本概念を
発表するに至った。その後、かかる２ＤＯＦ ＰＩＤは
実用化の方向に歩み出し、最近ではプラント運転制御シ
ステムの高度化に大きく貢献している。
【０００５】しかし、これまでの２自由度化は比例
（Ｐ）調節演算動作と微分（Ｄ）調節演算動作との２自
由度であり、以下、その従来の２ＤＯＦ ＰＩＤ調節装
置の構成について図３を参照して説明する。
（Ｐ）調節演算動作と微分（Ｄ）調節演算動作との２自
由度であり、以下、その従来の２ＤＯＦ ＰＩＤ調節装
置の構成について図３を参照して説明する。
【０００６】この調節装置は、積分調節演算動作（以
下、積分動作と呼ぶ）と比例調節演算動作（以下、比例
動作と呼ぶ）と微分調節演算動作（以下、微分動作と呼
ぶ）とに分けられる。
下、積分動作と呼ぶ）と比例調節演算動作（以下、比例
動作と呼ぶ）と微分調節演算動作（以下、微分動作と呼
ぶ）とに分けられる。
【０００７】先ず、積分動作は、目標値ＳＶn を偏差演
算手段１に導き、ここで当該目標値ＳＶn とプロセス２
の出力側から制御量検出手段３を介して得られる制御量
ＰＶn との偏差を求めた後、これを積分調節演算手段４
に導いて積分調節演算を実行する。この積分調節演算手
段４によって得られた演算出力は加算手段５に導入され
る。
算手段１に導き、ここで当該目標値ＳＶn とプロセス２
の出力側から制御量検出手段３を介して得られる制御量
ＰＶn との偏差を求めた後、これを積分調節演算手段４
に導いて積分調節演算を実行する。この積分調節演算手
段４によって得られた演算出力は加算手段５に導入され
る。
【０００８】一方、比例動作は、目標値ＳＶn を比例ゲ
イン係数手段６に導き、ここで目標値ＳＶn に比例ゲイ
ン２自由度化係数αを乗じた後、減算手段７に導入す
る。この減算手段７では、比例ゲイン２自由度化係数乗
算後の目標値から制御量ＰＶnを減算し、その減算結果
を前記加算手段５に導入する。
イン係数手段６に導き、ここで目標値ＳＶn に比例ゲイ
ン２自由度化係数αを乗じた後、減算手段７に導入す
る。この減算手段７では、比例ゲイン２自由度化係数乗
算後の目標値から制御量ＰＶnを減算し、その減算結果
を前記加算手段５に導入する。
【０００９】さらに、微分動作は、比例ゲイン２自由度
化係数αの乗算後の目標値を微分時間係数手段８に導
き、ここで微分時間２自由度化係数γを乗じた後、減算
手段９に導入する。この減算手段９では比例ゲインおよ
び微分時間の２自由度化係数α，γの乗算によって得ら
れた目標値から制御量ＰＶn を減算した後、これを微分
調節演算手段１０に導き、ここで微分調節演算を実行
し、得られた演算出力を加算手段１１に導入する。
化係数αの乗算後の目標値を微分時間係数手段８に導
き、ここで微分時間２自由度化係数γを乗じた後、減算
手段９に導入する。この減算手段９では比例ゲインおよ
び微分時間の２自由度化係数α，γの乗算によって得ら
れた目標値から制御量ＰＶn を減算した後、これを微分
調節演算手段１０に導き、ここで微分調節演算を実行
し、得られた演算出力を加算手段１１に導入する。
【００１０】しかる後、各加算手段５，１１によって加
算合成されたＰＩＤ動作の合成値を比例ゲイン手段１２
に入力し、ここで比例ゲインＫc を乗算して操作信号Ｍ
Ｖnを求めた後、プロセス２に印加し、目標値ＰＶn ＝
制御量ＰＶn となるような制御を行っている。
算合成されたＰＩＤ動作の合成値を比例ゲイン手段１２
に入力し、ここで比例ゲインＫc を乗算して操作信号Ｍ
Ｖnを求めた後、プロセス２に印加し、目標値ＰＶn ＝
制御量ＰＶn となるような制御を行っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って、以上のような
調節装置は、比例ゲインと微分時間の２自由度について
考えられているが、実際に伝達関数をもって表してみる
と、次のようになる。つまり、ＰＶ→ＭＶ間の伝達関数
をＣPV(s) 、ＳＶ→ＭＶ間の伝達関数をＣSV(s)とする
と、 ＣPV(s) ＝−ＭＶn ／ＰＶn ＝ＫP ｛１＋１／（ＴI ・ｓ）＋（ＴD ・ｓ）／（１＋ηＴD ・ｓ）｝ ……（３） ＣSV(s) ＝ＭＶn ／ＰＶn
調節装置は、比例ゲインと微分時間の２自由度について
考えられているが、実際に伝達関数をもって表してみる
と、次のようになる。つまり、ＰＶ→ＭＶ間の伝達関数
をＣPV(s) 、ＳＶ→ＭＶ間の伝達関数をＣSV(s)とする
と、 ＣPV(s) ＝−ＭＶn ／ＰＶn ＝ＫP ｛１＋１／（ＴI ・ｓ）＋（ＴD ・ｓ）／（１＋ηＴD ・ｓ）｝ ……（３） ＣSV(s) ＝ＭＶn ／ＰＶn
【００１２】 ＝ＫP ｛α＋１／（ＴI ・ｓ）＋（αγＴD ・ｓ）／（１＋ηＴD ・ｓ）｝ ……（４） で表される。ここで、αは比例ゲイン２自由度化係数、
γは微分時間２自由度化係数である。
γは微分時間２自由度化係数である。
【００１３】従って、以上の式から明らかなように、前
記（３）式から外乱抑制特性が最適になるようにＫP ，
ＴI ，ＴD を決定した後、前記（４）式に基づいて目標
値追従特性が最適となるようにα，γを決定すれば、比
例動作と微分動作との２自由化度を達成することができ
る。
記（３）式から外乱抑制特性が最適になるようにＫP ，
ＴI ，ＴD を決定した後、前記（４）式に基づいて目標
値追従特性が最適となるようにα，γを決定すれば、比
例動作と微分動作との２自由化度を達成することができ
る。
【００１４】しかし、ＰＩＤ動作の中で積分動作は非常
に重要な地位を占めているにも拘らず、かかる積分動作
には何ら手を加えられておらず、積分による２自由度化
は未だ達成されておらず、完全なＰＩＤ２自由度化とは
言えない。ＰＩＤ制御を更に高度化するには、是非とも
この問題を解決しなければならない。
に重要な地位を占めているにも拘らず、かかる積分動作
には何ら手を加えられておらず、積分による２自由度化
は未だ達成されておらず、完全なＰＩＤ２自由度化とは
言えない。ＰＩＤ制御を更に高度化するには、是非とも
この問題を解決しなければならない。
【００１５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、積分動作の２自由度を達成し、ひいてはＰＩＤ全部
の完全２自由度化を達成することにより、ＰＩＤ制御の
高度化を図る制御対象モデルを含む２自由度ＰＩＤ調節
装置を提供することを目的とする。
で、積分動作の２自由度を達成し、ひいてはＰＩＤ全部
の完全２自由度化を達成することにより、ＰＩＤ制御の
高度化を図る制御対象モデルを含む２自由度ＰＩＤ調節
装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、積分動作と比例動作ま
たは比例・微分動作とを分離するとともに、目標値と制
御対象からの制御量とを取り込んで偏差演算手段によっ
て偏差を求めた後、この偏差に基づいて前記積分動作を
実行する２自由度調節装置において、
に、請求項１に対応する発明は、積分動作と比例動作ま
たは比例・微分動作とを分離するとともに、目標値と制
御対象からの制御量とを取り込んで偏差演算手段によっ
て偏差を求めた後、この偏差に基づいて前記積分動作を
実行する２自由度調節装置において、
【００１７】前記目標値を前記偏差演算手段に供給する
目標値供給系に、制御対象モデルの伝達関数のゲインを
１とする単位制御対象モデルの伝達関数をもった積分２
自由度化演算手段を設け、積分時間の２自由度化を達成
する制御対象モデルを含む２自由度ＰＩＤ調節装置であ
る。なお、前記積分２自由度化演算手段は、例えば１次
遅れ要素またはむだ時間要素と１次遅れ要素とを有する ｈ(s) ＝｛１／（１＋βＴPM・ｓ）｝ｅ-LPM・s …… （５） の伝達関数をもつフィルタ手段によって構成するもので
ある。但し、前記（５）においてＴPM：制御対象モデル
の時定数、L PM・s ：制御対象モデルのむだ時間、ｓ：
ラプラス演算子、β：０〜１間の定数である。
目標値供給系に、制御対象モデルの伝達関数のゲインを
１とする単位制御対象モデルの伝達関数をもった積分２
自由度化演算手段を設け、積分時間の２自由度化を達成
する制御対象モデルを含む２自由度ＰＩＤ調節装置であ
る。なお、前記積分２自由度化演算手段は、例えば１次
遅れ要素またはむだ時間要素と１次遅れ要素とを有する ｈ(s) ＝｛１／（１＋βＴPM・ｓ）｝ｅ-LPM・s …… （５） の伝達関数をもつフィルタ手段によって構成するもので
ある。但し、前記（５）においてＴPM：制御対象モデル
の時定数、L PM・s ：制御対象モデルのむだ時間、ｓ：
ラプラス演算子、β：０〜１間の定数である。
【００１８】
【作用】従って、請求項１に対応する発明は以上のよう
な手段を講じたことにより、従来装置では、目標値がス
テップ変化したとき、制御量が変化しないうちに積分動
作を行うので、結果として目標値変化に対する反省が早
すぎてしまい、応答がオーバーシュートするが、積分２
自由度化演算手段を設けたことにより、目標値の変化に
対して操作出力の効果の現われない初期値がゼロとな
り、その後、目標値の変化に対する制御量の応答タイミ
ングに合せてその値が増加し、最終的には１となるの
で、フィードバック制御の本質に従って積分動作を実行
することができ、応答のオーバーシュートを解消でき
る。
な手段を講じたことにより、従来装置では、目標値がス
テップ変化したとき、制御量が変化しないうちに積分動
作を行うので、結果として目標値変化に対する反省が早
すぎてしまい、応答がオーバーシュートするが、積分２
自由度化演算手段を設けたことにより、目標値の変化に
対して操作出力の効果の現われない初期値がゼロとな
り、その後、目標値の変化に対する制御量の応答タイミ
ングに合せてその値が増加し、最終的には１となるの
で、フィードバック制御の本質に従って積分動作を実行
することができ、応答のオーバーシュートを解消でき
る。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００２０】請求項１に係わる発明の一実施例について
図１を参照して説明する。なお、図１において図３と同
一部分には同一符号を付して重複する構成部分の説明は
省略する。従って、本発明装置においては、従来装置と
比較して特に異なる部分を中心に説明する。
図１を参照して説明する。なお、図１において図３と同
一部分には同一符号を付して重複する構成部分の説明は
省略する。従って、本発明装置においては、従来装置と
比較して特に異なる部分を中心に説明する。
【００２１】この調節装置は、目標値ＳＶn を前記偏差
演算手段１に供給する目標値供給系に、制御対象特性を
近似した制御対象モデルの伝達関数のうち、その伝達関
数のゲインを１とした単位制御対象モデルを伝達関数と
する積分２自由度化演算手段２１を設けた構成である。
以上のように目標値ＳＶn の供給系に、積分２自由度化
演算手段２１を設けたことにより、積分動作が積分時間
の２自由度化となる理由を説明する。一般に、制御対象
２ａの特性を近似した制御対象モデルの伝達関数Ｇ
PM(s) は下記（６）式で表わされる。 ＧPM(s) ＝ＫPM×ｇPM(s) …… （６） 但し、上式においてＫPM：制御対象モデルのゲイン、ｇ
PM(s) ：単位制御対象モデル伝達関数である。
演算手段１に供給する目標値供給系に、制御対象特性を
近似した制御対象モデルの伝達関数のうち、その伝達関
数のゲインを１とした単位制御対象モデルを伝達関数と
する積分２自由度化演算手段２１を設けた構成である。
以上のように目標値ＳＶn の供給系に、積分２自由度化
演算手段２１を設けたことにより、積分動作が積分時間
の２自由度化となる理由を説明する。一般に、制御対象
２ａの特性を近似した制御対象モデルの伝達関数Ｇ
PM(s) は下記（６）式で表わされる。 ＧPM(s) ＝ＫPM×ｇPM(s) …… （６） 但し、上式においてＫPM：制御対象モデルのゲイン、ｇ
PM(s) ：単位制御対象モデル伝達関数である。
【００２２】前記積分２自由度化演算手段２１は、以上
のような伝達関数ＧPM(s) のうち、ＫPM＝１としたとき
の単位制御対象モデル伝達関数ｇPM(s) によって構成す
ることにある。
のような伝達関数ＧPM(s) のうち、ＫPM＝１としたとき
の単位制御対象モデル伝達関数ｇPM(s) によって構成す
ることにある。
【００２３】そこで、以上のようなモデル伝達関数をも
って構成したときの定性的な動作について説明する。
今、目標値ＳＶn が変化したとき、積分動作は目標値Ｓ
Ｖn に整定するための最適予測量を求めながら制御対象
２ａに印加し、一方、微分動作はその目標値ＳＶn の変
化に速応化するための予測量を求めて制御対象２ａに印
加する。そして、これらの動作結果が制御対象２ａを通
して制御量ＰＶn に現れることになる。
って構成したときの定性的な動作について説明する。
今、目標値ＳＶn が変化したとき、積分動作は目標値Ｓ
Ｖn に整定するための最適予測量を求めながら制御対象
２ａに印加し、一方、微分動作はその目標値ＳＶn の変
化に速応化するための予測量を求めて制御対象２ａに印
加する。そして、これらの動作結果が制御対象２ａを通
して制御量ＰＶn に現れることになる。
【００２４】ここで、フィードバック制御の本質は、目
標値ＳＶn が変化したとき、ＰＩＤ調節演算手段にて操
作出力を求めて制御対象２ａに印加するが、そのうち積
分動作は、制御対象２ａからの応答である制御量ＰＶn
と目標値ＳＶn との間に制御偏差ｅn があるか否かによ
り前記操作出力の妥当性を評価し、制御偏差ｅn があれ
ば、ここで初めて積分動作を実行し、その動作結果を用
いて修正を加え、次の操作出力を決定することが望まし
い。
標値ＳＶn が変化したとき、ＰＩＤ調節演算手段にて操
作出力を求めて制御対象２ａに印加するが、そのうち積
分動作は、制御対象２ａからの応答である制御量ＰＶn
と目標値ＳＶn との間に制御偏差ｅn があるか否かによ
り前記操作出力の妥当性を評価し、制御偏差ｅn があれ
ば、ここで初めて積分動作を実行し、その動作結果を用
いて修正を加え、次の操作出力を決定することが望まし
い。
【００２５】ところで、図３に示す従来装置は、目標値
ＳＶn が例えばステップ状に変化したとき、制御対象２
ａを含む制御ループを一巡しないうち、つまり制御量Ｐ
Ｖnが変化しないうちに積分動作を行うので、結果とし
て目標値変化に対する反省が早すぎてしまい、応答がオ
ーバーシュートすることになる。
ＳＶn が例えばステップ状に変化したとき、制御対象２
ａを含む制御ループを一巡しないうち、つまり制御量Ｐ
Ｖnが変化しないうちに積分動作を行うので、結果とし
て目標値変化に対する反省が早すぎてしまい、応答がオ
ーバーシュートすることになる。
【００２６】そこで、かかる矛盾を解決するためには、
目標値ＳＶn の積分動作の供給系に、制御対象モデル伝
達関数のゲインを１とする単位制御対象モデル伝達関数
ｇPM(s) を挿入すれば、目標値ＳＶn のステップ変化に
対して初期値がゼロとなり、その後、目標値ＳＶn の変
化に対する制御量ＰＶn の応答タイミングに合せて偏差
演算手段１で制御偏差ｅn を評価するようになるので、
フィードバック制御の本質に従って積分動作を行うこと
になり、応答のオーバーシュートを解消することができ
る。以上定性的動作について説明したが、次に定量的動
作について説明する。今、図３に示す従来装置における
制御量をＰＶn ′とし、その制御量ＰＶn ′について伝
達関数をもって表すと、
目標値ＳＶn の積分動作の供給系に、制御対象モデル伝
達関数のゲインを１とする単位制御対象モデル伝達関数
ｇPM(s) を挿入すれば、目標値ＳＶn のステップ変化に
対して初期値がゼロとなり、その後、目標値ＳＶn の変
化に対する制御量ＰＶn の応答タイミングに合せて偏差
演算手段１で制御偏差ｅn を評価するようになるので、
フィードバック制御の本質に従って積分動作を行うこと
になり、応答のオーバーシュートを解消することができ
る。以上定性的動作について説明したが、次に定量的動
作について説明する。今、図３に示す従来装置における
制御量をＰＶn ′とし、その制御量ＰＶn ′について伝
達関数をもって表すと、
【００２７】
【数１】 となり、一方、図１に示す本発明装置における制御量Ｐ
Ｖn については、
Ｖn については、
【００２８】
【数２】 となる。
【００２９】但し、Ｃ(s) ＝Ｋc ｛１＋１／（ＴI ・
ｓ）＋（ＴD ・ｓ）／（１＋η・ＴI ・ｓ）｝、α：比
例ゲインの２自由度化係数、γ：微分時間の２自由度化
係数、ｇPM(s) ：単位制御対象モデル伝達関数である。
ｓ）＋（ＴD ・ｓ）／（１＋η・ＴI ・ｓ）｝、α：比
例ゲインの２自由度化係数、γ：微分時間の２自由度化
係数、ｇPM(s) ：単位制御対象モデル伝達関数である。
【００３０】従って、これら（７）式と（８）式との比
較から明らかなように、外乱Ｄn の変化に対する応答は
双方とも同一であるが（両式の後段項参照）、目標値Ｓ
Ｖn の変化に対する応答は単位制御対象モデル伝達関数
ｇPM(s) の有無によって異なる（両式の前段項参照）。
つまり、目標値ＳＶn の変化に対する応答は、α，αγ
が１より小さく、ｇPM(s) を時間領域に変換したとき目
標値ＳＶn の変化に対する初期時には単位制御対象モデ
ルからは何らの影響が現れないのでゼロとなるが、最終
値は１となるので、前述したフィードバック制御の本質
に従って動作する。ゆえに、本装置は、従来技術に比し
て目標値ＳＶn に対する応答が独立に可変して抑えるこ
とができ、ＰＩＤの３項全部の２自由度化を達成でき
る。次に、請求項２に係わる発明の一実施例について図
２を参照して説明する。
較から明らかなように、外乱Ｄn の変化に対する応答は
双方とも同一であるが（両式の後段項参照）、目標値Ｓ
Ｖn の変化に対する応答は単位制御対象モデル伝達関数
ｇPM(s) の有無によって異なる（両式の前段項参照）。
つまり、目標値ＳＶn の変化に対する応答は、α，αγ
が１より小さく、ｇPM(s) を時間領域に変換したとき目
標値ＳＶn の変化に対する初期時には単位制御対象モデ
ルからは何らの影響が現れないのでゼロとなるが、最終
値は１となるので、前述したフィードバック制御の本質
に従って動作する。ゆえに、本装置は、従来技術に比し
て目標値ＳＶn に対する応答が独立に可変して抑えるこ
とができ、ＰＩＤの３項全部の２自由度化を達成でき
る。次に、請求項２に係わる発明の一実施例について図
２を参照して説明する。
【００３１】この実施例は、図１に示す積分２自由度化
演算手段２１を技術的に限定した構成であって、具体的
には単位制御対象モデル伝達関数を１次遅れおよびむだ
時間からなる下式で示すような伝達関数ｈ(s) のフィル
タ手段３１で構成したものである。 ｈ(s) ＝｛１／（１＋βＴPM・ｓ）｝ｅ-LPM・s ……（７） 但し、ＴPM：制御対象モデルの時定数、L PM・s ：制御
対象モデルのむだ時間、ｓ：ラプラス演算子、β：０〜
１間の定数である。
演算手段２１を技術的に限定した構成であって、具体的
には単位制御対象モデル伝達関数を１次遅れおよびむだ
時間からなる下式で示すような伝達関数ｈ(s) のフィル
タ手段３１で構成したものである。 ｈ(s) ＝｛１／（１＋βＴPM・ｓ）｝ｅ-LPM・s ……（７） 但し、ＴPM：制御対象モデルの時定数、L PM・s ：制御
対象モデルのむだ時間、ｓ：ラプラス演算子、β：０〜
１間の定数である。
【００３２】この式から明らかなように、制御対象２ａ
のむだ時間は操作できないが、目標値ＳＶn の変化に対
する制御量ＰＶn の応答特性に合せてβを０〜１の範囲
で調整可能であり、これにより適切にタイミングを合せ
て積分調節演算動作を実行でき、より制御性を高めるこ
とができる。
のむだ時間は操作できないが、目標値ＳＶn の変化に対
する制御量ＰＶn の応答特性に合せてβを０〜１の範囲
で調整可能であり、これにより適切にタイミングを合せ
て積分調節演算動作を実行でき、より制御性を高めるこ
とができる。
【００３３】因みに、図２に示す構成の調節装置では、
目標値ＳＶn に対する制御量ＰＶnの応答式ＰＶn ″
は、下記（８）式のようになるが、この式中のｈ(s) は
積分時間の２自由度化のみを制御するものである。
目標値ＳＶn に対する制御量ＰＶnの応答式ＰＶn ″
は、下記（８）式のようになるが、この式中のｈ(s) は
積分時間の２自由度化のみを制御するものである。
【００３４】
【数３】
【００３５】前記（８）式においてＣ(s) ＝Ｋc ｛１＋
１／（ＴI ・ｓ）＋（ＴD ・ｓ）／（１＋η・ＴI ・
ｓ）｝、α：比例ゲインの２自由度化係数、γ：微分時
間の２自由度化係数である。なお、比例動作および微分
動作はα，γにより独立して２自由度化を行っているこ
とは言うまでもない。なお、本発明は、上記実施例に限
定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施できる。
１／（ＴI ・ｓ）＋（ＴD ・ｓ）／（１＋η・ＴI ・
ｓ）｝、α：比例ゲインの２自由度化係数、γ：微分時
間の２自由度化係数である。なお、比例動作および微分
動作はα，γにより独立して２自由度化を行っているこ
とは言うまでもない。なお、本発明は、上記実施例に限
定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施できる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｐ
ＩＤ制御の２自由度化のために積分動作を分離し、制御
対象モデルの伝達関数のゲインを１とする単位制御対象
モデル伝達関数にもつて構成した積分２自由度化演算手
段を設けたことにより、 (1) 積分動作をフィードバック制御の本質にそって動
作させることができ、容易に積分時間の２自由度化を実
現できる。 (2) 積分時間の２自由度化と制御対象の特性との結び
付きの関係が明確になり、設計の容易性および多様な要
請にフレキシブルに対処できる。
ＩＤ制御の２自由度化のために積分動作を分離し、制御
対象モデルの伝達関数のゲインを１とする単位制御対象
モデル伝達関数にもつて構成した積分２自由度化演算手
段を設けたことにより、 (1) 積分動作をフィードバック制御の本質にそって動
作させることができ、容易に積分時間の２自由度化を実
現できる。 (2) 積分時間の２自由度化と制御対象の特性との結び
付きの関係が明確になり、設計の容易性および多様な要
請にフレキシブルに対処できる。
【００３７】(3) 積分動作の目標フィルタに調整可能
なβを導入することにより、制御ループの応答特性と目
標値変化のタイミングに合せて微調整することが可能と
なり、限界の調整を容易に行うことができる。 このように本発明装置は、従来の欠陥を完全に克服し、
ＰＩＤ全部の完全２自由度化を達成し、ＰＩＤ制御の高
度化を図ることができる。
なβを導入することにより、制御ループの応答特性と目
標値変化のタイミングに合せて微調整することが可能と
なり、限界の調整を容易に行うことができる。 このように本発明装置は、従来の欠陥を完全に克服し、
ＰＩＤ全部の完全２自由度化を達成し、ＰＩＤ制御の高
度化を図ることができる。
【００３８】その結果、今後のプラント運転に対するフ
レキシブル化、無人化、高度化などが強く要請されてい
るが、この要請に十分に対応でき、プラント全体の制御
性を革新でき、ひいては産業界に大きな貢献をもたらす
ものである。
レキシブル化、無人化、高度化などが強く要請されてい
るが、この要請に十分に対応でき、プラント全体の制御
性を革新でき、ひいては産業界に大きな貢献をもたらす
ものである。
【図１】 請求項１に係わる発明の一実施例を示す構成
図。
図。
【図２】 請求項２に係わる発明の一実施例を示す構成
図。
図。
【図３】 従来の調節装置を示す構成図。
１…偏差演算手段、２…プロセス、２ａ…制御対象、３
…制御量検出手段、４…積分調節演算手段、６…比例ゲ
イン係数手段、７…減算手段、８…微分時間係数手段、
９…減算手段、１０…微分調節演算手段、１２…比例ゲ
イン手段、２１…積分２自由度化演算手段、３１…フィ
ルタ手段。
…制御量検出手段、４…積分調節演算手段、６…比例ゲ
イン係数手段、７…減算手段、８…微分時間係数手段、
９…減算手段、１０…微分調節演算手段、１２…比例ゲ
イン手段、２１…積分２自由度化演算手段、３１…フィ
ルタ手段。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｉ（積分）調節演算動作とＰ（比例）ま
たはＰＤ（比例・微分）調節演算動作とを分離するとと
もに、目標値と制御対象からの制御量とを取り込んで偏
差演算手段によって偏差を求めた後、この偏差に基づい
て前記Ｉ調節演算動作を実行する２自由度調節装置にお
いて、 前記目標値を前記偏差演算手段に供給する目標値供給系
に、制御対象モデルの伝達関数のゲインを１とする単位
制御対象モデルの伝達関数をもった積分２自由度化演算
手段を設け、積分時間の２自由度化を行うことを特徴と
する制御対象モデルを含む２自由度ＰＩＤ調節装置。 - 【請求項２】 積分２自由度化演算手段は、１次遅れ要
素またはむだ時間要素と１次遅れ要素とを有する ｈ(s) ＝｛１／（１＋βＴPM・ｓ）｝ｅ-LPM・s …… （１） の伝達関数をもつフィルタ手段によって構成したことを
特徴とする請求項１記載の制御対象モデルを含む２自由
度ＰＩＤ調節装置。但し、（１）においてＴPM：制御対
象モデルの時定数、L PM・s ：制御対象モデルのむだ時
間、ｓ：ラプラス演算子、β：０〜１間の定数である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7130593A JPH06282304A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 制御対象モデルを含む２自由度ｐｉｄ調節装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7130593A JPH06282304A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 制御対象モデルを含む２自由度ｐｉｄ調節装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06282304A true JPH06282304A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=13456798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7130593A Pending JPH06282304A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 制御対象モデルを含む２自由度ｐｉｄ調節装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06282304A (ja) |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP7130593A patent/JPH06282304A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0298701A (ja) | 制御装置 | |
| JP2772106B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JPH06119001A (ja) | 調節装置 | |
| JP2839626B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JPH06282304A (ja) | 制御対象モデルを含む２自由度ｐｉｄ調節装置 | |
| CN112327604B (zh) | 一种前馈补偿的预期动态pi及pid控制方法 | |
| JPH0434766B2 (ja) | ||
| JP2752230B2 (ja) | ２自由度制御装置 | |
| JP3034404B2 (ja) | ２自由度ｐｉｄ調節装置 | |
| JP2809849B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JPH04326402A (ja) | ファジィ制御装置 | |
| JPH04312101A (ja) | ２自由度形調節装置 | |
| JPH07253803A (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JP3004152B2 (ja) | ２自由度ｐｉｄ調節装置 | |
| JP3124169B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JP3571952B2 (ja) | ２自由度制御装置 | |
| JP2845534B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JPH07152406A (ja) | ２自由度コントローラ装置 | |
| JPH10312201A (ja) | Ｐｉｄ調整器を含む閉ループ系のプロセス制御装置 | |
| JP2805821B2 (ja) | 調節計 | |
| JPS5941004A (ja) | プロセス制御装置 | |
| JPH04352003A (ja) | ファジィ制御装置 | |
| JPH07152407A (ja) | ２自由度コントローラ装置 | |
| JPH0792687B2 (ja) | 調節装置 | |
| JP2766395B2 (ja) | 制御装置 |