JPS61156301A

JPS61156301A - 調節装置

Info

Publication number: JPS61156301A
Application number: JP27479684A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hiroi; 広井　和男
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1986-07-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、プロセス制御に用いられ目標値変化と外乱
との双方に最適応答する調節装置に関する。

〔技術的背景とその問題点〕

近年、プロセス制御においては、省資源・省エネルギー
化、省力化・省人化、均・高品質化、安全化、フレキシ
ブル化等の要請の高度化に伴ない、増々高い制御性を有
する１１節装置が求められて来ている。このため、特に
連続プロセスなどでは、個々の制御系が生産量の変化、
各種外乱、目標値変更などの変動要因に乱れを生ぜずに
最適応答するよう調節装置の制御性を極限まで向上させ
る事が制御性改善の基本となる。

従来、このような制御性の改善はＰ（比例）、■（積分
）、Ｄ（微分）の各要素の構造、組合せを変えることに
より行なわれて来た。このような調節装置として従来知
られている代表例には、いわゆる標準型ＰＩＤ調節装置
、Ｉ−ＰＤ調節装置、Ｐｖ微分先行型ＰＩＤ調節装置な
どがあり、そのブロック図を第４〜６図に示す。

第４図に示すように、標準型ＰｒＤＷ４節装置１０１は
、目標値Ｓ■と測定値ＰＶとの偏差をＰＩＤ演算部１０
３に入力して「比例十積分十微分」演算し、その出力を
操作信号ＭＶとして制御対象１０５に印加して、測定値
ＰＶが目標値Ｓｖに等しくなるよう調節するものである
。

また、第５図に示すように、Ｉ−ＰＣＩＩ節装置１１１
は、目標値Ｓ■と測定値Ｐｖとの偏差を積分演算部１１
３に入力して積分演算し、その出力と測定値Ｐｖを比例
・微分演算部１１５に入力して「比例＋微分」演算した
出力との差を求め、この差に比例部１１７により比例ゲ
インＫｌ）を乗じた出力を操作信号ＭＶとして制御対象
１０５に印加して、測定値Ｐ■が目標値Ｓｖに等しくな
るよう調節するものである。

また、第６図に示すように、Ｐ■微分先行形ＰＩＤ講節
装置１２１は、目標値Ｓ■と測定値Ｐ■と、の偏差を比
例、積分演算部１２３に入力して「比例＋積分」演算を
行ない、この出力と測定値Ｐ■を微分演算部１２５に入
力して微分演算した出力との差を求め、この差に比例部
１１７により比例ゲインＫＥ）を乗じた出力を操作信号
ＭＶとして制御対象１０５に印加し、測定値Ｐ■が設定
値Ｓｖに等しくなるようにＩｌｌ　’ｍｌするものであ
る。

しかしながら、このような従来の装置はいずれもそれな
りの制御性の改善があるものの、大きな欠陥も併有して
いる。

即ち、標準型ＰＩＤＩ１１節装置１１ｏ１では、目標値
追従に最適なＰＩＤパラメータ（以下、対目標値最適パ
ラメータという）と外乱抑制に最適なＰＩＤパラメータ
（以下、対外乱最適パラメータ）という）とが別値で存
在するために、目標値追従と外乱抑制の双方に対し同時
に最適化させることはできず、追従制御の場合、対目標
値と対外乱の両最適パラメータの中間的値にＰＩＤパラ
メータを設定して妥協せざるを得ないのが実情である。

また、発散振動系のプロセスの制御が不可能という欠点
もある。

一方、Ｉ−ＰＤ１１節装Ｎ１］１は、標準型ＰＩＤ調節
装置１０１では制御できなかった発散振動系のプロセス
をうまく制御できるという利点を有するとともに、標準
型ＰＩＤＩＩ節装置の対外乱最適パラメータを設定すれ
ば外乱抑制に関しては最適応答が得られる。しかし、目
標値追従の場合は、目標値Ｓｖの変化に対して積分動作
のみで修正を行なっているために応答が非常に遅いとい
う致命的欠陥を有している。

また、Ｐｖ微分先行型Ｐ　Ｉ　ＤＷＡ’ｌｉ装置２１２
１は、標準型ｐｔｏａｉ節装！１０１の微分動作を目標
値Ｓｖに無関係にし測定値Ｐｖのみに動作させることに
よって、目標値Ｓｖの変更ときの応答の急変動を防止す
るように工夫されたものであるが、標準型ＰＩＤ調節装
置とＩ−ＰＤ調節装置の双方の欠点を有している。

このようなことから、従来の調節装置はいずれも「目標
追従」と「外乱抑制」との双方に対し同時に最適化させ
ることができないため、プラントの個々の制御系の制御
性を極限まで向上させることができず、また、制御系ご
とにそのプロセス特性に応じた制御特性を有する調節装
置を適用しなければならないので多種多様の構造の調節
装置を用意しなれけばならなかった。

〔発明の目的〕

この発明は、上記問題点を除去し「目標値追従」と「外
乱抑制」の両目的に対して同時に最適化することのでき
る調節装置を提供することを目的とする。

（発明の概Ｉりこの発明は、上記目的を達成するために、比例演算を行
なう比例演算手段と、微分演算を行なう微分演算手段と
を有する調節装置において、目標値又は測定値の少なく
とも一方の入力量を調節して目標値の入力量と測定値の
入力量との比較結果を前記比例演算手段に入力する比例
入力制御手段と、目標値又は測定値の少なくとも一方の
入力量を調節して目標値の入力量と測定値の入力量との
比較結果を前記微分演算手段に入力する微分人力Ｉ制御
手段とを有することを要旨とする。

〔発明の実施例〕

以下、図面を用いてこの発明を説明する。

第１図はこの発明の第１実施例に係るｗ４節装置のブロ
ック図を示す。

同図に示すように、当該調節装置１においては、制御対
象３から検出された測定随Ｐｖと目標値Ｓｖとは比例入
力制御部５．微分入力制御部７及び第３減算部９の夫々
に並列に入力される。

比例入力制御部５は、第１係数部１１と第１減算部１３
とを有し、目標値Ｓｖに第１係数部１１により係数αを
乗じた値αＳｖと測定値Ｐｖとを第１減算部１３に入力
して両値αｓｖ、ｐｖ間の偏差Ｄ１を演算する。偏差Ｄ
１は加算部１５へ導びかれる。

微分入力制御部７は、第２係数部１７と第２減算部１９
とを有し、目標地Ｓｖに第２係数部１７により係数βを
乗じた値βＳ■と測定値ＰＶとを第２減算部１９にして
両値βｓｖ、ｐｖｍの偏差　。

Ｄ２を演算する。偏差Ｄ２は微分演算部２１に入力され
て微分演算を施され、その微分値ＤＤ２は加算部１５に
導かれる。

第３減算部９は、目標ＷＳＶと測定値ＰＶとの偏差Ｄ３
を演算する。偏差Ｄ３は積分演算部２３に入力されて積
分演算を施され、その積分値ＩＤ３は加算部１５へ導び
かれる。

加算部１５に入力された偏差Ｄ１、偏差Ｄ２の微分値０
０２及び偏差Ｄ３の積分値ＩＤ３は、加算合成され比例
部２５に入力されて比例ゲインＫｐを乗じられ、操作信
号ＭＶとして制御対象３に印加される。これにより、測
定値Ｐｖが目標値ＳＶに等しくなるように制御される。

このような構成により、ＰＩＤパラメータである比例ゲ
インに９１積分時ｍＴ＋　、微分時間Ｔｄと係数α、β
とを以下のように調整することにより、目標値追従と外
乱抑制の双方に同時に最適化させることができるように
なっている。

尚、以下の説明において、標準形ＰＩＤ調節装置のＰＩ
ＤパラメータＫｐ　、Ｔｉ　、Ｔｄに対する対外乱最適
パラメータをＫＤｄ、　Ｔｉｄ、　Ｔｄｄとし、対目標
値最適パラメータをＫｐ　Ｓ　、　Ｔｉｓ、　Ｔｄｓと
表す。

（Ｉ）まず、ＰＩＤパラメータＫＥＩ　、　Ｔｔ　、　
Ｔｄ。

を対外乱最適パラメータＫｐｄ、　Ｔｉｄ、　Ｔｄｄに
設定する。

即ち、Ｋｐ−ＫｐｄＴｉ　−ＴｉｄＴｄ閣Ｔｄｄと設定する。

この調節装置はその構成から分るように目標値Ｐｖに対
しては標準形ＰＩＤＩＩ節装置と同一の作用を成すので
、上記のような設定により測定値ＰＶに対しては対外乱
最適パラメータＫｐｄ、Ｔｉｄ。

Ｔｄｄに従う動作が得られ外乱に対する応答は良好なも
のとなる。

（Ｉｆ）次に、係数α、βにつき、比例、微分に係わる
対外乱最適パラメータに＋ｚｌ、Ｔｄｄ及び対目標値最
適パラメータＫｐｓ、　Ｔｄｓに基づき、α−Ｋ　ＤＳ
／　Ｋ　ｐｄ β寓αｘ７ｄｓ／Ｔｄｄと設定する。

この調節装ｗ１１では係数βの作用により目標値Ｓ■に
対する実質比例ゲインはαｘＫｐ、実質微分時間βｘＫ
ｐ　ｘＴｄである。従って、上記のような係数α、βの
設定をすれば目標値Ｓ■に対する実質比例ゲインはＫ　
ｐｓ、実質微分時間はＫＤＳｘＴｄｓとなり、標準型Ｐ
ＩＤ講節装置において対目標値最適パラメータＫｐｓ、
　Ｔｉｓ、　Ｔｄｓを設定したと同様の目標値Ｓｖに対
する比例、微分動作が得られる。つまり、目標地Ｓｖの
変化に対しても応答は良好なものとなる。

このようにして「目標値追従」と「外乱抑制」の双方に
対し同時に最適調整することができる。

更に、第３減算部９の目標地Ｓ■入力側に遅れ要素又は
測定値ＰＶ入力側に進み要素を設ければ、積分時間につ
いても、目標値Ｓｖに対して最適化できるので、より一
層効果的である。

また、以下に例示するように、係数α又はβを１１１１
？又は“０”に設定すれば従来の各種の制御方式を選択
することも可能である。

（Ｉ）　　α−β−１のときこの場合は、第１、第２係数部５．７を無くしたことに
なり、つまり、第４図に示した標準型ＰＩＤ１１節装置
に等価となる。

（Ｉ［）　　α−β−０のときこの場合は、「比例＋微分」動作を目標地Ｓ■に無関係
にしたことになり、従って、第５図に示した１−ｐｖａ
節装置に等価となる。

■）　α−１，β−０のときこの場合は、微分動作を目標値Ｓｖに無関係にしたこと
になり、従って、第６図に示すＰ■微分先行型ＰＩ’Ｄ
調節装置に等価となる。

このように、本実施例に係る調節装［１は、係数α、β
を調整することにより、「目標値追従」と「外乱抑制」
の双方にほぼ最適化できると共に、従来の各種の制御方
式を自由に実現することもできるので、高い制御性と広
い汎用性とを有するものである。

従ってこの調節装Ｍ１をプラント内にちりばめて適用す
ることにより、プラントの各制御系が外乱と目標値変更
の双方に対して最適化され、極限に近い制御性が得られ
るので前述したような近年の高度な要請をより一層良く
満たすことができ、産業界への貢献は極めて大きいとい
える。

第２図は、この発明の第２実施例に係る調整装置のブロ
ック図である。

同図に示すように、本実施例の調節装！！３１は、比例
入力制御部３３において更に第３係数手段３５を付加し
、第１減算部１３から出力された偏差Ｄ１に第３係数手
段３５により係数γを乗じた値γＤ＋を加算部１５に出
力するようにしている点で前述の第１実施例と異なって
いる。

第３係数部３５を加えたことにより、係数γを調節すれ
ば実質比例ゲインのみを微分、積分動作から独立して変
化させ得るという利点を有し、最適調整が一層容易とな
る。尚、係数γ−１とすれば第１実施例に等価となる。

また、このように比例動作のみを独立して調整できるよ
うにするには、本実施例だけでなく、第３係数部３５を
第１減算部１３の測定値ＰＶ入力側に設けても良いし、
比例演算部２５を第２減算部１３と加算部１５との間に
設けるようにしてもよい。

第３図は本発明の第３実施例に係る調節装置のブロック
図を示す。

同図に示すように、本実施例に係る調整装置１４１は、
比例、微分入力制御部４３．４５において第１．第２減
算部１３．１９の夫々の測定値ＰＶ入力側に第１．第２
係数部１１．１７を設けている点で第１実施例と異なっ
ている。

この構成においては、まずＰＩＤパラメータＫｐ、Ｔｉ
、Ｔｄに対目標値最適パラメータＫ　Ｏ５゜Ｔｉｓ、Ｔ
ｄｓを設定すれば目標値Ｓｖの変化に対し最適化できる
。次に、係数α、βを調整して、測定値Ｐ■に対する実
質比例ゲインα×βＫ　ｐｓ、実質微分時間βｘ）（ｐ
ｓＸＴｄｓが、標準型ＰＩＤ調節装置において対外乱最
適パラメータ）（ｐｄ、Ｔｉｄ。

Ｔｄｄを設定したときの実質比例ゲインＫｌ）ｄ、実質
微分時間Ｋ　ＤｄＸ　Ｔ　ｄｄに等しくなるようにすれ
ば、外乱に対しても略最適化できるものである。

尚、その他の実施例として、第１．第２減算部１３．１
９の各々の目標値Ｓｖ入力経路と測定値Ｐ■入力経路と
の双方に夫々係数部を設けてもよく、このようにすれば
最適調整が更に容易となる。

また、プロセスによっては、係数α又はβを“０″又は
“１”に切換えて従来の制御方式の選択ができるだけで
良い場合には、第１係数部１１又は第２係数部１７をオ
ン・オフ動作だけのスイッチとすることもできる。

また、プロセスによりＰＤ副制御十分な場合には、積分
動作に係わる第３減算部９と積分演算部２３とを削除し
てもよく、この場合はＰ　Ｄ　ｌ１ｌＪ　１１０の範囲
内で「目標値追従」と「外乱抑制」の双方への最適調整
や制御方式の選択ができる。

尚、以上の説明は位置形演算方式で行なったがＤＤＣで
多用されている速度形演算方式についても本発明が適用
できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、比例入力制御
手段と微分入力制御手段とにより、比例演算手段と微分
演算手数の各々への目標値又は測定値の少なくとも一方
の入力量を調整するようにしているので、「目標地追従
」と「外乱抑制」の双方に対し同時に最適調整すること
が可能な調節装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の構成を示すブロック図
、第２図は第２実施例の構成を示すブロック図、第３図
は第３実施例の構成を示すブロック図、第４〜６図は従
来例の構成を示すブロック図である。１．３１．４１・・・調節装置５．３３．４３・・・比例入力制御部７．４５・・・微分入力制御部１１・・・第１係数部１３・・・第１減算部１７・・・第２係数部１９・・・第２減算部２１・・・微分演算部２５・・・比例部Ｓｖ・・・目標値第１図第２図１−−−一−−−−−−−−−−−−−−−−−−Ｊ第
３図Ｌ−−−−−−−−−−−−−−−−−Ｊ第４図「―−−呻−−−−　−−−−−−−−−−／−自コ１
−−−−−−−−−一一−−−−−−−−−」第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）比例演算を行なう比例演算手段と、微分演算を行
なう微分演算手段とを有する調節装置において、目標値
又は測定値の少なくとも一方の入力量を調節して目標値
の入力量と測定値の入力量との比較結果を前記比例演算
手段に出力する比例入力制御手段と、目標値又は測定値
の少なくとも一方の入力量を調節して目標値の入力量と
測定値の入力量との比較結果を前記微分演算手段に出力
する微分入力制御手段とを併有することを特徴とする調
節装置。
（２）積分演算を行なう積分演算手段を併有することを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の調節装置。