專利名稱：過程控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于各種過程測(cè)量控制系統(tǒng)(processcontrolsystem)的PI[P比例(proportional)、I積分(integral)]或者PID[D微分(devivative)]動(dòng)作的控制方法及其裝置，特別是涉及對(duì)應(yīng)于控制對(duì)象的增益(gain)變化及干擾(disturbance)變化而提供適當(dāng)修正控制回路(controlloo)增益的技術(shù)設(shè)施的一種過程控制方法及其裝置。
(1)式表示過程控制方面的PI控制的基本公式。
MV＝Kc＝(e+1/T1∫edt)+MV0…(1)式中，MV操作信號(hào)、MV0初始操作信號(hào)、e偏差(deviation)、Kc控制器的比例增益、T1積分時(shí)間。
若以傳遞函數(shù)(transferfunction)形式表示(1)式，則為(2)所示。
C(s)＝MV(s)/E＝Kc[1+1/(T1·s)] …(2)(2)式中，C(s)PI控制的傳遞函數(shù)、s拉普拉斯算子(Laplaceoperator)。若以速度型算式(velocity-typealgorithm)表示(2)式的傳遞函數(shù)，就成為(3)式。
MVn＝MVn-1+△MVn…(3)△MVn＝Kc[en-en-1+(△t/T1)en] …(4)式中，△t控制周期(control period)、en當(dāng)前偏差信號(hào)、en-1前一次偏差信號(hào)、MVn當(dāng)前操作信號(hào)、MVn-1前一次操作信號(hào)、△MVn本次操作信號(hào)的變化部分。
圖1表示以往的PID控制裝置的結(jié)構(gòu)。
PID控制裝置，將設(shè)定值信號(hào)SVn(Setpoint signal)和通過控制量檢出部2(controlled variable detecting mean)自過程1的控制對(duì)象1a(controlled system)輸出端檢出的控制量含PVn(controlled variable signal)輸入至偏差運(yùn)算部3(deviation calculating section)。偏差運(yùn)算部3求出偏差信號(hào)en＝SVn-PVn，并將該結(jié)果輸出至速度型PI調(diào)節(jié)運(yùn)算部4(velocity-type PI calculating mean)。速度型PI調(diào)節(jié)運(yùn)算部4執(zhí)行(4)式所示速度型PI調(diào)節(jié)運(yùn)算，求出本次操作信號(hào)的變化部分△MVn后，輸出至速度型-位置型信號(hào)變換部5(velocity-type to positional signal converting mean)。速度型-位置型信號(hào)變換部5取出作為當(dāng)前操作信號(hào)的位置操作信號(hào)MVn(positional signal)，輸出至過程1，過程1的控制對(duì)象1a用位置型操作信號(hào)MVn來控制上述偏差信號(hào)en(deviation signal)＝SVn-PVn的值變?yōu)榱悖纯刂瞥稍O(shè)定值信號(hào)SVn＝控制量PVn。
各種干擾信號(hào)D(distrurbancesignal)經(jīng)干擾傳遞函數(shù)1b(distrurbancetransferfunction)加至控制對(duì)象1a的輸出端。
以上控制裝置中，在調(diào)整時(shí)，例如夏天或冬天的溫度控制裝置的情況下，調(diào)整速度型PI調(diào)節(jié)運(yùn)算部4的PI參數(shù)，使控制成為與該季節(jié)相一致的最合適的狀態(tài)，在該調(diào)整時(shí)刻控制回路增益(controlloopgain)被設(shè)定成最佳值。
然而，上述控制裝置中，在控制對(duì)象1a一直維持調(diào)整時(shí)的特性的場(chǎng)合，雖無問題。但問題在于在實(shí)際的設(shè)備中，控制對(duì)象1a、干擾傳遞函數(shù)1b等的增益為恒定的狀態(tài)是很稀罕的，控制對(duì)象增益會(huì)因運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)的變化、原料、催化劑的質(zhì)變、環(huán)境條件變化、負(fù)載變化等產(chǎn)生很大的變化，從而對(duì)控制性能造成很大影響。
為適應(yīng)今后設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)高級(jí)化、靈活化等，尤其需要解決上述問題。
本發(fā)明的目的是提供一種過程控制方法及其裝置，它能自動(dòng)進(jìn)行增益修正，使控制回路的增益不論控制對(duì)象的增益變化及干擾變化的大小如何，都始終保持恒定，并且即使過程特性發(fā)生變化也繼續(xù)確保調(diào)整時(shí)的控制性能。
本發(fā)明第一形態(tài)的過程控制方法以(權(quán)利要求1)為特征。
本發(fā)明第一形態(tài)的過程控制裝置以(權(quán)利要求9)為特征。
根據(jù)本發(fā)明第一形態(tài)的過程控制方法及過程控制裝置，在調(diào)整時(shí)的階段，增益修正率大致為1。此后，若因種種條件、環(huán)境的改變而控制對(duì)象的增益發(fā)生變化時(shí)，則在求出包括控制對(duì)象的增益變化及干擾變化在內(nèi)，與整個(gè)控制回路相關(guān)的增益修正率信號(hào)后，讓速度型PI調(diào)節(jié)運(yùn)算部的速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)乘以上述增益修正率信號(hào)，以進(jìn)行控制回路的增益修正。因此，若利用本發(fā)明第一形態(tài)的過程控制方法及過程控制裝置，則無論控制對(duì)象的增益變化及干擾變化的大小如何，都能自動(dòng)進(jìn)行增益修正，使控制回路的增益始終不變;即使過程特性發(fā)生變化也能繼續(xù)確保調(diào)整時(shí)的控制性能。
本發(fā)明第二形態(tài)的過程控制方法，是在本發(fā)明第一形態(tài)的過程控制方法的必要構(gòu)成條件上再增加(權(quán)利要求3)。
本發(fā)明第二形態(tài)的過程控制裝置，是在本發(fā)明第一形態(tài)的過程控制裝置的必要構(gòu)成條件上再增加(權(quán)利要求11)。
本發(fā)明第二形態(tài)的過程控制方法及過程控制裝置，除具有本發(fā)明第一形態(tài)的過程控制方法及過程控制制裝置的同樣作用外，還由于設(shè)置了能獲得由于預(yù)測(cè)干擾信號(hào)影響，并提前抑制該干擾信號(hào)影響的前饋控制信號(hào)的FF控制模型構(gòu)件，從而能敏捷地改善響應(yīng)特性。
本發(fā)明第三形態(tài)的過程控制方法，是在本發(fā)明第二形態(tài)的過程控制方法的必要構(gòu)成條件上再增加(權(quán)利要求5)。
本發(fā)明第三形態(tài)的過程控制裝置，是在本發(fā)明第二形態(tài)的過程控制裝置的必要構(gòu)成條件上再加上(權(quán)利要求13)。
本發(fā)明第三形態(tài)的過程控制方法及過程控制裝置，除具有第一及第二形態(tài)的過程控制方法和過程控制裝置的作用外，還由于依據(jù)與調(diào)整時(shí)刻之后的干擾信號(hào)大小相對(duì)應(yīng)的干擾變化來修正增益，從而能修正基于干擾變化的大小的控制回路增益變化的影響。
本發(fā)明第四形態(tài)的過程控制方法，是在本發(fā)明第三形態(tài)的過程控制方法的必要構(gòu)成條件上再添加(權(quán)利要求7)。
本發(fā)明第四形態(tài)的過程控制裝置，是在本發(fā)明第三形態(tài)的過程控制裝置的必要構(gòu)成條件上再添加(權(quán)利要求15)。
本發(fā)明第四形態(tài)的過程控制方法及過程控制裝置，除具有第一至第三形態(tài)的過程控制方法和過程控制裝置的作用外，由于設(shè)有取決于FF控制及干擾大小的增益調(diào)度功能，而且添加了對(duì)FF控制和FB控制雙方都能相對(duì)于控制對(duì)象變化和干擾變化進(jìn)行增益修正的功能，因此，即使是控制對(duì)象的增益發(fā)生變化的混合過程，也能邊維持控制回路增益不變，邊執(zhí)行控制。
本發(fā)明第五形態(tài)的過程控制方法，是在第一至第四形態(tài)的任一過程控制方法基礎(chǔ)上，再具有(權(quán)利要求2)的條件。
本發(fā)明第五形態(tài)的過程控制裝置，是在第一至第四形態(tài)的任一過程控制裝置基礎(chǔ)上，再具有(權(quán)利要求10)的條件。
本發(fā)明第五形態(tài)的過程控制方法及過程控制制裝置，能使增益修正率信號(hào)平滑化，以抑制無用變動(dòng)，從而謀求增益修正功能的穩(wěn)定化，并能通過限制被平滑化的增益修正率信號(hào)的變化范圍，能確實(shí)防止控制回路的失控。
如上所述，若利用本發(fā)明，能對(duì)應(yīng)控制對(duì)象增益的變化、干擾的變化等自動(dòng)地進(jìn)行修正以達(dá)到控制回路增益始終不變的目的。因而能實(shí)現(xiàn)高控制性能的控制。所以，在調(diào)整狀態(tài)后，即使過程特性變化，也不會(huì)使控制性能變差，得以確保連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。其結(jié)果能充分適應(yīng)對(duì)于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的靈活化、無人化、高級(jí)化等方面的要求，能革新整套設(shè)備的控制性能，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)業(yè)界作出巨大貢獻(xiàn)。
圖1是表示以往的控制裝置的結(jié)構(gòu)圖;
圖2表示本發(fā)明第一實(shí)施例過程控制裝置的概要結(jié)構(gòu);
圖3表示本發(fā)明第二實(shí)施例過程控制裝置的概要結(jié)構(gòu);
圖4表示本發(fā)明第三實(shí)施例過程控制裝置的概要結(jié)構(gòu);
圖5表示本發(fā)明第四實(shí)施例過程控制裝置的概要結(jié)構(gòu);
圖6表示本發(fā)明第五實(shí)施例過程控制裝置的概要結(jié)構(gòu)。
以下參見


本發(fā)明的實(shí)施例。
現(xiàn)參見圖2說明本發(fā)明第1實(shí)施例過程控制裝置。圖2中，在與圖1相同的部分上加相同標(biāo)號(hào)，省去該部分的詳細(xì)說明。
現(xiàn)說明與圖1所示的以往的裝置相比所特別不同的部分。
本發(fā)明的過程控制裝置，在圖1所示以往的裝置基礎(chǔ)上，還具有控制對(duì)象模型部11(controlledsystemmodelmean)、增益修正率運(yùn)算部12(gaincorrectionrationcalculatingmean)、干擾檢出部13(disturbancedetectingmean)、干擾模型部14(disturbancemodelmean)、第1加法部15(fdirstadder)及增益修正部16(gaincorrectionmean)。
控制對(duì)象模型部11是設(shè)置在速度型-位置型信號(hào)變換部5的輸出端、與調(diào)整時(shí)的控制對(duì)象特性近似的模型?？刂茖?duì)象模型部11，接收作為速度型-位置型信號(hào)變換部5輸出的位置型操作信號(hào)MVn，然后輸出以上述控制對(duì)象1a為固定模型(fixed model)時(shí)的控制對(duì)象特性值PVMN(controlled system characteristic value)，供給(后文將詳述的)增益修正率運(yùn)算部12。
干擾檢出部13檢出干擾信號(hào)D，輸出干擾檢出信號(hào)(disturbancedetectingsignal)。
干擾模型部14是與干擾的影響特性(influencecharacteristics)近似的模型，根據(jù)由于干擾檢出部13輸出的干擾檢出信號(hào)dn，輸出干擾特性值PVWMn(distrubance characteristic value)。
第1加法部15把干擾模型部14輸出的干擾特性值PVWMn和控制量檢出部2輸出的控制量PVn相加合成，求出、并輸出相加和(PVn+PVWMn)。
增益修正率運(yùn)算部12，用上述第1加法部15輸出的相加和(PVn+PVWMn)除控制對(duì)象模型部11輸出的控制對(duì)象特性值PVMn，求出并輸出增益修正率信號(hào)Kn。
增益修正部16，將由速度型PI調(diào)節(jié)運(yùn)算部4所算得的調(diào)節(jié)運(yùn)算輸出即速度型輸出信號(hào)△MVn乘以增益修正率運(yùn)算部12輸出的上述增益修正率信號(hào)Kn后，輸出至速度型-位置型信號(hào)變換部5。
由于采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的過程控制裝置具有自動(dòng)進(jìn)行修正的功能，即盡管控制對(duì)象1a的增益發(fā)生了變化，但仍使控制回路(即控制對(duì)象1a)的增益始終不變。
下面，邊比較本發(fā)明的過程控制裝置與以往的裝置的不同、邊說明其工作原理。
一般情況下，過程的控制回路，一旦控制對(duì)象1a的增益發(fā)生變化，則控制回路的增益也變化，隨之控制性能將大為惡化。
本發(fā)明的過程控制裝置的目的是要解決如何根據(jù)包括控制對(duì)象及干擾在內(nèi)的所有過程特性的變化來正確掌握控制對(duì)象1a的增益變化，從而自動(dòng)又簡(jiǎn)單地進(jìn)行修正，以使控制回路增益不發(fā)生變化。
本發(fā)明第1實(shí)施例的過程控制裝置中，在過程1維持調(diào)整時(shí)的增益情況下，該過程1、控制對(duì)象模型部11與干擾模型部14相一致。此時(shí)，控制對(duì)象模型部11的輸出PVMn同來自過程1的控制量PVn及干擾模型14的輸出PVWMn的相加和(即第1加法部15的輸出)理應(yīng)一致。根據(jù)此條件，(5)式給出的增益修正率信號(hào)Kn為，
Kn＝PVMn/(PVn+PVWMn) …(5)其中，增益修正率信號(hào)Kn必須為1(即Kn＝1)。
但是，實(shí)際的過程1中，調(diào)整控制常數(shù)(control constant)時(shí)，即使調(diào)整成Kn＝1，但其調(diào)整后，過程特性也會(huì)對(duì)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)、原料或催化劑的質(zhì)量、環(huán)境或負(fù)載狀態(tài)等發(fā)生較大變化，Kn＝1將不成立。
本發(fā)明的過程控制裝置，在對(duì)象過程特性改變時(shí)，通過取入干擾信號(hào)，對(duì)應(yīng)控制對(duì)象1a的增益變化正確運(yùn)算增益修正率信號(hào)Kn，以進(jìn)行增益修正。
現(xiàn)就與本發(fā)明過程控制裝置中的控制對(duì)象的增益變化相對(duì)應(yīng)的控制回路的增益自動(dòng)修正方法進(jìn)行說明。本發(fā)明的過程控制裝置是一種非?；镜目刂蒲b置，適用于控制一般的壓力、流量、電平等的量的平衡的非混合過程的控制。
在采用以往技術(shù)中的過程1的控制量PVn，根據(jù)圖1可用下式表示。
PVn＝｛[C(s)·P(s)]/[1+C(s)·P(s)]｝×SVn+｛W(s)/[1+C(s)·P(s)]｝×Dn…(6)(6)式中，C(s)為控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，P(s)為控制對(duì)象1a的傳遞函數(shù)、W(s)為干擾D的傳遞函數(shù)。
當(dāng)著眼于增益時(shí)，則根據(jù)上述(6)式可知若C(s)·P(s)的增益恒定，那么控制性能也不變。由于該控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(s)的增益Kc是調(diào)整控制常數(shù)時(shí)的值，所以為恒定。從而，控制對(duì)象1a的增益變化時(shí)，若通過修正其變化部分使增益不變，則控制性能也不變。
本發(fā)明的過程控制裝置中，通過如下述那樣的方法以求得與控制對(duì)象的傳遞函數(shù)P(s)的增益變化對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)(correctioncoefficient)。
對(duì)應(yīng)操作信號(hào)MVn的過程1的控制量PVn及控制對(duì)象模型部11的輸出PVMn，分別以(7)、(8)表示。
PVn＝MVn×[Kp/(1+Tp·s)]·exp(-Lp·s)-W(s)×Dn≌MVn×[Kp/(1+Tp·s)]exp(-Lp·s)-PVWMn…(7)PVMn＝MVn×[KM/(1+TM·s)]·exp(-LM·s) …(8)(7)及(8)式中，Lp控制對(duì)象的空載時(shí)間(dead time)、Kp控制對(duì)象增益、Tp控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)(time constant)、LM控制對(duì)象模型的空載時(shí)間、KM控制對(duì)象模型的增益、TM控制對(duì)象模型的時(shí)間常數(shù)、S拉普拉斯算子、MVn操作信號(hào)、PVn控制量信號(hào)、PVMn控制對(duì)象模型部的輸出信號(hào)、PVWMn干擾模型部的輸出信號(hào)。
當(dāng)將(7)式及(8)式變形，求其比率Kn。
Kn＝(kM/KP)[(1+Tp·s)/(1+TM·s)]·exp[-(LM-LP)]·S＝PVMn/(PVn+PVWMn) …(9)式中，若TM≌TP、LM≌LP，則(9)式為Kn≌KM/KP＝PVMn/(PVn+PVWMn) …(10)當(dāng)假設(shè)圖1的以往技術(shù)的控制回路的巡一周增益為A時(shí)，則A＝調(diào)節(jié)運(yùn)算部的增益(Kc)×控制對(duì)象增益(Kp)＝Kc×Kp…(11)當(dāng)控制對(duì)象增益KP變化時(shí)，巡一周增益A也變化，控制性能變壞。
在圖2所示的本發(fā)明過程控制裝置中，當(dāng)假設(shè)控制回路的巡一周增益為B時(shí)，則B＝調(diào)節(jié)運(yùn)算部的增益(KC)×Kn×控制對(duì)象增益KP＝Kc×(Km/KP)×KP＝Kc×KM…(12)即使控制對(duì)象增益KP發(fā)生變化，巡一周增益B完全不發(fā)生變化，控制性能的惡化將完全消除。
如上所述，若利用本發(fā)明，則不論控制對(duì)象的增益變化及干擾變化的大小如何，都能自動(dòng)進(jìn)行增益修正使控制回路的增益始終不變，即使過程特性變化也能持續(xù)確保調(diào)整時(shí)的控制性能。
現(xiàn)參現(xiàn)圖3說明本發(fā)明第2實(shí)施例過程控制裝置。
第2實(shí)施例過程控制裝置，是在圖2所示過程控制裝置的結(jié)構(gòu)上，再添加FF控制模型部21(FFcontrolmodelmean)和第2加法部22(secondadder)而構(gòu)成。
FF控制模型部21，根據(jù)來自干擾檢出部13的干擾檢出信號(hào)dn，預(yù)測(cè)干擾信號(hào)D的影響，獲得用于提前抑制該干擾信號(hào)D的影響[即，前饋控制(feed forward control)。以下簡(jiǎn)稱“FF控制”]的前饋控制信號(hào)FFn。
第2加法部22將FF控制模型部21所得到的前饋控制信號(hào)FFn同用速度型-位置型信號(hào)變換部5對(duì)上述經(jīng)增益修正后的速度型信號(hào)(velocity-type signal)作了信號(hào)變換的位置型操作信號(hào)MVn相加，以補(bǔ)償干擾影響。
若利用第2實(shí)施例的過程控制裝置，則能利用FF模型部21和第2加法部22對(duì)干擾的變化迅速地反應(yīng)，抑制干擾，以謀求控制性能的提高。再者，第2實(shí)施例過程控制裝置，與圖2所示第1實(shí)施例裝置一樣，能根據(jù)包括控制對(duì)象及干擾在內(nèi)的整個(gè)過程的特性變化而相對(duì)于控制對(duì)象的增益變化自動(dòng)修正控制回路的增益，所以能謀求控制回路的穩(wěn)定化。
這樣，本第2實(shí)施例過程控制裝置，與第1實(shí)施例的過程控制裝置一樣，應(yīng)用于非混合過程時(shí)非常有效。
現(xiàn)參見圖4說明本發(fā)明第3實(shí)施例過程控制裝置。
第3實(shí)施例過程裝置，是在圖3所示第2實(shí)施例的過程控制裝置的結(jié)構(gòu)上再添加干擾變化檢出部31(disturbancechangedetectingmean)和干擾修正部32(disturbancecorrectionmean)。
干擾變化檢出部31求出與調(diào)整時(shí)刻以后的干擾信號(hào)大小相對(duì)應(yīng)的干擾變化。
干擾修正部32通過將干擾變化檢出部31所得到的干擾變化KFn＝dn/do(do調(diào)整狀態(tài)時(shí)的干擾大小、dn干擾檢出信號(hào))乘上速度型PI調(diào)節(jié)運(yùn)算部4的速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)，進(jìn)行干擾D引起的增益修正。
若利用第3實(shí)施例過程控制裝置，則干擾檢出部13所檢出的干擾檢出信號(hào)dn輸出至干擾變化檢出部31?？刂瞥?shù)等調(diào)整時(shí)是按照從干擾變化檢出部31的輸出大致為“1”那樣來設(shè)定比率KFn的，所以當(dāng)控制常數(shù)等的調(diào)整時(shí)刻過了以后，一旦干擾檢出信號(hào)dn變化，則干擾變化檢出部31就根據(jù)KFn＝dn/do的運(yùn)算，求出與干擾大小對(duì)應(yīng)的干擾變化信號(hào)。干擾修正部32通過讓該干擾變化信號(hào)乘上速度型PI調(diào)節(jié)運(yùn)算部4的速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)，以自動(dòng)修正與干擾大小對(duì)應(yīng)的控制回路的增益，從而使該裝置在控制回路增益恒定的狀態(tài)下進(jìn)行工作。
第3實(shí)施例過程控制裝置，因具有第2實(shí)施例所示的FF控制模型部21和第2加法部22，對(duì)干擾的變化能迅速反應(yīng)、抑制干擾，從而可指望提高控制性能。加之，第3實(shí)施例過程控制裝置與第1實(shí)施例裝置一樣，能根據(jù)包括控制對(duì)象及干擾在內(nèi)的整個(gè)過程的特性變化而對(duì)控制對(duì)象的增益變化自動(dòng)修正控制回路增益，可指望控制回路的穩(wěn)定控制。
這樣，第3實(shí)施例過程控制裝置，用于控制對(duì)象的增益隨負(fù)載等干擾大小而變化的混合過程，是非常見效，而且在結(jié)構(gòu)上，于第1實(shí)施例過程控制裝置中，添加了第2實(shí)施例的FF控制功能和本實(shí)施例中的取決于干擾大小的增益調(diào)度功能。
現(xiàn)參見圖5說明本發(fā)明第4實(shí)施例過程控制裝置。
第4實(shí)施例過程控制裝置，是在圖4所示第3實(shí)施例過程控制裝置的結(jié)構(gòu)上再添加分差運(yùn)算部41和第3加法部42。
分差運(yùn)算部41(differencecalculatingmean)，設(shè)于FF控制模型部21的輸出一側(cè)，進(jìn)行后文將詳述的分差運(yùn)算。
第3加法部42(thirdadder)將分差運(yùn)算部41的輸出和干擾引起的增益修正后的速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)相加。
FF控制模型部21的位置型輸出信號(hào)FFn輸入至分差運(yùn)算部41。分差運(yùn)算部41如(13)所示，執(zhí)行本次輸出FFn減去前次輸出FFn-1的分差運(yùn)算，并由位置型信號(hào)變換為速度型信號(hào)△FFn。
△FFn＝FFn-FFn-1…(13)第3加法部42，將經(jīng)變換的速度型信號(hào)△FFn同[把取決于干擾的增益調(diào)度(gain scheduling)施加于反饋控制(feadback control以下簡(jiǎn)稱“FB控制”)的速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)△MVn后的]KFn×△MVn相加合成，輸出至增益修正部16。增益修正部16與第1實(shí)施例一樣，自動(dòng)修正增益。
第4實(shí)施例過程控制裝置，用于控制對(duì)象的增益隨負(fù)載等的干擾大小而變化的混合過程是很有效的，在第1實(shí)施例裝置上再添加第2實(shí)施例的FF控制功能和第3實(shí)施例中取決于干擾大小的增益調(diào)度功能，對(duì)FF控制與FB控制雙方均乘以相對(duì)于控制對(duì)象增益變化的增益修正率。
現(xiàn)參見圖6說明本發(fā)明第5實(shí)施例過程控制裝置。
第五實(shí)施例是在圖2所示第1實(shí)施例過程控制裝置上再增加濾波部51(filtermean)和上下限限制部52(upperandlowerlimitconstraintmean)而構(gòu)成。濾波部51與上下限限制部52也能適用于第2至第4實(shí)施例的過程控制裝置。
當(dāng)增益修正率運(yùn)算部12所取得的增益修正率信號(hào)Kn頻繁變化或急劇變化時(shí)，存在過程控制方面的問題，所以采用濾波部51使上述變化平滑化，吸收急劇變化部分，以輸出平穩(wěn)變化的增益修正率信號(hào)Kn′。上下限限制部52對(duì)輸入至其內(nèi)的增益修正率信號(hào)Kn′加以限制，該限制與通常運(yùn)轉(zhuǎn)范圍的上下限相當(dāng)，使其作為不使控制回路失控制的增益修正率信號(hào)Kn″輸出至增益修正部16。增益修正部16將上下限限制部52輸出的增益修正率信號(hào)Kn″乘以速度型PI調(diào)節(jié)運(yùn)算部4的輸出信號(hào)△MVn，以自動(dòng)修正增益。
這樣，若用第5實(shí)施例過程控制裝置，就能使增益修正功能穩(wěn)定并能防止控制回路的失控。再者，通過將第5實(shí)施例裝置與第2至第4實(shí)施例裝置相組合，還能兼得前述實(shí)施例所獲得的效果。
本發(fā)明不只限于上述實(shí)施例，可在不超出其實(shí)質(zhì)內(nèi)容的范圍內(nèi)，通過種種變形加以實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)具有反饋控制的控制回路的過程進(jìn)行控制的過程控制方法，其特征是包括以下步驟第1步將用于控制上述過程的設(shè)定值和來自上述過程的控制量進(jìn)行輸入，并運(yùn)算上述設(shè)定值與上述控制量之間的偏差；第2步執(zhí)行PI(P比例、I積分)調(diào)節(jié)運(yùn)算和PID(D微分)調(diào)節(jié)運(yùn)算中的任一種調(diào)節(jié)運(yùn)算，使上述設(shè)定值與來自過程的上述控制量一致，并輸出速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)；第3步以上述調(diào)節(jié)運(yùn)算的輸出作為操作信號(hào)，輸出至上述過程；第4步輸入上述操作信號(hào)，輸出與近似于調(diào)整時(shí)的控制對(duì)象特性對(duì)應(yīng)的第1近似信號(hào)；第5步接收加入上述過程的干擾信號(hào)后，輸出近似于干擾特性的第2近似信號(hào)；第6步將上述第2近似信號(hào)與上述速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)相加，輸出相加值；第7步根據(jù)上述相加值和上述第1近似信號(hào)，求與上述調(diào)整時(shí)刻以后的上述控制對(duì)象的增益變化和干擾變化對(duì)應(yīng)的增益修正率信號(hào)；第8步通過將上述增益修正率信號(hào)乘以上述速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)，進(jìn)行上述控制回路的增益修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制方法，其特征是還具有以下兩步驟;使上述與上述控制對(duì)象的增益變化和干擾變化對(duì)應(yīng)的增益修正率信號(hào)平滑化，以抑制無用變動(dòng)的步驟以及限制被平滑過的上述增益修正率信號(hào)的變化范圍的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程控制方法，其特征是還包括以下兩步驟為了預(yù)測(cè)上述干擾信號(hào)的影響，提前抑制該干擾信號(hào)的影響而取得前饋控制信號(hào)的步驟以及將上述前饋控制信號(hào)與被增益修正過的上述位置型變換操作信號(hào)進(jìn)行相加的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過程控制方法，其特征是還具有以下兩步驟使上述與上述控制對(duì)象的增益變化和干擾變化對(duì)應(yīng)的增益修正率信號(hào)平滑化，抑制無用變動(dòng)的步驟以及限制被平滑過的上述增益修正率信號(hào)的變化范圍的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過程控制方法，其特征還具有通過求出與調(diào)整時(shí)刻以后的上述干擾信號(hào)的大小對(duì)應(yīng)的干擾變化，并將它乘以上述速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)，進(jìn)行基于干擾的增益修正的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過程控制方法，其特征是還具有以下兩步驟;使上述與上述控制對(duì)象的增益變化和與干擾變化對(duì)應(yīng)的增益修正率信號(hào)平滑化，以抑制無用變動(dòng)的步驟以及限制被平滑過的上述增益修正率信號(hào)的變化范圍的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過程控制方法，其特征是還具有以下兩步驟將上述前饋控制信號(hào)變換成速度型信號(hào)的步驟以及將上述速度型信號(hào)與基于干擾的增益修正后的上述速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)進(jìn)行相加的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過程控制方法，其特征是還具有以下兩步驟使上述與上述控制對(duì)象的增益變化和干擾變化對(duì)應(yīng)的增益修正率信號(hào)平滑化，以抑制無用變動(dòng)的步驟以及限制被平滑過的上述增益修正率信號(hào)的變化范圍的步驟。
9.一種對(duì)具有反饋控制的控制回路的過程進(jìn)行控制的過程控制裝置，其特征是具有①輸入用于控制上述過程的設(shè)定值和來自上述過程的控制量，并運(yùn)算上述設(shè)定值與上述控制量之間的偏差運(yùn)算部分;②執(zhí)行PI(P比例、I積分)調(diào)節(jié)運(yùn)算及PID(D微分)調(diào)節(jié)運(yùn)算中的任一種調(diào)節(jié)運(yùn)算，輸出速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)的調(diào)節(jié)運(yùn)算部分;③以上述調(diào)節(jié)運(yùn)算的輸出作為操作信號(hào)，輸出至上述過程的部分;④輸入上述操作信號(hào)，輸出與近似于調(diào)整時(shí)的控制對(duì)象特性對(duì)應(yīng)的信號(hào)的控制對(duì)象模型部分;⑤接收加入上述過程的干擾信號(hào)后，輸出近似于干擾特性的信號(hào)的干擾模型部分;⑥將上述控制對(duì)象模型部分的輸出與上述控制量及上述干擾模型部分的輸出進(jìn)行相加的部分;⑦根據(jù)上述相加部分算得的相加值和來自上述控制對(duì)象模型部分的輸出，求與上述調(diào)整時(shí)刻以后的上述控制對(duì)象的增益變化和干擾變化對(duì)應(yīng)的增益修正率信號(hào)的增益修正率運(yùn)算部分;⑧通過將上述增益修正率信號(hào)乘以上述速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)，進(jìn)行上述控制回路的增益修正的增益修正部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的過程控制裝置，其特征是還具有以下兩部分使上述與上述控制對(duì)象的增益變化和干擾變化對(duì)應(yīng)的增益修正率信號(hào)平滑化，以抑制無用變動(dòng)的濾波部分以及限制被上述濾波部分平滑過的增益修正率信號(hào)的變化范圍的上下限限制部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的過程控制裝置，其特征是還具有以下兩部分;為了預(yù)測(cè)上述干擾信號(hào)的影響，提前抑制該干擾信號(hào)的影響而取得前饋控制信號(hào)的前饋控制模型部分以及將上述前饋控制模型部分所取得的上述前饋控制信號(hào)與上述被增益修正過的位置型變換操作信號(hào)進(jìn)行相加的相加部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的過程控制方法，其特征是還具有以下兩部分;使上述與上述控制對(duì)象的增益變化和干擾變化對(duì)應(yīng)的增益修正率信號(hào)平滑化，以抑制無用變動(dòng)的濾波部分以及限制被上述濾波部分平滑過的增益修正率信號(hào)的變化范圍的上下限限制部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的過程控制裝置，其特征是還具有通過求出與調(diào)整時(shí)刻以后的上述干擾信號(hào)大小對(duì)應(yīng)的干擾變化，并將它乘以上述調(diào)節(jié)運(yùn)算部分的速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)，進(jìn)行基于干擾的增益修正的干擾增益修正部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的過程裝置，其特征是還具有以下兩部分使上述與上述控制對(duì)象的增益變化和干擾變化對(duì)應(yīng)的增益修正率信號(hào)平滑化，以抑制無用變動(dòng)的濾波部分以及限制被上述濾波部分平滑過的增益修正率信號(hào)的變化范圍的上下限限制部分。
15.根據(jù)權(quán)利要13所述的過程控制裝置，其特征是還具有以下兩部分將上述前饋控制信號(hào)變換成速度型信號(hào)的分差運(yùn)算部分以及將上述速度型信號(hào)與基于上述干擾的增益修正后的速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)進(jìn)行相加的干擾補(bǔ)償控制部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的過程控制裝置，其特征是還具有以下兩部分使上述與上述控制對(duì)象的增益變化和干擾變化對(duì)應(yīng)的增益修正率信號(hào)平滑化，以抑制無用變動(dòng)的濾波部分以及限制被上述濾波部分平滑過的增益修正率信號(hào)的變化范圍的上下限限制部分。
全文摘要
過程控制方法。其步驟有①輸入過程的設(shè)定值與控制量并運(yùn)算它們間的偏差；②執(zhí)行PI或PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，使設(shè)定值與控制量一致并輸出速度型調(diào)節(jié)運(yùn)算信號(hào)；③將②的輸出作為操作信號(hào)送至過程；④輸入操作信號(hào)并輸出與近似于調(diào)整時(shí)控制對(duì)象特性對(duì)應(yīng)的信號(hào)；⑤接收加入過程的干涉信號(hào)后輸出近似于干擾特性的信號(hào)；⑥將④、②的信號(hào)相加并輸出相加值；⑦根據(jù)⑥、④的輸出求增益修正率；⑧通過⑦、②的輸出相乘，進(jìn)行控制回路的增益修正。
文檔編號(hào)G05B11/36GK1093179SQ9410322
公開日1994年10月5日 申請(qǐng)日期1994年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月22日
發(fā)明者広井和男 申請(qǐng)人:東芝株式會(huì)社