JPS641801B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プロセスの閉ループ制御におけるプ
ロセス特性推定の結果にPID制御パラメータを適
合させるためのプロセス制御におけるパラメータ
適応方式に関し、特に、プロセスの操業特性の変
化に即応させるとともに、プロセス特性の緩慢な
変化に対して安定に追従し得るようにしたもので
ある。

一般に、この種のパラメータ適応方式において
は、プロセスのノイズに対して耐えるとともに、
プロセスの特性変化に対して速やかに適応し得る
ことが望まれている。しかして、従来のこの種パ
ラメータ適応方式の一つにおいては、第１図に示
すような構成により、プロセスＰの出力量PVを
調節部Ｃに帰還し、その調節部Ｃの出力量MVに
よりプロセスＰの閉ループ制御を行うにあたり、
プロセスＰの操業特性がどのように変化するかを
あらかじめ調査して、その特性の変化と深い関係
を有するプロセス量CVをプロセス特性変化の指
標として明らかにしておくとともに、プロセスＰ
の特性が変化したときには制御パラメータをどの
ように変化させてその特性変化に適応させるべき
かをも解明しておき、プロセスＰについて計測し
たプロセス特性変化の指標となるプロセス量CV
に基づいて適応化の信号AVを適応化装置Ａにて
形成し、その適応化信号AVを調節部Ｃに与えて
制御パラメータを変化させるようにしていた。こ
こで、プロセス特性変化の指標となるプロセス量
CVとしては、調節部Ｃに帰還されるプロセスＰ
の出力量PVの一部或いは同一のものを用いたり、
調節部Ｃには帰還されないがプロセスＰの操業特
性を表わす他のプロセス量を用いたりすることが
できる。このプロセス量CVとしては例えば、流
量、温度、発電量等が用いられる。何を用いるか
はプロセスＰに応じて決定される。

上述した従来のパラメータ適応方式によると、
プロセスＰの特性とその変化の指標となるプロセ
ス量CVとの関係が、第２図に実線で示すあらか
じめ調査したデータに基づいた適応曲線から、実
際には点線で示すようにずれて相違した場合に
は、制御パラメータをプロセス特性変化に対して
正しく適応させ得ないという欠点があつた。

また、従来の他のパラメータ適応方式において
は、第１図に示した従来方式におけると同様のプ
ロセスＰの閉ループ制御を行うにあたり、プロセ
スＰの操業特性がどのような状態にあるかを常時
調べることにして、第３図に示すような構成によ
り、プロセスＰの出力量PVと調節部Ｃの出力量
MVとを適応化装置Ａに供給して常時データ処理
を施し、プロセスＰの入出力間の関係に基づいて
プロセスＰの操業特性を正しく把握するプロセス
特性の推定を行い、その推定により明らかにした
刻々のプロセス特性に制御パラメータを適応させ
るための適応化の信号AVを調節部Ｃに供給し、
プロセス特性の刻々の状態に適応するように制御
パラメータを変化させる。

上述した従来のパラメータ適応方式によると、
プロセス特性が変化した際に、適応化装置Ａにお
けるデータ処理により新たなプロセス特性を推定
して正しく把握するまでの間においては、制御パ
ラメータがプロセス特性の新たな状態に即応して
制御パラメータを変化させ得ないという第４図に
つき後述するような欠点があつた。

本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去
し、プロセスの閉ループ制御におけるプロセスの
出力量と調節部の出力量とのデータ処理により、
プロセスの操業特性を推定して、制御パラメータ
をプロセス特性に適応させるための適応曲線をプ
ロセスの実際の操業状態における特性に合致させ
るとともに、プロセス特性の指標となるプロセス
量をその適応曲線と照合してプロセス特性の変化
に制御パラメータを即応して変化させるようにし
たプロセス制御におけるパラメータ適応方式を提
供することにある。

すなわち、本発明パラメータ適応方式は、プロ
セスのPID制御パラメータをプロセスの操業特性
に適応させるにあたり、調節部に対して試験信号
を供給し、この試験信号により調節部からプロセ
スに送られる制御入力を変化させ、この制御入力
とこれに応答するプロセスの操業出力とを取り込
んで対比してプロセスの操業特性を推定し、この
推定結果とその時のプロセス特性指標となる量と
を記憶して、指標となる量とプロセスのPID制御
パラメータの適応化信号との対応関係を示す適応
化曲線を求め、この適応化曲線に基づいてプロセ
スから供給される指標となる量に対応して適応化
信号を調節部に出力するとともに、適応化曲線を
推定処理に従つて更新させるようにしたことを特
徴とするものである。

以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

本発明方式により制御パラメータをプロセス特
性の変化に適応させるようにしたプロセスの閉ル
ープ制御系の構成例を第５図に示す。また、第５
図に示されている適応化装置Ａの構成要素のう
ち、適応化曲線を求めるための構成要素の機能ブ
ロツク図を第７図に示す。第７図において、１は
プロセス量変動検出手段、２はプロセス操業特性
推定手段、３は表示手段、４は記憶制御手段、５
は記憶手段、６は適応化曲線演算手段を示してい
る。

図示の構成による閉ループ制御系においては、
第３図に示した従来方式の制御系におけると同様
に、プロセスＰの出力量PVと調節部Ｃの出力量
MVとを適応化装置Ａのプロセス操業特性推定手
段２に供給してデータ処理を施し、プロセスＰの
操業特性の推定を行うが、そのプロセス特性の推
定は常時行うのではなく、プロセスＰから適応化
装置Ａに供給するプロセス特性の指標となるプロ
セス量CVがプロセス量変動検出手段１によりあ
る一定時間を超えて変動していないと判定され、
しかも、それぞれのプロセス特性によつて定まる
特性推定のデータ処理に必要な条件が満たされた
ときにのみ、そのプロセス特性の推定を行うよう
にする。したがつて、プロセス特性の推定を常時
行うようにした上述の従来方式に比して、新たな
プロセス特性の推定の結果に基づいてプロセス制
御を行い得るようになるまでには、一層長い時間
を要することになる。しかしながら、本発明適応
方式においては、単に上述のように緩慢な特性推
定を行うだけではなく、つぎに述べるような手順
によりプロセス特性を推定するとともに、その推
定の結果を使用するので、上述した緩慢な推定が
実用上問題とならないばかりでなく、種々の条件
を確認したうえで安定確実にプロセス特性の変化
に適応した制御を行うことができ、さらに、プロ
セス特性の変化の指標となるプロセス量が変化し
ても特性の推定を行わないという場合にも、プロ
セス特性の変化に適応したプロセス制御を行うこ
とができる。すなわち、本発明パラメータ適応方
式においては、つぎに述べるような手順にて、プ
ロセス特性の推定、その推定の結果の記憶および
プロセス制御に対する使用を行う。

すなわち、本発明パラメータ適応方式において
は、まず、 (1) 推定作業開始の指令を受けると、プロセスＰ
からの特性変化の指標となるプロセス量の安定
など特性推定の条件が整うのをまつて、適応化
装置Ａにより、試験信号TSを発信したうえで
プロセス特性の推定を行う。

(2) このプロセス特性の推定は、プロセス量CV
が一定時間を超えて変動していないということ
をプロセス量変動検出手段１が検出すると、こ
の検出信号を受けたプロセス操業特性推定手段
２がプロセＰの出力量PVと調節部Ｃの出力量
MVとを取り込んで行う。このプロセス操業特
性推定手段２の特性推定の結果とプロセス量
CVとは一旦表示装置３に表示される。オペレ
ータはこの表示装置３に表示された特性推定の
結果が正常なものか、あるいは異常なものかを
経験に基づいて判断し、正常であると判断した
場合には図示されていないキーボード等の操作
により記憶制御手段４に指令を与え、特性推定
の結果をプロセス量CVとそれぞれ対応させた
対にして記憶装置５に記憶させる。

この処理は次の手順において適応化曲線を求
める際に使用される特性推定の結果から異常な
結果を除外するためのものである。

１回の推定により１個得られる特性推定の結
果を例示すると第６図のようになる。なお、第
６図において、〇印は正常な特性推定の結果と
判断されて記憶手段５に記憶されるものであ
り、×印は異常な特性推定の結果と判断されて
記憶されないものである。

(3) 上述のようにして特性推定の結果が記憶手段
５に順次記憶されると、これらの記憶された特
性推定の結果を用いて、適応化曲線演算手段６
は、指標CVを変数とする適応化曲線を、例え
ば最少自乗法等により求め、以後、プロセスＰ
からの特性変化を表わす指標CVの値に対応す
る適応化の信号AVをその適応化曲線により定
めて調節部Ｃに供給し、プロセス制御のPID制
御パラメータを設定させる。なお、適応化曲線
を求めるには、上述した最小自乗法によるのが
好適であるが、その例に限ることなく、測定点
の群に対して平均的な曲線を選び得る演算手法
であれば、任意の手法を用いることができる。

(4) 上述のようにして一旦適応化曲線を設定する
と、以後、その適応化曲線から一定の範囲内の
データのみを使用可能領域として記憶し、その
領域外のデータは記憶しない。

(5) 以後、新たなプロセス出力量PVと入力量
MVとの入来に応じて得られる測定点を追加記
憶し、所定の個数を超えると、記憶した順に古
いデータを排除して記憶データを更新する。

したがつて、最初に設定した適応化曲線に対
する所定範囲内において得られる新たな測定点
が、プロセス特性の変化に応じてその適応化曲
線の一方の側に集中すれば、かかる測定点分布
の変化に対応してその分布の平均を表わす適応
化曲線の位置を順次に修正し、つねに、修正更
新された適応化曲線から一定範囲内に分布する
データに基づいて、刻々の指標量CVに対応す
る適応化の信号AVを送出する。

以上のようなプロセス特性の推定、記憶および
使用によるプロセス制御パラメータ適応化の手順
は、プロセス制御一般における制御パラメータの
適応化の際に考慮すべき、つぎのようなプロセス
特性の性質に基づいて設定したものである。

(a) プロセスの特性は種々の原因に基づいて変化
するが、その変化を原因により大別するとつぎ
の２種類となる。

(b) プロセス特性の変化の原因の一つは、プロセ
スの特性そのものの恒久的な変化であるが、か
かる態様の変化は極めて緩慢にしか生じない。
したがつて、かかる態様のプロセス特性の変化
に対する制御パラメータの適応化は、上述した
手順(5)による適応化曲線の緩慢な修正更新によ
り十分に対応することができる。

(c) プロセス特性の変化の他の一つは、プロセス
の操業状態の即時的な変化、例えば、運転レベ
ルがフル運転であるか、1/2レベルの運転であ
るか、最低レベルの運転であるか等の相違に基
づくプロセス操業状態の変化によるものである
が、かかる操業条件の変更に伴うプロセス特性
の変化は急速に生じ、また、上述の手順(4)乃至
(5)における適応化曲線にほぼ沿つて生ずるもの
であるから、適応化曲線に基づいて即時に対応
して、かかる態様のプロセス特性の変化に適応
した制御パラメータを刻々に設定することがで
きる。

以上のように、本発明方式による制御パラメー
タの適応化によれば、プロセス特性の緩慢、急速
二様の変化に対してそれぞれに巧みに対処するこ
とができる。

すなわち、プロセスの性質自体の変化により、
プロセス特性が恒久的に緩慢に変化して行けば、
新たに得られるプロセスの入出力量に基づく適応
化のデータが、そのプロセス特性の緩慢な変化に
追従してデータの分布を更新し、新たな分布によ
るデータの平均として適応化曲線を修正更新する
ので、つねにプロセス特性の恒久的変化に追従し
た適応化曲線に基づいて制御パラメータの適応化
を図ることができ、また、その近似範囲内の即時
的特性変化にも即応することができる。

これに対し、第３図につき前述した従来方式の
制御パラメータ適応化においては、適応化装置に
刻々入来するプロセス入出力量に応じて、その都
度、制御パラメータの適応化を図るのであるが、
プロセス特性の変化に対する対応は、例えば、第
４図に示すようになり、第４図Ｂに示すプロセス
特性の区間ととでは、同一特性であつて、区
間のみが異なる特性であつたとすると、得られ
る適応化の信号は、第４図Ｃに点線で示すように
変化すべきものであるのに対し、実際には実線で
示すような対応の遅れを生ずる。したがつて、か
かる制御パラメータの適応化の遅れに基づいて、
第４図Ａに示すような、プロセス特性変化の過渡
期におけるプロセス制御状態の乱れが二重矢印の
区間に現われていた。

これに対して本発明においては、第６図に示す
ように記憶されている適応化曲線に基づいて、区
間，，のそれぞれにおいて遅れなく適応化
の信号が出力される。

以上の説明から明らかなように、本発明方式の
制御パラメータ適応化によれば、第４図につき上
述した従来方式によつて生じたプロセス制御状態
の乱れの発生を、十分に安定かつ確実に回避して
安定なプロセス制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のパラメータ適応方式によるプロ
セス制御系の構成を示すブロツク線図、第２図は
同じくそのパラメータ適応化の態様を示す特性曲
線図、第３図は他の従来のパラメータ適応方式に
よるプロセス制御系の構成を示すブロツク線図、
第４図Ａ，Ｂ，Ｃは同じくそのパラメータ適応化
の態様を順次に示す動作波形図、第５図は本発明
パラメータ適応方式によるプロセス制御系の構成
例を示すブロツク線図、第６図は同じくそのパラ
メータ適応化の態様を示す特性曲線図、第７図は
適応化装置Ａの具体的構成を示す機能プロツク図
である。 Ｐ……プロセス、Ｃ……調節部、Ａ……適応化
装置、１……プロセス量変動検出手段、２……プ
ロセス操業特性推定手段、３……表示手段、４…
…記憶制御手段、５……記憶手段、６……適応化
曲線演算手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ プロセスのPID制御パラメータをプロセスの
   操業特性に適応させるにあたり、調節部に対して
   試験信号を供給し、この試験信号により調節部か
   らプロセスに送られる制御入力を変化させ、この
   制御入力とこれに応答するプロセスの操業出力と
   を取り込んで対比してプロセスの操業特性を推定
   し、この推定結果とその時のプロセス特性指標と
   なる量とを記憶して、指標となる量とプロセスの
   PID制御パラメータの適応化信号との対応関係を
   示す適応化曲線を求め、この適応化曲線に基づい
   てプロセスから供給される指標となる量に対応し
   て適応化信号を調節部に出力するとともに、適応
   化曲線を推定処理に従つて更新させるようにした
   ことを特徴とするプロセス制御におけるパラメー
   タ適応方式。