JPS5942321B2 - process control equipment - Google Patents
process control equipmentInfo
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- JPS5942321B2 JPS5942321B2 JP17439382A JP17439382A JPS5942321B2 JP S5942321 B2 JPS5942321 B2 JP S5942321B2 JP 17439382 A JP17439382 A JP 17439382A JP 17439382 A JP17439382 A JP 17439382A JP S5942321 B2 JPS5942321 B2 JP S5942321B2
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- calculation
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はディジタル演算形のプロセス制御装置に関する
ものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a digital process control device.
ディジタル演算形のプロセス制御装置は計算機やマイク
ロ・プロセッサ(以下単にプロセッサという)の演算機
能を利用して構成される。A digital arithmetic type process control device is constructed using the arithmetic functions of a computer or a microprocessor (hereinafter simply referred to as a processor).
プロセッサはPID(比例、積分、微分)演算等を行つ
て制御出力を決定するのであるが、従来、プロセッサに
おける演算は、手動−自動バンプレス切換えの容易さや
リセット・ワインドアツプ防止対策およびプロセッサ故
障対策の容易さなどのために、速度形演算が採用される
ことが多かつた。しかし速度形演算はI動作を基本にし
ているので、P動作のみまたはPD動作を行うのに適さ
ない。またPID動作の場合でも、制御出力の飽和点附
近では、P、D動作に基づく出力引き戻し現象が生じる
ので不都合である。P動作およびPD動作に適し、かつ
出力引き戻し現象を生じないものとしては位置形演算の
プロセス制御装置が考えられる。The processor determines the control output by performing PID (proportional, integral, differential) calculations, etc., but conventionally, the calculations in the processor are based on the ease of manual/automatic bumpless switching, reset/windup prevention measures, and processor failure measures. Velocity type calculations were often adopted due to their ease of calculation. However, since velocity type calculation is based on I operation, it is not suitable for performing only P operation or PD operation. Further, even in the case of PID operation, an output pullback phenomenon occurs due to P and D operations near the saturation point of the control output, which is disadvantageous. A position type calculation process control device is considered to be suitable for P operation and PD operation and does not cause the output pullback phenomenon.
ここにおいて、本発明は、ディジタル演算を行なうプロ
セッサを用いて装置を構成するものであつて、偏差があ
る状態で、比例帯(比例ゲイン)の設定を行なつても、
自動制御出力に変動の生じない装置を提供しようとする
ものである。Here, the present invention configures a device using a processor that performs digital calculations, and even if a proportional band (proportional gain) is set in a state where there is a deviation,
The objective is to provide a device that does not cause fluctuations in automatic control output.
本発明は、位置形演算により少なくともPI動作を行う
ようにし、比例ゲインKpの変更時に積分演算項の値を
再設定する動作を行なう点にひとつの特徴がある。One feature of the present invention is that at least the PI operation is performed by position type calculation, and the value of the integral calculation term is reset when the proportional gain Kp is changed.
以下図面により本発明を説明する。The present invention will be explained below with reference to the drawings.
第1図は本発明実施例の概念的構成図である。第1図に
おいて、1はプロセッサ(例えばマイクロ・プロセッサ
)、21〜26はその入力側に設けられたアナログ比較
器、3は出力側に設けられたディジタル・アナログ変換
器(DA変換器)、4は半導体スイツチ、5は増幅器、
6はこの増幅器5の入力端に設けられたホールド・コン
デンサ、7は手動操作スイツチ、8は手動一自動切換ス
イツチである。アナログ比較器21,22,23,24
,25,26の一方の入力端子にはそれぞれ増幅器5の
出力、プロセス変数の測定値Mn、設定値SP、比例ゲ
インKp、積分時間TI、および微分時間TDがアナロ
グ電圧として与えられ、他方の入力端子にはDA変換器
3の出力電圧が共通に与えられる。これらはアナログ入
力信号をデイジタル信号に変換してプロセツサ1に取り
込むための仕掛けを構成する。すなわち、プロセツサ1
はデイジタル出力信号をMSBから順番に[1」にして
、逐一これをDA変換器3でアナログ電圧に変換し、こ
の電圧をアナログ比較器21〜26においてそれぞれの
入力電圧と比較させ、所望の1つのアナログ比較器の比
較出力に応じて逐次デイジタル信号の各ビツトの論理値
を確定してゆく。確定したデイジタル信号の値は所望の
アナログ比較器の入力電圧に等しい。アナログ比較器2
1〜26は1つの入力信号の取り込みが終るたびに順番
に切換えられ、各入力信号は順次デイジタル信号に変換
されてプロセツサ1に取り込まれる。このような構成は
アナログ・デイジタル変換器が不要となる利点も持つ。
プロセツサ1は取り込んだ測定値Mn、設定値SPl比
例ゲインKp、積分時間T、微分時間等の各入力信号に
基づいて位置形の制御出力を演算し、この制御出力をD
A変換器3でアナログ電圧に変換し、半導体スイツチ4
を通じてホールド・コンデンサ6に充電する。FIG. 1 is a conceptual block diagram of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a processor (for example, a microprocessor), 21 to 26 are analog comparators provided on its input side, 3 is a digital-to-analog converter (DA converter) provided on its output side, and 4 is a semiconductor switch, 5 is an amplifier,
6 is a hold capacitor provided at the input end of the amplifier 5, 7 is a manual operation switch, and 8 is a manual/automatic changeover switch. Analog comparators 21, 22, 23, 24
. The output voltage of the DA converter 3 is commonly applied to the terminals. These constitute a mechanism for converting an analog input signal into a digital signal and inputting it into the processor 1. That is, processor 1
sets the digital output signal to [1] in order starting from the MSB, converts it into an analog voltage in the DA converter 3 one by one, compares this voltage with each input voltage in the analog comparators 21 to 26, and converts the digital output signal to [1] in order from the MSB. The logic value of each bit of the digital signal is determined successively in accordance with the comparison outputs of the two analog comparators. The value of the established digital signal is equal to the desired analog comparator input voltage. Analog comparator 2
1 to 26 are switched in order each time one input signal is completed, and each input signal is sequentially converted into a digital signal and is input into the processor 1. Such a configuration also has the advantage of eliminating the need for an analog-to-digital converter.
The processor 1 calculates a position-type control output based on input signals such as the measured value Mn, the set value SPl, the proportional gain Kp, the integral time T, and the differential time, and converts this control output into D.
A converter 3 converts it into an analog voltage, and semiconductor switch 4
The hold capacitor 6 is charged through the hold capacitor 6.
コンデンサ6の電圧は増幅器5で増幅され、制御対象に
与えられる。増幅器5の入力インピーダンスは充分高く
定められ、ホールド・コンデンサ6の電荷の減衰は問題
にならないようになつている。入力信号の取り込みおよ
び制御出力の演算は一定のサンプリング周期で繰返し行
われる。The voltage of the capacitor 6 is amplified by the amplifier 5 and applied to the controlled object. The input impedance of the amplifier 5 is set sufficiently high so that attenuation of the charge on the hold capacitor 6 does not become a problem. The acquisition of input signals and the calculation of control outputs are repeated at a constant sampling period.
サンプリング周期は例えば0.1sec程度に定められ
る。ホールド・コンデンサ6の電圧は手動制御時にオペ
レータが任意に増減できるようになつている。すなわち
、手動操作スイツチ7を+側または一側に投入すると、
直流定電流源(図略)からの電流がホールド・コンデン
サ6に流入または流出してホールド・コンデンサ6の電
圧を変える.したがつてこれによつて制御対象を手動制
御することができる。手動制御に切換えたとき、ホール
ド・コンデンサ6にはプロセツサ1の制御出力の最新値
が保持され、そこを出発点にして手動制御が始められる
ので、自動制御から手動制御への切換えはバンプレスに
行える。さて、このように構成された装置において、プ
ロセツサ1における制御出力の演算は次式によつて行わ
れる(PI動作の場合)。The sampling period is set to about 0.1 sec, for example. The voltage of the hold capacitor 6 can be increased or decreased as desired by the operator during manual control. That is, when the manual operation switch 7 is turned to the + side or one side,
Current from a DC constant current source (not shown) flows into or out of the hold capacitor 6, changing the voltage of the hold capacitor 6. Therefore, this allows manual control of the controlled object. When switching to manual control, the latest value of the control output of processor 1 is held in the hold capacitor 6, and manual control can be started using that value as a starting point, so switching from automatic control to manual control is bumpless. I can do it. Now, in the device configured as described above, the calculation of the control output in the processor 1 is performed by the following equation (in the case of PI operation).
すなわち、プロセツサ1は位置形のPI制御出力を生じ
る。That is, processor 1 produces a position-type PI control output.
(1)式において、積分項をBとすると、次式を得る。
ここで、比例ゲインKpをKp′に変更すると、(2)
式において、比例項Kp−EnはKp′・EOとなるの
で、このままでは制御出力YOが変動して好ましくない
。In equation (1), if the integral term is B, the following equation is obtained.
Here, if the proportional gain Kp is changed to Kp', (2)
In the equation, the proportional term Kp-En becomes Kp'·EO, so if left as is, the control output YO will fluctuate, which is undesirable.
それ故に、この装置においては、プロセツサ1は、比例
ゲインKpの変更時に、次のように積分項Bの値を再設
定する動作を行なう。すなわち、比例ゲインがKp′に
切換えられたとき、プロセツサ1はその直前に読み込ん
だ制御出力YAと新たな比例ゲインKp′と偏差Enを
用い、(3)式により積分項Bの値を決定する。積分項
Bの値を(3)式に従つて再設定すると、比例ゲイン切
換え後の最初の制御出力ylは、(4)式の通りとなり
、比例ゲインKpの切換えの前後において制御出力の変
動が生じない。Therefore, in this device, the processor 1 performs the following operation to reset the value of the integral term B when changing the proportional gain Kp. That is, when the proportional gain is switched to Kp', the processor 1 uses the control output YA read immediately before, the new proportional gain Kp', and the deviation En to determine the value of the integral term B according to equation (3). . When the value of the integral term B is reset according to equation (3), the initial control output yl after switching the proportional gain becomes as shown in equation (4), and the fluctuation of the control output before and after switching the proportional gain Kp is Does not occur.
すなわち比例ゲインKpの切換をバンプレスに行なうこ
とができる。このような演算は、プロセツサ1のプログ
ラムによつて行なわれるのであるが、説明の便宜上概念
図で示せば、第2図の通りとなる。That is, the proportional gain Kp can be switched bumplessly. Such calculations are performed by the program of the processor 1, and for convenience of explanation, they are shown in a conceptual diagram as shown in FIG.
また、以上の動作のフローチヤートは、第3図で示すこ
とができる。なお、第3図70一では、手動一自動切換
等、他の動作のフローは省略してある。このフローに従
つて説明すれば、以下の通りである。(1)電源投入後
、フローを制御する。フラツグ類の初期化を行なう。(
2)サンプリング周期のセンスを行なう。Further, a flowchart of the above operation can be shown in FIG. In addition, in FIG. 3 70-1, the flow of other operations such as manual-automatic switching is omitted. The explanation according to this flow is as follows. (1) After turning on the power, control the flow. Initialize flags. (
2) Sense the sampling period.
(3)測定値Mn、設定値SP、出力値Yl.PID定
数のA/D変換を行ない、結果を内部メモリに格納する
。(4)比例ゲインKpが変更されたか否かを調べる。(3) Measured value Mn, set value SP, output value Yl. Performs A/D conversion of the PID constant and stores the result in internal memory. (4) Check whether the proportional gain Kp has been changed.
(5) Kpの変更がない場合、(1)式に示すような
PI(D)演算を施す。(6)演算結果を出力する。(5) If there is no change in Kp, perform the PI(D) calculation as shown in equation (1). (6) Output the calculation result.
(7)(4)のステツプにおいて、Kpの変更があつた
場合、積分項Bを(3)式によつて演算し、この演算結
果を、(1)式の積分項Bに再設定する。(7) In step (4), if Kp is changed, integral term B is calculated by equation (3), and the result of this calculation is reset to integral term B in equation (1).
(8)次の周期において、(Kp′−Kpi−0の場合
(Kpの変更がない場合)、(5)のステツプにおいて
は、ステツプ(7)において再設定された積分項Bをそ
の初期値としてP(D)演算が行なわれる。以後は同様
である。以上のフローから明らかなように、比例ゲイン
Kpの変更時には、前記(4)、(7)のステツプによ
つてその変更をバンプレスに行なえる。(8) In the next cycle, if (Kp' - Kpi - 0 (if there is no change in Kp), in step (5), the integral term B reset in step (7) is set to its initial value. The P(D) calculation is performed as follows.As is clear from the above flow, when changing the proportional gain Kp, the change is performed bumplessly by the steps (4) and (7) above. can be done.
以上の説明においてはアナログ・デイジタル変換器を節
約した形式のプロセツサの例を挙げたが、第4図のよう
にプロセツサ1の入出力側に、アナログ・デイジタル変
換器とディジタル・アナログ変換を用いる一般構成のも
のでもよい。In the above explanation, we have given an example of a type of processor that saves analog/digital converters, but as shown in Fig. It may be a composition.
また単ループ調節計の例を挙げたが、本発明は複数ルー
プを制御する装置にも適用できる。以上説明したように
、本発明は、プロセツサを用いて位置形演算により少な
くともPI動作を行うようにするとともに、比較ゲイン
の変更時に、積分演算項の値を再設定するようにした。Furthermore, although the example of a single-loop controller has been given, the present invention can also be applied to a device that controls multiple loops. As described above, in the present invention, at least the PI operation is performed by position type calculation using a processor, and the value of the integral calculation term is reset when the comparison gain is changed.
したがつて本発明によれば、位置形演算の利点を生かし
、かつ比例ゲインのバンプレス切換えが効果的に行える
デイジタル演算形のプロセス制御装置が得られる。した
がつて本発明に係る装置は、比例ゲインを外部のコンピ
ユータ等によつて設定する場合に有効である。Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a digital calculation type process control device that takes advantage of position type calculation and can effectively perform bumpless switching of proportional gain. Therefore, the device according to the present invention is effective when the proportional gain is set by an external computer or the like.
第1図は本発明実施例の概念的構成図、第2図は演算の
概念図、第3図は動作の流れを示すフローチヤート、第
4図は本発明の他の実施例の概念的構成図である。
1・・・・・・プロセツサ、21〜26・・・・・・ア
ナログ比較器、3・・・・・・ディジタル・アナログ変
換器、4・・・・・・半導体スイツチ、5・・・・・・
増幅器、6・・・・・・コンデンサ、7・・・・・・手
動操作スイツチ、8・・・・・・A/M切換スイツチ。FIG. 1 is a conceptual configuration diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram of calculations, FIG. 3 is a flowchart showing the flow of operation, and FIG. 4 is a conceptual configuration diagram of another embodiment of the present invention. It is a diagram. 1...Processor, 21-26...Analog comparator, 3...Digital/analog converter, 4...Semiconductor switch, 5...・・・
Amplifier, 6... Capacitor, 7... Manual operation switch, 8... A/M changeover switch.
Claims (1)
ンKpと積分時間T_Iを前記プロセッサに読み込ませ
るための信号読み込み手段を具備し、前記プロセッサは
、位置形演算を用い少なくとも比例・積分演算により前
記信号読み込み手段を介してサンプリング周期Δtごと
に読み込んだ比例ゲインKp、測定値と設定値との偏差
e_n、積分時間T_Iを用いて自動制御出力Y_A(
=Kp{e_n+Δt/T_IΣe_n})を求める動
作と、比例ゲインKpの変更時に、自動制御出力Y_A
と、新たな比例ゲインKp′と偏差e_nとを用い積分
項B(=¥Kp¥Δt/T_IΣe_n)の値を次式で
与えられるように再設定する動作を行なうことを特徴と
するプロセス制御装置。1 A processor, comprising a signal reading means for reading into the processor at least a measured value, a set value, a proportional gain Kp, and an integral time T_I, and the processor reads the signal by at least a proportional/integral calculation using a position type calculation. The automatic control output Y_A (
=Kp{e_n+Δt/T_IΣe_n}) and when changing the proportional gain Kp, the automatic control output Y_A
and a new proportional gain Kp' and deviation e_n to reset the value of an integral term B (=\Kp\Δt/T_IΣe_n) as given by the following equation. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17439382A JPS5942321B2 (en) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | process control equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17439382A JPS5942321B2 (en) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | process control equipment |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12742077A Division JPS5460666A (en) | 1977-10-24 | 1977-10-24 | Process control unit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5875209A JPS5875209A (en) | 1983-05-06 |
| JPS5942321B2 true JPS5942321B2 (en) | 1984-10-15 |
Family
ID=15977803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17439382A Expired JPS5942321B2 (en) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | process control equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5942321B2 (en) |
-
1982
- 1982-10-04 JP JP17439382A patent/JPS5942321B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5875209A (en) | 1983-05-06 |
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