JPH0642161B2

JPH0642161B2 - フイ−ドフオワ−ドモデルの修正方法

Info

Publication number: JPH0642161B2
Application number: JP14715582A
Authority: JP
Inventors: 和男広井; 光二郎伊藤
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-08-25
Filing date: 1982-08-25
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPS5936803A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はフィードバック制御とフィードフォワード制御
とを組合わせたプロセス制御装置において、外乱特性の
変化に対応してフィードフォワードモデルを自動修正す
る方法に関するものである。

（発明の技術的背景）プロセス制御においては、フィードバック制御が重要な
役割を果たしているが、この制御方式は結果のみに注目
しており、結果が目標値に合致していないとき修正制御
を行う。従って、ゆっくりした変動の場合には問題はな
いが、急激な外乱に対しても結果が目標値からずれはじ
めて修正制御をすることになるので、負荷変動、外乱な
ど急変に対する過度応答は遅れてしまうという大きな欠
点を持っている。そこで、外乱を測定して、外乱の影響
が制御量に現われる前に先回りして外乱の影響を補償す
るフィードフォワード制御をフィードバック制御と組合
わせて適用することにより、制御性の向上を図ってい
る。ここで外乱とは、制御系の状態を変えようとする外
的作用のことをいう。いい換えれば、制御系が平衡状
態、つまり、制御偏差ｅn （第３図参照）が零の安定状
態にあるとき、この状態を変えて、制御偏差ｅn を発生
させようとする外的要因のすべてを外乱という。外乱に
は、非常に影響の大きいものから、小さいものまであ
る。例えば、家庭用のガス湯沸器で水を所定温度に加熱
制御する場合を想定する。この場合において、外乱を影
響の大きいものから列挙すると、湯量、水道水温度、ガ
ス湯沸器の環境温度、ガス単位発熱量、湯沸器効率の変
化及び各種の測定偏差となる。

第１図はフィードバック制御とフィードフォワード制御
とを組合わせた基本的な系を示すブロック図である。同
図において、比較部１で目標値と制御量を比較してその
偏差をＰＩＤ調節部２に入れ、調節演算を行った後、加
算部３に導く。一方、外乱Ｄは、伝達関数ＧD を持つ外
乱の伝達経路７を通って、制御Ｘに影響を及ぼす。そこ
で、この影響を打ち消して補償するため伝達関数ＧF を
持つフィードフォワードモデル８を経由して、外乱補償
信号を加算部３で、調節部２の出力信号と加算し、これ
を操作信号として制御対象に加えて制御し、この制御対
象の伝達関数ＧP を持つブロック４の出力と外乱の影響
とが加算されたもの（この加算を加算部５で行なわれる
ものとして表わす）が制御量Ｘとなる。

従って、調節計２の出力信号をＹとすると、Ｘ＝（Ｙ＋Ｄ×ＧF ）×ＧF ＋Ｄ×ＧD ＝Ｙ×ＧP ＋Ｄ×（ＧD ＋ＧF ×ＧP ） …
（１）（１）式から、外乱Ｄがどんなに変動しても、制御量Ｘ
に影響を及ぼさないためにはＧD ＋ＧF ×ＧP ＝０が成立しなければならない。従って、フィードフォワー
ドモデル８の伝達関数ＧF は、と定める必要がある。ＧD ，ＧP は一般にむだ時間と一
次遅れの複合したもので近似できる。

ここで、ＫP ，ＫD はゲイン定数、ＴP ，ＴD は時定
数、ＬP ，ＬD はむだ時間を示す。従って、フィードフ
ォワードモデル８の伝達関数ＧF は、となる。また、ＧP ，ＧD のおくれ時間がほぼ等しい場
合には、となり、簡単な式となる。実用的にはこの簡単な式で充
分である。このように、従来は、制御対象の外乱に対す
る伝達関数ＧD の係数ＫD が一定であるとしフィードフ
ォワードモデルの係数ＫF ＝ＫD ／ＫP も一定としてい
た。しかし、実際のプロセスにおいては、この外乱係数
ＫD は定値ではなく、間接的外乱要素、経時的特性変
化、内外の物理量の変化、化学成分量の変化、周囲温度
の変化、測定していない外乱要素の影響により、不規則
に大きく変化する。このためフィードフォワード制御の
効果がなくなったり、逆に害を与えたりするという問題
があった。

特に最近は、プロセスで用いられる原料、燃料の多様
化、製品の多様化、経済環境の変化による操業率の変化
に伴う負荷変化、多目的化などのため、プロセスのフレ
キシビリティ、従って強制装置のフレキシビリティを高
めることが強く要求されるようになってきた。

以下、上記の点について、熱変換出口温度制御を例にと
って更に詳しく説明する。第２図において、原料１１を
配管１２を通して、熱交換器１４に導き、ここで蒸気に
より加熱して取出す。熱交換器１４の出口温度Ｔ_０を温
度検出器１５で検出し、温度調整計１９に入れて、出口
温度Ｔ_０が所定値になるように、調節演算する。一方、
原料流量Ｆi を原料流量検出器１３で検出し、これをフ
ィードフォワードモデル２１に入れ、その出力を、調節
計１９の出力と加算部２０で加算して、加算結果を蒸気
流量調節計２２に設定値として与えられる。蒸気流量調
節器２２では、蒸気流量検出器１７で検出された蒸気流
量信号をフィードバック信号として、蒸気設定値と等し
くなるように調節演算して、その出力信号で、調節弁１
８の開度を制御する。このようにして、熱交換器１４の
出口温度Ｔ_０を一定に保つための制御を行なう。

上記の例のフィードフォワードモデル２２の伝達関数Ｇ
F について検討する。まず、プロセスの定常状態におけ
る熱収支Ｑを求める。

ここで、Ｆs は蒸気重量流量、Ｈs は蒸気潜熱、Ｆi は
原料重量、Ｇi は原料比熱、Ｔa は熱交換器出口温度設
定温度、Ｔi は原料の熱交換器入口温度、ηは熱交換器
効率である。

（５）式から操作量である蒸気流量Ｆs を求めると、となる。（６）式からフィードフォワードモデル２２の
伝達関数の静特性補償分ＧFSは、となり、動特性補償分を負荷したフィードフォワードモ
デル２２の伝達関数ＧF はとなる。ここでＴD は原料流量検出器１３から出口温度
検出器１５までの時定数、ＴP は蒸気流量の設定（加算
部２０の出力）からこの効果が熱交換器出口温度に及ぶ
までの時定数である。

上記の例では原料流量Ｆi の変化のみを外乱としてフィ
ードフォワード制御をしており、なる計数ＫF は定数としているが、実際には次のような
要因、つまり、（ｉ）原料温度の変化（ii）熱交換効率の変化（iii）蒸気保有熱量の変化（iv）周囲温度の変化（ｖ）原料比熱の変化などにより、ＫF は不規則に大きく変化する。このた
め、フィードフォワード制御の効果が充分に発揮され
ず、原料流量変化時の制御性が低下し、製品の品質が乱
れる。

このように、従来の制御方法には、フィードフォワード
制御の効果が発揮されず、場合によっては逆効果となる
という問題があり、その問題はプロセスのフレキシビリ
ティに対する要求が強まるに伴って、一層重大なものと
なっていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、フィードフォワード補償を常に最適な
状態に保持して、プロセス制御の質を向上させることが
できるフィードフォワードモデルの自動修正方法を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明のフィードフォワードモデルの修正方法は、外乱
の影響を先まわりして抑制するためのフィードフォワー
ド制御機構を、フィードバック制御系に付加して成る、
プロセス制御装置における、外乱の影響を打ち消すため
の、外乱から静特性補償分を演算する演算部とその演算
部からの出力に係数を掛けて静特性補償信号を生成する
乗算部とを備える静特性フィードフォワードモデルの、
修正方法であって、外乱となる要素を少なくとも１個検出して前記静特性フ
ィードフォワードモデルに与え、このモデルで演算され
た静特性補償信号に基づく信号をフィードバック制御系
の調節出力信号と第１加算部で加算し、加算結果に基づ
く信号と、前記静特性補償信号から得た動特性補償信号
とを第２加算部で加算し、前記第２加算部で得た信号に
基づく信号を制御対象に加え、この制御対象から出力さ
れる制御量を前記フィードバック制御系におけるフィー
ドバック信号として用い、さらに、偏差判別部により、外乱が少ない安定状態にあ
るかどうかを、前記フィードバック信号と前記制御量を
初期の値とするための目標値との偏差及び前記静特性補
償信号を演算した値に基づいて判別し、外乱の少ない安
定状態と判定され且つ前記静特性補償信号と前記第１加
算部からの加算結果に基づく信号に応じた信号との偏差
が所定値よりも大きいと判別した係数変更必要時にの
み、減算部から出力される、前記第１加算部からの出力
信号に基づく信号と前記静特性補償信号との差信号を、
前記フィードフォワードモデルに印加して、前記差信号
がほぼ零となるように前記静特性補償フィードフォワー
ドモデル中の前記乗算部の係数を修正し、前記係数変更
必要時以外のときには前記乗算部における現在の係数に
よってフィードワード制御を行わせるべくその係数を保
持させるようにしたことを特徴とするものとして構成さ
れる。

〔発明の実施例〕

以下第３図を参照して本発明の一実施例を説明する。こ
の実施例は、フィードバック制御系の調節出力信号が位
置形の場合のものである。

この第３図においては、後に詳しく述べるように、減算
部４３からの出力が所定値よりも大きく、つまり、静特
性補償信号Ｄn と信号Ａとの差が所定値よりも大きく、
フィードフォワードモデル３８のゲインを調整する発揚
のあるときにおいて、且つ、外乱が安定状態にあると
き、つまり、偏差ｅn 、差分部５１の出力及び不完全微
分部４２の出力が所定の範囲内にあるとき、接点６２ａ
を閉じてＦＦモデル３８のゲインを調整し、このとき同
時に接点６２ｂ，６２ｂ′を開いてＦＦ制御は行わな
い。また、減算部４３からの出力が所定値よりも大きい
か否かに拘らず外乱が安定状態にないときには、接点６
２ａを開き、接点６２ｂ，６２ｂ′を閉じ、ＦＦ制御を
実行し、ＦＦモデル３８のゲイン調整はしない。即ち、
第３図においては、外乱が安定しているときには必ずし
もＦＦ制御を行う必要がないことに着目し、外乱が安定
しており且つＦＦモデル３８のゲインを調節する必要が
認められるとき（減算部４３の出力が所定値より大きい
とき）にのみＦＦ制御を停止して上記ゲインの調節を行
うようしたものである。

以下に第３図の実施例を詳細に説明する。

制御量Ｘを測定して得られるプロセス変数ＰＶを比較部
３１で目標値ＳＶと比較し、その偏差ｅn を調節部３２
に導く。調節部３２は、Ｐ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ
（微分）動作のいずれか、または組合わせの調節演算を
行なう。調節部３２の出力信号３２ａは（第１）加算部
３３，（第２）加算部３５を経由して操作信号Ｍをとし
て制御対象３６に印加される。このように、制御量Ｘを
フィードバックして制御するフィードバック制御系を構
成する。

一方、フィードフォワード制御のため、外乱信号Ｄを演
算部３９に入れて、ここで静特性補償分を求めるための
演算を行なう。演算部３９の出力は乗算部４０に送ら
れ、乗算部４０で係数を掛けられて静特性補償信号Ｄn
となる。このように、演算部３９と乗算部４０とで静特
性補償フィードフォワードモデル３８が形成されてい
る。

即ち、（４）式を変形するととなるが、このうち右辺の第１項が静特性補償分であ
り、静特性補償フィードフォワードモデル３８ではこれ
を求めているのである。一方、上記右辺の第２項は動特
性補償分であり、静特性補償分にを掛けたものとなっている。そこで（１０）式で表わさ
れる伝達関数を持つ、後述の不完全微分部４２に、静特
性補償フィードフォワード３８の出力を入力することに
より、動特性補償分を得ることとしている。

静特性補償信号Ｄn は、位置形−速度形信号変換部を構
成する差分部５１で、各サンプリング時における静特性
補償分Ｄn と１つ前のサンプリング時における静特性補
償分のＤn-1 との差を求め、即ちこのようにして静特性
補償分を速度形に変換される。そして、その後、接点６
２ｂを介して加算部３３に与えられ、加算部３３で調節
出力信号３２ａと加算され、次いで変換部３４で位置形
に戻され、信号Ａとなる。

静特性補償分Ｄn はまた、不完全微分部４２、接点６２
ｂ′を経由して、加算部３５で、信号Ａと加算される。

一方、減算部４３で、加算部３３からの信号Ａと静特性
補償分Ｄn との差が求められて、この差が接点６２ａを
介して積分部４４に与えられ、接点６２ａが閉じている
間上記の差が積分部４４で積分され、積分値４４ａが乗
算部４０に加えられる。そして、上記減算部４３の出力
が零になるように乗算部４０の係数が積分部４４からの
出力によって調整される。即ち、検出対象外の外乱が変
化するとプロセス変数ＰＶが変化する。これに伴って偏
差ｅn が変化し、その変化は信号Ａの変化となって表わ
れる。これにより、減算部４３からの出力が変化し、そ
の出力が積分部４４を介して乗算部４０に加えられる。
乗算部４０においては、積分部４４からの出力によっ
て、減算部４３からの出力が零となるように係数が変え
られる。このように、信号Ａと、修正後の静特性補償分
Ｄn とが一致するようにフィードフォワードモデル３８
の修正が行なわれる。

以上には、換算にいえば例えば第５図に示すように、操
作信号ＭＶとフィードフォワードモデル出力信号ＦＦと
の差が略零となるように制御する旨を述べたが、それに
よってなぜプロセス制御がより適正に行なわれるかにつ
いて第５図〜第７図を参照して説明する。

第５図においても第１図と同様に、外乱Ｄは、伝達関数
ＧD を持つ伝達経路を通って制御対象に加えられ、測定
値ＰＶ（制御量Ｘ）に影響を及ぼしている。この外乱の
影響は、ＦＢ制御とＦＦ制御の組み合わせ制御によって
取り除かれている。即ち、第５図はＦＢ（フィードバッ
ク）制御にＦＦ（フィードフォワード）制御を組合せた
場合のＦＢ成分、ＦＦ成分と操作信号ＭＶとの関係を示
す。この第５図からわかるように、操作信号ＭＶは次式
のようにＦＦ成分とＦＢ成分の合成値となっている。

ＭＶ＝ＦＦ＋ＦＢ …（ａ）第６図は、フィードフォワードモデルがどのようにして
自動的に修正されるかを説明するための基本概念を示す
図である。第６図からわかるように、加えられる各種外
乱のうちのあるものからはＦＦ成分を得て、測定値ＰＶ
に表われるよりも前に先まわりしてＦＦ制御を実行
し、、他のものからはＦＦ成分を得ることができず測定
値ＰＶに表われるのを行ってＦＢ制御を実行し、これら
の２つの制御の結果として、測定値ＰＶが設定値ＳＶと
なるようにしている。即ち、外乱には各種のものがあ
る。例えば、前にも述べた家庭用のガス湯沸器の場合に
も湯量等の各種のものがある。しかしながら、一般に
は、全ての外乱をＦＦ制御を得るために取り込んでいる
わけではない。主に、経済的な理由で、影響の大きない
くつかの主外乱について測定し、他の外乱については測
定していない。測定対象となっている外乱からは情報が
得られ、得た情報に基づいて、ＦＦ成分をもってＦＦ制
御を実行する。一方、測定対象外の外乱であってもそれ
が制御対象に加えられ、測定値ＰＶに影響を与え、測定
値ＰＶを変動させる。この測定値ＰＶはフィードバック
され、設定値ＳＶから減算させて偏差を生成させる。つ
まり、測定対象外の外乱は、結果としてＦＢ制御出力と
なって表われる。これにより操作信号ＭＶは、ＦＦやＦ
Ｂという形で表わされる。この場合において、ＦＢ成分
がほぼ零となるようにＦＦ制御モデルのゲインを修正す
れば、操作信号ＭＶはＦＦ成分のみとなり、先回りして
の制御のみとなる。つまり、適応形ＦＦ／ＦＢ制御が行
われることとなる。本発明ではこのような考え方に基づ
いて、ＦＢ成分がほぼ零となるようＦＦのゲインを自動
修正して、適応形ＦＦ／ＦＢ制御を実行するようにして
いる。

なお、第５図において外乱に基づくＦＦ制御は、時間的
進み／遅れなしに行なわれる場合と、時間的進みをもっ
て行われる場合と、時間的遅れをもって行われる場合が
ある。即ち、第１図で説明した（４）式からわかるよう
に、ＦＦ制御モデル伝達関数ＧF は、外乱ゲイン定数Ｋ
D 、制御対象ゲインＫP 、制御対象時定数ＴP 及び外乱
時定数ＴD によって表わされる。この（４）式からわか
るように、ＴP ＝ＴD のときは時間的進み／遅れなしで
あり、ＴD ＞ＴD のとき時間的進み補償が行われ、ＴP
＜ＴD のとき時間的遅れ補償が行われる。実際には、時
間的進み補償のケースが圧倒的に多い。

さらに第６図からわかるように、ＦＦ制御とＦＢ制御を
組合わせたＦＦ／ＦＢ制御が理想的に行なわれている場
合には、ＭＶＦＦ …（ｂ）となるように、つまり、（ｂ）式と（ａ）式からわかる
ように、ＦＢ０ …（ｃ）となるように、すなわち、操作信号がほとんどＦＦ成分
で構成されており、わずかな修正をＦＢ制御成分を実行
している状態となっている。

以上のことを、前にも述べた家庭用のガス湯沸器で、水
を４０℃に加熱制御する場合を零にとって詳細に説明す
る。

上述のように、ＦＦ／ＦＢ制御が理想的に行われている
場合には、ＭＶＦＦ，ＦＢ０となるが、この理想的
に行われている場合としては、以下の２つの場合が考え
られる。即ち、一般に外乱として作用する可能性のある
ものとしては複数の要因が考えられる。例えば、湯量、
水道水温度、ガス湯沸器の環境温度、ガスの単位発熱量
及び湯沸器効率等である。上記第１の理想的な場合を、
これらの要因のうちの１つだけがいわゆる外乱として作
用し、それ以外の要因は一定であり外乱とは作用しない
場合について説明する。例えば湯量だけが外乱として作
用し、水道水温度、ガス湯沸器の環境温度、ガスの単位
発熱量及び湯沸器効率等は一定であるとする。この場合
においては、湯量のみを測定して、その湯量に対して、
水道水を４０℃するには、いくらのガス流量が必要かを
計算する。その計算に基づいてフィードフォワード制御
すれば、湯温は４０℃となる。このとき制御偏差Ｅは零
となり、フィードバック制御による修正は不要となり、
結局ＭＶ＝ＦＦとなる。これが、第１の理想的な場合で
ある。

これに対して、第２の理想的な場合を、前記要因の全て
が外乱として作用する場合について説明する。即ち、湯
量、水道水温度、ガス湯沸器の環境温度、ガスの単位発
熱量及び湯沸器効率等の全ての要因を正確に測定し、そ
の測定結果に基づいてＦＦ制御量を計算して制御を行
う。これにより、上記外乱のうちの何が変化しても、湯
温は設定値４０℃となる。この場合においても、制御偏
差Ｅは零となり、フィードバック制御による修正は不要
となり、ＦＢ＝０となり、結局ＭＶ＝ＦＦとなる。これ
が、第２の理想的な場合である。

しかしながら、上記第１、第２の理想的場合のように、
ＦＦ／ＦＢ制御を十分に理想的に行うということは、実
現的には経済的、精度的等の各種の原因により著しく困
難である。つまり、現実には理想的はＦＦ／ＦＢ制御は
行われず、ＦＢ制御の助けが必要となってくる。つま
り、現実には、ＦＦ制御モデルがずれてきて、（ｂ）式
が成立しなくなり、ＦＢ制御成分が生じてくる。ＦＢ制
御成分が大きくなると、ＦＦ制御の効果が減衰してく
る。これを防ぐため、ＦＢ０になるように、ＦＢ制御
のゲインを修正することになる。

第７図に操作信号ＭＶの中のＦＦ成分とＦＢ成分の構成
比率によって、外乱の影響制御特性がどのように変化す
るかを示す。ＦＢ＝１００％で、ＦＦ＝０％のとき、つ
まり、ＦＢ制御のみの時は外乱の影響を大きく受ける
が、ＦＦ成分が１００％に近づけば、近づくほど外乱に
よる影響が小さくなることがわかる。

従って、（ｂ）式を満足するように、つまり操作信号Ｍ
ＶとＦＦ成分の差が略零となるようにフィードフォーワ
ード制御モデルのゲインを修正すれば、ＦＦ／ＦＢ制御
は常に最適状態となることになる。

なお、速度形ＰＩＤ演算式を採用した場合には、（ｃ）
式のＦＢ０とする方が簡単であるため、こちらを採用
している。

以上のようにすることにより、上述のように、外乱プロ
セスの特性が経済的に変化しても、常に最適なＦＦ制御
の効果を得ることができる。

以上のようにすることにより、設定値（ＳＶ）と測定値
（ＰＶ）とが一致する理由は以下の通りである。第５図
に示すようＦＢ制御は、制御の結果を見て修正するクロ
ーズドループ制御である。これに対し、ＦＦ制御は、外
乱Ｄの大きさに対応して、その影響を抑制するために
は、どれだけ操作信号を変化させれば良いかを先行予測
して出力するのみであり、オープン・ループ制御であ
る。従って、上述のように、ＦＦ制御は、ＦＦ制御モデ
ルのゲインを修正して、外乱Ｄに対するＦＦ制御出力の
関係を多少変更するのみであり、本来の設定値ＳＶと測
定値ＰＶとを一致させる機能を持つＦＢ制御には全く介
入していない。従って、設定値ＳＶと測定値ＰＶとはＦ
Ｂ制御の作用によって一致することになる。

さらに、安定状態において、操作信号（ＭＶ）とフィー
ドフォワードモデルの出力信号（ＦＦ）とを一致させる
理由は以下の通りである。即ち、外乱が入っていたり、
ＦＢ制御を行なっていたりする過渡状態では、当然ＦＢ
制御出力は動いており、ＦＢということにはなりえな
い。しかし、安定状態、つまり外乱が一定でかつＦＢ制
御も変化していない状態において、ＭＶ−ＦＦ≠０でな
いときには、ＭＶ−ＦＦ＝０となるように修正すればよ
く、正しく実行できることになる。このために、変動中
の過渡状態は避けて安定状態の時に修正するのである。

判別部５４は、制御系が安定状態にある時接点６２ａを
閉じて修正を行なわせるとともに、接点６２ｂ、６２
ｂ′を開くこととしている。制御系が安定状態にあるか
どうかの判定は次のようにして行われる。

即ち、まず減算部４３の出力信号を信号レベル検出器５
５に入れ、この信号が所定の範囲外のものとなると、レ
ベル検出器５５の出力をオンとし、タイマ５６に入れ
る。この時から所定の設定時間が経過すると、タイマ５
６の出力信号がオンとなる。タイマ５６の出力は論理積
部６１に入力される。

一方、変換部５１から出力される静特性補償部の変化部
は信号レベル検出部５７に入れられ、それが所定の範囲
内にある時、検出部５７の出力信号がオンとなる。ま
た、不完全微分部４２の出力信号は信号レベル検出部５
８に導かれ、該不完全微分部４２の出力信号が所定の範
囲内にある時、検出部５８の出力信号がオンとなる。さ
らに、比較部３１から出力される偏差信号は信号レベル
検出部５９に導かれ、偏差が所定の範囲内にある時検出
部５９の出力信号がオンとなる。検出部５７，５８およ
び５９の出力信号は論理積分６０に導かれる。従って、
論理積部６０の出力信号は、外乱の変化が所定の範囲内
にあるとき、即ち、外乱の変化が少ないときオンとな
り、論理積部６１に加えられる。

論理積部６１の出力はメモリ６２のセット信号として使
用される。従って外乱補償の静特性補償分と操作信号と
の間に所定以上の偏差が継続的に出ており（タイマ５６
の出力があるとき）かつ外乱の変化が少ないときに（論
理積部６０の出力があるとき）、論理積部６１の出力に
よりメモリ６２はセットされる。セットされるとメモリ
６２の出力はオンとなり、その接点６２ａは導通状態と
なり、接点６２ｂ，６２ｂ′は非導通状態となる。この
結果、減算部４３の出力（偏差）は積分部４４に供給さ
れて積分される。積分部４４の出力は乗算部４０に導か
れ、外乱補償のフィードフォワードモデルの係数を修正
するのに用いられる。一方、この間、変換部（差分部）
５１、不完全微分部４２から加算部３３，３５への信号
の供給は非導通状態の接点６２ｂ，６２ｂ′により阻止
され、外乱のフィードフォワード制御が禁止される。

このようにしてフィードフォワードモデルの係数を自動
修正して、その偏差が所定値ないになると信号レベル検
出部５５の出力信号はオフとなり、その瞬間、タイマ５
６の出力信号もオフとなり、論理積部６１の出力信号も
オフとなる。一方、信号反転部６３の出力はオンとな
り、タイマ６４の設定時間が経過すると、タイマ６４の
出力がオンとなり、メモリ６２はリセットされる。この
結果、接点６２ａは非導通となり、フィードフォワード
モデルの係数修正（乗算部４０の係数の修正）を中止す
る。一方、接点６２ｂ，６２ｂ′は導通状態になり、フ
ィードフォワード制御が再開される。

以上のようにして、フィードフォワードモデルの自動修
正を行なう。

以上に説明したように、乗算部４０の係数ｋn の修正時
には接点６２ｂ、６２ｂ′を開くようにしているが、閉
じたままとせずに開くようにしたことの理由を以下に述
べる。

(a) 接点６２ｂ，６２ｂ′を閉じたまま係数ｋn を修
正すると、以下の如く制御が乱れてしまう。即ち、係数
ｋn の修正に伴って、乗算部４０からの出力Ｄn （＝ｋ
n ×Ｄ）が変化し、これに伴って、差分部５１の出力と
不完全微分部４２の出力が変化する。差部分５１の出力
が変化すると、その変化は、閉じた状態の接点６２ｂ、
加算部３３及び変換部３４を介して、加算部３５に達す
る。また、この加算部３５には、不完全微分部４２の出
力の変化も、閉じた状態の接点６２ｂ′を介して伝えら
れる。このように、乗算部４０の係数ｋn を変えると、
制御が安定状態に入っているのにも拘らず、加算部３５
からの出力である操作信号Ｍも変化してしまう。つま
り、乗算部４０の係数ｋn を変えると、制御が安定状態
に入っているのにも拘わず、制御が乱れることになる。

(b) また、乗算部４０の係数ｋn の調節は、減算部４
３からの出力が零となるように行われる。つまり、変換
部３４からの出力である信号Ａと、乗算部４０からの出
力である静特性補償信号Ｄn （＝ｋn ×Ｄ）とが、Ａ＝
Ｄn ×Ｄ）とが、Ａ＝Ｄn 、となるように、行われる。
これを実現するために、減算部４３からの出力を積分部
４４を介して乗算部４０に加え、係数ｋn を変え、静特
性補償信号Ｄn を変化させている。このとき、接点６２
ｂを閉じていると、補償信号Ｄn の変化に伴って信号Ａ
も変化してしまい、Ａ＝Ｄn 、とはならなくなる、これ
に対し、接点６２ｂを開いておくと、信号Ａをそのまま
としつつも、補償信号Ｄn を変化させることができる。
よって、接点６２ｂを開いておくと、Ａ＝Ｄn とするこ
とができる。

(c) そして、係数ｋn の修正終了後、接点６２ｂ，６
２ｂ′を閉じると、修正に伴う影響は現われない。

この後、外乱Ｄが変化すると、新しい修正係数ｋn に基
づいてＦＦ制御が実行される。このような理由により、
修正時には接点６２ｂ，６２ｂ′は開いておくのであ
る。

上記の実施例は調節出力信号３２ａが速度形の場合であ
るが、位置形の場合には第３図のうち速度形−位置型信
号変換部３４、差分部５１を省き、加算部３３の出力を
そのまま信号Ａとして用い、また静特性補償分Ｄn をそ
のまま接点６２ｂを介して加算部３３に加えることとす
ればよい。

また、上記の実施例においては制御偏差ｅn 、比例補償
分の変化および位相補償分がそれぞれ所定値より小さい
ときに制御系が外乱の少ない制御安定状態にあるものと
して、そのときフィードフォワードモデルの修正を行な
っているが、第４図に示すように変換部１４の出力信号
を不完全微分部３５で不完全微分し、これが所定値より
小さい時に制御安定状態にあるとして修正を行なうこと
としてもよい。

上記の各実施例において、制御系の各構成部は、アナロ
グ形のものでもよく、デジタル形のものでもよく、また
個別部品よって形成してもよく、さらにプログラムされ
たコンピュータで形成してもよい。

また、上記の各実施例では、フィードフォワード制御に
より静特性補償のみならず、動特性補償をも行なう場合
のものであるが、本発明は静特性補償のみを行なう場合
にも適用できる。この場合、第３図の不完全微分部４
２、加算部３５等を除去すればよい。

さらに、フィードフォワードモデルの係数を修正する代
りにバイアスを修正することとしてもよい。

〔発明の効果〕本発明によれば、プロセス制御装置におけるフィードバ
ック制御系にフィードフォワード制御機構を付加し、そ
のフィードフォワード制御機構における静特性補償フィ
ードフォワードモデルの特性の修正を、フィードバック
制御系の調節出力信号と上記モデルからの出力信号に基
づく信号との和信号と、上記モデルからの出力信号と、
の差がほぼ零になるように行うようにしたので、フィー
ドバック制御系におけるフィードバック制御を持つこと
なく、外乱の影響を行うことができる。さらに、本発明
では、上記フィードフォワードモデルの修正を、外乱が
少なく、上記フィードバック制御系からの調節出力信号
の変動の少ない、安定状態時に行うようにしたので、上
記迅速な制御を、より正しく実行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の制御装置を示すブロック図、第２図は従
来の制御装置を備えた熱交換器を示す配管図、第３図は
本発明に係る修正方法の実施に用いられる制御装置を示
すブロック図、第４図は本発明の他の実施例の実施に用
いられる制御装置を示すブロック図、第５図〜第７図は
本発明の原理を説明するブロック図及び線図である。１２……調節部、１４……速度形信号−位置形信号変換
部、１６……制御対象、１９，２０……演算部、２１…
…位置形信号−速度形信号変換部、２２……不完全微分
部、２３……減算部、２４……積分部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外乱の影響を先まわりして抑制するための
フィードフォワード制御機構を、フィードバック制御系
に付加して成る、プロセス制御装置における、外乱の影
響を打ち消すための、外乱から静特性補償分を演算する
演算部とその演算部からの出力に係数を掛けて静特性補
償信号を生成する乗算部とを備える静特性フィードフォ
ワードモデルの、修正方法であって、外乱となる要素を少くとも１個検出して前記静特性フィ
ードフォワードモデルに与え、このモデルで演算された
静特性補償信号に基づく信号をフィードバック制御系の
調節出力信号と第１加算部で加算し、加算結果に基づく
信号と、前記静特性補償信号から得た動特性補償信号と
を第２加算部で加算し、前記第２加算部で得た信号に基
づく信号を制御対象に加え、この制御対象から出力され
る制御量を前記フィードバック制御系におけるフィード
バック信号として用い、さらに、偏差判別部により、外乱が少ない安定状態にあ
るかどうかを、前記フィードバック信号と前記制御量を
所期の値とするための目標値との偏差及び前記静特性補
償信号を演算した値に基づいて判別し、外乱の少ない安
定状態と判定され且つ前記静特性補償信号と前記第１加
算部からの加算結果に基づく信号に応じた信号との偏差
が所定値よりも大きいと判別した係数変更必要時に、そ
のときの減算部から出力される、前記第１加算部からの
出力信号に基づく信号と前記静特性補償信号との差信号
を、前記フィードフォワードモデルに印加して、前記差
信号がほぼ零となるように前記静特性補償フィードフォ
ワードモデル中の前記乗算部の係数を修正し、前記係数
変更必要時以外のときには前記乗算部における現在の係
数によってフィードワード制御を行わせるべくその係数
を保持させるようにしたことを特徴とするフィードフォ
ワードモデルの修正方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の方法におい
て、フィードバック制御系の調節出力信号が位置形の場合に
は、前記静特性補償信号をそのまま前記第１加算部に加
え、フィードバック制御系の調節出力信号が速度形の場合に
は、前記静特性補償信号を速度形信号に変換した速度形
信号を前記第１加算部に加えると共に、前記第１加算部
からの出力信号を位置形信号に変換した位置形信号を前
記第２加算部及び前記減算部に加えることを特徴とする
方法。
【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の方法におい
て、前記動特性補償信号を、前記静特性補償フィードフ
ォワードモデルの出力を不完全微分することにより得る
ことを特徴とする方法。