JP4361883B2 - Control device - Google Patents
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Description
本発明は、プロセス制御技術に関するものであり、特に少なくとも2個の制御ループを有する制御系において計測される状態量差などを制御対象とする制御装置に関するものである。 The present invention relates to a process control technique, and more particularly to a control device that controls a state quantity difference measured in a control system having at least two control loops.
図8(a)に、従来の制御装置である温度調節計の構成を示す(例えば特許文献1参照)。炉1001内には、熱処理ワーク1016が搬入され、またヒータ1011と、制御温度TC1を検出する検出手段1012と、ワーク1016の表面温度TC2を検出する検出手段1013と、ワーク1016の最深温度TC3を検出する検出手段1014とが配設されている。1002は電力調整器を示している。制御部1003は、制御温度TC1と実行プログラムパターン設定値1033とを比較する比較器1031と、比較器1031の出力により制御されるPID等の制御演算部1032と、ワーク1016の表面温度TC2と最深温度TC3との差を検出する温度差検出器1034と、予め定められた温度差を設定する温度差設定器1035と、温度差検出器1034の出力と温度差設定器1035の出力とを比較する比較器1036と、最深温度TC3の温度変化率を検出する変化率検出器1038と、変化率検出器1038の出力と予め定められた温度変化率を設定する変化率設定器1039の出力とを比較する比較器1040と、比較器1036の出力と比較器1040の出力に基づいて傾斜演算し実行プログラムパターン設定値1033を制御する傾斜演算器1037とを有している。
FIG. 8A shows the configuration of a temperature controller that is a conventional control device (see, for example, Patent Document 1). A heat treatment work 1016 is carried into the furnace 1001, and the heater 1011, detection means 1012 for detecting the
温度差設定器1035には許容可能な最大の温度差が設定され、また変化率設定器1039には許容可能な最大の温度変化率が設定される。図8(a)の構成により、熱処理ワーク1016内の温度差、温度変化率の一方もしくは両方が指定された温度許容値以内に入るように、実行プログラムパターン設定値1033中の傾斜が常時修正される。
図8(a)中の破線で囲まれている部分に着目すると、計測された複数の温度TC1,TC2,TC3に基づき温度差(TC2−TC3)および温度変化率dTC3/dtを算出する状態量変換が行なわれていることが理解できる。すなわち、図8(a)の温度調節計は、温度差(TC2−TC3)および温度変化率dTC3/dtを算出する状態量変換部1041を備えていることになる(図8(b))。
The maximum allowable temperature difference is set in the temperature difference setting
Focusing on the portion surrounded by the broken line in FIG. 8A, the state quantity for calculating the temperature difference (TC2−TC3) and the temperature change rate dTC3 / dt based on the plurality of measured temperatures TC1, TC2, and TC3. You can see that the conversion is taking place. That is, the temperature controller of FIG. 8A includes the state
図9(a)に、従来の他の制御装置である温度調整装置の構成を示す(例えば特許文献2参照)。図中の2002は縦型熱処理装置2020の反応管であり、この反応管2002の内部には、ウエハボ−ト2021に搭載された半導体ウエハの近傍の温度を検出する温度センサAが設けられると共に、反応管2002の外面の温度を検出する温度センサBが設けられている。偏差回路部2031は、温度センサAの目標値から後述する補正値を引いた偏差、すなわち温度センサBの目標値を出力する。偏差回路部2032は、温度センサBの目標値から温度センサBの検出値を引いた偏差をPID調節部2004に出力する。PID調節部2004は、入力された偏差に基づいてPID演算を行い、その演算結果を電力制御部2005に出力し、電力制御部2005は、PID調節部2004の出力値に基づいて縦型熱処理装置2020の加熱源であるヒ−タ2006への電力供給量を制御する。一方、補正値出力部2007は、温度センサBの検出値が目標値に収束したとき、この収束した時点の温度センサAの検出値と温度センサBの検出値との差(A−B)を補正値とし、温度センサBの目標値を補正値分だけ修正する。図9(a)の構成により、温度センサAの検出値が目標値に収束する。
FIG. 9 (a) shows a configuration of a temperature control device which is another conventional control device (see, for example, Patent Document 2). In the figure,
図9(a)中の破線で囲まれている部分に着目すると、計測された複数の温度A,Bに基づき温度差(A−B)を算出する状態量変換が行なわれていることが理解できる。すなわち、図9(a)の温度調整装置は、温度差(A−B)を算出する状態量変換部2008を備えていることになる(図9(b))。
以上のように、実際の状態量そのものだけではなく、状態量差を制御系に取り込む努力は従来から行なわれており、特に状態量差を制御対象として制御系を構成するケースでは、制御系に前記状態量変換部が設けられる。
When attention is paid to the portion surrounded by the broken line in FIG. 9A, it is understood that state quantity conversion for calculating a temperature difference (A−B) based on a plurality of measured temperatures A and B is performed. it can. That is, the temperature adjustment device in FIG. 9A includes the state
As described above, efforts have been made in the past to incorporate not only the actual state quantity itself but also the state quantity difference into the control system. The state quantity conversion unit is provided.
ここで、2個の制御ループにおいて、状態量PV1,PV2そのものではなく、状態量平均値PV1’と状態量差PV2’とを制御対象とすることを考える。この場合の制御装置を図10に示す。図10の制御装置は、状態量平均値PV1’に対する設定値SP1’と状態量平均値PV1’との差を出力する減算器3001と、状態量差PV2’に対する設定値SP2’と状態量差PV2’との差を出力する減算器3002と、減算器3001,3002の出力に基づいてそれぞれ操作量MV1,MV2を算出するコントローラC1,C2と、制御対象プロセスP1,P2に対してそれぞれ操作量MV1,MV2に応じた操作を行うアクチュエータA1,A2と、状態量変換部3003とを有する。
Here, let us consider that in the two control loops, the state quantity average value PV1 'and the state quantity difference PV2' are controlled, not the state quantities PV1 and PV2 themselves. The control device in this case is shown in FIG. 10 includes a
状態量変換部3003は、制御対象プロセスP1,P2の状態量PV1,PV2に対してそれぞれ0.5を乗算する乗算器3004,3005と、状態量PV1,PV2に対してそれぞれ−1,1を乗算する乗算器3006,3007と、乗算器3004と3005の出力を加算する加算器3008と、乗算器3006と3007の出力を加算する加算器3009とから構成される。このような状態量変換部3003により、状態量平均値PV1’と状態量差PV2’とは次式のようになる。
PV1’=0.5PV1+0.5PV2 ・・・(1)
PV2’=PV2−PV1 ・・・(2)
また、状態量変換部3003の入出力の関係をマトリックスで表現すると、以下のようになる。
The state quantity conversion unit 3003 multiplies
PV1 ′ = 0.5PV1 + 0.5PV2 (1)
PV2 ′ = PV2-PV1 (2)
Further, the input / output relationship of the state quantity conversion unit 3003 is expressed as a matrix as follows.
コントローラC1は状態量平均値PV1’を対象とし、コントローラC2は状態量差PV2’を対象とする。コントローラC1は、設定値SP1’と状態量平均値PV1’との偏差に基づき操作量MV1を算出し、コントローラC2は、設定値SP2’と状態量差PV2’との偏差に基づき操作量MV2を算出する。このとき、状態量平均値PV1’と状態量差PV2’とがそれぞれ制御可能な状態になるために、コントローラC1で算出される操作量MV1はアクチュエータA1に送られ、コントローラC2で算出される操作量MV2はアクチュエータA2に送られるように構成される。これにより、アクチュエータA1は状態量平均値PV1’を制御するために動作し、アクチュエータA2は状態量差PV2’を制御するために動作することになる。このように、図8(b)や図9(b)に示したものと同様の状態量変換部3003を適用するだけで、状態量平均値PV1’を直接制御するコントローラC1と状態量差PV2’を直接制御するコントローラC2とを含むマルチループの制御系を構成でき、状態量平均値PV1’と状態量差PV2’とを所望の値に制御することができる。 The controller C1 targets the state quantity average value PV1 ', and the controller C2 targets the state quantity difference PV2'. The controller C1 calculates the manipulated variable MV1 based on the deviation between the set value SP1 ′ and the state quantity average value PV1 ′, and the controller C2 calculates the manipulated variable MV2 based on the deviation between the set value SP2 ′ and the state quantity difference PV2 ′. calculate. At this time, since the state quantity average value PV1 ′ and the state quantity difference PV2 ′ are in a controllable state, the operation amount MV1 calculated by the controller C1 is sent to the actuator A1, and the operation calculated by the controller C2 is performed. The quantity MV2 is configured to be sent to the actuator A2. As a result, the actuator A1 operates to control the state quantity average value PV1 ', and the actuator A2 operates to control the state quantity difference PV2'. In this way, the controller C1 that directly controls the state quantity average value PV1 ′ and the state quantity difference PV2 simply by applying the state quantity conversion unit 3003 similar to that shown in FIGS. 8B and 9B. A multi-loop control system including a controller C2 that directly controls' can be configured, and the state quantity average value PV1 'and the state quantity difference PV2' can be controlled to desired values.
しかし、アクチュエータA1の動作により状態量PV1に変化が与えられると、この変化は状態量変換部3003の作用により状態量差PV2’にも影響を与える。同様に、アクチュエータA2の動作により状態量PV2に変化が与えられると、この変化は状態量変換部3003の作用により状態量平均値PV1’にも影響を与える。すなわち、図10に示した制御装置では、状態量変換部3003により人工的にループ間干渉が発生する構成となってしまう。 However, when the state quantity PV1 is changed by the operation of the actuator A1, this change also affects the state quantity difference PV2 'by the action of the state quantity conversion unit 3003. Similarly, when the state quantity PV2 is changed by the operation of the actuator A2, this change also affects the state quantity average value PV1 'by the action of the state quantity conversion unit 3003. In other words, the control device shown in FIG. 10 has a configuration in which inter-loop interference is artificially generated by the state quantity conversion unit 3003.
状態量平均値PV1’を算出するために状態量PV1,PV2に乗算する係数は共に0.5であるため、制御対象プロセスP1のプロセスゲインKp1と制御対象プロセスP2のプロセスゲインKp2とが同程度だと仮定すると、アクチュエータA1が動作することによる状態量平均値PV1’への影響度と、アクチュエータA2が動作したときのループ間干渉による状態量平均値PV1’への影響度(アクチュエータA2により状態量平均値PV1’が乱れる影響度)とは、同程度ということになる。同様に、状態量差PV2’を算出するために状態量PV1,PV2に乗算する係数の絶対値は共に1であるため、アクチュエータA2が動作することによる状態量差PV2’への影響度と、アクチュエータA1が動作したときのループ間干渉による状態量差PV2’への影響度(アクチュエータA1により状態量差PV2’が乱れる影響度)とは、同程度ということになる。したがって、状態量変換部を単純に適用するだけでは、本質的に人工的なループ間干渉が強くなる傾向にあるので、制御性が劣化しやすくなるという問題が発生する。 Since the coefficients multiplied by the state quantities PV1 and PV2 to calculate the state quantity average value PV1 ′ are both 0.5, the process gain Kp1 of the control target process P1 and the process gain Kp2 of the control target process P2 are approximately the same. Assuming that, the degree of influence on the state quantity average value PV1 ′ due to operation of the actuator A1 and the degree of influence on the state quantity average value PV1 ′ due to inter-loop interference when the actuator A2 operates (state due to the actuator A2) The degree of influence that disturbs the quantity average value PV1 ′) is about the same. Similarly, since the absolute values of the coefficients multiplied by the state quantities PV1 and PV2 in order to calculate the state quantity difference PV2 ′ are both 1, the degree of influence on the state quantity difference PV2 ′ due to the operation of the actuator A2; The degree of influence on the state quantity difference PV2 ′ due to interference between loops when the actuator A1 operates (the degree of influence that the state quantity difference PV2 ′ is disturbed by the actuator A1) is about the same. Therefore, simply applying the state quantity conversion unit inherently tends to increase the artificial inter-loop interference, which causes a problem that the controllability tends to deteriorate.
そこで、ループ間の非干渉化を実現するために、非特許文献1に開示されたクロスコントローラを適用することが容易に想到できる。非特許文献1に開示された制御装置の構成を図11に示す。図11の制御装置は、設定値SP1と状態量PV1との差を出力する減算器4001と、設定値SP2と状態量PV2との差を出力する減算器4002と、減算器4001,4002の出力に基づいてそれぞれ操作量MV1,MV2を算出するコントローラ4003,4004と、操作量MV1,MV2をそれぞれ変換した操作量MV1’,MV2’を出力するクロスコントローラ4005とを有する。
Therefore, in order to realize non-interference between loops, it is easily conceivable to apply the cross controller disclosed in
クロスコントローラ4005は、ループ間干渉による影響分を予め打ち消す処理を操作量MV1,MV2に対して行うものであり、操作量MV1に係数M12を乗算する乗算器4007と、操作量MV2に係数M21を乗算する乗算器4008と、操作量MV1と乗算器4008の出力との差を操作量MV1’として出力する減算器4009と、操作量MV2と乗算器4007の出力との差を操作量MV2’として出力する減算器4010とから構成される。ここでは説明を簡単にするため、プロセス時定数やプロセスむだ時間などの動的特性は無視することにする。操作量MV1’,MV2’に対する制御対象プロセス4006のプロセスゲインをそれぞれKp1,Kp2とすると、非特許文献1によれば、非干渉化のためのクロスコントローラ4005は以下のように設計できる。
MV1’=MV1+(−0.5Kp2/0.5Kp1)MV2 ・・・(4)
MV2’=(Kp1/Kp2)MV1+MV2 ・・・(5)
また、クロスコントローラ4005の入出力の関係をマトリックスで表現すると、以下のようになる。
The cross controller 4005 performs processing for previously canceling the influence due to the interference between the loops on the operation amounts MV1 and MV2, a
MV1 ′ = MV1 + (− 0.5Kp2 / 0.5Kp1) MV2 (4)
MV2 ′ = (Kp1 / Kp2) MV1 + MV2 (5)
Further, the input / output relationship of the cross controller 4005 is expressed in a matrix as follows.
すなわち、前述の係数M12は−Kp1/Kp2、係数M21は0.5Kp2/0.5Kp1となる。コントローラ4003により算出された操作量MV1は、クロスコントローラ4005により操作量MV1’に変換された後に図示しないアクチュエータを介して制御対象プロセス4006に送られ、コントローラ4004により算出された操作量MV2は、クロスコントローラ4005により操作量MV2’に変換された後にアクチュエータを介して制御対象プロセス4006に送られる。
That is, the coefficient M12 is −Kp1 / Kp2, and the coefficient M21 is 0.5Kp2 / 0.5Kp1. The operation amount MV1 calculated by the
図11に示したクロスコントローラ4005を図10の制御装置に適用した構成を図12に示す。状態量変換部3003とクロスコントローラ4005とを用いることにより、状態量平均値PV1’のみを専用的に制御するコントローラC1を中心とする第1制御ループと、状態量差PV2’のみを専用的に制御するコントローラC2を中心とする第2制御ループとを有するマルチループの制御系を実現できる。状態量平均値PV1’のみを専用的に制御するコントローラC1の応答特性を安定性重視の方向(低感度)で調整し、状態量差PV2’のみを専用的に制御するコントローラC2の応答特性を即応性重視の方向(高感度)で調整すれば、状態量平均値PV1’が設定値SP1’に追従するよりも前に、状態量差PV2’が設定値SP2’に追従するようになるので、状態量差PV2’を所望の値に維持しながら、状態量平均値PV1’を所望の値に変更するような制御が可能になる。 FIG. 12 shows a configuration in which the cross controller 4005 shown in FIG. 11 is applied to the control device of FIG. By using the state quantity conversion unit 3003 and the cross controller 4005, only the first control loop centering on the controller C1 that exclusively controls the state quantity average value PV1 ′ and only the state quantity difference PV2 ′ are exclusively used. A multi-loop control system having a second control loop centered on the controller C2 to be controlled can be realized. The response characteristic of the controller C1 that exclusively controls the state quantity average value PV1 ′ is adjusted in the direction of emphasizing stability (low sensitivity), and the response characteristic of the controller C2 that exclusively controls the state quantity difference PV2 ′ is obtained. If adjustment is made in a direction that emphasizes responsiveness (high sensitivity), the state quantity difference PV2 ′ follows the set value SP2 ′ before the state quantity average value PV1 ′ follows the set value SP1 ′. Thus, it is possible to perform control such that the state quantity average value PV1 ′ is changed to a desired value while maintaining the state quantity difference PV2 ′ at a desired value.
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
[第1の課題]
実際のアクチュエータには出力の上下限があり、コントローラはこの上下限を考慮した操作量算出をしなければならない。つまり、アクチュエータの出力が上限値あるいは下限値に達して状態量の変化に限界が生じている状態においては、コントローラは必要以上に操作量の算出結果を高くしたり低くしたりしてはならない。PID等のコントローラがアクチュエータの物理的な上下限を考慮しない場合、積分ワインドアップという問題が生じる。
[First issue]
An actual actuator has upper and lower limits of output, and the controller must calculate an operation amount in consideration of the upper and lower limits. That is, in a state where the output of the actuator reaches the upper limit value or the lower limit value and the change in the state quantity is limited, the controller must not raise or lower the operation amount calculation result more than necessary. If a controller such as PID does not consider the physical upper and lower limits of the actuator, there is a problem of integral windup.
以下、この積分ワインドアップについて具体的に説明する。例えば、状態量が温度であり、アクチュエータがヒータである場合、一般的にヒータ出力には下限値0%、上限値100%という制約が与えられる。コントローラで算出される操作量MVが上昇して100%に達すると、ヒータ出力も100%に達する。このとき、温度設定値SPに対して温度計測値PVが低い場合、仮にコントローラがヒータ出力の上限値100%を無視していると、コントローラは100%よりも大きな操作量MVを算出することになる。ところが、ヒータ出力は100%で飽和するため、ヒータ出力の上昇に応じた温度計測値PVの上昇は限界に達し、その結果、コントローラは操作量MVをさらに大きな値へと上げていくことになる。
Hereinafter, this integral windup will be specifically described. For example, when the state quantity is temperature and the actuator is a heater, the heater output is generally limited to a lower limit value of 0% and an upper limit value of 100%. When the operation amount MV calculated by the controller increases and reaches 100%, the heater output also reaches 100%. At this time, when the temperature measurement value PV is lower than the temperature set value SP, if the controller ignores the
そして、操作量MVの算出値が上昇し続けて例えば500%に達した時点で、温度設定値SPが温度計測値PVよりも低い値に変更されたと仮定する。温度設定値SPの変更により、コントローラは、操作量MVを500%から下げていくことになるので、ヒータ出力の上限値100%よりも低い操作量MVがコントローラから出力されるようになるまでに長い時間がかかる。したがって、温度設定値SPを温度計測値PVよりも低い値に変更したにもかかわらず、コントローラからは長時間にわたって操作量100%が出力され、結果的に温度降下の開始が大きく遅れることになる。以上のように操作量MVの算出結果が必要以上に高くなり、設定値SPが小さい値に変更されたときに操作量MVの降下が遅れる現象が積分ワインドアップと呼ばれる現象であり、コントローラがアクチュエータの物理的な上下限を考慮して操作量を算出しないことに起因する。
Then, it is assumed that the temperature set value SP is changed to a value lower than the temperature measurement value PV when the calculated value of the manipulated variable MV continues to increase and reaches, for example, 500%. By changing the temperature setting value SP, the controller lowers the operation amount MV from 500%, so that the operation amount MV lower than the
図12に示した制御装置では、コントローラC1,C2において算出される操作量MV1,MV2がクロスコントローラ4005により操作量MV1’,MV2’に変換される。言い換えれば、コントローラC1,C2が算出する操作量MV1,MV2は、複数のアクチュエータA1,A2への合成操作量として算出されるわけであり、コントローラC1,C2の操作量MV1,MV2とアクチュエータA1,A2の出力とが1対1に対応しなくなる。したがって、コントローラC1,C2がアクチュエータA1,A2の出力の上下限を考慮した操作量MV1,MV2の算出を行ったとしても、アクチュエータA1,A2に実際に出力されるのは操作量MV1,MV2を合成した操作量MV1’,MV2’なので、結果としてアクチュエータA1,A2の出力の上下限を考慮していない操作量出力がアクチュエータA1,A2に対して行われる可能性がある。このため、図12に示した制御装置では、前述のPIDコントローラと同様の積分ワインドアップが発生するという問題点があった。 In the control device shown in FIG. 12, the operation amounts MV1 and MV2 calculated by the controllers C1 and C2 are converted into operation amounts MV1 'and MV2' by the cross controller 4005. In other words, the operation amounts MV1 and MV2 calculated by the controllers C1 and C2 are calculated as composite operation amounts for the plurality of actuators A1 and A2, and the operation amounts MV1 and MV2 of the controllers C1 and C2 and the actuators A1 and A2 are calculated. There is no one-to-one correspondence with the output of A2. Therefore, even if the controllers C1 and C2 calculate the operation amounts MV1 and MV2 in consideration of the upper and lower limits of the outputs of the actuators A1 and A2, the operation amounts MV1 and MV2 are actually output to the actuators A1 and A2. Since the combined operation amounts MV1 ′ and MV2 ′ are generated, there is a possibility that an operation amount output that does not consider the upper and lower limits of the outputs of the actuators A1 and A2 is performed on the actuators A1 and A2. For this reason, the control device shown in FIG. 12 has a problem that the integral windup similar to that of the PID controller described above occurs.
[第2の課題]
また、通常のコントローラでは、制御対象の特性に合わせてパラメータの調整を行なわなければならない。パラメータ調整の例としては、PIDコントローラにおけるPIDパラメータ調整がある。従来、このようなパラメータ調整を実現するための調整方法や自動調整機能などが考案されているが、この調整方法や自動調整機能は基本的にコントローラとアクチュエータと制御対象と計測手段とが物理的に対応していることが必要条件になる。
[Second problem]
Moreover, in a normal controller, parameters must be adjusted according to the characteristics of the control target. An example of parameter adjustment is PID parameter adjustment in a PID controller. Conventionally, adjustment methods and automatic adjustment functions for realizing such parameter adjustment have been devised, but this adjustment method and automatic adjustment function basically consists of a controller, an actuator, a controlled object, and a measuring means physically. It is a necessary condition to support.
以下、従来のパラメータ調整について具体的に説明する。例えば、状態量が温度であり、アクチュエータがヒータであり、制御対象が炉であり、計測手段が熱電対などの温度センサである場合を考える。このとき、図13に示すように、2個の制御ループを想定し、コントローラ5003,5004と、アクチュエータであるヒータ5005,5006と、制御対象である炉5007,5008と、計測手段である温度センサ5009,5010とを備えるものとする。図13において、5001は温度設定値SP1と温度計測値PV1との差を出力する減算器、5002は温度設定値SP2と温度計測値PV2との差を出力する減算器である。
Hereinafter, the conventional parameter adjustment will be specifically described. For example, consider a case where the state quantity is temperature, the actuator is a heater, the controlled object is a furnace, and the measuring means is a temperature sensor such as a thermocouple. At this time, as shown in FIG. 13, assuming two control loops,
図13の構成においては、多少のループ間干渉は許容するものの、コントローラ5003はヒータ5005に操作量MV1を出力し、ヒータ5005は主に炉5007を加熱し、温度センサ5009は炉5007付近の温度を計測して、コントローラ5003は温度計測値PV1を制御するように制御演算を実行しなければならない。同様に、コントローラ5004はヒータ5006に操作量MV2を出力し、ヒータ5006は主に炉5008を加熱し、温度センサ5010は炉5008付近の温度を計測して、コントローラ5004は温度計測値PV2を制御するように制御演算を実行しなければならない。このように、コントローラ5003,5004とヒータ5005,5006と炉5007,5008と温度センサ5009,5010とが物理的に対応していることが、従来考案されている調整方法や自動調整機能などを適用するための必要条件になる。逆に言えば、コントローラ5003がヒータ5005とヒータ5006とに同等のレベルで配分される操作量MV1,MV2を1個の合成操作量として算出し、同じくコントローラ5004がヒータ5005とヒータ5006とに同等のレベルで配分される操作量MV1,MV2を1個の合成操作量として算出すると、従来考案されている調整方法や自動調整機能などを適用することは不可能になる。
In the configuration of FIG. 13, although some inter-loop interference is allowed, the
図12に示した制御装置では、コントローラC1,C2において算出される操作量MV1,MV2がクロスコントローラ4005により操作量MV1’,MV2’に変換される。言い換えれば、コントローラC1,C2が算出する操作量MV1,MV2は、複数のアクチュエータA1,A2への合成操作量として算出されるわけであり、コントローラC1,C2の操作量MV1,MV2とアクチュエータA1,A2の出力とが1対1に対応しなくなる。すなわち、コントローラとアクチュエータと制御対象と計測手段とが物理的に対応するという基本的な条件が成立しなくなる。したがって、図12に示した制御装置では、従来考案されている調整方法や自動調整機能などを適用することは不可能であり、PIDパラメータ調整等のコントローラのパラメータ調整が非常に難しくなるという問題点があった。 In the control device shown in FIG. 12, the operation amounts MV1 and MV2 calculated by the controllers C1 and C2 are converted into operation amounts MV1 'and MV2' by the cross controller 4005. In other words, the operation amounts MV1 and MV2 calculated by the controllers C1 and C2 are calculated as composite operation amounts for the plurality of actuators A1 and A2, and the operation amounts MV1 and MV2 of the controllers C1 and C2 and the actuators A1 and A2 are calculated. There is no one-to-one correspondence with the output of A2. That is, the basic condition that the controller, the actuator, the controlled object, and the measuring means physically correspond to each other is not satisfied. Therefore, in the control device shown in FIG. 12, it is impossible to apply a conventionally devised adjustment method or automatic adjustment function, and controller parameter adjustment such as PID parameter adjustment becomes very difficult. was there.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の状態量間の相対状態量を所望の値に維持しつつ、複数の状態量の平均値等の絶対量を所望の値に変更する制御を行う制御系において、積分ワインドアップを防止することができ、かつ従来考案されているパラメータ調整方法や自動調整機能などを適用することができる制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and maintains an absolute amount such as an average value of a plurality of state quantities to a desired value while maintaining a relative state quantity between the plurality of state quantities at a desired value. It is an object of the present invention to provide a control device that can prevent integral windup in a control system that performs control to be changed, and that can be applied with a conventionally devised parameter adjustment method or automatic adjustment function.
本発明は、n(nは2以上の自然数)個の並列なPID制御ループを有する制御系の制御装置において、特定の基準となる絶対的な状態量を基準状態量とし、状態量差である相対的な状態量を相対状態量としたとき、前記n個のPID制御ループに入力されるn個の各状態量計測値を、1個の基準状態量計測値と(n−1)個の相対状態量計測値とに変換するためのn×nの状態量変換行列により線形結合して前記基準状態量計測値と相対状態量計測値とに変換する状態量変換部と、前記変換された基準状態量計測値とこれに対応する基準状態量設定値との制御偏差または前記変換された相対状態量計測値とこれに対応する相対状態量設定値との制御偏差のいずれかを前記変換された状態量計測値毎に算出する制御偏差算出部と、前記算出されたn個の制御偏差にそれぞれ対応し、制御の優先度を与える重み係数を乗算する重み係数設定部と、PID制御演算部が算出するn個の操作量と前記n個のPID制御ループの各アクチュエータの出力とを1対1に対応させるために、前記重み係数が乗算されたn個の制御偏差を前記状態量変換行列の逆行列により再変換する逆行列再変換部と、前記再変換されたn個の制御偏差に基づき各PID制御ループの操作量を算出して、算出したn個の操作量をそれぞれ対応するPID制御ループのアクチュエータに出力するPID制御演算部と、前記制御偏差算出部に入力される基準状態量設定値および相対状態量設定値に対して急変動を抑制するフィルタリング処理を施す状態量フィルタリング設定値算出部とを備えることにより、基準状態量と相対状態量に優先度を与えて制御するための制御偏差を算出するものである。
また、本発明は、n(nは2以上の自然数)個の並列なPID制御ループを有する制御系の制御装置において、特定の基準となる絶対的な状態量を基準状態量とし、状態量差である相対的な状態量を相対状態量としたとき、前記n個のPID制御ループに入力される各状態量計測値とこれに対応する各状態量設定値との制御偏差を前記状態量計測値毎に算出する制御偏差算出部と、前記算出されたn個の制御偏差を、前記基準状態量に対応する1個の制御偏差と前記相対状態量に対応する(n−1)個の制御偏差とに変換するためのn×nの状態量変換行列により線形結合して前記基準状態量に対応する制御偏差と前記相対状態量に対応する制御偏差とに変換する制御偏差変換部と、前記変換されたn個の制御偏差にそれぞれ対応し、制御の優先度を与える重み係数を乗算する重み係数設定部と、PID制御演算部が算出するn個の操作量と前記n個のPID制御ループの各アクチュエータの出力とを1対1に対応させるために、前記重み係数が乗算されたn個の制御偏差を前記状態量変換行列の逆行列により再変換する逆行列再変換部と、前記再変換されたn個の制御偏差に基づき各PID制御ループの操作量を算出して、算出したn個の操作量をそれぞれ対応するPID制御ループのアクチュエータに出力するPID制御演算部と、前記制御偏差算出部に入力される状態量設定値に対して急変動を抑制するフィルタリング処理を施す状態量フィルタリング設定値算出部とを備えることにより、基準状態量と相対状態量に優先度を与えて制御するための制御偏差を算出するものである。
The present invention is a control system control device having n (n is a natural number equal to or greater than 2) parallel PID control loops, which is a state quantity difference with an absolute state quantity serving as a specific reference as a reference state quantity. When the relative state quantity is defined as a relative state quantity, each of the n state quantity measurement values input to the n PID control loops is represented by one reference state quantity measurement value and (n−1) pieces. A state quantity conversion unit that linearly combines with an n × n state quantity conversion matrix for conversion into a relative state quantity measurement value and converts the reference state quantity measurement value and the relative state quantity measurement value ; Either the control deviation between the measured reference state quantity and the corresponding reference state quantity set value or the control deviation between the converted relative state quantity measured value and the corresponding relative state quantity set value is converted. A control deviation calculation unit for calculating each state quantity measurement value, and the calculated A weighting factor setting unit that multiplies each of the n control deviations by a weighting factor that gives priority to control, n operation amounts calculated by the PID control calculation unit, and each of the n PID control loops. In order to correspond one-to-one with the output of the actuator, an inverse matrix reconversion unit that retransforms n control deviations multiplied by the weighting factor by an inverse matrix of the state quantity transformation matrix; A PID control calculation unit that calculates an operation amount of each PID control loop based on the n control deviations, and outputs the calculated n operation amounts to an actuator of the corresponding PID control loop; and the control deviation calculation unit by providing the state quantity filtering setting value calculation unit for performing the suppressing filtering sudden variation with respect to the reference state quantity setting value inputted and relative state quantity setting value, the reference state The relative state quantity and calculates the control deviation to control giving priority.
Further, the present invention provides a control system control apparatus having n (n is a natural number of 2 or more) parallel PID control loops, wherein an absolute state quantity serving as a specific reference is set as a reference state quantity, and a state quantity difference When the relative state quantity is a relative state quantity, the control deviation between each state quantity measurement value input to the n PID control loops and the corresponding state quantity set value is the state quantity measurement. a control deviation calculation unit that calculates for each value, the n control deviation the calculated, corresponding to the relative state quantities and one control deviation corresponding to the reference state quantity (n-1) pieces of control a control deviation conversion unit by the state quantity conversion matrix of n × n for converting the deviation by linear combination into a control deviation corresponding to the relative state quantity control deviation corresponding to the reference state amount, wherein Each of the converted n control deviations corresponds to the control In order to make a one-to-one correspondence between a weighting factor setting unit that multiplies a weighting factor that gives a priori, n operation amounts calculated by a PID control calculation unit, and outputs of each actuator of the n PID control loops An inverse matrix re-transformer for re-transforming the n control deviations multiplied by the weighting factor by an inverse matrix of the state quantity transformation matrix, and each PID control loop based on the n re-transformed control deviations A PID control calculation unit that calculates an operation amount and outputs the calculated n operation amounts to the actuators of the corresponding PID control loop, and abrupt fluctuation with respect to a state amount set value input to the control deviation calculation unit And a state quantity filtering set value calculation unit that performs filtering processing for suppressing the control state, thereby calculating a control deviation for giving priority to the reference state quantity and the relative state quantity for control. The
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記状態量変換行列は、前記変換された状態量計測値に、異なるPID制御ループの状態量計測値間の相対的な関係を与える相対状態量計測値が含まれるように予め設定され、前記相対状態量計測値に対応する制御偏差に乗算される前記重み係数は、前記相対状態量計測値に対する制御の優先度が高くなるように予め設定されるものである。
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記状態量変換行列は、前記変換された制御偏差に、異なるPID制御ループの状態量計測値間の相対的な関係を与える相対制御偏差が含まれるように予め設定され、前記相対制御偏差に乗算される前記重み係数は、前記相対制御偏差に対する制御の優先度が高くなるように予め設定されるものである。
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記状態量フィルタリング設定値算出部は、時間遅れ演算により前記フィルタリング処理を行うものである。
Further, in one configuration example of the control device of the present invention, the state quantity conversion matrix is a relative state quantity that gives the converted state quantity measurement value a relative relationship between the state quantity measurement values of different PID control loops. The weighting factor that is set in advance so as to include the measurement value and is multiplied by the control deviation corresponding to the relative state quantity measurement value is set in advance so that the control priority with respect to the relative state quantity measurement value becomes high. Is.
Further, in one configuration example of the control device of the present invention, the state quantity conversion matrix includes a relative control deviation that gives a relative relationship between state quantity measurement values of different PID control loops to the converted control deviation. The weighting factor that is preset so as to be multiplied by the relative control deviation is preset so that the priority of the control with respect to the relative control deviation becomes high.
Moreover, in one structural example of the control apparatus of the present invention, the state quantity filtering set value calculation unit performs the filtering process by time delay calculation .
本発明によれば、n個の制御ループの各状態量計測値をn×nの状態量変換行列により各状態量計測値を線形結合した値に変換する状態量変換部と、変換された状態量計測値とこれに対応する状態量設定値との制御偏差を変換された状態量計測値毎に算出する制御偏差算出部と、算出されたn個の制御偏差にそれぞれ対応する重み係数を乗算する重み係数設定部と、重み係数が乗算されたn個の制御偏差を状態量変換行列の逆行列により再変換する逆行列再変換部とを設けることにより、複数の状態量間の状態量差などの相対状態量を所望の値に維持しつつ、基準状態量を所望の値に変更する制御を実現することができる。また、本発明では、コントローラの操作量と実際のアクチュエータの出力とが1対1に対応する制御系を構成することができるので、積分ワインドアップを防止することができ、従来考案されているパラメータ調整方法や自動調整機能などを適用してコントローラを調整することができる。さらに、本発明では、制御偏差算出部に入力される状態量設定値に対して急変動を抑制するフィルタリング処理を施す状態量フィルタリング設定値算出部を設けることにより、状態量差などの相対状態量が小さくなるように制御する際に、操作量の飽和を緩和することができ、本来の目的である、状態量差を小さくするという効果が損なわれることを回避できる。 According to the present invention, the state quantity conversion unit that converts the state quantity measurement values of the n control loops into values obtained by linearly combining the state quantity measurement values by the n × n state quantity conversion matrix, and the converted state A control deviation calculation unit that calculates a control deviation between the measured quantity value and the corresponding state quantity set value for each converted state quantity measurement value, and a weight coefficient corresponding to each of the calculated n control deviations A state quantity difference between a plurality of state quantities by providing a weighting coefficient setting section for performing re-transformation of the n control deviations multiplied by the weighting coefficients with an inverse matrix of the state quantity transformation matrix Thus, it is possible to realize control for changing the reference state quantity to a desired value while maintaining the relative state quantity at a desired value. Further, in the present invention, since a control system in which the operation amount of the controller and the actual actuator output correspond one-to-one can be configured, integral wind-up can be prevented, and parameters conventionally devised. The controller can be adjusted by applying an adjustment method or automatic adjustment function. Furthermore, in the present invention, by providing a state quantity filtering set value calculation unit that performs a filtering process for suppressing sudden fluctuations on the state quantity set value input to the control deviation calculation unit, a relative state quantity such as a state quantity difference is provided. When the control is performed so as to decrease the saturation of the manipulated variable, the saturation of the manipulated variable can be alleviated, and the original effect of reducing the state variable difference can be avoided.
また、本発明によれば、n個の制御ループの各状態量計測値とこれに対応する各状態量設定値との制御偏差を状態量計測値毎に算出する制御偏差算出部と、算出されたn個の制御偏差をn×nの状態量変換行列により各制御偏差を線形結合した値に変換する制御偏差変換部と、変換されたn個の制御偏差にそれぞれ対応する重み係数を乗算する重み係数設定部と、重み係数が乗算されたn個の制御偏差を状態量変換行列の逆行列により再変換する逆行列再変換部とを設けることにより、複数の状態量間の状態量差などの相対状態量を所望の値に維持しつつ、基準状態量を所望の値に変更する制御を実現することができる。また、本発明では、コントローラの操作量と実際のアクチュエータの出力とが1対1に対応する制御系を構成することができるので、積分ワインドアップを防止することができ、従来考案されているパラメータ調整方法や自動調整機能などを適用してコントローラを調整することができる。さらに、本発明では、制御偏差算出部に入力される状態量設定値に対して急変動を抑制するフィルタリング処理を施す状態量フィルタリング設定値算出部を設けることにより、状態量差などの相対状態量が小さくなるように制御する際に、操作量の飽和を緩和することができ、本来の目的である、状態量差を小さくするという効果が損なわれることを回避できる。 In addition, according to the present invention, the control deviation calculation unit that calculates the control deviation between each state quantity measurement value of the n control loops and each state quantity set value corresponding thereto is calculated for each state quantity measurement value. A control deviation conversion unit that converts the n control deviations into values obtained by linearly combining the control deviations by an n × n state quantity conversion matrix, and a weight coefficient corresponding to each of the converted n control deviations. By providing a weighting factor setting unit and an inverse matrix retransformation unit that retransforms n control deviations multiplied by the weighting factor with an inverse matrix of the state quantity transformation matrix, a state quantity difference between a plurality of state quantities, etc. It is possible to realize control for changing the reference state quantity to a desired value while maintaining the relative state quantity at a desired value. Further, in the present invention, since a control system in which the operation amount of the controller and the actual actuator output correspond one-to-one can be configured, integral wind-up can be prevented, and parameters conventionally devised. The controller can be adjusted by applying an adjustment method or automatic adjustment function. Furthermore, in the present invention, by providing a state quantity filtering set value calculation unit that performs a filtering process for suppressing sudden fluctuations on the state quantity set value input to the control deviation calculation unit, a relative state quantity such as a state quantity difference is provided. When the control is performed so as to decrease the saturation of the manipulated variable, the saturation of the manipulated variable can be alleviated, and the original effect of reducing the state variable difference can be avoided.
また、本発明では、相対状態量計測値に対応する制御偏差に乗算する重み係数を、相対状態量に対する制御の優先度が高くなるように予め設定しておくことにより、相対状態量を優先的に制御しながら、基準状態量も同時に制御することができる。 Further, in the present invention, the relative state quantity is preferentially set by setting in advance a weighting factor for multiplying the control deviation corresponding to the relative state quantity measurement value so that the priority of the control with respect to the relative state quantity becomes high. The reference state quantity can be controlled simultaneously.
また、本発明では、相対制御偏差に乗算する重み係数を、相対状態量に対する制御の優先度が高くなるように予め設定しておくことにより、相対状態量を優先的に制御しながら、基準状態量も同時に制御することができる。 Further, in the present invention, the weighting factor for multiplying the relative control deviation is set in advance so that the priority of the control with respect to the relative state quantity becomes high, so that the relative state quantity is controlled preferentially, and the reference state The amount can also be controlled simultaneously.
[発明の原理]
以下、本発明では、例えば状態量平均値のような基準となる絶対的な状態量を基準状態量、例えば状態量差のような相対的な状態量を相対状態量と称する。また、基準状態量に対する設定値を基準状態量設定値、基準状態量の計測値を基準状態量計測値、相対状態量に対する設定値を相対状態量設定値、相対状態量の計測値を相対状態量計測値、基準状態量設定値と基準状態量計測値との差を基準制御偏差、相対状態量設定値と相対状態量計測値との差を相対制御偏差と称する。状態量としては、例えば温度、圧力、流量などがある。
[Principle of the Invention]
Hereinafter, in the present invention, an absolute state quantity serving as a reference, for example, a state quantity average value, is referred to as a reference state quantity, for example, a relative state quantity, such as a state quantity difference, is referred to as a relative state quantity. Also, the setting value for the reference state quantity is the reference state quantity setting value, the reference state quantity measurement value is the reference state quantity measurement value, the relative state quantity setting value is the relative state quantity setting value, and the relative state quantity measurement value is the relative state The difference between the quantity measurement value, the reference state quantity set value and the reference state quantity measurement value is referred to as a reference control deviation, and the difference between the relative state quantity set value and the relative state quantity measurement value is referred to as a relative control deviation. Examples of the state quantity include temperature, pressure, and flow rate.
本発明では、外部から与えられる状態量を、前述の従来技術における状態量変換部により、状態量平均値のような基準状態量と、状態量差のような相対状態量とに変換する。この状態量変換部の入出力の関係をマトリックスで表現したとき、外部から与えられる状態量を基準状態量と相対状態量とに変換する行列を状態量変換行列と称する。
次に、本発明では、変換した状態量について状態量設定値との制御偏差を算出する。算出した制御偏差をそのままコントローラに入力すると、コントローラの操作量と実際のアクチュエータの出力とが1対1に対応しなくなるので、制御偏差を状態量変換行列の逆行列により再変換した上でコントローラに入力することを考える。
In the present invention, a state quantity given from the outside is converted into a reference state quantity such as a state quantity average value and a relative state quantity such as a state quantity difference by the state quantity conversion unit in the above-described prior art. When the input / output relationship of the state quantity conversion unit is expressed in a matrix, a matrix that converts a state quantity given from the outside into a reference state quantity and a relative state quantity is referred to as a state quantity conversion matrix.
Next, in the present invention, a control deviation of the converted state quantity from the state quantity set value is calculated. If the calculated control deviation is input to the controller as it is, the controller operation amount and the actual actuator output do not correspond one-to-one, so the control deviation is reconverted by the inverse matrix of the state quantity conversion matrix, Think about typing.
状態量変換行列の逆行列により制御偏差を単純に再変換すると、各状態量を独立に制御する通常の制御系と等価なものに戻るだけなので、逆行列により再変換する前に、制御偏差に重み係数を与えるようにする。これにより、再変換された後は、重みに応じて基準状態量に関する偏差成分と相対状態量に関する偏差成分に偏りが残る。よって、コントローラの操作量と実際のアクチュエータの出力とが1対1に対応しながらも、基準状態量と相対状態量に対する偏りが優先度として反映される。 If the control deviation is simply reconverted by the inverse matrix of the state quantity transformation matrix, it will only return to the equivalent of a normal control system that controls each state quantity independently. Give a weighting factor. As a result, after the re-conversion, the deviation component relating to the reference state quantity and the deviation component relating to the relative state quantity remain biased according to the weight. Therefore, while the controller operation amount and the actual actuator output have a one-to-one correspondence, the deviation from the reference state amount and the relative state amount is reflected as the priority.
このように、本発明では、外部から与えられる状態量を状態量変換行列により変換し、変換した状態量と設定値との制御偏差を求め、制御偏差に重み係数を乗算して、この乗算結果を状態量変換行列の逆行列により再変換し、再変換した制御偏差を操作量MVの算出に用いる構成とする。これにより、本発明では、基準状態量については重みを小さく与え、逆に相対状態量については重みを大きく与えれば、基準状態量計測値PVmが基準状態量設定値SPmに追従するよりも前に、相対状態量計測値ΔPVが相対状態量設定値ΔSPに追従するようになるので、相対状態量を所望の値に維持しながら、基準状態量を所望の値に変更するような制御が可能になる。すなわち、コントローラの操作量と実際のアクチュエータの出力とが1対1に対応する形式で、状態量差のような相対状態量を優先的に制御しながら、状態量平均値のような基準状態量も同時に制御する制御装置を提供することができる。 Thus, in the present invention, the state quantity given from the outside is converted by the state quantity conversion matrix, the control deviation between the converted state quantity and the set value is obtained, the control deviation is multiplied by the weighting factor, and the multiplication result Is reconverted by the inverse of the state quantity conversion matrix, and the reconverted control deviation is used to calculate the manipulated variable MV. As a result, in the present invention, if the weight is given to the reference state quantity and the weight is given to the relative state quantity, the reference state quantity measurement value PVm will follow before the reference state quantity set value SPm. Since the relative state quantity measurement value ΔPV follows the relative state quantity set value ΔSP, it is possible to control the reference state quantity to be changed to a desired value while maintaining the relative state quantity at a desired value. Become. That is, a reference state quantity such as an average value of the state quantity while preferentially controlling a relative state quantity such as a state quantity difference in a format in which the controller operation amount and the actual actuator output have a one-to-one correspondence. In addition, it is possible to provide a control device that performs simultaneous control.
ここで、上記の2つの着眼点のうち、制御偏差を状態量変換行列の逆行列により再変換する点(以下、第1の着眼点と呼ぶ)について説明する。図12に示した制御装置では、状態量変換部3003を適用することにより発生する人工的なループ間干渉を、クロスコントローラ4005により非干渉化することになる。状態量変換部3003による状態量変換は、一種の信号交差的あるいは信号混合的な処理である。ゆえに、クロスコントローラ4005は、アクチュエータA1,A2に操作量が送られる前に、信号交差処理を元に戻す信号分配的あるいは信号分離的な処理と言える。しかし、図12に示した制御装置の構成では、信号交差的な処理を行う状態量変換部3003と信号分配的な処理を行うクロスコントローラ4005との間にコントローラC1,C2が位置するため、コントローラC1,C2とアクチュエータA1,A2とが1対1に対応しなくなる。そこで、本発明では、信号分配的な処理として状態量変換行列の逆行列により再変換を行う手段をコントローラの直前に配置するものとした。すなわち、制御偏差を状態量変換行列の逆行列により再変換するものとした。 Here, the point (hereinafter referred to as the first point of interest) where the control deviation is retransformed by the inverse matrix of the state quantity transformation matrix among the above two points of interest will be described. In the control device shown in FIG. 12, artificial inter-loop interference generated by applying the state quantity conversion unit 3003 is made non-interfering by the cross controller 4005. The state quantity conversion by the state quantity conversion unit 3003 is a kind of signal crossing or signal mixing processing. Therefore, it can be said that the cross controller 4005 is a signal distribution or signal separation process for returning the signal crossing process to the original before the operation amount is sent to the actuators A1 and A2. However, in the configuration of the control device shown in FIG. 12, the controllers C1 and C2 are positioned between the state quantity conversion unit 3003 that performs signal crossing processing and the cross controller 4005 that performs signal distribution processing. C1 and C2 and actuators A1 and A2 do not correspond one to one. Therefore, in the present invention, as signal distribution processing, means for performing reconversion using an inverse matrix of the state quantity conversion matrix is arranged immediately before the controller. That is, the control deviation is reconverted by the inverse matrix of the state quantity conversion matrix.
次に、上記の2つの着眼点のうち、状態量変換行列の逆行列により制御偏差の再変換を行う前に、制御偏差に重み係数を乗じる点(以下、第2の着眼点と呼ぶ)について説明する。状態量変換を行なった後に、変換した状態量と設定値との制御偏差を算出すると、この制御偏差は、実質的には状態量変換行列により変換された制御偏差を与えていることになる。したがって、この制御偏差を状態量変換行列の逆行列により単純に再変換すると、信号交差的な処理と信号分配的な処理とを直結しているだけになり、変換のない各状態量を独立に制御する通常の制御系と等価なものになる。逆に言えば、信号交差的な処理と信号分配的な処理との間に、意味のある信号変換を配置すれば、それが後段のコントローラ側に反映されることになる。本発明は、信号交差的な処理と信号分配的な処理との間に、制御偏差に重み係数を乗じる手段を配置するものとした。そして、この重み係数を調整すれば、変換された状態の状態量に関して制御の優先度を与えることが可能になる。すなわち、状態量差のような相対状態量を優先的に制御しながら、状態量平均値のような基準状態量も同時に制御することが可能になる。 Next, of the above two points of interest, a point (hereinafter referred to as a second point of interest) where the control deviation is multiplied by a weighting factor before retransforming the control deviation using the inverse matrix of the state quantity conversion matrix. explain. When the control deviation between the converted state quantity and the set value is calculated after the state quantity conversion, this control deviation substantially gives the control deviation converted by the state quantity conversion matrix. Therefore, if this control deviation is simply reconverted by the inverse of the state quantity conversion matrix, the signal crossing process and the signal distribution process are directly connected, and each state quantity without conversion is independently connected. It becomes equivalent to a normal control system to control. In other words, if a meaningful signal conversion is arranged between the signal crossing process and the signal distribution process, it is reflected on the controller side in the subsequent stage. In the present invention, means for multiplying the control deviation by a weighting factor is arranged between the signal crossing process and the signal distribution process. Then, by adjusting this weighting factor, it is possible to give priority to control with respect to the state quantity in the converted state. In other words, it is possible to simultaneously control the reference state quantity such as the state quantity average value while preferentially controlling the relative state quantity such as the state quantity difference.
ここで、第1の着眼点と第2の着眼点とをまとめると、図1に示すような制御系になる。図1の制御系は制御ループがn(nは2以上の自然数)個の場合であり、1は状態量計測値PV1〜PVnを状態量変換行列Tにより変換する状態量変換部、2−1〜2−nは変換された状態量計測値(基準状態量計測値または相対状態量計測値)PV1’〜PVn’とこれに対応する状態量設定値(基準状態量設定値または相対状態量設定値)SP1’〜SPn’との制御偏差Er1’〜Ern’を算出する制御偏差算出部と、3は制御偏差Er1’〜Ern’に重み係数を乗算する重み係数設定部、4は重み係数が乗算された制御偏差Er1’〜Ern’を状態量変換行列の逆行列T-1により制御偏差Er1〜Ernに再変換する逆行列再変換部、MV1〜MVnは操作量、A1〜Anはアクチュエータ、P1〜Pnは制御対象プロセス、Gp1〜GpnはアクチュエータA1〜AnとプロセスP1〜Pnとを含むブロックの伝達関数である。 Here, when the first focus point and the second focus point are put together, a control system as shown in FIG. 1 is obtained. The control system of FIG. 1 is a case where the number of control loops is n (n is a natural number of 2 or more), and 1 is a state quantity conversion unit that converts the state quantity measurement values PV1 to PVn by a state quantity conversion matrix T, 2-1. ˜2-n are converted state quantity measurement values (reference state quantity measurement values or relative state quantity measurement values) PV1 ′ to PVn ′ and corresponding state quantity setting values (reference state quantity setting values or relative state quantity settings). Value) A control deviation calculation unit for calculating control deviations Er1 ′ to Ern ′ with SP1 ′ to SPn ′, 3 is a weighting factor setting unit for multiplying control deviations Er1 ′ to Ern ′ by a weighting factor, and 4 is a weighting factor. Inverse matrix reconversion unit for reconverting the multiplied control deviations Er1 ′ to Ern ′ into control deviations Er1 to Ern by the inverse matrix T −1 of the state quantity conversion matrix, MV1 to MVn are manipulated variables, A1 to An are actuators, P1 to Pn are processes to be controlled, Gp1 to Gp n is a transfer function of a block including actuators A1 to An and processes P1 to Pn.
制御偏差Er1〜Ernに基づき制御演算を実行するコントローラC1〜Cnの代表例としてはPIDコントローラがある。また、状態量変換行列Tは、制御ループ数がnの場合はn×nの正方行列であり、逆行列T-1が存在する必要がある。なお図1は、本発明の原理を表す図であり、毎制御周期において逆行列を自動算出する処理を実行する必要はない。また逆行列T-1は、オペレータが手作業で算出し、制御を実行する前に予め数値を設定しておいてもよい。 A typical example of the controllers C1 to Cn that execute control calculations based on the control deviations Er1 to Ern is a PID controller. In addition, the state quantity conversion matrix T is an n × n square matrix when the number of control loops is n, and an inverse matrix T −1 needs to exist. FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention, and it is not necessary to execute processing for automatically calculating an inverse matrix in each control cycle. The inverse matrix T -1 may be calculated manually by the operator and set in advance before the control is executed.
図1の制御系において、基準状態量として全ループの状態量の平均値PVmを採用し、相対状態量として状態量差PV1−PV2,PV2−PV3,PV3−PV4,・・・PV(n−2)−PV(n−1),PV(n−1)−PVnを採用する場合、状態量変換部1の入出力の関係をマトリックスで表現すると式(7)となり、状態量変換行列Tの一般式は式(8)となる。また、逆行列再変換部4の入出力の関係をマトリックスで表現すると式(9)となり、状態量変換行列Tの逆行列T-1の一般式は式(10)となる。
In the control system of FIG. 1, the average value PVm of the state quantities of all the loops is adopted as the reference state quantity, and the state quantity differences PV1-PV2, PV2-PV3, PV3-PV4,... PV (n− 2) When adopting -PV (n-1), PV (n-1) -PVn, when the input / output relationship of the state
なお、式(7)〜式(10)において、基準状態量計測値PVmは、PVm=PV1’であり、相対状態量計測値PV1−PV2,PV2−PV3,・・・,PV(n−1)−PVnは、PV1−PV2=PV2’,PV2−PV3=PV3’,・・・,PV(n−1)−PVn=PVn’である。W1,W2,・・・,Wnは重み係数である。Eri’は状態量設定値SPi’と状態量計測値PVi’との制御偏差である。ただし、i=1の場合、状態量設定値SPi’は基準状態量設定値SPm=SP1’であり、状態量計測値PVi’は基準状態量計測値PVm=PV1’である。また、i=2〜nの場合、状態量設定値SPi’は相対状態量設定値ΔSPi=SPi’であり、状態量計測値PVi’は相対状態量計測値PV(i−1)−PVi=PVi’である。 In the equations (7) to (10), the reference state quantity measurement value PVm is PVm = PV1 ′, and the relative state quantity measurement values PV1-PV2, PV2-PV3,..., PV (n−1) ) -PVn is PV1-PV2 = PV2 ', PV2-PV3 = PV3', ..., PV (n-1) -PVn = PVn '. W1, W2,..., Wn are weighting factors. Eri 'is a control deviation between the state quantity set value SPi' and the state quantity measurement value PVi '. However, when i = 1, the state quantity setting value SPi ′ is the reference state quantity setting value SPm = SP1 ′, and the state quantity measurement value PVi ′ is the reference state quantity measurement value PVm = PV1 ′. When i = 2 to n, the state quantity set value SPi ′ is the relative state quantity set value ΔSPi = SPi ′, and the state quantity measurement value PVi ′ is the relative state quantity measurement value PV (i−1) −PVi =. PVi ′.
以上の説明では、外部から与えられる状態量計測値PViを状態量変換行列Tにより状態量計測値PVi’に変換しているが、各状態量に対して状態量設定値SPiを与え、状態量設定値SPiと状態量計測値PViとの制御偏差Eri0=SPi−PViを算出した後に、この制御偏差Eri0を状態量変換行列Tにより制御偏差Eri’に変換してもよい。制御偏差Eri0を変換する場合の制御系を図2に示す。図2において、5−1〜5−nは状態量設定値SP1〜SPnと状態量計測値PV1〜PVnとの制御偏差Er10〜Ern0を算出する制御偏差算出部、6は制御偏差Er10〜Ern0を制御偏差Er1’〜Ern’に変換する制御偏差変換部である。制御偏差変換部6の入出力の関係をマトリックスで表現すると式(11)となる。 In the above description, the state quantity measurement value PVi given from the outside is converted into the state quantity measurement value PVi ′ by the state quantity conversion matrix T. However, the state quantity set value SPi is given to each state quantity, and the state quantity After calculating the control deviation Eri0 = SPi−PVi between the set value SPi and the state quantity measurement value PVi, the control deviation Eri0 may be converted into the control deviation Eri ′ by the state quantity conversion matrix T. A control system for converting the control deviation Eri0 is shown in FIG. In FIG. 2, 5-1 to 5-n are control deviation calculation units for calculating control deviations Er10 to Ern0 between the state quantity set values SP1 to SPn and the state quantity measurement values PV1 to PVn, and 6 is a control deviation Er10 to Ern0. It is a control deviation converter for converting into control deviations Er1 ′ to Ern ′. When the input / output relationship of the control deviation conversion unit 6 is expressed in a matrix, Expression (11) is obtained.
発明者は、以上の原理を用いて、コントローラの操作量と実際のアクチュエータの出力とが1対1に対応する形式で、状態量差のような相対状態量を優先的に制御しながら、状態量平均値のような基準状態量も同時に制御できる制御装置を提案した(特願2004−128246号)。この先行出願の制御方法において、基準状態量は、各制御ループの状態量の平均値であったり、特定の1つの状態量であったりする。いずれの場合でも、操作量に制約がない範囲で上下動させることができれば、状態量差を要求通りに制御することが可能である。 Using the principle described above, the inventor preferentially controls a relative state quantity such as a state quantity difference in a form in which the controller operation amount and the actual actuator output correspond one-to-one. A control device that can simultaneously control a reference state quantity such as a quantity average value has been proposed (Japanese Patent Application No. 2004-128246). In the control method of the prior application, the reference state quantity is an average value of the state quantities of each control loop or a specific one state quantity. In either case, if the amount of operation can be moved up and down within a range where there is no restriction, the state quantity difference can be controlled as required.
しかし、操作量飽和が発生する場合、要求通りに制御できない状況も発生する。以下、先行出願の制御方法の問題点を図3(a)、図3(b)を用いて説明する。ここでは、制御ループがI,II,IIIの3つあり、制御ループ間の状態量差を小さくすることを制御の目的とする。また、このときの各制御ループのコントローラの制御アルゴリズムはPIDであるとする。図3(a)は、各制御ループI,II,IIIのコントローラに設定値SP=30%のステップ入力が加わったときの制御応答を示し、図3(b)は、このステップ入力時に各制御ループI,II,IIIのコントローラから出力される操作量MVを示している。 However, when the operation amount saturation occurs, a situation in which the control cannot be performed as requested may occur. Hereinafter, problems of the control method of the prior application will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). Here, there are three control loops I, II, and III, and the object of the control is to reduce the state quantity difference between the control loops. Further, the control algorithm of the controller of each control loop at this time is assumed to be PID. FIG. 3A shows a control response when a step input of the set value SP = 30% is added to the controllers of the control loops I, II, and III, and FIG. 3B shows each control at the time of this step input. The manipulated variable MV output from the controllers of the loops I, II, and III is shown.
設定値SPのステップ入力が加わると、通常のPIDの演算では操作量出力MVが大きく変化し、状態量PVが設定値SPに追従する方向に変化する。このときの過渡状態において、状態量差を要求通りに制御するためには、操作量MVが0〜100%の範囲にあって、かつ自在に増減できることが必要である。しかし、コントローラが演算する操作量MVが100%を大きく超えている場合、演算上では操作量MVを増減することはできても、実際にコントローラから出力される操作量MVは上限値100%で飽和したまま変化しないという状況になってしまう。したがって、状態量差を小さくするという効果が得られなくなる。以上のように、先行出願の制御方法では、操作量飽和の発生により、本来の効果が損なわれるという問題点がある。 When step input of the set value SP is applied, the manipulated variable output MV changes greatly in normal PID calculation, and the state quantity PV changes in a direction to follow the set value SP. In order to control the state quantity difference as required in the transient state at this time, it is necessary that the manipulated variable MV is in the range of 0 to 100% and can be freely increased or decreased. However, when the operation amount MV calculated by the controller greatly exceeds 100%, the operation amount MV actually output from the controller is 100% even though the operation amount MV can be increased or decreased in calculation. It becomes the situation that does not change while being saturated. Therefore, the effect of reducing the state quantity difference cannot be obtained. As described above, the control method of the prior application has a problem that the original effect is impaired due to the occurrence of the manipulated variable saturation.
これに対して、本発明では、この問題点の発生要因が設定値SPのステップ入力時に起こるPID制御演算特有の微分キックであることに着眼する。例えば、PIDの微分動作に対して設定値SPの急変が作用すると、設定値SPの急変に追従する方向に操作量MVも急変し、操作量飽和が発生する。 On the other hand, in the present invention, attention is paid to the fact that the cause of this problem is a differential kick peculiar to the PID control calculation that occurs when the set value SP is stepped. For example, when a sudden change in the set value SP acts on the differential operation of the PID, the manipulated variable MV also suddenly changes in a direction to follow the sudden change in the set value SP, and the manipulated variable saturation occurs.
先行出願の問題点を解決するには、前述の問題点の発生要因に基づき、操作量上下限処理の制約を受けない範囲に操作量MVをできる限り維持できるようにすればよい。特に、微分キックが緩和されることが重要であり、設定値SPの急変がPID制御演算に作用しないか、あるいは十分に緩和されればよい。そこで、本発明では、設定値SPの変化にダンピングの効果を与えるフィルタを適用する。このフィルタとしては、構造が簡単な1次遅れ、2次遅れなどの時間遅れフィルタが適当である。 In order to solve the problems of the prior application, it is only necessary to maintain the manipulated variable MV as much as possible within a range that is not subject to the restriction of the manipulated variable upper and lower limit processing based on the cause of the aforementioned problem. In particular, it is important that the differential kick is relaxed, and it is only necessary that the sudden change of the set value SP does not affect the PID control calculation or is sufficiently relaxed. Therefore, in the present invention, a filter that applies a damping effect to the change in the set value SP is applied. As this filter, a time delay filter having a simple structure such as a first-order delay and a second-order delay is suitable.
フィルタの設定方法としては、予め操作量飽和の発生の程度を調べておいて、例えば1次遅れフィルタの時定数を適当に設定する方法がある。ただし、この方法は、予め見通せるパターンでしか制御動作が発生しない場合にのみ適用可能である。より好ましくは、操作量飽和の発生に応じて1次遅れフィルタの時定数を自動修正できるようにするべきである。操作量飽和の発生原因が設定値SPの急変であるならば、設定値SPの変更幅に連動して1次遅れフィルタの時定数を自動修正すればよく、設定値SPの変更幅が大きいときは時定数を大きくするような要領になる。また、より詳細には、設定値SPの変更前の操作量MV値や、設定されているPIDパラメータなども参照して時定数を自動修正するべきである。 As a filter setting method, there is a method in which the degree of occurrence of the manipulated variable saturation is examined in advance and, for example, the time constant of the first-order lag filter is appropriately set. However, this method is applicable only when the control operation occurs only in a pattern that can be seen in advance. More preferably, it should be possible to automatically correct the time constant of the first-order lag filter in response to the occurrence of operation amount saturation. If the cause of the manipulated variable saturation is a sudden change in the set value SP, the time constant of the first-order lag filter may be automatically corrected in conjunction with the change range of the set value SP, and the change range of the set value SP is large. Is a way to increase the time constant. More specifically, the time constant should be automatically corrected with reference to the manipulated variable MV value before changing the set value SP, the set PID parameter, and the like.
[実施の形態]
図4は、本発明の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、図2で説明した原理に基づくものであり、制御ループが3個で、基準状態量として3個の制御ループの状態量平均値を採用し、相対状態量として各状態量の差を採用する場合の例であるが、2個以上の制御ループであれば同様の原理で、同様の制御系を構成できる。
[Embodiment]
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the control device according to the embodiment of the present invention. The present embodiment is based on the principle described with reference to FIG. 2, and has three control loops, adopts an average value of the three control loop state quantities as the reference state quantity, and each state quantity as the relative state quantity. However, if two or more control loops are used, a similar control system can be configured based on the same principle.
図4の制御装置は、第1の状態量に関する第1の制御系の構成として、状態量設定値SP1入力部21−1と、状態量計測値PV1入力部22−1と、制御偏差Er10算出部23−1と、操作量MV1出力部24−1と、PID制御演算部(PIDコントローラ)25−1と、状態量フィルタリング設定値SP1”算出部29−1とを備える。また、図4の制御装置は、第2の状態量に関する第2の制御系の構成として、状態量設定値SP2入力部21−2と、状態量計測値PV2入力部22−2と、制御偏差Er20算出部23−2と、操作量MV2出力部24−2と、PID制御演算部(PIDコントローラ)25−2と、状態量フィルタリング設定値SP2”算出部29−2とを備える。また、図4の制御装置は、第3の状態量に関する第3の制御系の構成として、状態量設定値SP3入力部21−3と、状態量計測値PV3入力部22−3と、制御偏差Er30算出部23−3と、操作量MV3出力部24−3と、PID制御演算部(PIDコントローラ)25−3と、状態量フィルタリング設定値SP3”算出部29−3とを備える。
The control device of FIG. 4 has a state quantity set value SP1 input unit 21-1, a state quantity measurement value PV1 input unit 22-1 and a control deviation Er10 as the configuration of the first control system related to the first state quantity. 4 includes a unit 23-1, an operation amount MV1 output unit 24-1, a PID control calculation unit (PID controller) 25-1, and a state amount filtering set value SP1 ″ calculation unit 29-1. As a configuration of the second control system related to the second state quantity, the control device includes a state quantity set value SP2 input unit 21-2, a state quantity measurement value PV2 input unit 22-2, and a control deviation Er20 calculation unit 23-. 2, an operation amount MV2 output unit 24-2, a PID control calculation unit (PID controller) 25-2, and a state amount filtering set
また、図4の制御装置は、制御偏差変換に関する構成として、状態量変換行列Tによる制御偏差変換を実行する制御偏差変換部26と、相対制御偏差ΔEr1に重み係数W1を乗じる重み係数W1設定部27−1と、相対制御偏差ΔEr2に重み係数W2を乗じる重み係数W2設定部27−2と、基準制御偏差Ermに重み係数W3を乗じる重み係数W3設定部27−3と、状態量変換行列Tの逆行列T-1による逆行列再変換を実行する逆行列再変換部28とを備える。
4 includes a control
さらに、図4の制御装置は、フィルタ時定数適応修正に関する構成として、状態量設定値SP1,SP2,SP3のうち少なくとも1つが変更された場合、この設定値が変更された制御ループjの設定値変更直前の操作量MVjを取得する設定値変更時操作量検出部30と、設定値変更が検出されたときに、所定の操作量上限値と操作量MVjとの差である操作量上限余裕RHj、あるいは所定の操作量下限値と操作量MVjとの差である操作量下限余裕RLjを算出する操作量上下限余裕算出部31と、設定値変更が検出されたときに、制御ループjにおいて設定値に対するフィルタリング処理を実施せずにPID制御演算を実行した場合に発生する操作量変化分ΔMVjを推定する操作量変化推定部32と、操作量上限余裕RHjあるいは操作量下限余裕RLjと操作量変化分ΔMVjと予め設定された比率αjとに基づいてフィルタリング時定数Tfを決定し、このフィルタリング時定数Tfを状態量フィルタリング設定値SP1”算出部29−1と状態量フィルタリング設定値SP2”算出部29−2と状態量フィルタリング設定値SP3”算出部29−3とに設定するフィルタリング時定数決定部33とを備える。設定値変更時操作量検出部30と操作量上下限余裕算出部31と操作量変化推定部32とフィルタリング時定数決定部33とは、フィルタリング時定数Tfを適応的に修正する修正手段を構成している。
Further, the control device of FIG. 4 has a configuration related to the filter time constant adaptive correction, and when at least one of the state quantity set values SP1, SP2 and SP3 is changed, the set value of the control loop j in which the set value is changed. An operation
図5は本実施の形態における制御系のブロック線図である。A11は第1の状態量を制御するアクチュエータ、A12は第2の状態量を制御するアクチュエータ、A13は第3の状態量を制御するアクチュエータ、P11は第1の状態量に係る制御対象プロセス、P12は第2の状態量に係る制御対象プロセス、P13は第3の状態量に係る制御対象プロセス、Gp11はアクチュエータA11とプロセスP11とを含むブロックの伝達関数、Gp12はアクチュエータA12とプロセスP12とを含むブロックの伝達関数、Gp13はアクチュエータA13とプロセスP13とを含むブロックの伝達関数である。 FIG. 5 is a block diagram of the control system in the present embodiment. A11 is an actuator that controls the first state quantity, A12 is an actuator that controls the second state quantity, A13 is an actuator that controls the third state quantity, P11 is a process to be controlled related to the first state quantity, P12 Is a control target process related to the second state quantity, P13 is a control target process related to the third state quantity, Gp11 is a transfer function of a block including the actuator A11 and the process P11, and Gp12 includes the actuator A12 and the process P12. A block transfer function, Gp13, is a block transfer function including the actuator A13 and the process P13.
状態量設定値SP1入力部21−1と、状態量計測値PV1入力部22−1と、制御偏差Er10算出部23−1と、操作量MV1出力部24−1と、PID制御演算部25−1と、制御偏差変換部26と、逆行列再変換部28と、状態量フィルタリング設定値SP1”算出部29−1と、アクチュエータA11と、プロセスP11とは、第1の制御系(第1の制御ループ)を構成している。状態量設定値SP2入力部21−2と、状態量計測値PV2入力部22−2と、制御偏差Er20算出部23−2と、操作量MV2出力部24−2と、PID制御演算部25−2と、制御偏差変換部26と、逆行列再変換部28と、状態量フィルタリング設定値SP2”算出部29−2と、アクチュエータA12と、プロセスP12とは、第2の制御系(第2の制御ループ)を構成している。そして、状態量設定値SP3入力部21−3と、状態量計測値PV3入力部22−3と、制御偏差Er30算出部23−3と、操作量MV3出力部24−3と、PID制御演算部25−3と、制御偏差変換部26と、逆行列再変換部28と、状態量フィルタリング設定値SP3”算出部29−3と、アクチュエータA13と、プロセスP13とは、第3の制御系(第3の制御ループ)を構成している。
State quantity set value SP1 input section 21-1, state quantity measured value PV1 input section 22-1, control deviation Er10 calculation section 23-1, manipulated variable MV1 output section 24-1, and PID control calculation section 25- 1, the control
次に、本実施の形態の制御装置の動作を図6を用いて説明する。まず、状態量計測値PV1は、図示しない第1の検出手段によって検出され、状態量計測値PV1入力部22−1を介して制御偏差Er10算出部23−1に入力される(図6ステップS101)。状態量計測値PV2は、図示しない第2の検出手段によって検出され、状態量計測値PV2入力部22−2を介して制御偏差Er20算出部23−2に入力される(ステップS102)。状態量計測値PV3は、図示しない第3の検出手段によって検出され、状態量計測値PV3入力部22−3を介して制御偏差Er30算出部23−3に入力される(ステップS103)。 Next, the operation of the control device of the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the state quantity measurement value PV1 is detected by a first detection unit (not shown) and input to the control deviation Er10 calculation unit 23-1 via the state quantity measurement value PV1 input unit 22-1 (step S101 in FIG. 6). ). The state quantity measurement value PV2 is detected by a second detection unit (not shown), and is input to the control deviation Er20 calculation unit 23-2 via the state quantity measurement value PV2 input unit 22-2 (step S102). The state quantity measurement value PV3 is detected by a third detection unit (not shown), and is input to the control deviation Er30 calculation unit 23-3 via the state quantity measurement value PV3 input unit 22-3 (step S103).
状態量設定値SP1は、制御装置のオペレータによって設定され、状態量設定値SP1入力部21−1を介して状態量フィルタリング設定値SP1”算出部29−1と設定値変更時操作量検出部30とに入力される(ステップS104)。状態量設定値SP2は、オペレータによって設定され、状態量設定値SP2入力部21−2を介して状態量フィルタリング設定値SP2”算出部29−2と設定値変更時操作量検出部30とに入力される(ステップS105)。状態量設定値SP3は、オペレータによって設定され、状態量設定値SP3入力部21−3を介して状態量フィルタリング設定値SP3”算出部29−3と設定値変更時操作量検出部30とに入力される(ステップS106)。
The state quantity set value SP1 is set by an operator of the control device, and the state quantity filtering set value SP1 "calculating unit 29-1 and the set value changing operation
次に、設定値変更時操作量検出部30は、状態量設定値SP1,SP2,SP3のうち少なくとも1つが変更された場合、この設定値が変更された制御ループjの設定値変更直前の操作量MVjを取得する(ステップS107)。
操作量上下限余裕算出部31は、設定値変更時操作量検出部30において設定値変更が検出されたとき、所定の操作量上限値と操作量MVjとの差である操作量上限余裕RHj、あるいは所定の操作量下限値と操作量MVjとの差である操作量下限余裕RLjを算出する(ステップS108)。
Next, when at least one of the state quantity set values SP1, SP2, SP3 is changed, the set value change operation
The operation amount upper / lower limit
操作量上下限余裕算出部31は、操作量MVjを大きな値に変更しなければならない場合(変更後の状態量設定値が変更前の状態量設定値より大きい場合)、操作量上限余裕RHjを次式により算出する。
RHj=OHj−MVj ・・・(12)
式(12)において、OHjは制御ループjの操作量上限値である。
When the manipulated variable MVj has to be changed to a large value (when the changed state quantity set value is larger than the pre-changed state quantity set value), the manipulated variable upper / lower limit
RHj = OHj-MVj (12)
In Expression (12), OHj is the operation amount upper limit value of the control loop j.
また、操作量上下限余裕算出部31は、操作量MVjを小さな値に変更しなければならない場合(変更後の状態量設定値が変更前の状態量設定値より小さい場合)、操作量下限余裕RLjを次式により算出する。
RLj=OLj−MVj ・・・(13)
式(13)において、OLjは制御ループjの操作量下限値である。
Further, the operation amount upper / lower limit
RLj = OLj-MVj (13)
In Expression (13), OLj is the operation amount lower limit value of the control loop j.
操作量変化推定部32は、設定値変更時操作量検出部30において設定値変更が検出されたとき、制御ループjにおいて設定値に対するフィルタリング処理を実施せずにPID制御演算を実行した場合に発生する1制御周期あたりの操作量変化分ΔMVjを次式により推定する(ステップS109)。
ΔMVj=(100/Pbj){1+(1/Tijs)+Tdjs}(SPj
−PVj)−MVj ・・・(14)
式(14)における伝達関数式(100/Pbj){1+(1/Tijs)+Tdjs}(SPj−PVj)は、制御ループjのPID制御演算式であり、Pbjは比例帯、Tijは積分時間、Tdjは微分時間、sはラプラス演算子である。
The manipulated variable
ΔMVj = (100 / Pbj) {1+ (1 / Tijs) + Tdjs} (SPj
−PVj) −MVj (14)
The transfer function equation (100 / Pbj) {1+ (1 / Tijs) + Tdjs} (SPj−PVj) in the equation (14) is a PID control arithmetic expression of the control loop j, Pbj is a proportional band, Tij is an integration time, Tdj is a differential time, and s is a Laplace operator.
フィルタリング時定数決定部33は、設定値変更時操作量検出部30において設定値変更が検出されたとき、フィルタリング時定数Tfを決定し、このフィルタリング時定数Tfを状態量フィルタリング設定値SP1”算出部29−1と状態量フィルタリング設定値SP2”算出部29−2と状態量フィルタリング設定値SP3”算出部29−3とに設定する(ステップS110)。
The filtering time
フィルタリング時定数決定部33は、操作量MVjを大きな値に変更しなければならない場合、フィルタリング時定数の候補値Tfjを次式により算出する。
Tfj=αjΔMVj/RHj ・・・(15)
また、フィルタリング時定数決定部33は、操作量MVjを小さな値に変更しなければならない場合、フィルタリング時定数の候補値Tfjを次式により算出する。
Tfj=αjΔMVj/RLj ・・・(16)
When the manipulated variable MVj must be changed to a large value, the filtering time
Tfj = αjΔMVj / RHj (15)
Further, when the manipulated variable MVj needs to be changed to a small value, the filtering time
Tfj = αjΔMVj / RLj (16)
なお、状態量設定値が変更された制御ループjは1つとは限らない。したがって、ステップS107〜S109の処理と式(15)、式(16)の算出とは、設定値が変更された制御ループjの各々についてそれぞれ個別に行われる。 Note that the number of control loops j in which the state quantity set value is changed is not limited to one. Therefore, the processing of steps S107 to S109 and the calculation of equations (15) and (16) are performed individually for each of the control loops j whose set values have been changed.
式(15)、式(16)で用いる比率αjは、制御シミュレーションにより決定され、フィルタリング時定数決定部33に予め設定されている。この制御シミュレーションでは、操作量上下限処理を行わずに、操作量MV=0の初期状態から設定値SPが変更されたときの制御ループjの応答を求める。フィルタリング処理しないときに現れる操作量の最大値がMVaで、フィルタリング時定数を任意の値Tfxとしてフィルタリング処理したときの操作量の最大値がMVbである場合、αj=Tfx(MVb/MVa)のように決定すればよい。また、木目細かに修正したい場合は、ΔMVj/(OHj−MVj)あるいはΔMVj/(OLj−MVj)の値に応じた場合分けをし、各場合毎に比率αjを設定すればよい。なお、PID制御演算部に設定されるPIDパラメータの値により操作量MVの値は変化し、また前述のとおり、状態量設定値が変更された制御ループjは1つとは限らないのであるから、比率αjを第1〜第3の制御ループ毎に予め用意しておく必要がある。
The ratio αj used in Expression (15) and Expression (16) is determined by control simulation, and is preset in the filtering time
フィルタリング時定数決定部33は、制御ループjの各々について算出したフィルタリング時定数の候補値Tfjのうちの最大値をフィルタリング時定数Tfとして決定し、このフィルタリング時定数Tfを状態量フィルタリング設定値SP1”算出部29−1と状態量フィルタリング設定値SP2”算出部29−2と状態量フィルタリング設定値SP3”算出部29−3とに設定する。以上でステップS110の処理が終了する。
The filtering time
次に、状態量フィルタリング設定値SP1”算出部29−1は、状態量設定値SP1に対して次式の伝達関数式のような1次遅れフィルタリング処理を実行し、状態量フィルタリング設定値SP1”を算出する(ステップS111)。
SP1”=SP1/(1+Tfs) ・・・(17)
Next, the state quantity filtering setting value SP1 ″ calculating unit 29-1 performs a first-order lag filtering process such as the following transfer function expression on the state quantity setting value SP1 to obtain the state quantity filtering setting value SP1 ″. Is calculated (step S111).
SP1 ″ = SP1 / (1 + Tfs) (17)
状態量フィルタリング設定値SP2”算出部29−2は、状態量設定値SP2に対して次式の伝達関数式のような1次遅れフィルタリング処理を実行し、状態量フィルタリング設定値SP2”を算出する(ステップS112)。
SP2”=SP2/(1+Tfs) ・・・(18)
The state quantity filtering set value SP2 "calculating unit 29-2 performs a first-order lag filtering process such as the following transfer function expression on the state quantity set value SP2 to calculate the state quantity filtering set value SP2". (Step S112).
SP2 ″ = SP2 / (1 + Tfs) (18)
状態量フィルタリング設定値SP3”算出部29−3は、状態量設定値SP3に対して次式の伝達関数式のような1次遅れフィルタリング処理を実行し、状態量フィルタリング設定値SP3”を算出する(ステップS113)。
SP3”=SP3/(1+Tfs) ・・・(19)
The state quantity filtering setting value SP3 ″ calculating unit 29-3 performs a first-order lag filtering process such as the following transfer function expression on the state quantity setting value SP3 to calculate the state quantity filtering setting value SP3 ″. (Step S113).
SP3 ″ = SP3 / (1 + Tfs) (19)
続いて、制御偏差Er10算出部23−1は、状態量フィルタリング設定値SP1”と状態量計測値PV1との制御偏差Er10を次式のように算出して、制御偏差変換部26に出力する(ステップS114)。
Er10=SP1”−PV1 ・・・(20)
Subsequently, the control deviation Er10 calculation unit 23-1 calculates the control deviation Er10 between the state quantity filtering set value SP1 "and the state quantity measurement value PV1 as shown in the following equation and outputs the control deviation Er10 to the control deviation conversion unit 26 ( Step S114).
Er10 = SP1 ″ −PV1 (20)
制御偏差Er20算出部23−2は、状態量フィルタリング設定値SP2”と状態量計測値PV2との制御偏差Er20を次式のように算出して、制御偏差変換部26に出力する(ステップS115)。
Er20=SP2”−PV2 ・・・(21)
The control deviation Er20 calculation unit 23-2 calculates the control deviation Er20 between the state quantity filtering set value SP2 "and the state quantity measurement value PV2 as shown in the following equation, and outputs it to the control deviation conversion unit 26 (step S115). .
Er20 = SP2 ″ −PV2 (21)
制御偏差Er30算出部23−3は、状態量フィルタリング設定値SP3”と状態量計測値PV3との制御偏差Er30を次式のように算出して、制御偏差変換部26に出力する(ステップS116)。
Er30=SP3”−PV3 ・・・(22)
The control deviation Er30 calculation unit 23-3 calculates the control deviation Er30 between the state quantity filtering setting value SP3 ″ and the state quantity measurement value PV3 as shown in the following equation, and outputs it to the control deviation conversion unit 26 (step S116). .
Er30 = SP3 ″ −PV3 (22)
制御偏差変換部26は、式(23)のように状態量変換行列Tにより制御偏差変換を実行して、相対制御偏差ΔEr1,ΔEr2と基準制御偏差Ermとを算出し、相対制御偏差ΔEr1,ΔEr2をそれぞれ重み係数W1設定部27−1、重み係数W2設定部27−2に出力し、基準制御偏差Ermを重み係数W3設定部27−3に出力する(ステップS117)。予め設定された状態量変換行列Tは、式(24)のようになる。
The control
重み係数W1設定部27−1は、予め設定された重み係数W1を相対制御偏差ΔEr1に乗算して、この乗算結果を逆行列再変換部28に出力する(ステップS118)。重み係数W2設定部27−2は、予め設定された重み係数W2を相対制御偏差ΔEr2に乗算して、この乗算結果を逆行列再変換部28に出力する(ステップS119)。重み係数W3設定部27−3は、予め設定された重み係数W3を基準制御偏差Ermに乗算して、この乗算結果を逆行列再変換部28に出力する(ステップS120)。 The weighting factor W1 setting unit 27-1 multiplies the preset weighting factor W1 by the relative control deviation ΔEr1, and outputs the multiplication result to the inverse matrix reconversion unit 28 (step S118). The weighting factor W2 setting unit 27-2 multiplies the relative weighting factor W2 by a preset weighting factor W2 and outputs the multiplication result to the inverse matrix reconversion unit 28 (step S119). The weighting factor W3 setting unit 27-3 multiplies the preset weighting factor W3 by the reference control deviation Erm, and outputs the multiplication result to the inverse matrix reconversion unit 28 (step S120).
逆行列再変換部28は、式(25)のように状態量変換行列Tの逆行列T-1により逆行列再変換を実行し、制御偏差Er1,Er2,Er3を算出してPID制御演算部25−1,25−2,25−3に出力する(ステップS121)。予め設定された逆行列T-1は、式(26)のようになる。
The inverse
次に、PID制御演算部25−1は、次式の伝達関数式のようなPID制御演算を行って操作量MV1を算出する(ステップS122)。
MV1=(100/Pb1){1+(1/Ti1s)+Td1s}Er1
・・・(27)
式(27)において、Pb1は比例帯、Ti1は積分時間、Td1は微分時間、sはラプラス演算子である。なお、PID制御演算部25−1は、算出した操作量MV1がアクチュエータA11の出力の下限値OL1より小さい場合、操作量MV1=OL1とし、算出した操作量MV1がアクチュエータA11の出力の上限値OH1より大きい場合、操作量MV1=OH1とする操作量上下限処理を積分ワインドアップの対策として行う。
Next, the PID control calculation unit 25-1 calculates a manipulated variable MV1 by performing a PID control calculation like the following transfer function equation (step S122).
MV1 = (100 / Pb1) {1+ (1 / Ti1s) + Td1s} Er1
... (27)
In Expression (27), Pb1 is a proportional band, Ti1 is an integration time, Td1 is a differentiation time, and s is a Laplace operator. When the calculated operation amount MV1 is smaller than the lower limit value OL1 of the output of the actuator A11, the PID control calculation unit 25-1 sets the operation amount MV1 = OL1 and the calculated operation amount MV1 is the upper limit value OH1 of the output of the actuator A11. If larger, an operation amount upper / lower limit process for setting the operation amount MV1 = OH1 is performed as a measure for integral windup.
PID制御演算部25−2は、次式の伝達関数式のようなPID制御演算を行って操作量MV2を算出する(ステップS123)。
MV2=(100/Pb2){1+(1/Ti2s)+Td2s}Er2
・・・(28)
式(28)において、Pb2は比例帯、Ti2は積分時間、Td2は微分時間である。PID制御演算部25−2は、算出した操作量MV2がアクチュエータA12の出力の下限値OL2より小さい場合、操作量MV2=OL2とし、算出した操作量MV2がアクチュエータA12の出力の上限値OH2より大きい場合、操作量MV2=OH2とする操作量上下限処理を積分ワインドアップの対策として行う。
The PID control calculation unit 25-2 performs a PID control calculation like the following transfer function equation to calculate the operation amount MV2 (step S123).
MV2 = (100 / Pb2) {1+ (1 / Ti2s) + Td2s} Er2
... (28)
In Expression (28), Pb2 is a proportional band, Ti2 is an integration time, and Td2 is a differentiation time. When the calculated operation amount MV2 is smaller than the lower limit value OL2 of the output of the actuator A12, the PID control calculation unit 25-2 sets the operation amount MV2 = OL2 and the calculated operation amount MV2 is larger than the upper limit value OH2 of the output of the actuator A12. In this case, the operation amount upper / lower limit process for setting the operation amount MV2 = OH2 is performed as a measure against the integral windup.
PID制御演算部25−3は、次式の伝達関数式のようなPID制御演算を行って操作量MV3を算出する(ステップS124)。
MV3=(100/Pb3){1+(1/Ti3s)+Td3s}Er3
・・・(29)
式(29)において、Pb3は比例帯、Ti3は積分時間、Td3は微分時間である。PID制御演算部25−3は、算出した操作量MV3がアクチュエータA13の出力の下限値OL3より小さい場合、操作量MV3=OL3とし、算出した操作量MV3がアクチュエータA13の出力の上限値OH3より大きい場合、操作量MV3=OH3とする操作量上下限処理を積分ワインドアップの対策として行う。
The PID control calculation unit 25-3 calculates a manipulated variable MV3 by performing a PID control calculation such as the following transfer function equation (step S124).
MV3 = (100 / Pb3) {1+ (1 / Ti3s) + Td3s} Er3
... (29)
In Expression (29), Pb3 is a proportional band, Ti3 is an integration time, and Td3 is a differentiation time. When the calculated operation amount MV3 is smaller than the lower limit value OL3 of the output of the actuator A13, the PID control calculation unit 25-3 sets the operation amount MV3 = OL3, and the calculated operation amount MV3 is larger than the upper limit value OH3 of the output of the actuator A13. In this case, the operation amount upper / lower limit process for setting the operation amount MV3 = OH3 is performed as a measure against the integral windup.
操作量MV1出力部24−1は、PID制御演算部25−1によって算出された操作量MV1をアクチュエータA11に出力する(ステップS125)。アクチュエータA11は、操作量MV1に基づいて第1の状態量を制御するために動作する。
操作量MV2出力部24−2は、PID制御演算部25−2によって算出された操作量MV2をアクチュエータA12に出力する(ステップS126)。アクチュエータA12は、操作量MV2に基づいて第2の状態量を制御するために動作する。
操作量MV3出力部24−3は、PID制御演算部25−3によって算出された操作量MV3をアクチュエータA13に出力する(ステップS127)。アクチュエータA13は、操作量MV3に基づいて第3の状態量を制御するために動作する。
The operation amount MV1 output unit 24-1 outputs the operation amount MV1 calculated by the PID control calculation unit 25-1 to the actuator A11 (step S125). The actuator A11 operates to control the first state quantity based on the operation quantity MV1.
The operation amount MV2 output unit 24-2 outputs the operation amount MV2 calculated by the PID control calculation unit 25-2 to the actuator A12 (step S126). The actuator A12 operates to control the second state quantity based on the operation quantity MV2.
The operation amount MV3 output unit 24-3 outputs the operation amount MV3 calculated by the PID control calculation unit 25-3 to the actuator A13 (step S127). The actuator A13 operates to control the third state quantity based on the operation quantity MV3.
以上のようなステップS101〜S127の処理が例えばオペレータによって制御の終了が指示されるまで(ステップS128においてYES)、制御周期毎に繰り返し実行される。 The processes in steps S101 to S127 as described above are repeatedly executed for each control cycle until the operator instructs the end of the control (YES in step S128).
図7は、本実施の形態の制御装置のシミュレーション結果を示す図である。図7(a)は、図1の制御装置にSP1=SP2=SP3=30%のステップ入力が加わったときの制御応答を示し、図7(b)は、このステップ入力時に制御装置から出力される操作量MV1,MV2,MV3を示している。シミュレーションの条件は以下の通りである。 FIG. 7 is a diagram illustrating a simulation result of the control device according to the present embodiment. FIG. 7 (a) shows a control response when a step input of SP1 = SP2 = SP3 = 30% is added to the control device of FIG. 1, and FIG. 7 (b) is output from the control device at the time of this step input. The manipulated variables MV1, MV2, and MV3 are shown. The simulation conditions are as follows.
まず、アクチュエータA11とプロセスP11とを含むブロックの伝達関数Gp11、アクチュエータA12とプロセスP12とを含むブロックの伝達関数Gp12、アクチュエータA13とプロセスP13とを含むブロックの伝達関数Gp13を次式のように設定する。ここでは、制御ループ間の干渉はないものとする。
Gp11=0.343exp(−2.0s)
/{(1+70.0s)(1+10.0s)} ・・・(30)
Gp12=0.800exp(−2.0s)
/{(1+60.0s)(1+10.0s)} ・・・(31)
Gp13=0.308exp(−2.0s)
/{(1+50.0s)(1+10.0s)} ・・・(32)
First, the transfer function Gp11 of the block including the actuator A11 and the process P11, the transfer function Gp12 of the block including the actuator A12 and the process P12, and the transfer function Gp13 of the block including the actuator A13 and the process P13 are set as follows: To do. Here, it is assumed that there is no interference between control loops.
Gp11 = 0.343exp (−2.0 s)
/{(1+70.0s)(1+10.0s)} (30)
Gp12 = 0.800exp (−2.0 s)
/{(1+60.0s)(1+10.0s)} (31)
Gp13 = 0.308exp (−2.0 s)
/{(1+50.0s)(1+10.0s)} (32)
PID制御演算部25−1の操作量下限値OL1を0%、上限値OH1を100%とし、PID制御演算部25−2の操作量下限値OL2を0%、上限値OH2を100%とし、PID制御演算部25−3の操作量下限値OL3を0%、上限値OH3を100%とする。操作量MV1,MV2,MV3に応じて状態量計測値PV1,PV2,PV3は、次式のように定まる。
PV1=Gp11MV1 ・・・(33)
PV2=Gp12MV2 ・・・(34)
PV3=Gp13MV3 ・・・(35)
The operation amount lower limit value OL1 of the PID control calculation unit 25-1 is 0%, the upper limit value OH1 is 100%, the operation amount lower limit value OL2 of the PID control calculation unit 25-2 is 0%, and the upper limit value OH2 is 100%. The operation amount lower limit value OL3 of the PID control calculation unit 25-3 is set to 0%, and the upper limit value OH3 is set to 100%. The state quantity measurement values PV1, PV2, and PV3 are determined as follows according to the operation amounts MV1, MV2, and MV3.
PV1 = Gp11MV1 (33)
PV2 = Gp12MV2 (34)
PV3 = Gp13MV3 (35)
PID制御演算部25−1のPIDパラメータである比例帯Pb1を14.3、積分時間Ti1を35.0、微分時間Td1を20.0とし、PID制御演算部25−2のPIDパラメータである比例帯Pb2を13.3、積分時間Ti2を35.0、微分時間Td2を20.0とし、PID制御演算部25−3のPIDパラメータである比例帯Pb3を15.4、積分時間Ti3を35.0、微分時間Td3を20.0とする。また、重み係数W1,W2をそれぞれ4.0とし、重み係数W3を0.7とし、比率αjを10.0とする。この結果、フィルタリング時定数決定部33で算出されるフィルタリング時定数Tfは約75秒となる。
The proportional band Pb1 which is the PID parameter of the PID control calculation unit 25-1 is 14.3, the integration time Ti1 is 35.0, the differential time Td1 is 20.0, and the proportionality which is the PID parameter of the PID control calculation unit 25-2 The band Pb2 is 13.3, the integration time Ti2 is 35.0, the differential time Td2 is 20.0, the proportional band Pb3 that is the PID parameter of the PID control calculation unit 25-3 is 15.4, and the integration time Ti3 is 35. 0, the differential time Td3 is 20.0. Further, the weighting factors W1 and W2 are set to 4.0, the weighting factor W3 is set to 0.7, and the ratio αj is set to 10.0. As a result, the filtering time constant Tf calculated by the filtering time
図7(b)から分かるように、本実施の形態によれば、操作量MV1,MV2,MV3が上限値100%を大きく超えるような状況は生じておらず、操作量飽和を緩和できることが分かる。その結果、本実施の形態では、図7(a)に示すように、制御ループ間の状態量差を小さくするという効果が損なわれることを回避でき、図7(a)に示すように状態量計測値PV1,PV2,PV3を概ね一致させることができる。 As can be seen from FIG. 7B, according to the present embodiment, there is no situation in which the manipulated variables MV1, MV2, and MV3 greatly exceed the upper limit value of 100%, and it can be seen that manipulated variable saturation can be alleviated. . As a result, in this embodiment, as shown in FIG. 7A, it is possible to avoid the effect of reducing the state quantity difference between the control loops from being lost, and the state quantity as shown in FIG. 7A. The measured values PV1, PV2, and PV3 can be substantially matched.
なお、本実施の形態で説明した制御装置は、演算装置、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。 Note that the control device described in this embodiment can be realized by a computer including an arithmetic device, a storage device, and an interface, and a program that controls these hardware resources.
また、本実施の形態では、図2の構成に基づく制御装置について説明したが、前述のとおり本発明は図1の構成にも適用可能である。この場合、制御装置は、状態量変換部1と、制御偏差算出部2−1〜2−nと、重み係数設定部3と、逆行列再変換部4と、再変換されたn個の制御偏差に基づき各制御ループの操作量を算出して、算出したn個の操作量をそれぞれ対応する制御ループの制御対象に出力する制御演算部とを有する。これにより、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the control device based on the configuration of FIG. 2 has been described. However, as described above, the present invention can also be applied to the configuration of FIG. In this case, the control device includes a state
本発明は、プロセス制御技術に適用することができる。 The present invention can be applied to a process control technique.
23−1…制御偏差Er10算出部、23−2…制御偏差Er20算出部、23−3…制御偏差Er30算出部、25−1、25−2、25−3…PID制御演算部、26…制御偏差変換部、27−1…重み係数W1設定部、27−2…重み係数W2設定部、27−3…重み係数W3設定部、28…逆行列再変換部、29−1…状態量フィルタリング設定値SP1”算出部、29−2…状態量フィルタリング設定値SP2”算出部、29−3…状態量フィルタリング設定値SP3”算出部、30…設定値変更時操作量検出部、31…操作量上下限余裕算出部、32…操作量変化推定部、33…フィルタリング時定数決定部。
23-1 ... control deviation Er10 calculation unit, 23-2 ... control deviation Er20 calculation unit, 23-3 ... control deviation Er30 calculation unit, 25-1, 25-2, 25-3 ... PID control calculation unit, 26 ... control Deviation conversion unit, 27-1 ... weighting factor W1 setting unit, 27-2 ... weighting factor W2 setting unit, 27-3 ... weighting factor W3 setting unit, 28 ... inverse matrix reconversion unit, 29-1 ... state quantity filtering setting Value SP1 "calculation unit, 29-2 ... state quantity filtering set value SP2" calculation unit, 29-3 ... state quantity filtering set value SP3 "calculation unit, 30 ... setting value change operation amount detection unit, 31 ... on operation amount Lower limit margin calculation unit, 32 ... operation amount change estimation unit, 33 ... filtering time constant determination unit.
Claims (5)
特定の基準となる絶対的な状態量を基準状態量とし、状態量差である相対的な状態量を相対状態量としたとき、
前記n個のPID制御ループに入力されるn個の各状態量計測値を、1個の基準状態量計測値と(n−1)個の相対状態量計測値とに変換するためのn×nの状態量変換行列により線形結合して前記基準状態量計測値と相対状態量計測値とに変換する状態量変換部と、
前記変換された基準状態量計測値とこれに対応する基準状態量設定値との制御偏差または前記変換された相対状態量計測値とこれに対応する相対状態量設定値との制御偏差のいずれかを前記変換された状態量計測値毎に算出する制御偏差算出部と、
前記算出されたn個の制御偏差にそれぞれ対応し、制御の優先度を与える重み係数を乗算する重み係数設定部と、
PID制御演算部が算出するn個の操作量と前記n個のPID制御ループの各アクチュエータの出力とを1対1に対応させるために、前記重み係数が乗算されたn個の制御偏差を前記状態量変換行列の逆行列により再変換する逆行列再変換部と、
前記再変換されたn個の制御偏差に基づき各PID制御ループの操作量を算出して、算出したn個の操作量をそれぞれ対応するPID制御ループのアクチュエータに出力するPID制御演算部と、
前記制御偏差算出部に入力される基準状態量設定値および相対状態量設定値に対して急変動を抑制するフィルタリング処理を施す状態量フィルタリング設定値算出部とを備えることにより、
基準状態量と相対状態量に優先度を与えて制御するための制御偏差を算出することを特徴とする制御装置。 In a control system controller having n (n is a natural number of 2 or more) parallel PID control loops,
When a certain reference absolute state quantity is a reference state quantity, and a relative state quantity that is a state quantity difference is a relative state quantity,
N × for converting the n PID control each of the n state quantity measurement values loop is input to, on one reference state quantity measurement value and the (n-1) and the relative state quantity measurement value a state quantity conversion unit linear combination to convert the said reference state quantity measurement value and the relative state quantity measurement value by n state quantity conversion matrix,
Either the control deviation between the converted reference state quantity measured value and the corresponding reference state quantity set value or the control deviation between the converted relative state quantity measured value and the corresponding relative state quantity set value A control deviation calculation unit for calculating for each converted state quantity measurement value,
A weighting factor setting unit that multiplies each of the calculated n control deviations by a weighting factor that gives priority to control;
In order to make one-to-one correspondence between the n operation amounts calculated by the PID control calculation unit and the outputs of the actuators of the n PID control loops, the n control deviations multiplied by the weighting coefficient are An inverse matrix retransformation unit that retransforms the inverse of the state quantity transformation matrix;
A PID control calculation unit that calculates an operation amount of each PID control loop based on the reconverted n control deviations, and outputs the calculated n operation amounts to an actuator of the corresponding PID control loop;
A state quantity filtering setting value calculation unit that performs filtering processing for suppressing sudden fluctuations with respect to the reference state quantity setting value and the relative state quantity setting value input to the control deviation calculation unit,
A control apparatus for calculating a control deviation for performing control by giving priority to a reference state quantity and a relative state quantity.
特定の基準となる絶対的な状態量を基準状態量とし、状態量差である相対的な状態量を相対状態量としたとき、
前記n個のPID制御ループに入力される各状態量計測値とこれに対応する各状態量設定値との制御偏差を前記状態量計測値毎に算出する制御偏差算出部と、
前記算出されたn個の制御偏差を、前記基準状態量に対応する1個の制御偏差と前記相対状態量に対応する(n−1)個の制御偏差とに変換するためのn×nの状態量変換行列により線形結合して前記基準状態量に対応する制御偏差と前記相対状態量に対応する制御偏差とに変換する制御偏差変換部と、
前記変換されたn個の制御偏差にそれぞれ対応し、制御の優先度を与える重み係数を乗算する重み係数設定部と、
PID制御演算部が算出するn個の操作量と前記n個のPID制御ループの各アクチュエータの出力とを1対1に対応させるために、前記重み係数が乗算されたn個の制御偏差を前記状態量変換行列の逆行列により再変換する逆行列再変換部と、
前記再変換されたn個の制御偏差に基づき各PID制御ループの操作量を算出して、算出したn個の操作量をそれぞれ対応するPID制御ループのアクチュエータに出力するPID制御演算部と、
前記制御偏差算出部に入力される状態量設定値に対して急変動を抑制するフィルタリング処理を施す状態量フィルタリング設定値算出部とを備えることにより、
基準状態量と相対状態量に優先度を与えて制御するための制御偏差を算出することを特徴とする制御装置。 In a control system controller having n (n is a natural number of 2 or more) parallel PID control loops,
When a certain reference absolute state quantity is a reference state quantity, and a relative state quantity that is a state quantity difference is a relative state quantity,
A control deviation calculation unit that calculates a control deviation between each state quantity measurement value input to the n PID control loops and each state quantity set value corresponding thereto, for each state quantity measurement value;
The n control deviation the calculated, corresponding to the relative state quantities and one control deviation corresponding to the reference state quantity (n-1) of the n × n for converting the number of the control deviation a control deviation conversion unit linear combination to the state quantity conversion matrix to convert a control deviation corresponding to the relative state quantity control deviation corresponding to the reference state amount,
A weighting factor setting unit that multiplies each of the converted n control deviations by a weighting factor that gives priority to control;
In order to make one-to-one correspondence between the n operation amounts calculated by the PID control calculation unit and the outputs of the actuators of the n PID control loops, the n control deviations multiplied by the weighting coefficient are An inverse matrix retransformation unit that retransforms the inverse of the state quantity transformation matrix;
A PID control calculation unit that calculates an operation amount of each PID control loop based on the reconverted n control deviations, and outputs the calculated n operation amounts to an actuator of the corresponding PID control loop;
By providing a state quantity filtering setting value calculation unit that performs a filtering process for suppressing sudden fluctuations with respect to the state quantity setting value input to the control deviation calculation unit,
A control apparatus for calculating a control deviation for performing control by giving priority to a reference state quantity and a relative state quantity.
前記状態量変換行列は、前記変換された状態量計測値に、異なるPID制御ループの状態量計測値間の相対的な関係を与える相対状態量計測値が含まれるように予め設定され、
前記相対状態量計測値に対応する制御偏差に乗算される前記重み係数は、前記相対状態量計測値に対する制御の優先度が高くなるように予め設定されることを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 1,
The state quantity conversion matrix is preset so that the converted state quantity measurement value includes a relative state quantity measurement value that gives a relative relationship between the state quantity measurement values of different PID control loops,
The control apparatus is characterized in that the weighting factor multiplied by the control deviation corresponding to the relative state quantity measurement value is set in advance so that the priority of control with respect to the relative state quantity measurement value becomes high.
前記状態量変換行列は、前記変換された制御偏差に、異なるPID制御ループの状態量計測値間の相対的な関係を与える相対制御偏差が含まれるように予め設定され、
前記相対制御偏差に乗算される前記重み係数は、前記相対制御偏差に対する制御の優先度が高くなるように予め設定されることを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 2,
The state quantity conversion matrix is preset so that the converted control deviation includes a relative control deviation that gives a relative relationship between state quantity measurement values of different PID control loops,
The control apparatus is characterized in that the weighting factor multiplied by the relative control deviation is set in advance so that a priority of control with respect to the relative control deviation is increased.
前記状態量フィルタリング設定値算出部は、時間遅れ演算により前記フィルタリング処理を行うことを特徴とする制御装置。 The control device according to any one of claims 1 to 4,
The state quantity filtering set value calculation unit performs the filtering process by time delay calculation .
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