JPS62257501A - 単一制御ル−プの自動調整装置 - Google Patents

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〕 本発明は、プロセス自動制御に係り、特に、最適制御を
実現するに好適な単一制御ループの自動調整装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の単一制御ループの調節器の最適比例、積分値はプ
ロセスの負荷、あるいは、プロセスの圧力、温度条件等
により変る事は周知であるが、操作端プロセスの動特性
を、逐次１把握する事が困難であったため、プロセス負
荷のプログラムにより調節器の比例、積分値を決定する
程度にとどまっていた。又、プロセス動特性モデルを制
御装置内に設けて、調節器比例、精分値を演算する事は
これまで特開昭５７　１’６７１９号公報でのべられて
いるが、これは、動特性モデルが複数の外乱要素をもつ
ため、モデルの誤差が大きく、モデル自体の誤差を許容
して、制御するものであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、遂次変化するプロセス動特性が考慮さ
れておらず、制御調節器の調整は経験豊かな調整員に依
存していた。本発明の目的は、これを自動的に行なうこ
とを可能にし、遂次プロセス動特性と一対一の動特性モ
デルをもつため、高精度の調節器比例、積分値を導出可
能とすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕 本本発明は、単一制御ループの自動調整方式を可能とし
、制御装置内にプロセス動特性モデル、及び、調節器最
適比例、積分値演算プログラムを設け、単一制御ループ
の自動調整方式を実現するものである。

〔作用〕

操作端、プロセス動特性モデルは、制御装置から出力さ
れる制御指令信号とプロセス状態量フィードバック信号
により一対−に対応づけられる。

これにより、モデルが同定されるため、モデル自体に誤
差が発生しない、即ち、この動特性モデルから演算され
る調節器最適比例、積分値は高精度の値となり、自動最
適調整が可能となる。

〔実施例〕

第４図に従来の単一制御ループの制御方式を示す６ すなわち、プロセス負荷要求信号１０１を指標に、関数
発生器１０２によりプロセス状１ｒ！Ａ量設定値１０３
を作成する。

このプロセス状態量設定値１０３は、プロセス状態量検
出ｒＩ３０２により検出されたプロセス状態量３０３と
偏差演算器１０４により比較され、その偏差信号１０５
は比例、積分演算器１０６により操作端３０１に対する
制御指令信号１０７が作成される。

一方、第６図に示すように、プロセス負荷要求値１０１
により、プロセス時定数、むだ時間が変化する事が知ら
れていることから、第４図に示す関数発生器１１３によ
り比例ゲイン１１０を、関数発生器１１４により積分ゲ
インをプログラムする方式を用いるのが一般的である。

しかし、プロセスのゲイン、時定数、むだ時間は、第５
図、第６図に示すように、プロセス負荷要求信号により
のみ決定さ九る訳でなく、プロセス状態量の圧力、温度
により大きく左右されることが知られているが、これら
のプロセス状態量を。

遂次、把握して制御する方式はとられていないのが現状
である６従って、プロセス状態量の圧力が。

プロセス負荷要求値に対して圧力も可変となるような変
圧運転プロセスでは、その制御は極めて困難な状況にあ
る。

以下１本発明の一実施例を第１図、ないし第３図を用い
て説明する。

本発明は、第４図の従来の単一制御ループにおける、比
例、積分演算器１０６の比例ゲイン、積分ゲインを設定
する関数発生器１１３，１１４の代わりに、操作端、プ
ロセスモデルを設け、これにより、プロセス状態に見合
った最適比例ゲイン、積分ゲインを作成する最適ゲイン
調整回路２及び、ホールダ１０８を備えている。

第１図により、本発明の制御方式を述べる。

本図において、プロセス負荷要求信号１０１を指標に、
関数発生器１０２によりプロセス状態量設定値１０３が
作成される。

プロセス状態量設定値１０３は、プロセス状フ１１址３
０３と偏差演算器１０４により比較され、その偏差信号
１０５は比例、積分演算器１０６により操作端３０１に
対する制御指令信号１０７が作成される。

ここで、制御指令信号１０７は、後述する最適ゲイン調
整回路２における最適比例ゲイン１１０、積分ゲイン１
１１が更新された後の比例、積分器１０６の演算結果と
し、更新終了条件１１２によりホールダ１０８の保持条
件が解除され、操作端開度指令信号１０９が与えられる
ことになる。

即ち、比例、積分演算器１０６の比例ゲイン。

積分ゲインの最適調整が完了するまでは、操作端制御指
令信号１０９は前回の演算周期におけろ値が保持される
ことになる。

次に、最適ゲインの調整方法について述べる。

第２図に、最適ゲイン調整回路を含めた１本発明の制御
方式を伝達関数表示したブロック図を示す。

本図において、制御系は比例、積分演算器１０６、ホー
ルダ１０８、操作端、プロセス３及び、最適ゲイン１側
整回路２から構成される。

ここで、操作端、プロセスモデル２０１は、操作端、プ
ロセス３を数式化したモデルで、操作端制御指令信号１
０９により決定されるプロセス状態量３０３と同一値信
号を出力するモデルである。

操作端、プロセスモデル２０１の出力信号２０２は実際
のプロセス状態量３０３と偏差演算器２０７で比較され
、偏差、即ち、プロセスとの誤差が０となるまでモデル
２０１の係数を修正し、実際のプロセス３と同一モデル
となった段階で比例、積分演算ブロック２０４で最適比
例ゲイン、積分ゲインを導出する。

本モデルは、実際のプロセスと相似の関係にあるため、
これまで困難であったプロセス状態量をも加味した最適
ゲインを設定する事が可能となる。

以下、操作端、プロセスモデルの同定方法及び最適制御
比例、積分演算手法につき述べる。

ここでは、操作端、プロセスモデルの同定方法について
述べる。

本モデルを構成する意味は、実際の操作端、プロセスを
制御装置内に誤差をもたない形で再現するところにある
。

第１図の制御ループを、制御解析一般に用いられる伝達
関数表示を用いると第２図のように表わすことができる
。

本図において、操作端、プロセス３は、伝達関数表示す
ると。

１＋Ｔｐｓ ここで、 Ｋｐ：プロセスゲイン Ｔｐ：プロセス時定数 Ｌｐ：プロセスむだ時間 Ｓニラプラス演算子 である。

一方、最適ゲイン調整回路をディジタル式制御装置（マ
イクロコントローラ）で構成することを考慮すると、操
作端、プロセスの伝達関数を、以下に述へるＺ関数表示
を用いて解析することが可能となる。

今、操作端、プロセスが先記（１）式で実現されると仮
定すると、これの２変換表示をＧｐ傘（Ｚ）とすると。

１−ｔ−″　ｚ−” ・・・　（２） ここで、Ｔ：サンプリング周期 Ｚ：Ｚ演算子 今、操作端、プロセス３の入力信号１０９としてステッ
プ入力信号を与えたとして、これを２変換表示として Ｙ傘　（Ｚ）表示すると、 従って、操作端、プロセス３の出力信号３０３のＺ変換
　表示をｃｍ　　（ｚ）とすると、Ｃｍ　　（Ｚ）＝Ｇ
ｐ申　（Ｚ）　　・Ｙ寧　（Ｚ）　　・・・（４）（２
）、（３）、（４）式より Ｚ”　−Ｚ　（ｔ　−”＋　１　）　＋ｉ　−”・・・
（５） 今、（５）式を として（６）式をｚ−１に関してテーラ展開をすると、 Ｃｍ　　（Ｚ）＝ＯＺ−’＋ｂ、Ｚ−１＋ＡＺ−”＋Ｂ
Ｚ−’＋ＣＺ−Ｊ＋ＤＺ−’　＋・・・・・・　　　　
　　　　　・・・（７）（７）式の各係数は、 ｂ１＝Ｋｐ Ａ＝−ａ、ｂ□ Ｂ　　＝−（ａｌｌｂ、＋ａ１Ａ） Ｃ＝　　（ａ、Ａ　＋ａｉＢ） Ｄ　＝−（ａ、Ｂ＋ａ、Ｃ） と決定される。

ここで、ｂｌが決定されると順次Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄの各係数が求まることになる。

ここで、 ｂ□は初回サンプリング時の値を Ａは二回目サンプリング時の値を 以下、Ｂ、Ｃ，Ｄは三回目以降の各サンプリング時の出
力信号を表わすことが知られている。

従って、制御装置内のモデルを（１）式の数式で捕成し
、遂次、プロセス状態［３０３と比較することにより、
プロセスゲインＫ　Ｐ　ｒプロ上１時定数Ｔ　ｐ、プロ
セスむだ時間Ｌｐを求めることができる。

次に最適制御比例ゲインＫｃ、及び積分時定数Ｔｃは、
プロセスゲインＫＰ、プロセス時定数Ｔｐ、プロセスむ
だ時間ＬＰを用いて Ｔｃ＝３．３Ｌ　　　　　　　　　　　−（９）となる
ことが、実験式により既知である。

従って、前述のプロセスモデルを用いて（８）。

（９）式を導出する事ができる。

従って、第５図、第６図に示すように、プロセスゲイン
、プロセス時定数、むだ時間が実際には変化するプロセ
スにおいて、充分に対応可能となり、最適制御ゲインを
決定することができる。

次に、第３図により本発明の演算フローを説明する。

演算ブロック２１０で初回演算と判定されれば、演算ブ
ロック２１９で初期値が設定される。

初回演算でなければ、演算ブロック２１１，２１２．２
１３で制御出力信号１０９及び、プロセス状態量３０３
が入力されその偏差を比較する。

演算ブロック２１４で上記、偏差が発生している場合に
は演算ブロック２１５により、偏差が０となるまでモデ
ル２０１の修正を継続′ａ算する。

ここで偏差がＯとなれば、演算ブロック２１６に移り、
最適比例ゲイン、積分ゲインが演算される。この演算が
完了すれば、演算ブロック２１７よりホールダ１０８の
保持が解除され、演算ブロック２１８により制御指令信
号１０９が出力される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プロセス動特性と同一の動特性モデル
を制御装置内に保有することができ、この動特性モデル
を用いて最適制御ゲインを設定することが出来る。

また、制御ゲインの自動設定が可能のため、調整工数を
大幅に削減することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は本発
明の伝達関数表示ブロック図、第３図は本発明のフロチ
ャート、第４図は従来制御方式を示す図、第５図はプロ
セスゲイン特性図、第６図はプロセス時定数、むだ時間
特性図を示す。 １・・・制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プロセス目標量の設定値信号とプロセス状態量フイ
   ードバツク信号とを比較して、その偏差を比例、積分演
   算して操作端を開・閉させ前記プロセス目標量を確保す
   る単一制御ループにおいて、 前記操作端、プロセス動特性モデルを設けたことを特徴
   とする単一制御ループの自動調整装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記操作端、前記プロセス動特性モデルを制御装置から
   出力される前記操作端の制御指令信号と、前記プロセス
   状態量フイードバツク信号により構成することを特徴と
   する単一制御ループの自動調整装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、 前記操作端、前記プロセス動特性モデルを、前記操作端
   の前記制御指令信号の制御周期内に修正し、前記操作端
   、前記プロセス動特性と一致させる事を特徴とする単一
   制御ループの自動調整装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、 前記操作端、前記プロセス動特性モデルから調節器の最
   適比例、積分値を導出することを特徴とする単一制御ル
   ープの自動調整装置。 ５、特許請求の範囲第４項において、 前記調節器の最適比例、積分値が導出されてから、前記
   操作端の前記制御出力指令を出力することを特徴とする
   単一制御ループの自動調整装置。