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JPS6142284B2 - - Google Patents
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JPS6142284B2 - - Google Patents

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JPS6142284B2
JPS6142284B2 JP2199178A JP2199178A JPS6142284B2 JP S6142284 B2 JPS6142284 B2 JP S6142284B2 JP 2199178 A JP2199178 A JP 2199178A JP 2199178 A JP2199178 A JP 2199178A JP S6142284 B2 JPS6142284 B2 JP S6142284B2
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JP
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control
response
calculation
transfer function
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Application number
JP2199178A
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JPS54116580A (en
Inventor
Ryuichi Kuwata
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、プロセス制御、特にむだ時間特性を
含む制御対象を制御する場合に適したプロセス制
御装置(システム)に関する。 従来のプロセス制御において、プロセスの遅れ
時定数に対して長いむだ時間がある場合には、第
1図のような通常のPID調節計を用いたフイード
バツク制御系では制御が困難になる。このため制
御器として、主調節計のまわりにプロセス動特性
をシミユレートしたモデルを持つたマイナールー
プを設けた、スミスの制御装置(第2図)や、第
3図の制御演算特性をもつた制御装置が使用され
ることがある。 但しこれらの図で記号は下記の通りである。 Gp-LPS:制御対象プロセスの動特性を表
す伝達関数 Gp:むだ時間を除いたプロセス伝達関数 Lp:プロセスむだ時間 S :ラプラス演算子 Gc:制御演算部の特性を表す伝達関数 Gcs:スミスの制御器における主調節計の伝
達関数 GpM:プロセス特性Gpをシミユレートした
モデルの伝達関数 LpM:プロセスむだ時間のシミユレート値 Gck:第3図の制御器の主調節計の伝達関数 しかし、これらの制御装置を使用する場合にお
いて、目標値変更に対する制御性に注目して制御
パラメータを決めると、外乱に対する制御性が悪
くなる(回復が遅い)。 他方、外乱に対する制御性に注目して制御パラ
メータを決めると、目標値変更時に制御性が悪く
なる(オーバーシユートし振動気味になる)。 このため従来次のような手段がとられている。 (1) 目標値変更か外乱に対してかのいずれか一方
に注目して制御パラメータを決め、他方の場合
の制御性の悪化には目をつむる。 (2) 目標値変更時の最適パラメータ値と外乱に対
する最適パラメータ値の中間の値を用い、目標
値変更及び外乱のいずれに対しても最適にはな
らないが両者の妥協的な制御性を実現する。 (3) 通常は外乱に対して最適制御が得られるよう
に制御パラメータを設定しておき、目標値変更
の必要が生じた時には、目標値変更制御に最適
なパラメータに設定し直して目標値変更を行
う。プロセスが新しい目標値に整定した後、再
び外乱制御用の制御パラメータ値に戻してお
く。 この場合、操作に人手を要し、操作ミスも発
生しやすく、また目標値変更時に外乱が加わつ
た場合に対処できない欠点がある。 (4) 目標値変更制御用と外乱制御用の2種類の制
御演算部を備え、あるいは2種類の制御パラメ
ータの組を備えていて、常時は外乱制御モード
で制御していて、目標値変更の発生を検知する
と自動的に目標値変更制御用演算部に切換え、
プロセスが新しい目標値に整定したと判定する
と外乱制御用の演算部に切換える制御器を用い
る。 この場合、演算制御部が2種類必要になり、
またそれらのバンプレス切換えや、目標値変更
制御期間の自動判定機構が複雑になり高価にな
る欠点があつた。また前述の(3)項と同じく、目
標値変更制御時に外乱が加わると対処できない
欠点があつた。 また、第1図のような通常の制御系でPID調節
計を用いた場合には、その制御パラメータ(比例
ゲイン;積分時間;微分時間)の値の決め方及び
調整の仕方はわかつている。しかし第2図のスミ
スの制御器の主調節計としてPID調節計を用いた
場合には、制御パラメータの望ましい値は第1図
の系の場合と異なり、パラメータ値と制御系の応
答波形の物理的対応関係が明確でなくなり、パラ
メータ調整が非常に難かしい状況にあつた。 本発明の目的は、前述の従来技術の欠点を解消
し、むだ時間を含む制御対象を目標値変更時も、
目標値一定で外乱に対して制御している時にも、
最適モードで制御するプロセス制御装置(システ
ム)を得ることにしている。 また、目標値変更および外乱による制御応答波
形を規定する、波形の時定数を調整パラメータと
して設定するだけで、制御対象プロセスの制御量
応答波形が所望の形になるように自動制御する、
制御パラメータ設定・調整が容易なプロセス制御
装置(システム)を得ることを目的としている。 以下本発明の一実施例を図面を参照しながら説
明する。 第4図は本発明の実施例の概念的構成図であ
る。 11は目標値信号を入力する目標値入力部フイ
ルタ、12は目標値入力部フイルターの出力と制
御対象プロセス13の制御量を突合せて偏差を出
力する偏差演算回路、14は偏差信号から制御量
を目標値に一致させる制御対象プロセスを操作す
るための操作量を算出する制御演算部、15は外
乱と操作量とを入力して制御対象プロセスを操作
する操作端であり、偏差演算回路と制御演算部と
からなる制御器の目標値信号の入力部に伝達関数
Fの目標値入力部フイルタ11を附加した構成
の制御装置(システム)である。 ここで、目標値入力部フイルタ11は、伝達関
数が 一次遅れ:1/1+TF1S 一次遅れ+一次遅れ進み:1/1+TF1S・1+T
F3S/1+TF2S などの特性をもつたものであり、アナログ回路や
デイジタル演算で実現されている。 即ち、この制御装置(システム)を用いた制御
系で、外乱に対する制御量の伝達関係は G−LPS/1+G−LPS ……(1) となり、目標値一定で外乱に対して制御している
場合には、目標値入力部フイルタ11は動的には
制御になんら関与していない。このため、制御演
算部14の構成及び特性を定める伝達関数Gc
外乱に対して最適な制御を実現するように任意に
決めることができる。 次に前述のようにしてGcを決めた場合の、目
標値変更に付する制御量の伝達関数は G・G・G−LPS/1+G−LP
……(2) である。したがつて目標値入力部フイルタ11
は、その特性(伝達関数GF)が目標値変更時の
この制御系の応答を最適にするように設計したも
のを使用している。 この結果、この制御装置(システム)は、目標
値変更に対しても最適な制御モードで作動する。 更に、制御演算部14及び目標値入力部フイル
タ11のパラメータ設定を容易にするために、第
5図に示すごとき、ポテンシヨメータなどのアナ
ログ設定器や、パルス発生器;デイジスイツチ;
キーボード;タイプライタ;CRTライトペンな
どのデイジタル設定器。あるいは外部の上位制御
装置などから時定数に相当する信号が送られてく
る場合には、それらの信号を保持する保持器等の
応答波形時定数設定部16及び設定された時定数
から前記制御演算部14の制御パラメータ(例え
ば、比例ゲイン;積分時間;微分時間)及び目標
値入力部フイルタ11のフイルタ時定数に変換す
るパラメータ演算変換部17を設け、目標値変更
や外乱に対する応答波形を規定する時定数さえ設
定すれば、演算制御部14と目標値入力部フイル
タ11のパラメータが自動的に調整されるように
なつている。 さらに、プロセス動特性が変動し、しかもこの
変動にこの制御装置(システム)を自動的に対処
させたい場合には、第6図に示す構成も採用でき
るようになつている。すなわちこの場合には、プ
ロセス動特性同定部18を設け、プロセス及び制
御装置出力の状態量を入力してプロセス動特性同
定演算を行う。 この結果求まつたプロセスパラメータ(プロセ
スゲインプロセス遅れ時定数;むだ時間など)を
パラメータ演算変換部17と制御演算部14が受
け、これらの内部にあるプロセスモデルパラメー
タを、自動的に実プロセスの状態に合致させるこ
とができるようになつている。 このような回路構成の本願装置の作動を図面を
参照しながら詳細に説明する。 制御対象プロセスの動特性が「1次遅れ+むだ
時間」すなわち伝達関数が(3)式もしくはこの形で
近似できるとする。 Gp-LPS=K/1+TSe-LPS ……(3) ここでKpはプロセスゲイン、Tpはプロセス遅
れ時定数、Lpはプロセスむだ時間である。(S:
ラプラス演算子) この制御対象を制御器例えば第2図のスミスの
制御器形の制御器GCで制御し、かつこの主調節
計部(Gcs)として、(4)式に示す伝達関数のPID
調節計もしくはPID演算部を採用した場合 GCS=KS(1+1/TSLS+TSDS) ……(4) その制御パラメータを次式で(TDは後述)
【表】 もしPID演算特性が GCS=KS(1+1/TSTS)(1+TSDS)……(
6) であれば
【表】 で計算して制御パラメータ設定をすれば、ステツ
プ状外乱がプロセスに加わつた場合に、その制御
量応答波形は第7図のようになる。 この第7図で、時間がt<2LPの期間は、プロ
セスむだ時間のためフイードバツク制御系では制
御出来ず、この期間の制御量応答波形はプロセス
特性によつて一意的に決まつてしまう。したがつ
てt>2LP以降の波形の望ましい指数関数波形を
決めて、その波形を規定している時定数TDを(5)
式または(7)式に代入してPIDパラメータ値を算出
し、この値に設定したPID調節計を第2図の構成
で用いた制御器を採用すれば、外乱に対する制御
量の伝達関数は、 G−LPS/1+GCS−LPS =(1−1+TK2S/1+TSe-LPS)Gp-LP
S
……(8) TK2=(1−e-/T)・TP+e-/T・TD
……(9) となり、ステツプ状外乱に対して第7図に示す如
き減衰特性の応答波形を実現する。なおGPM(1
−e-LPMS)はむだ時間を除いたプロセス特性か
らプロセス特性を減じた特性をもつたプロセスモ
デル演算部である。すなわち、この制御装置(シ
ステム)は、ステツプ状外乱に対して最も望まし
いと指定とした応答波形モードで、制御対象を外
乱に対して制御する。 なお第2図形の制御器の代りに、第3図型の制
御器を用いる場合には、主制御演算部(GCK)と
して1次遅れ進みフイルタ特性をもつたもの
【表】 〓(11)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 目標値と制御量との偏差を求める偏差演算手
    段と、外乱に対する前記制御量の応答が所望の減
    衰特性になるように設定された伝達関数に基づ
    き、前記偏差に対して制御演算を実行して前記制
    御量を前記目標値に一致させる操作量を算出する
    制御演算手段と、前記目標値の変更に対しては所
    望の立上り特性になるように前記制御量の応答を
    調整する伝達関数が設定された目標値入力フイル
    タ手段とを備えることを特徴とするプロセス制御
    装置。 2 前記目標値入力フイルタ手段に設定された伝
    達関数が、少なくとも一次遅れ特性を有すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプロセ
    ス制御装置。 3 前記目標値入力フイルタ手段に設定された伝
    達関数が、一次遅れ特性と一次進み遅れ特性とを
    有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のプロセス制御装置。 4 目標値と制御量との偏差を求める偏差演算手
    段と、外乱に対する前記制御量の応答が所望の減
    衰特性になるように制御パラメータ値を変更可能
    な伝達関数に基づき、前記偏差に対して制御演算
    を実行して前記制御量を前記目標値に一致させる
    操作量を算出する制御演算手段と、前記目標値の
    ステツプ状の変化に対して前記制御量の応答を指
    数関数的立上り応答の波形にするための制御パラ
    メータ値を変更可能な目標値入力フイルタ手段
    と、前記目標値のステツプ状変化時の前記制御量
    の応答と前記外乱のステツプ状変化に対する前記
    制御量の応答とをプロセスの特性に一致させるよ
    うに応答波形時定数が設定される応答波形時定数
    設定手段と、この応答波形時定数設定手段の出力
    に基づき前記制御演算手段及び前記目標値入力フ
    イルタ手段の制御パラメータ値を変更する機能を
    有するパラメータ演算変換手段とを備え、前記応
    答波形時定数を設定することにより前記制御量の
    応答を前記目標値変更及び外乱に対し各々指定し
    た応答波形に自動的に制御するようにしたことを
    特徴とするプロセス制御装置。
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