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JP4361851B2 - Control method - Google Patents

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JP4361851B2
JP4361851B2 JP2004271923A JP2004271923A JP4361851B2 JP 4361851 B2 JP4361851 B2 JP 4361851B2 JP 2004271923 A JP2004271923 A JP 2004271923A JP 2004271923 A JP2004271923 A JP 2004271923A JP 4361851 B2 JP4361851 B2 JP 4361851B2
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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の相対量を制御対象とする制御方法に関するものである。   The present invention relates to a process control technique, and more particularly to a control method for controlling a relative quantity such as a state quantity difference measured in a control system having at least two control loops.

図11(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. 11A shows a configuration of a temperature controller which 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 control temperature TC 1, detection means 1013 for detecting the surface temperature TC 2 of the work 1016, and the deepest temperature TC 3 of the work 1016. Detection means 1014 for detecting is arranged. Reference numeral 1002 denotes a power regulator. The control unit 1003 includes a comparator 1031 that compares the control temperature TC1 and the execution program pattern set value 1033, a control calculation unit 1032 such as PID controlled by the output of the comparator 1031, and the surface temperature TC2 of the workpiece 1016 and the deepest surface temperature TC2. A temperature difference detector 1034 that detects a difference from the temperature TC3, a temperature difference setter 1035 that sets a predetermined temperature difference, and an output of the temperature difference detector 1034 and an output of the temperature difference setter 1035 are compared. The comparator 1036, the change rate detector 1038 for detecting the temperature change rate of the deepest temperature TC3, and the output of the change rate detector 1038 are compared with the output of the change rate setter 1039 for setting a predetermined temperature change rate. The comparator 1040 to perform, the inclination calculation based on the output of the comparator 1036 and the output of the comparator 1040, and the execution program pattern set value 103 And an inclined calculator 1037 for controlling.

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11(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11(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11(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11(b))。
The maximum allowable temperature difference is set in the temperature difference setting unit 1035, and the maximum allowable temperature change rate is set in the change rate setting unit 1039. With the configuration of FIG. 11A, the inclination in the execution program pattern set value 1033 is constantly corrected so that one or both of the temperature difference and / or temperature change rate in the heat treatment workpiece 1016 fall within the specified temperature tolerance. The
When attention is paid to the portion surrounded by the broken line in FIG. 11A, 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, TC3. You can see that the conversion is taking place. That is, the temperature controller in FIG. 11A includes a state quantity conversion unit 1041 that calculates the temperature difference (TC2−TC3) and the temperature change rate dTC3 / dt (FIG. 11B).

図12(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12(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. 12 (a) shows the configuration of a temperature control device that is another conventional control device (see, for example, Patent Document 2). In the figure, reference numeral 2002 denotes a reaction tube of the vertical heat treatment apparatus 2020. Inside the reaction tube 2002, a temperature sensor A for detecting the temperature in the vicinity of the semiconductor wafer mounted on the wafer board 2021 is provided. A temperature sensor B that detects the temperature of the outer surface of the reaction tube 2002 is provided. The deviation circuit unit 2031 outputs a deviation obtained by subtracting a correction value described later from the target value of the temperature sensor A, that is, the target value of the temperature sensor B. The deviation circuit unit 2032 outputs a deviation obtained by subtracting the detection value of the temperature sensor B from the target value of the temperature sensor B to the PID adjustment unit 2004. The PID adjustment unit 2004 performs PID calculation based on the input deviation and outputs the calculation result to the power control unit 2005. The power control unit 2005 uses the vertical heat treatment apparatus based on the output value of the PID adjustment unit 2004. The power supply amount to the heater 2006, which is a heating source of 2020, is controlled. On the other hand, when the detected value of the temperature sensor B converges to the target value, the correction value output unit 2007 calculates the difference (A−B) between the detected value of the temperature sensor A and the detected value of the temperature sensor B at the time of convergence. As a correction value, the target value of the temperature sensor B is corrected by the correction value. With the configuration of FIG. 12A, the detection value of the temperature sensor A converges to the target value.

図12(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12(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12(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. 12A, it is understood that state quantity conversion for calculating the temperature difference (A−B) based on the plurality of measured temperatures A and B is performed. it can. That is, the temperature adjustment device in FIG. 12A includes the state quantity conversion unit 2008 that calculates the temperature difference (A−B) (FIG. 12B).
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13に示す。図13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. 13 includes a subtractor 3001 that outputs a difference between the set value SP1 ′ and the state quantity average value PV1 ′ with respect to the state quantity average value PV1 ′, and a set value SP2 ′ with respect to the state quantity difference PV2 ′ and the state quantity difference. Subtractor 3002 that outputs the difference from PV2 ′, controllers C1 and C2 that calculate operation amounts MV1 and MV2 based on the outputs of subtractors 3001 and 3002, and operation amounts for control target processes P1 and P2, respectively. Actuators A1 and A2 that perform operations according to MV1 and MV2 and a state quantity conversion unit 3003 are included.

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 multipliers 3004 and 3005 for multiplying the state quantities PV1 and PV2 of the control target processes P1 and P2 by 0.5 and −1 and 1 respectively for the state quantities PV1 and PV2. Multipliers 3006 and 3007 for multiplication, an adder 3008 for adding the outputs of the multipliers 3004 and 3005, and an adder 3009 for adding the outputs of the multipliers 3006 and 3007. By such a state quantity conversion unit 3003, the state quantity average value PV1 ′ and the state quantity difference PV2 ′ are expressed by the following equations.
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.

Figure 0004361851
Figure 0004361851

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11(b)や図12(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'. As described above, the controller C1 that directly controls the state quantity average value PV1 ′ and the state quantity difference PV2 can be obtained only by applying the state quantity conversion unit 3003 similar to that shown in FIGS. 11B and 12B. 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13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. That is, in the control device shown in FIG. 13, the state quantity conversion unit 3003 is configured to artificially generate inter-loop interference.

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14に示す。図14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 Non-Patent Document 1. The configuration of the control device disclosed in Non-Patent Document 1 is shown in FIG. 14 includes a subtractor 4001 that outputs a difference between the set value SP1 and the state quantity PV1, a subtractor 4002 that outputs a difference between the set value SP2 and the state quantity PV2, and outputs of the subtractors 4001 and 4002. Controller 4003 and 4004 for calculating the operation amounts MV1 and MV2, respectively, and a cross controller 4005 for outputting the operation amounts MV1 ′ and MV2 ′ obtained by converting the operation amounts MV1 and MV2, respectively.

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 multiplier 4007 that multiplies the operation amount MV1 by a coefficient M12, and a coefficient M21 on the operation amount MV2. Multiplier 4008 for multiplication, subtractor 4009 for outputting the difference between operation amount MV1 and the output of multiplier 4008 as operation amount MV1 ′, and the difference between operation amount MV2 and the output of multiplier 4007 as operation amount MV2 ′. And a subtractor 4010 for outputting. Here, for simplicity of explanation, dynamic characteristics such as process time constant and process dead time are ignored. Assuming that the process gains of the control target process 4006 for the manipulated variables MV1 ′ and MV2 ′ are Kp1 and Kp2, respectively, according to Non-Patent Document 1, the cross controller 4005 for non-interference can be designed as follows.
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.

Figure 0004361851
Figure 0004361851

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 controller 4003 is converted into the operation amount MV1 ′ by the cross controller 4005 and then sent to the control target process 4006 via an actuator (not shown). The operation amount MV2 calculated by the controller 4004 is After being converted into the operation amount MV2 ′ by the controller 4005, it is sent to the control target process 4006 via the actuator.

図14に示したクロスコントローラ4005を図13の制御装置に適用した構成を図15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. 15 shows a configuration in which the cross controller 4005 shown in FIG. 14 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。
特開平8−095647号公報 特開平9−199491号公報 広井和男,「ディジタル計装制御システムの基礎と応用」,工業技術社,1987年10月,p.152−156,ISBN4−905957−00−1
The applicant has not yet found prior art documents related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
JP-A-8-095647 JP-A-9-199491 Kazuo Hiroi, “Basics and Applications of Digital Instrumentation Control System”, Industrial Technology Co., Ltd., October 1987, p. 152-156, ISBN4-905957-00-1

[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 upper limit value 100% of the heater output, the controller calculates an operation amount MV larger than 100%. Become. However, since the heater output saturates at 100%, the increase in the temperature measurement value PV corresponding to the increase in the heater output reaches the limit, and as a result, the controller increases the manipulated variable MV to a larger value. .

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 upper limit value 100% of the heater output is output from the controller. It takes a long time. Therefore, although the temperature set value SP is changed to a value lower than the temperature measurement value PV, the controller outputs an operation amount of 100% for a long time, and as a result, the start of the temperature drop is greatly delayed. . As described above, the calculation result of the operation amount MV becomes higher than necessary, and the phenomenon that the decrease in the operation amount MV is delayed when the set value SP is changed to a small value is a phenomenon called integral windup. This is because the operation amount is not calculated in consideration of the physical upper and lower limits.

図15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15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. 15, 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 apparatus shown in FIG. 15 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16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16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. 16, assuming two control loops, controllers 5003 and 5004, heaters 5005 and 5006 as actuators, furnaces 5007 and 5008 as control objects, and temperature sensors as measurement means. 5009, 5010. In FIG. 16, reference numeral 5001 denotes a subtractor that outputs the difference between the temperature set value SP1 and the temperature measurement value PV1, and 5002 denotes a subtractor that outputs the difference between the temperature set value SP2 and the temperature measurement value PV2.

図16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. 16, although some inter-loop interference is allowed, the controller 5003 outputs the operation amount MV1 to the heater 5005, the heater 5005 mainly heats the furnace 5007, and the temperature sensor 5009 is a temperature near the furnace 5007. And the controller 5003 must execute a control calculation so as to control the temperature measurement value PV1. Similarly, the controller 5004 outputs the operation amount MV2 to the heater 5006, the heater 5006 mainly heats the furnace 5008, the temperature sensor 5010 measures the temperature near the furnace 5008, and the controller 5004 controls the temperature measurement value PV2. The control operation must be executed as follows. In this way, the controller 5003, 5004, the heaters 5005, 5006, the furnace 5007, 5008, and the temperature sensors 5009, 5010 are physically compatible with each other, so that an adjustment method or an automatic adjustment function that has been devised in the past is applied. It becomes a necessary condition to do. In other words, the controller 5003 calculates the operation amounts MV1 and MV2 distributed at the same level between the heaters 5005 and 5006 as one combined operation amount, and the controller 5004 is also equivalent to the heaters 5005 and 5006. If the operation amounts MV1 and MV2 distributed at the level of 1 are calculated as one composite operation amount, it becomes impossible to apply a conventionally devised adjustment method or automatic adjustment function.

図15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15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. 15, 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, with the control device shown in FIG. 15, 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方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and changes an absolute amount such as an average value of a plurality of state quantities to a desired value while maintaining a relative amount between the plurality of state quantities at a desired value. It is an object of the present invention to provide a control method that can prevent integral windup in a control system that performs such control, and that can apply a conventionally devised parameter adjustment method, automatic adjustment function, and the like.

本発明は、少なくとも2個の並列なPID制御ループを有する制御系の制御方法において、前記少なくとも2個のPID制御ループの状態量の加重平均値を基準状態量とし、この基準状態量との相対量が予め規定された値を維持するように制御される状態量を追従状態量としたとき、追従状態量設定値SPiと追従状態量計測値PViとの偏差の絶対値をPID制御ループ毎に算出し、絶対値が大きなPID制御ループほど状態量に対する前記加重平均値の加重を大きく適応修正する加重修正手順と、前記追従状態量を制御するPIDコントローラに入力される複数の制御演算用入力値のうち追従状態量設定値SPiを追従状態量内部設定値SPi’に変換した上で前記PIDコントローラに入力する算出手順とを備え、前記算出手順は、前記制御演算用入力値として、前記加重平均値として設定された基準状態量設定値SPmと、計測された基準状態量計測値PVmと、予め設定された追従状態量設定値SPiと、計測された追従状態量計測値PViとが入力されたとき、前記追従状態量計測値PViの前記基準状態量計測値PVmへの追従性の度合を規定する第1の係数Biと、前記基準状態量計測値PVmの前記基準状態量設定値SPmへの応答性の度合を規定する第2の係数Amとを用いて、前記追従状態量内部設定値SPi’をSPi’=AmSPm+(1−Am)PVm+Bi(SPi−SPm)+(1−Bi)(PVi−PVm)により算出することにより、基準状態量計測値PVmの基準状態量設定値SPmへの追従性と、追従状態量計測値PViと基準状態量計測値PVmの差分である相対量PVi−PVmの追従状態量設定値SPiと基準状態量設定値SPmの差分である相対量SPi−SPmへの追従性を分離して制御するようにしたものである。 The present invention provides a control method for a control system having at least two parallel PID control loops, wherein a weighted average value of the state quantities of the at least two PID control loops is used as a reference state quantity, When the amount of state controlled so as to maintain a predetermined amount is the tracking state amount, the absolute value of the deviation between the tracking state amount set value SPi and the tracking state amount measured value PVi is determined for each PID control loop. A weight correction procedure for calculating and adaptively correcting the weight of the weighted average value with respect to the state quantity as the PID control loop having a larger absolute value, and a plurality of control calculation input values input to the PID controller for controlling the following state quantity A tracking state quantity set value SPi is converted into a tracking state quantity internal set value SPi ′, and then input to the PID controller. As the control calculation input value, the reference state quantity setting value SPm set as the weighted average value, the measured reference state quantity measurement value PVm, the preset tracking state quantity setting value SPi, and the measured tracking when the the state quantity measurement value PVi inputted, the follow-up state quantity measurement value first coefficient Bi define the degree of conformability to the reference state quantity measurement value PVm of PVi, the reference state quantity measurement value by using the second coefficient Is it define the degree of responsiveness to the reference state quantity setting value SPm of PVm, 'SPi a' the follow-up state quantity internal set point SPi = AmSPm + (1-Am ) PVm + Bi ( SPi−SPm) + (1−Bi) (PVi−PVm) to calculate the reference state quantity measurement value PVm to the reference state quantity set value SPm, the following state quantity measurement value PVi, and the reference state quantity Measured value Is obtained by the following capability of a difference which is a difference Vm relative amounts PVi-PVm of follow-up state quantity set point SPi and the reference state quantity set value SPm to the relative amounts SPi-SPm to be separately controlled.

また、本発明の制御方法の1構成例において、前記加重修正手順は、前記絶対値が大きなPID制御ループほど状態量に対する前記加重平均値の加重を大きく適応修正する代わりに、前記絶対値が最も大きなPID制御ループの状態量に対する前記加重平均値の加重を1とし、他のPID制御ループの状態量に対する加重を0とするように適応修正するようにしたものである。
また、本発明の制御方法の1構成例は、前記算出手順に代わり、前記追従状態量を制御するPIDコントローラに入力される複数の制御演算用入力値のうち追従状態量計測値PViを追従状態量内部計測値PVi’に変換した上で前記PIDコントローラに入力する算出手順を備え、前記算出手順は、前記制御演算用入力値として、予め設定された基準状態量設定値SPmと、計測された基準状態量計測値PVmと、予め設定された追従状態量設定値SPiと、計測された追従状態量計測値PViとが入力されたとき、前記追従状態量計測値PViの前記基準状態量計測値PVmへの追従性の度合を規定する前記第1の係数Biと、前記基準状態量計測値PVmの前記基準状態量設定値SPmへの応答性の度合を規定する前記第2の係数Amとを用いて、前記追従状態量内部計測値PVi’をPVi’=(1−Am)SPm+AmPVm+(1−Bi)(SPi−SPm)+Bi(PVi−PVm)により算出することにより、基準状態量計測値PVmの基準状態量設定値SPmへの追従性と、追従状態量計測値PViと基準状態量計測値PVmの差分である相対量PVi−PVmの追従状態量設定値SPiと基準状態量設定値SPmの差分である相対量SPi−SPmへの追従性を分離して制御するようにしたものである。
また、本発明の制御方法の1構成例は、前記算出手順に代わり、前記追従状態量を制御するPIDコントローラに入力される複数の制御演算用入力値に基づいて算出される追従状態量偏差Eriを、追従状態量内部偏差Eri’に変換した上で前記コントローラに入力する算出手順を備え、前記算出手順は、前記制御演算用入力値として、予め設定された基準状態量設定値SPmと、計測された基準状態量計測値PVmと、予め設定された追従状態量設定値SPiと、計測された追従状態量計測値PViとが入力されたとき、前記追従状態量計測値PViの前記基準状態量計測値PVmへの追従性の度合を規定する前記第1の係数Biと、前記基準状態量計測値PVmの前記基準状態量設定値SPmへの応答性の度合を規定する前記第2の係数Amとを用いて、前記追従状態量内部偏差Eri’をEri’=Am(SPm−PVm)+Bi{(SPi−SPm)−(PVi−PVm)}により算出することにより、基準状態量計測値PVmの基準状態量設定値SPmへの追従性と、追従状態量計測値PViと基準状態量計測値PVmの差分である相対量PVi−PVmの追従状態量設定値SPiと基準状態量設定値SPmの差分である相対量SPi−SPmへの追従性を分離して制御するようにしたものである。
Also, in one configuration example of the control method of the present invention, the weight correction procedure is such that the PID control loop having a larger absolute value has the highest absolute value instead of adaptively correcting the weight of the weighted average value with respect to the state quantity. The weighted average value for the state quantity of the large PID control loop is set to 1, and the weight for the state quantity of the other PID control loop is set to 0 .
Further, in one configuration example of the control method of the present invention , instead of the calculation procedure, the tracking state quantity measured value PVi among the plurality of control calculation input values input to the PID controller that controls the tracking state quantity is set to the tracking state. A calculation procedure for converting the measured value into an internal measured value PVi ′ and inputting the value to the PID controller is provided. The calculation procedure is performed by measuring a preset reference state quantity set value SPm as the control calculation input value. When a reference state quantity measurement value PVm, a preset tracking state quantity setting value SPi, and a measured tracking state quantity measurement value PVi are input, the reference state quantity measurement value of the tracking state quantity measurement value PVi is input. The first coefficient Bi that defines the degree of followability to PVm, and the second coefficient Am that defines the degree of responsiveness of the reference state measurement value PVm to the reference state quantity set value SPm; Is used to calculate the tracking state quantity internal measurement value PVi ′ by PVi ′ = (1−Am) SPm + AmPVm + (1−Bi) (SPi−SPm) + Bi (PVi−PVm). The followability of PVm to the reference state quantity set value SPm and the follow-up state quantity set value SPi of the relative amount PVi-PVm, which is the difference between the follow-up state quantity measured value PVi and the reference state quantity measured value PVm, and the reference state quantity set value SPm The followability to the relative amount SPi-SPm, which is the difference between the two, is separated and controlled .
Further, in one configuration example of the control method of the present invention, a tracking state amount deviation Eri calculated based on a plurality of control calculation input values input to a PID controller that controls the tracking state amount instead of the calculation procedure. Is converted into a follow-up state quantity internal deviation Eri ′ and input to the controller, and the calculation procedure includes a reference state quantity set value SPm set in advance as the control calculation input value, and a measurement When the reference state quantity measurement value PVm, the preset tracking state quantity setting value SPi, and the measured tracking state quantity measurement value PVi are input, the reference state quantity of the tracking state quantity measurement value PVi is input. The first coefficient Bi that defines the degree of followability to the measured value PVm, and the second coefficient that defines the degree of responsiveness of the reference state quantity measured value PVm to the reference state quantity set value SPm. By using Am, the tracking state quantity internal deviation Eri ′ is calculated by Eri ′ = Am (SPm−PVm) + Bi {(SPi−SPm) − (PVi−PVm)}, thereby obtaining a reference state quantity measurement value PVm. Of the following state quantity set value SPm and the following state quantity set value SPm of the relative quantity PVi-PVm, which is the difference between the follow state quantity measured value PVi and the reference state quantity measured value PVm. The followability to the relative amount SPi-SPm, which is the difference, is controlled separately.

本発明によれば、少なくとも2個の制御ループを有する制御系において、各制御ループの状態量の加重平均値を基準状態量とし、この基準状態量との相対量が予め規定された値を維持するように制御される状態量を追従状態量としたとき、追従状態量を制御するコントローラに入力される複数の制御演算用入力値のうち1つを内部入力値に変換した上でコントローラに入力する算出手順を実行し、この算出手順において内部入力値を基準状態量に対する第1の要素と相対量に対する第2の要素との和として算出することにより、基準状態量と追従状態量との状態量差などの相対量を所望の値に維持しつつ、状態量平均値などの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。また、内部入力値の第2の要素として、相対量に対する制御演算用入力値の要素に第1の係数を掛けた値を使用することにより、相対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。さらに、本発明では、制御系の制約により相対量の制御に乱れがあるときに、追従状態量を制御するコントローラのうち、制約を受けている制御ループのコントローラよりも制約を受けていない制御ループのコントローラが相対量の乱れを整える制御をより強く要求されるように、加重平均値の加重を適応的に修正する加重修正手順を実行することにより、状態量差などの相対量が小さくなるように制御する際に、操作量飽和などの制御上の制約が事実上予期せぬ形で発生した場合であっても、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, in a control system having at least two control loops, a weighted average value of the state quantities of each control loop is used as a reference state quantity, and a relative amount with respect to the reference state quantity is maintained in a predetermined value. When the state quantity controlled so as to be the tracking state quantity, one of a plurality of control calculation input values input to the controller that controls the tracking state quantity is converted into an internal input value and then input to the controller. In this calculation procedure, the internal input value is calculated as the sum of the first element with respect to the reference state quantity and the second element with respect to the relative quantity, so that the state of the reference state quantity and the follow-up state quantity It is possible to realize control for changing a reference state quantity such as a state quantity average value to a desired value while maintaining a relative quantity such as a quantity difference 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. Further, by using a value obtained by multiplying the element of the input value for control calculation with respect to the relative quantity by the first coefficient as the second element of the internal input value, the reference state quantity is controlled while preferentially controlling the relative quantity. Can also be controlled simultaneously. Furthermore, in the present invention, when there is a disturbance in the control of the relative amount due to control system constraints, among the controllers that control the follow-up state amount, the control loop that is less restricted than the controller of the restricted control loop By executing a weight correction procedure that adaptively corrects the weighted average value so that the control of the controller is more strongly required to control the disturbance of the relative quantity, the relative quantity such as the state quantity difference is reduced. Even when control constraints such as operation amount saturation occur in unexpected ways, the effect of reducing the state quantity difference, which is the original purpose, is impaired. Can be avoided.

[発明の原理]
以下、本発明では、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、基準状態量との相対量(例えば状態量差)が予め規定された値を維持するように制御される状態量を追従状態量と称する。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、追従状態量に対する設定値を追従状態量設定値、追従状態量の計測値を追従状態量計測値、基準状態量と追従状態量との相対量に対する設定値を追従状態量相対設定値、基準状態量と追従状態量との相対量の計測値を追従状態量相対計測値、基準状態量に対してコントローラの内部に設定される内部設定値を基準状態量内部設定値、追従状態量に対してコントローラの内部に設定される内部設定値を追従状態量内部設定値と称する。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, such as a state quantity average value, is set as a reference state quantity, and a relative amount (for example, a state quantity difference) with the reference state quantity is maintained at a predetermined value. The controlled state quantity is referred to as a follow-up state quantity. Also, the setting value for the reference state quantity is the reference state quantity setting value, the measurement value for the reference state quantity is the reference state quantity measurement value, the setting value for the tracking state quantity is the tracking state quantity setting value, and the tracking state quantity measurement value is the tracking state Measured value, set value for the relative amount of the reference state amount and the tracking state amount is the tracking state amount relative setting value, and the measured value of the relative amount of the reference state amount and the tracking state amount is the tracking state amount relative measured value, the reference state An internal set value set inside the controller with respect to the quantity is referred to as a reference state quantity internal set value, and an internal set value set inside the controller with respect to the follow-up state quantity is referred to as a follow-up state quantity internal set value. 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設定値SPとは別に、コントローラの内部に設定される状態量内部設定値SP’を用いて、操作量MVを算出するものとする。このとき、状態量内部設定値SP’は、基準状態量に対する要素SPmと、基準状態量と追従状態量との相対量に対する要素ΔSPとに分離しておく(SP’=SPm+ΔSP)。また、本発明では、状態量計測値との内挿外挿演算(SP’=ASP+(1−A)PV)により、実際に与えられている設定値SPmやΔSPをそのまま適用する場合よりも、実質的にコントローラの特性を低感度側にシフトさせたり、高感度側にシフトさせたりできることに着目し、基準状態量の感度と、基準状態量と追従状態量との相対量の感度とを、各々個別にシフトできる状態量内部設定値SP’に変換する。   In the present invention, the manipulated variable MV is calculated using the state quantity internal set value SP 'set inside the controller, separately from the state quantity set value SP given from the outside. At this time, the state quantity internal set value SP ′ is separated into an element SPm for the reference state quantity and an element ΔSP for the relative quantity of the reference state quantity and the follow-up state quantity (SP ′ = SPm + ΔSP). Further, in the present invention, the set values SPm and ΔSP that are actually given by the interpolation and extrapolation calculation (SP ′ = ASP + (1−A) PV) with the state quantity measurement values are applied as they are. Focusing on the fact that the characteristics of the controller can be substantially shifted to the low sensitivity side or the high sensitivity side, the sensitivity of the reference state quantity and the sensitivity of the relative quantity of the reference state quantity and the tracking state quantity are It is converted into a state quantity internal set value SP ′ that can be individually shifted.

このように、本発明では、状態量内部設定値SP’を基準状態量に対する要素SPmと基準状態量と追従状態量との相対量に対する要素ΔSPとに分離し、この状態量内部設定値SP’を状態量設定値SPと状態量計測値PVとの内挿外挿演算により求めて操作量MVの算出に用いる構成とする。これにより、本発明では、状態量平均値のような基準状態量については応答特性を低感度側にシフトさせ、状態量差のような、基準状態量と追従状態量との相対量については応答特性を高感度側にシフトさせれば、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、追従状態量相対計測値ΔPVが追従状態量相対設定値ΔSPに追従するようになるので、基準状態量と追従状態量との相対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。   Thus, in the present invention, the state quantity internal set value SP ′ is separated into the element SPm for the reference state quantity and the element ΔSP for the relative quantity between the reference state quantity and the follow-up state quantity, and this state quantity internal set value SP ′. Is obtained by interpolating and extrapolating the state quantity set value SP and the state quantity measurement value PV, and used for calculating the operation amount MV. Thus, in the present invention, the response characteristic is shifted to the low sensitivity side for the reference state quantity such as the average value of the state quantity, and the response is made for the relative quantity between the reference state quantity and the tracking state quantity such as the state quantity difference. If the characteristic is shifted to the high sensitivity side, the tracking state quantity relative measurement value ΔPV follows the tracking state quantity relative setting value ΔSP before the reference state quantity measurement value PVm follows the reference state quantity setting value SPm. Therefore, it is possible to perform control such that the reference state quantity is changed to a desired value while maintaining the relative amount between the reference state quantity and the follow-up state quantity at a desired value.

また、本発明の構成によれば、通常の制御系との相違点は、状態量設定値SPが状態量内部設定値SP’に変換されることだけになる。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、基準状態量と追従状態量との相対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制御方法を提供することができる。   Further, according to the configuration of the present invention, the only difference from the normal control system is that the state quantity set value SP is converted into the state quantity internal set value SP '. That is, a control that controls the reference state quantity at the same time while preferentially controlling the relative quantity between the reference state quantity and the follow-up state quantity in a form in which the operation amount of the controller and the actual actuator output have a one-to-one correspondence. A method can be provided.

ここで、上記の2つの着眼点のうち、状態量設定値SPと状態量計測値PVとの内挿外挿演算による状態量内部設定値SP’の算出(以下、第1の着眼点と呼ぶ)について説明する。状態量設定値SPと状態量計測値PVとを参照し、特定の係数Aを用いて、以下の数式によりコントローラの内部に設定される状態量内部設定値SP’に変換することを考える。
SP’=ASP+(1−A)PV ・・・(7)
ただし、係数Aは0より大きい実数とする。このとき、A=1とすれば、SP’=SPとなり、状態量設定値SPは全く変換されないことを意味する。
Here, of the above two points of interest, calculation of the state amount internal set value SP ′ by interpolation / extrapolation between the state amount set value SP and the state amount measured value PV (hereinafter referred to as the first point of interest). ). With reference to the state quantity set value SP and the state quantity measurement value PV, it is considered to convert to a state quantity internal set value SP ′ set in the controller by the following formula using a specific coefficient A.
SP ′ = ASP + (1-A) PV (7)
However, the coefficient A is a real number larger than 0. At this time, if A = 1, SP ′ = SP, which means that the state quantity set value SP is not converted at all.

式(7)において係数Aの値を0<A<1とすれば、変換された状態量内部設定値SP’は、元の状態量設定値SPと状態量計測値PVとの間の数値(内挿関係)になる。したがって、例えばPIDコントローラなどで偏差を算出する場合、図1に示すように、状態量設定値SPと状態量計測値PVとの偏差Er=SP−PVよりも、状態量内部設定値SP’と状態量計測値PVとの偏差Er’=SP’−PVの方が、絶対値が小さい値になる。その結果、コントローラが偏差Erに基づいて操作量MVを算出する場合よりも、偏差Er’に基づいて操作量MV’を算出する場合の方が、操作量の変化は緩くなる。すなわち、係数Aの値を0<A<1とすれば、コントローラの応答特性は安定性重視の方向(低感度)の特性にシフトする。   If the value of the coefficient A is 0 <A <1 in the equation (7), the converted state quantity internal set value SP ′ is a numerical value between the original state quantity set value SP and the state quantity measured value PV ( Interpolation). Therefore, for example, when the deviation is calculated by a PID controller or the like, as shown in FIG. 1, the state quantity internal set value SP ′ is larger than the deviation Er = SP−PV between the state quantity set value SP and the state quantity measured value PV. The deviation Er ′ = SP′−PV from the state quantity measurement value PV has a smaller absolute value. As a result, the change in the operation amount is more gradual when the operation amount MV ′ is calculated based on the deviation Er ′ than when the controller calculates the operation amount MV based on the deviation Er. That is, if the value of the coefficient A is 0 <A <1, the response characteristic of the controller shifts to a characteristic in which stability is emphasized (low sensitivity).

一方、係数Aの値をA>1とすれば、変換された状態量内部設定値SP’は、元の状態量設定値SPよりも更に状態量計測値PVから離れた数値(外挿関係)になる。したがって、例えばPIDコントローラなどで偏差を算出する場合、図2に示すように、状態量設定値SPと状態量計測値PVとの偏差Er=SP−PVよりも、状態量内部設定値SP’と状態量計測値PVとの偏差Er’=SP’−PVの方が、絶対値が大きい値になる。その結果、コントローラが偏差Erに基づいて操作量MVを算出する場合よりも、偏差Er’に基づいて操作量MV’を算出する場合の方が、操作量の変化は激しくなる。すなわち、係数Aの値をA>1とすれば、コントローラの応答特性は即応性重視の方向(高感度)の特性にシフトする。   On the other hand, if the value of the coefficient A is A> 1, the converted state quantity internal setting value SP ′ is a numerical value that is further away from the state quantity measurement value PV than the original state quantity setting value SP (extrapolation relationship). become. Therefore, for example, when the deviation is calculated by a PID controller or the like, as shown in FIG. 2, the state quantity internal set value SP ′ is larger than the deviation Er = SP−PV between the state quantity set value SP and the state quantity measured value PV. The deviation Er ′ = SP′−PV from the state quantity measurement value PV has a larger absolute value. As a result, the change in the operation amount becomes more severe when the operation amount MV ′ is calculated based on the deviation Er ′ than when the controller calculates the operation amount MV based on the deviation Er. In other words, if the value of the coefficient A is A> 1, the response characteristic of the controller shifts to a characteristic in which the responsiveness is emphasized (high sensitivity).

次に、上記の2つの着眼点のうち、状態量内部設定値SP’を基準状態量に対する要素と基準状態量と追従状態量との相対量に対する要素とに分離する点(以下、第2の着眼点と呼ぶ)について説明する。基準状態量と、基準状態量と追従状態量との相対量とを同時に制御する場合、状態量設定値SPは、次式のように、基準状態量に対する要素SPmと、基準状態量と追従状態量との相対量に対する要素ΔSPmとに分離できる。
SP=SPm+ΔSPm ・・・(8)
Next, of the above two points of interest, the state quantity internal set value SP ′ is separated into an element for the reference state quantity and an element for the relative quantity of the reference state quantity and the follow-up state quantity (hereinafter referred to as the second quantity). Will be described). When simultaneously controlling the reference state quantity and the relative quantity of the reference state quantity and the follow-up state quantity, the state quantity set value SP is expressed by the element SPm with respect to the reference state quantity, the reference state quantity, and the follow-up state as shown in the following equation. It can be separated into the element ΔSPm with respect to the relative amount to the amount.
SP = SPm + ΔSPm (8)

また、状態量設定値SPに合わせて、状態量計測値PVについても、次式のように、基準状態量計測値PVmと、追従状態量相対計測値ΔPVmとに分離できる。
PV=PVm+ΔPVm ・・・(9)
Further, according to the state quantity set value SP, the state quantity measurement value PV can also be separated into a reference state quantity measurement value PVm and a follow-up state quantity relative measurement value ΔPVm as in the following equation.
PV = PVm + ΔPVm (9)

ここで、第1の着眼点と第2の着眼点とをまとめると、式(7)〜式(9)より以下のようになる。
SP’=A(SPm+ΔSPm)+(1−A)(PVm+ΔPVm)
=ASPm+(1−A)PVm+AΔSPm+(1−A)ΔPVm
・・・(10)
Here, the first focus point and the second focus point are summarized as follows from the equations (7) to (9).
SP ′ = A (SPm + ΔSPm) + (1-A) (PVm + ΔPVm)
= ASPm + (1-A) PVm + AΔSPm + (1-A) ΔPVm
(10)

このとき、式(10)中のASPm+(1−A)PVmは基準状態量に関する要素であり、AΔSPm+(1−A)ΔPVmは基準状態量と追従状態量との相対量に関する要素である。すなわち、両者は各々個別に内挿関係と外挿関係を与える線形結合式に分離されている形になるので、以下のように個別の係数A,Bにより、内挿関係と外挿関係を与えることが可能になる。
SP’=ASPm+(1−A)PVm+BΔSPm+(1−B)ΔPVm
・・・(11)
At this time, ASPm + (1-A) PVm in the equation (10) is an element relating to the reference state quantity, and AΔSPm + (1-A) ΔPVm is an element relating to the relative quantity between the reference state quantity and the follow-up state quantity. That is, since both are separated into linear combination equations that give an interpolating relationship and an extrapolating relationship, respectively, the interpolating relationship and the extrapolating relationship are given by individual coefficients A and B as follows. It becomes possible.
SP ′ = ASPm + (1-A) PVm + BΔSPm + (1-B) ΔPVm
(11)

式(11)において、Aは基準状態量に関する係数、Bは基準状態量と追従状態量との相対量に関する係数となる。複数の制御ループがある場合、基準状態量と追従状態量との相対量に関する係数Bは特に各制御ループ個別に与えられることが好ましく、その場合、複数の制御ループにおけるi(iは1,2,3・・・・)番目の追従状態量について、以下のような状態量設定値SPiの変換を実施すれば良い。
SPi’=AmSPm+(1−Am)PVm+BiΔSPim
+(1−Bi)ΔPVim ・・・(12)
In Expression (11), A is a coefficient related to the reference state quantity, and B is a coefficient related to the relative quantity between the reference state quantity and the follow-up state quantity. When there are a plurality of control loops, the coefficient B relating to the relative amount of the reference state quantity and the follow-up state quantity is preferably given to each control loop individually. In this case, i (i is 1, 2 in the plurality of control loops). , 3,...) The following state quantity set value SPi may be converted for the following tracking state quantity.
SPi ′ = AmSPm + (1−Am) PVm + BiΔSPim
+ (1-Bi) ΔPVim (12)

式(12)において、SPi’はi番目の追従状態量に対する内部設定値、ΔSPimは基準状態量とi番目の追従状態量との相対量の設定値である追従状態量相対設定値、ΔPVimは基準状態量とi番目の追従状態量との相対量の計測値である追従状態量相対計測値、Biは基準状態量とi番目の追従状態量との相対量に関する係数である。なお、基準状態量に関する係数Amは、各制御ループ共通に与えても各制御ループ個別に与えてもかまわない。   In Formula (12), SPi ′ is an internal set value for the i-th tracking state quantity, ΔSPim is a tracking state quantity relative setting value that is a relative value between the reference state quantity and the i-th tracking state quantity, and ΔPVim is A follow-up state quantity relative measurement value, which is a measurement value of a relative quantity between the reference state quantity and the i-th follow-up state quantity, Bi is a coefficient relating to a relative quantity between the reference state quantity and the i-th follow-up state quantity. The coefficient Am related to the reference state quantity may be given to each control loop or may be given to each control loop individually.

また式(12)において、ΔSPim=SPi−SPm、ΔPVim=PVi−PVmであることは言うまでもなく、以下のような等価な置換は容易に可能である。
SPi’=AmSPm+(1−Am)PVm+BiΔSPim
+(1−Bi)(PVi−PVm) ・・・(13)
SPi’=AmSPm+(1−Am)PVm+Bi(SPi−SPm)
+(1−Bi)(PVi−PVm) ・・・(14)
In the equation (12), it is needless to say that ΔSPim = SPi−SPm and ΔPVim = PVi−PVm, and the following equivalent substitution can be easily performed.
SPi ′ = AmSPm + (1−Am) PVm + BiΔSPim
+ (1-Bi) (PVi-PVm) (13)
SPi '= AmSPm + (1-Am) PVm + Bi (SPi-SPm)
+ (1-Bi) (PVi-PVm) (14)

なお、追従状態量相対計測値ΔPVimを採用する場合と、追従状態量計測値PViと基準状態量計測値PVmとの差PVi−PVmを採用する場合とでは、単純に制御装置内部の処理が異なるだけである。これに対して、追従状態量相対設定値ΔSPimを採用する場合には、オペレータがユーザインタフェースを通して基準状態量設定値SPmと追従状態量相対設定値ΔSPimとを設定することになり、一方、追従状態量設定値SPiと基準状態量設定値SPmとの差SPi−SPmを採用する場合には、オペレータがユーザインタフェースを通して基準状態量設定値SPmと追従状態量設定値SPiとを設定することになり、この両者の場合は相違があるので、敢えて別な構成として扱うものとする。   Note that the processing inside the control device is simply different between the case where the follow-up state quantity relative measurement value ΔPVim is adopted and the case where the difference PVi−PVm between the follow-up state quantity measurement value PVi and the reference state quantity measurement value PVm is adopted. Only. On the other hand, when the follow-up state quantity relative set value ΔSPim is adopted, the operator sets the reference state quantity set value SPm and the follow-up state quantity relative set value ΔSPim through the user interface. When the difference SPi−SPm between the amount setting value SPi and the reference state amount setting value SPm is adopted, the operator sets the reference state amount setting value SPm and the tracking state amount setting value SPi through the user interface. Since there is a difference between these two cases, it will be treated as a different configuration.

また、式(13)、式(14)は、以下のような等価な数式に整理することも容易に可能である。
SPi’=PVi+Am(SPm−PVm)
+Bi{ΔSPim−(PVi−PVm)} ・・・(15)
SPi’=PVi+Am(SPm−PVm)
+Bi{(SPi−SPm)−(PVi−PVm)} ・・・(16)
Further, the equations (13) and (14) can be easily arranged into the following equivalent equations.
SPi ′ = PVi + Am (SPm−PVm)
+ Bi {ΔSPim− (PVi−PVm)} (15)
SPi ′ = PVi + Am (SPm−PVm)
+ Bi {(SPi-SPm)-(PVi-PVm)} (16)

また、SPi=SPi”+ΔSPi”、PVi=PVi”+ΔPVi”のように考えると、式(14)は以下のような等価変換も容易に可能である。
SPi’=AmSPm+(1−Am)PVm+Bi(SPi−SPm)
+(1−Bi)(PVi−PVm)
=AmSPm+(1−Am)PVm+Bi(SPi”+ΔSPi”−SPm) +(1−Bi)(PVi”+ΔPVi”−PVm)
=AmSPm+(1−Am)PVm+Bi(SPi”−SPm”)
+(1−Bi)(PVi”−PVm”) ・・・(17)
Further, when considered as SPi = SPi ″ + ΔSPi ″ and PVi = PVi ″ + ΔPVi ″, the following equivalent conversion can be easily performed in the equation (14).
SPi '= AmSPm + (1-Am) PVm + Bi (SPi-SPm)
+ (1-Bi) (PVi-PVm)
= AmSPm + (1-Am) PVm + Bi (SPi ″ + ΔSPi ″ −SPm) + (1-Bi) (PVi ″ + ΔPVi ″ −PVm)
= AmSPm + (1-Am) PVm + Bi (SPi "-SPm")
+ (1-Bi) (PVi "-PVm") (17)

式(17)において、SPi”、ΔSPi”は追従状態量設定値SPiをさらに別の絶対量と相対量に分離したときの絶対量に対応する要素SPi”と相対量に対応する要素ΔSPi”であり、PVi”、ΔPVi”は追従状態量計測値PViを同様に別の絶対量と相対量に分離したときの絶対量に対応する要素PVi”と相対量に対応する要素ΔPVi”である。ここで、SPm”=SPm−ΔSPi”、PVm”=PVm−ΔPVi”である。すなわち、基準状態量と追従状態量との相対量に関する要素において、SPmやPVmを別のSPm”やPVm”に置換することは、両者の関係が明確である限りは等価な線形結合式であり、実質的に本発明の基本的技術思想の範囲から外れるものではない。
以上の原理により、基準状態量の感度と、基準状態量と追従状態量との相対量の感度とを、各々個別にシフトできる状態量内部設定値SP’が得られる。
In Expression (17), SPi ″ and ΔSPi ″ are an element SPi ″ corresponding to an absolute amount and an element ΔSPi ″ corresponding to a relative amount when the follow-up state amount setting value SPi is further separated into another absolute amount and a relative amount. Yes, PVi ″ and ΔPVi ″ are an element PVi ″ corresponding to the absolute quantity and an element ΔPVi ″ corresponding to the relative quantity when the follow-up state quantity measurement value PVi is similarly separated into another absolute quantity and relative quantity. Here, SPm ″ = SPm−ΔSPi ″ and PVm ″ = PVm−ΔPVi ″. That is, replacing SPm or PVm with another SPm ″ or PVm ″ in an element related to the relative amount of the reference state quantity and the follow-up state quantity is an equivalent linear combination expression as long as the relationship between the two is clear. However, it does not substantially depart from the scope of the basic technical idea of the present invention.
According to the above principle, the state quantity internal set value SP ′ is obtained that can individually shift the sensitivity of the reference state quantity and the sensitivity of the relative quantity of the reference state quantity and the tracking state quantity.

続いて、基準状態量と追従状態量との相対量を優先的に制御する原理について説明する。式(14)において、基準状態量に関する係数Amと基準状態量と追従状態量との相対量に関する係数Biとの関係をAm=Bi=1とすれば、SPi’=SPiになる。このときの状態量内部設定値SPi’は状態量設定値SPiから全く変化しておらず、感度についても通常の制御と全く変化はない。   Next, the principle of preferentially controlling the relative amount between the reference state amount and the follow-up state amount will be described. In Expression (14), if the relationship between the coefficient Am related to the reference state quantity and the coefficient Bi related to the relative quantity between the reference state quantity and the follow-up state quantity is Am = Bi = 1, SPi ′ = SPi. At this time, the state quantity internal set value SPi 'is not changed from the state quantity set value SPi at all, and the sensitivity is not changed at all from the normal control.

ここで、特に重要なのは基準状態量と追従状態量との相対量に関する係数Biであり、Bi>1とすることで基準状態量と追従状態量との相対量について特に感度が向上するので、相対量を優先的に制御するように制御装置を動作させることができる。したがって、基準状態量に関する係数Amについては常時Am=1としても、本発明における課題解決は達成されることになるので、以下のような状態量内部設定値SPi’への変換でも良い。
SPi’=SPm+BiΔSPim+(1−Bi)(PVi−PVm) ・・(18)
SPi’=SPm+Bi(SPi−SPm)+(1−Bi)(PVi−PVm)
・・・(19)
SPi’=PVi+(SPm−PVm)+Bi{ΔSPim−(PVi−PVm)}
・・・(20)
SPi’=PVi+(SPm−PVm)
+Bi{(SPi−SPm)−(PVi−PVm)} ・・・(21)
Here, what is particularly important is the coefficient Bi relating to the relative amount between the reference state amount and the follow-up state amount. By setting Bi> 1, the sensitivity is improved particularly with respect to the relative amount between the reference state amount and the follow-up state amount. The controller can be operated to preferentially control the amount. Therefore, even if the coefficient Am related to the reference state quantity is always set to Am = 1, the problem solving in the present invention can be achieved. Therefore, the conversion to the state quantity internal set value SPi ′ as described below may be performed.
SPi ′ = SPm + BiΔSPim + (1−Bi) (PVi−PVm) (18)
SPi ′ = SPm + Bi (SPi−SPm) + (1−Bi) (PVi−PVm)
... (19)
SPi ′ = PVi + (SPm−PVm) + Bi {ΔSPim− (PVi−PVm)}
... (20)
SPi ′ = PVi + (SPm−PVm)
+ Bi {(SPi-SPm)-(PVi-PVm)} (21)

ただし、基準状態量と追従状態量との相対量について感度を向上させるだけでは、相対量について十分な制御特性が得られる以前に、高感度化が過度な状態になり制御系が不安定化することもあり得る。このような場合には、基準状態量と追従状態量との相対量に関する係数Biを小さな値に戻すのではなく、基準状態量に関する係数AmをAm<1とすることにより不安定化を解消することも可能であり、基準状態量と追従状態量との相対量の優先度を犠牲にすることも回避できる。したがって、基準状態量に関する係数Amが調整可能な変換式を採用することがより好ましい。   However, simply improving the sensitivity of the relative amount of the reference state amount and the follow-up state amount will make the control system unstable because the sensitivity will be excessive before sufficient control characteristics can be obtained for the relative amount. It can happen. In such a case, the instability is eliminated by setting the coefficient Am related to the reference state quantity to Am <1, instead of returning the coefficient Bi related to the relative quantity between the reference state quantity and the follow-up state quantity to a small value. It is also possible to avoid sacrificing the priority of the relative amount of the reference state amount and the follow-up state amount. Therefore, it is more preferable to employ a conversion formula in which the coefficient Am related to the reference state quantity can be adjusted.

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方法を提案した(特願2004−128227号、特願2004−128236号、特願2004−128240)。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単純平均値であったり、固定加重の加重平均値であったり、単純に特定の1つの状態量であったりする。これらは広い上位概念で捉えれば、いずれも固定加重の加重平均値と言える。そして、各状態量が制約なしに制御され得る場合、基準状態量として固定加重の加重平均値を利用することは有効であり、特に単純平均値はバランスの良い公平な基準状態量になる。   Using the principle described above, the inventor preferentially controls a relative amount such as a state amount difference in a manner in which the controller operation amount and the actual actuator output have a one-to-one correspondence. A control method that can simultaneously control a reference state quantity such as an average value has been proposed (Japanese Patent Application Nos. 2004-128227, 2004-128236, and 2004-128240). In the control method of the prior application, the reference state quantity is a simple average value of the state quantity of each control loop, a weighted average value of fixed weight, or simply a specific one state quantity. These can be said to be weighted average values with a fixed weight if viewed by broad broad concepts. When each state quantity can be controlled without restriction, it is effective to use a weighted average value with a fixed weight as the reference state quantity. In particular, the simple average value is a well-balanced and fair reference state quantity.

しかし、操作量飽和などの制御上の制約が事実上予期せぬ形で発生する場合、固定加重であることが不都合に作用することもある。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、温度制御ループがI,II,IIIの3つあり、制御ループ間の温度差(相対量)を小さくすることを制御の目的とする。図3(a)は、制御ループI,II,IIIの追従状態量設定値SPが全て30で整定している状態で外乱が印加されたときの制御系の外乱応答を示し、図3(b)は、外乱印加時に各制御ループ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, if control restrictions such as manipulated variable saturation occur in a virtually unexpected manner, the fixed weight may adversely affect. 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 temperature control loops I, II, and III, and the purpose of the control is to reduce the temperature difference (relative amount) between the control loops. FIG. 3A shows the disturbance response of the control system when a disturbance is applied in a state where the tracking state amount setting values SP of the control loops I, II, and III are all set to 30. FIG. ) Indicates the manipulated variable MV output from the controllers of the control loops I, II, and III when a disturbance is applied.

ループIII のコントローラの操作量MVの出力上限値を実験的に16%に設定して、出力飽和を発生し易くした。このために、基準状態量が制御ループI,II,IIIの温度(状態量計測値PV)の単純平均値である場合に、外乱応答途中でループIII の操作量MVが飽和し、昇温速度が頭打ちになったとする。すると、ループIII だけが昇温不足になり、図3(a)のようにループIII の温度がループI,II の温度から離れるようになる。基準状態量がループI,II,IIIの温度の単純平均値であることから、ループIII の温度とループI,II の温度に乖離が生じると、ループIII の温度よりもループI,II の温度に近い方の値が基準状態量計測値となる。したがって、各ループI,II,IIIのコントローラは、ループI,II の温度をループIII の温度に近づけることで温度差を小さくしようとするのではなく、ループIII の温度をループI,II の温度に近づけることで温度差を小さくしようとする。   The output upper limit value of the manipulated variable MV of the controller of loop III was experimentally set to 16% to facilitate output saturation. For this reason, when the reference state quantity is a simple average value of the temperatures of the control loops I, II, and III (state quantity measurement values PV), the manipulated variable MV of the loop III is saturated during the disturbance response, and the rate of temperature increase Suppose that has reached its peak. Then, only the temperature of the loop III becomes insufficient, and the temperature of the loop III becomes far from the temperatures of the loops I and II as shown in FIG. Since the reference state quantity is a simple average value of the temperatures of loops I, II, and III, if a difference occurs between the temperature of loop III and the temperature of loops I and II, the temperature of loops I and II is higher than the temperature of loop III. The value closer to is the reference state quantity measurement value. Therefore, the controller of each loop I, II, III does not try to reduce the temperature difference by bringing the temperature of loop I, II close to the temperature of loop III, but the temperature of loop III is set to the temperature of loop I, II. Try to reduce the temperature difference.

しかしながら、前述のようにループIII の操作量MVは既に飽和し、昇温速度が頭打ちになっているため、ループIII の温度がループI,II の温度に速やかに近づくような作用は起こらない。したがって、温度差を優先的に制御しながら、基準状態量も同時に制御でき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、制御上の制約次第で、本来の効果が大きく損なわれるという問題点がある。   However, as described above, the manipulated variable MV of the loop III is already saturated and the rate of temperature rise has reached its peak, so that the action of causing the temperature of the loop III to quickly approach the temperature of the loops I and II does not occur. Therefore, the effect that the reference state quantity can be controlled simultaneously while the temperature difference is controlled with priority is not obtained. As described above, the control method of the prior application has a problem in that the original effect is greatly impaired depending on control restrictions.

これに対して、本発明では、基準状態量が各制御ループの状態量の固定加重の加重平均値であるところに、前述の問題点の発生要因があることに着眼する。すなわち、前述の問題点は、例えばループIII の温度が操作量飽和等の原因によりループI,II の温度から離れる場合、各制御ループの目指すべき基準状態量計測値がループIII の温度よりもループI,II の温度に近い方の値になるために、もともと制約を受けているループIII のコントローラが、状態量差を整える制御をより強く要求されることに起因する。   On the other hand, in the present invention, it is noted that there is a cause of the above-described problem where the reference state quantity is a weighted average value of fixed weights of the state quantities of each control loop. That is, the above-described problem is that, for example, when the temperature of loop III deviates from the temperatures of loops I and II due to operation amount saturation or the like, the reference state quantity measurement value to be aimed at by each control loop is larger than the loop III temperature. This is due to the fact that the controller of Loop III, which is originally restricted, is more strongly required to control the state quantity difference in order to become the value closer to the temperature of I and II.

本発明は、上記着眼点に基づき、何らかの制約により状態量差の制御を乱す要因となっている制御ループが存在している場合に、適応的に加重平均の加重を修正し、制約を受けていない制御ループのコントローラに対して、状態量差を整える制御をより強く要求できるようにすることで、前述の課題を解決する。具体的には、状態量差の制御を最も乱す要因になっている制御ループの状態量計測値に基準状態量計測値が近づくように、加重平均の加重を適応修正する。   The present invention adaptively corrects the weighted average weight when there is a control loop that is a factor that disturbs the control of the state quantity difference due to some restrictions based on the above point of view. The above-mentioned problem is solved by making it possible to more strongly request the control of the state quantity difference to the controller of the non-control loop. Specifically, the weighted average weight is adaptively corrected so that the reference state quantity measurement value approaches the state quantity measurement value of the control loop which is the most disturbing factor of the state quantity difference control.

本発明では、n個の制御ループにおいて、各ループの状態量差が小さくなるように制御することを想定する。操作量飽和などの制御上の制約が事実上予期せぬ形で発生している制御ループを、確実に把握できるとは限らない。しかし、このような制約が状態量差の制御を乱す要因になっているものとすれば、制約を受けている制御ループの応答が遅れていて他のループへの追従が不十分になっている状況が最も想定される。そこで、応答が遅れている制御ループに他の制御ループが合わせるように加重平均の加重を適応修正すればよい。   In the present invention, it is assumed that control is performed so that the state quantity difference of each loop becomes small in n control loops. It is not always possible to reliably grasp a control loop in which control restrictions such as operation amount saturation occur in an unexpected manner. However, if such a constraint is a factor that disturbs the control of the state quantity difference, the response of the control loop receiving the constraint is delayed and the follow-up to other loops is insufficient. The situation is most likely. Therefore, it is only necessary to adaptively correct the weighted average weight so that other control loops are matched with the control loops with delayed responses.

具体的には、追従状態量設定値SPiと追従状態量計測値PViとの偏差の絶対値が最も大きなループの状態量に対する加重が1となり、他の制御ループの状態量に対する加重が0となるように、状態量の加重平均の加重を適応修正する。この場合、加重が急変すると制御動作が不連続になりやすい。例えば、各制御ループの応答波形にオーバーシュートが発生しない場合には、偏差の絶対値が最も大きなループの状態量に対する加重を急に1に変えたとしても、制御応答に極端な不連続が発生する確率は低い。しかし、応答波形にオーバーシュートが発生する場合に、偏差の絶対値が最も大きなループの状態量に対する加重を急に1に変えると、偏差の絶対値が最も大きなループが追従状態量設定値SPiの上側と下側とで突然入れ代わるような状況が発生し得るため、極端な不連続が発生する。したがって、加重の修正処理に時間遅れフィルタを適用して、加重が徐々に変化するようにするのが好ましい。   Specifically, the weight for the state quantity of the loop having the largest absolute value of the deviation between the follow-up state quantity set value SPi and the follow-up state quantity measurement value PVi is 1, and the weight for the state quantity of the other control loop is 0. Thus, the weighted average weight of the state quantity is adaptively corrected. In this case, if the weight changes suddenly, the control operation tends to be discontinuous. For example, if no overshoot occurs in the response waveform of each control loop, even if the weight for the state quantity of the loop having the largest deviation is suddenly changed to 1, an extreme discontinuity occurs in the control response The probability of doing is low. However, when the overshoot occurs in the response waveform, if the weight for the state quantity of the loop having the largest deviation is suddenly changed to 1, the loop having the largest absolute value becomes the tracking state quantity setting value SPi. Since a situation can occur where the upper side and the lower side suddenly change, an extreme discontinuity occurs. Therefore, it is preferable to apply a time delay filter to the weight correction process so that the weight gradually changes.

なお、加重の適応修正の方法としては、偏差の絶対値が最も大きなループの状態量に対する加重を1とする方法に限らず、例えば偏差の絶対値が最も大きなループの状態量に対する加重を0.8として、残りの0.2の加重を他のループの状態量に対する加重として均等割りするといったように、偏差の絶対値が大きなループほど加重が大きくなるようにすれば、それなりに課題解決の効果は得られる。   The method of adaptively correcting the weight is not limited to a method in which the weight for the state quantity of the loop having the largest absolute value of the deviation is set to 1. For example, the weight for the state quantity of the loop having the largest absolute value of the deviation is set to 0. As shown in FIG. 8, if the remaining weight of 0.2 is equally divided as the weight of the state quantity of other loops, the weight is increased as the loop with a larger absolute value of the deviation becomes effective. Is obtained.

[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、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、追従状態量として3個の制御ループの各状態量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. In this embodiment, there are three control loops, an average value of the three control loops is used as the reference state quantity, and each of the three control loops is used as the follow-up 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の追従状態量に関する第1の制御系の構成として、追従状態量設定値SP1入力部1−1と、追従状態量計測値PV1入力部2−1と、操作量MV1出力部3−1と、PID制御演算部(PIDコントローラ)4−1と、係数B1記憶部5−1と、追従状態量内部設定値SP1’算出部6−1とを備える。また、図4の制御装置は、第2の追従状態量に関する第2の制御系の構成として、追従状態量設定値SP2入力部1−2と、追従状態量計測値PV2入力部2−2と、操作量MV2出力部3−2と、PID制御演算部4−2と、係数B2記憶部5−2と、追従状態量内部設定値SP2’算出部6−2とを備える。また、図4の制御装置は、第3の追従状態量に関する第3の制御系の構成として、追従状態量設定値SP3入力部1−3と、追従状態量計測値PV3入力部2−3と、操作量MV3出力部3−3と、PID制御演算部4−3と、係数B3記憶部5−3と、追従状態量内部設定値SP3’算出部6−3とを備える。   The control device of FIG. 4 includes, as the configuration of the first control system related to the first follow-up state quantity, a follow-up state quantity set value SP1 input unit 1-1, a follow-up state quantity measured value PV1 input unit 2-1, and an operation. An amount MV1 output unit 3-1, a PID control calculation unit (PID controller) 4-1, a coefficient B1 storage unit 5-1, and a follow-up state amount internal set value SP1 ′ calculation unit 6-1 are provided. Further, the control device of FIG. 4 includes, as a configuration of the second control system related to the second follow-up state quantity, a follow-up state quantity set value SP2 input unit 1-2, a follow-up state quantity measured value PV2 input unit 2-2, , An operation amount MV2 output unit 3-2, a PID control calculation unit 4-2, a coefficient B2 storage unit 5-2, and a follow-up state amount internal set value SP2 ′ calculation unit 6-2. In addition, the control device of FIG. 4 includes, as a third control system configuration related to the third follow-up state quantity, a follow-up state quantity set value SP3 input unit 1-3, a follow-up state quantity measured value PV3 input unit 2-3, , An operation amount MV3 output unit 3-3, a PID control calculation unit 4-3, a coefficient B3 storage unit 5-3, and a follow-up state amount internal set value SP3 ′ calculation unit 6-3.

また、図4の制御装置は、基準状態量に関する構成として、追従状態量設定値SP1とSP2とSP3の加重平均値を基準状態量設定値SPmとして算出する基準状態量設定値SPm算出部7と、追従状態量計測値PV1とPV2とPV3の加重平均値を基準状態量計測値PVmとして算出する基準状態量計測値PVm算出部8と、係数Am記憶部9と、基準状態量計測値PVmを算出するための加重α1,α2,α3を記憶する加重記憶部10とを備える。   4 includes a reference state quantity set value SPm calculation unit 7 that calculates a weighted average value of the follow-up state quantity set values SP1, SP2, and SP3 as the reference state quantity set value SPm as a configuration related to the reference state quantity. The reference state quantity measurement value PVm calculation unit 8 that calculates the weighted average value of the following state quantity measurement values PV1, PV2, and PV3 as the reference state quantity measurement value PVm, the coefficient Am storage unit 9, and the reference state quantity measurement value PVm A weight storage unit 10 that stores weights α1, α2, and α3 for calculation.

さらに、図4の制御装置は、加重適応修正に関する構成として、追従状態量設定値SP1と追従状態量計測値PV1との偏差の絶対値、追従状態量設定値SP2と追従状態量計測値PV2との偏差の絶対値、及び追従状態量設定値SP3と追従状態量計測値PV3との偏差の絶対値を比較し、偏差の絶対値が最も大きな制御系を探索する最大偏差制御系探索部11と、最大偏差制御系の状態量に対する加重が最大になるように加重α1,α2,α3の適応修正値を算出して加重記憶部10に設定する加重算出部12とを備える。   Further, the control device of FIG. 4 has, as a configuration relating to weighted adaptive correction, the absolute value of the deviation between the tracking state quantity setting value SP1 and the tracking state quantity measurement value PV1, the tracking state quantity setting value SP2, and the tracking state quantity measurement value PV2. A maximum deviation control system search unit 11 that compares the absolute value of the deviation and the absolute value of the deviation between the follow-up state quantity set value SP3 and the follow-up state quantity measurement value PV3 and searches for a control system having the largest absolute value of the deviation; A weight calculation unit 12 that calculates adaptive correction values of the weights α1, α2, and α3 and sets them in the weight storage unit 10 so as to maximize the weight on the state quantity of the maximum deviation control system.

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。図5において、Er1’は第1の追従状態量の内部設定値SP1’と第1の追従状態量の計測値PV1との偏差、Er2’は第2の追従状態量の内部設定値SP2’と第2の追従状態量の計測値PV2との偏差、Er3’は第3の追従状態量の内部設定値SP3’と第3の追従状態量の計測値PV3との偏差、Amは基準状態量に関する係数、B1は第1の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数、B2は第2の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数、B3は第3の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数、A1は第1の追従状態量を制御するアクチュエータ、A2は第2の追従状態量を制御するアクチュエータ、A3は第3の追従状態量を制御するアクチュエータ、P1は第1の追従状態量に係る制御対象プロセス、P2は第2の追従状態量に係る制御対象プロセス、P3は第3の追従状態量に係る制御対象プロセス、Gp1はアクチュエータA1とプロセスP1とを含むブロックの伝達関数、Gp2はアクチュエータA2とプロセスP2とを含むブロックの伝達関数、Gp3はアクチュエータA3とプロセスP3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. In FIG. 5, Er1 ′ is a deviation between the internal set value SP1 ′ of the first follow-up state quantity and the measured value PV1 of the first follow-up state quantity, and Er2 ′ is an internal set value SP2 ′ of the second follow-up state quantity. The deviation of the second follow-up state quantity from the measured value PV2, Er3 ′ is the deviation between the third follow-up state quantity internal set value SP3 ′ and the third follow-up state quantity measured value PV3, and Am is the reference state quantity. A coefficient, B1 is a coefficient relating to a state quantity difference between the first following state quantity and the reference state quantity, B2 is a coefficient relating to a state quantity difference between the second following state quantity and the reference state quantity, and B3 is a third following state quantity. Is a coefficient relating to the difference between the state quantity and the reference state quantity, A1 is an actuator for controlling the first following state quantity, A2 is an actuator for controlling the second following state quantity, and A3 is an actuator for controlling the third following state quantity. , P1 is a control pair related to the first follow-up state quantity. Process, P2 is a control target process related to the second follow-up state quantity, P3 is a control target process related to the third follow-up state quantity, Gp1 is a transfer function of a block including the actuator A1 and the process P1, and Gp2 is an actuator A2 A transfer function Gp3 of the block including the process P2 is a transfer function of a block including the actuator A3 and the process P3.

追従状態量設定値SP1入力部1−1と、追従状態量計測値PV1入力部2−1と、操作量MV1出力部3−1と、PID制御演算部4−1と、追従状態量内部設定値SP1’算出部6−1と、アクチュエータA1と、プロセスP1とは、第1の制御系(第1の制御ループ)を構成している。追従状態量設定値SP2入力部1−2と、追従状態量計測値PV2入力部2−2と、操作量MV2出力部3−2と、PID制御演算部4−2と、追従状態量内部設定値SP2’算出部6−2と、アクチュエータA2と、プロセスP2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、追従状態量設定値SP3入力部1−3と、追従状態量計測値PV3入力部2−3と、操作量MV3出力部3−3と、PID制御演算部4−3と、追従状態量内部設定値SP3’算出部6−3と、アクチュエータA3と、プロセスP3とは、第3の制御系(第3の制御ループ)を構成している。   Tracking state quantity set value SP1 input unit 1-1, tracking state quantity measured value PV1 input unit 2-1, operation amount MV1 output unit 3-1, PID control calculation unit 4-1, and tracking state quantity internal setting The value SP1 ′ calculation unit 6-1, the actuator A1, and the process P1 constitute a first control system (first control loop). Follow-up state quantity set value SP2 input section 1-2, follow-up state quantity measured value PV2 input section 2-2, manipulated variable MV2 output section 3-2, PID control calculation section 4-2, and follow-up state quantity internal setting The value SP2 ′ calculating unit 6-2, the actuator A2, and the process P2 constitute a second control system (second control loop). The follow-up state quantity set value SP3 input unit 1-3, the follow-up state quantity measured value PV3 input unit 2-3, the operation amount MV3 output unit 3-3, the PID control calculation unit 4-3, the follow-up state quantity The internal set value SP3 ′ calculating unit 6-3, the actuator A3, and the process P3 constitute a third control system (third control loop).

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、追従状態量設定値SP1は、制御装置のオペレータによって設定され、追従状態量設定値SP1入力部1−1を介して追従状態量内部設定値SP1’算出部6−1と基準状態量設定値SPm算出部7と最大偏差制御系探索部11とに入力される(図6ステップS101)。追従状態量設定値SP2は、オペレータによって設定され、追従状態量設定値SP2入力部1−2を介して追従状態量内部設定値SP2’算出部6−2と基準状態量設定値SPm算出部7と最大偏差制御系探索部11とに入力される(ステップS102)。追従状態量設定値SP3は、オペレータによって設定され、追従状態量設定値SP3入力部1−3を介して追従状態量内部設定値SP3’算出部6−3と基準状態量設定値SPm算出部7と最大偏差制御系探索部11とに入力される(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 follow-up state quantity set value SP1 is set by the operator of the control device, and the follow-up state quantity set value SP1 ′ calculating unit 6-1 and the reference state quantity setting are set via the follow-up state quantity set value SP1 input unit 1-1. The value SPm calculation unit 7 and the maximum deviation control system search unit 11 are input (step S101 in FIG. 6). The follow-up state quantity set value SP2 is set by the operator, and follows the follow-up state quantity set value SP2 ′ calculating unit 6-2 and the reference state quantity set value SPm calculating unit 7 via the follow-up state quantity set value SP2 input unit 1-2. And the maximum deviation control system search unit 11 (step S102). The follow-up state quantity set value SP3 is set by the operator, and follows the follow-up state quantity set value SP3 ′ calculator 6-3 and the reference state quantity set value SPm calculator 7 via the follow-up state quantity set value SP3 input unit 1-3. Are input to the maximum deviation control system search unit 11 (step S103).

追従状態量計測値PV1は、図示しない第1の検出手段によって検出され、追従状態量計測値PV1入力部2−1を介してPID制御演算部4−1と追従状態量内部設定値SP1’算出部6−1と基準状態量計測値PVm算出部8と最大偏差制御系探索部11とに入力される(ステップS104)。追従状態量計測値PV2は、図示しない第2の検出手段によって検出され、追従状態量計測値PV2入力部2−2を介してPID制御演算部4−2と追従状態量内部設定値SP2’算出部6−2と基準状態量計測値PVm算出部8と最大偏差制御系探索部11とに入力される(ステップS105)。追従状態量計測値PV3は、図示しない第3の検出手段によって検出され、追従状態量計測値PV3入力部2−3を介してPID制御演算部4−3と追従状態量内部設定値SP3’算出部6−3と基準状態量計測値PVm算出部8と最大偏差制御系探索部11とに入力される(ステップS106)。   The follow-up state quantity measurement value PV1 is detected by first detection means (not shown), and the PID control calculation unit 4-1 and the follow-up state quantity internal set value SP1 ′ are calculated via the follow-up state quantity measurement value PV1 input unit 2-1. Input to the unit 6-1, the reference state quantity measurement value PVm calculation unit 8, and the maximum deviation control system search unit 11 (step S104). The follow-up state quantity measurement value PV2 is detected by a second detection unit (not shown), and the PID control calculation unit 4-2 and the follow-up state quantity internal set value SP2 ′ are calculated via the follow-up state quantity measurement value PV2 input unit 2-2. The data is input to the unit 6-2, the reference state quantity measurement value PVm calculation unit 8, and the maximum deviation control system search unit 11 (step S105). The follow-up state quantity measurement value PV3 is detected by a third detection unit (not shown), and the PID control calculation unit 4-3 and the follow-up state quantity internal set value SP3 ′ are calculated via the follow-up state quantity measurement value PV3 input unit 2-3. The data is input to the unit 6-3, the reference state measured value PVm calculation unit 8, and the maximum deviation control system search unit 11 (step S106).

次に、最大偏差制御系探索部11は、追従状態量設定値SP1と追従状態量計測値PV1との偏差の絶対値|Er1|、追従状態量設定値SP2と追従状態量計測値PV2との偏差の絶対値|Er2|、及び追従状態量設定値SP3と追従状態量計測値PV3との偏差の絶対値|Er3|を次式のように算出する(ステップS107)。
|Er1|=|SP1−PV1| ・・・(22)
|Er2|=|SP2−PV2| ・・・(23)
|Er3|=|SP3−PV3| ・・・(24)
そして、最大偏差制御系探索部11は、算出した各制御系の偏差の絶対値に基づき、偏差の絶対値が最も大きな制御系j(以下、最大偏差制御系jと呼ぶ)を特定する(ステップS108)。
Next, the maximum deviation control system search unit 11 calculates the absolute value | Er1 | of the deviation between the follow-up state quantity set value SP1 and the follow-up state quantity measured value PV1, and the follow-up state quantity set value SP2 and the follow-up state quantity measured value PV2. The absolute value | Er2 | of the deviation and the absolute value | Er3 | of the deviation between the follow-up state quantity set value SP3 and the follow-up state quantity measured value PV3 are calculated as follows (step S107).
| Er1 | = | SP1-PV1 | (22)
| Er2 | = | SP2-PV2 | (23)
| Er3 | = | SP3-PV3 | (24)
Then, the maximum deviation control system search unit 11 specifies a control system j having the largest deviation absolute value (hereinafter referred to as the maximum deviation control system j) based on the calculated absolute value of the deviation of each control system (step “step”). S108).

加重算出部12は、最大偏差制御系jの状態量に対する加重が1に近づき、他の制御系の状態量に対する加重が0に近づくように加重α1,α2,α3の修正値を算出し、この修正値を加重α1,α2,α3の新たな値として加重記憶部12に設定する(ステップS109)。加重α1,α2,α3の修正の仕方は、制御周期dTにおいて時定数Taのペースで、1制御周期前の加重α1,α2,α3が更新される形とする。時定数Taは、例えば後述の積分時間Tiを参考に決定する(例えばTa=Ti)。   The weight calculation unit 12 calculates correction values of the weights α1, α2, and α3 so that the weight for the state quantity of the maximum deviation control system j approaches 1 and the weight for the state quantity of the other control system approaches 0. The correction value is set in the weight storage unit 12 as new values of the weights α1, α2, and α3 (step S109). The weights α1, α2, and α3 are corrected in such a manner that the weights α1, α2, and α3 of the previous control cycle are updated at the pace of the time constant Ta in the control cycle dT. The time constant Ta is determined with reference to, for example, an integration time Ti described later (for example, Ta = Ti).

第1の制御系が最大偏差制御系jである場合、1制御周期前の加重α1,α2,α3に対して修正値α1’,α2’,α3’は次式のように算出される。
α1’=(α1Ta+1.0dT)/(Ta+dT) ・・・(25)
α2’=(α2Ta+0.0dT)/(Ta+dT) ・・・(26)
α3’=(α3Ta+0.0dT)/(Ta+dT) ・・・(27)
When the first control system is the maximum deviation control system j, the corrected values α1 ′, α2 ′, α3 ′ are calculated as follows with respect to the weights α1, α2, α3 before one control cycle.
α1 ′ = (α1Ta + 1.0dT) / (Ta + dT) (25)
α2 ′ = (α2Ta + 0.0dT) / (Ta + dT) (26)
α3 ′ = (α3Ta + 0.0dT) / (Ta + dT) (27)

第2の制御系が最大偏差制御系jである場合、修正値α1’,α2’,α3’は次式のように算出される。
α1’=(α1Ta+0.0dT)/(Ta+dT) ・・・(28)
α2’=(α2Ta+1.0dT)/(Ta+dT) ・・・(29)
α3’=(α3Ta+0.0dT)/(Ta+dT) ・・・(30)
When the second control system is the maximum deviation control system j, the correction values α1 ′, α2 ′, α3 ′ are calculated as follows:
α1 ′ = (α1Ta + 0.0dT) / (Ta + dT) (28)
α2 ′ = (α2Ta + 1.0dT) / (Ta + dT) (29)
α3 ′ = (α3Ta + 0.0dT) / (Ta + dT) (30)

第3の制御系が最大偏差制御系jである場合、修正値α1’,α2’,α3’は次式のように算出される。
α1’=(α1Ta+0.0dT)/(Ta+dT) ・・・(31)
α2’=(α2Ta+0.0dT)/(Ta+dT) ・・・(32)
α3’=(α3Ta+1.0dT)/(Ta+dT) ・・・(33)
When the third control system is the maximum deviation control system j, the correction values α1 ′, α2 ′, α3 ′ are calculated as follows:
α1 ′ = (α1Ta + 0.0dT) / (Ta + dT) (31)
α2 ′ = (α2Ta + 0.0dT) / (Ta + dT) (32)
α3 ′ = (α3Ta + 1.0dT) / (Ta + dT) (33)

また、2つの制御系が同時に最大偏差制御系jとなる場合、例えば第1の制御系と第2の制御系が最大偏差制御系jとなる場合には、第1の制御系のみを最大偏差制御系jとして扱い、修正値α1’,α2’,α3’をそれぞれ式(25)、式(26)、式(27)で算出すればよい。また、3つの制御系が同時に最大偏差制御系jとなる場合には(|Er1|=|Er2|=|Er3|)、同様に第1の制御系のみを最大偏差制御系jとして扱い、修正値α1’,α2’,α3’をそれぞれ式(25)、式(26)、式(27)で算出すればよい。
加重算出部12は、以上のようにして算出した修正値α1’,α2’,α3’を加重α1,α2,α3の新たな値として加重記憶部12に設定する。
Further, when the two control systems simultaneously become the maximum deviation control system j, for example, when the first control system and the second control system become the maximum deviation control system j, only the first control system is changed to the maximum deviation control system j. Treated as the control system j, the correction values α1 ′, α2 ′, and α3 ′ may be calculated by the equations (25), (26), and (27), respectively. If the three control systems simultaneously become the maximum deviation control system j (| Er1 | = | Er2 | = | Er3 |), similarly, only the first control system is treated as the maximum deviation control system j and corrected. The values α1 ′, α2 ′, and α3 ′ may be calculated by the equations (25), (26), and (27), respectively.
The weight calculation unit 12 sets the correction values α1 ′, α2 ′, α3 ′ calculated as described above in the weight storage unit 12 as new values of the weights α1, α2, α3.

基準状態量設定値SPm算出部7は、次式のように、追従状態量設定値SP1と追従状態量設定値SP2と追従状態量設定値SP3との加重平均値を基準状態量設定値SPmとして算出し、この基準状態量設定値SPmを追従状態量内部設定値SP1’算出部6−1と追従状態量内部設定値SP2’算出部6−2と追従状態量内部設定値SP3’算出部6−3とに出力する(ステップS110)。
SPm=α1SP1+α2SP2+α3SP3 ・・・(34)
The reference state quantity set value SPm calculation unit 7 uses a weighted average value of the follow-up state quantity set value SP1, the follow-up state quantity set value SP2, and the follow-up state quantity set value SP3 as a reference state quantity set value SPm as shown in the following equation. The reference state quantity set value SPm is calculated and the follow-up state quantity internal set value SP1 ′ calculating section 6-1, the follow-up state quantity internal set value SP2 ′ calculating section 6-2, and the follow-up state quantity internal set value SP3 ′ calculating section 6 are calculated. To -3 (step S110).
SPm = α1SP1 + α2SP2 + α3SP3 (34)

基準状態量計測値PVm算出部8は、次式のように、追従状態量計測値PV1と追従状態量計測値PV2と追従状態量計測値PV3との加重平均値を基準状態量計測値PVmとして算出し、この基準状態量計測値PVmを追従状態量内部設定値SP1’算出部6−1と追従状態量内部設定値SP2’算出部6−2と追従状態量内部設定値SP3’算出部6−3とに出力する(ステップS111)。
PVm=α1PV1+α2PV2+α3PV3 ・・・(35)
The reference state quantity measurement value PVm calculation unit 8 uses a weighted average value of the tracking state quantity measurement value PV1, the tracking state quantity measurement value PV2, and the tracking state quantity measurement value PV3 as the reference state quantity measurement value PVm as in the following equation. The reference state quantity measurement value PVm is calculated, and the tracking state quantity internal setting value SP1 ′ calculation section 6-1, the tracking state quantity internal setting value SP2 ′ calculation section 6-2, and the tracking state quantity internal setting value SP3 ′ calculation section 6 are calculated. To -3 (step S111).
PVm = α1PV1 + α2PV2 + α3PV3 (35)

係数Am記憶部9は、基準状態量に関する係数Amを予め記憶しており、係数B1記憶部5−1は、第1の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数B1を予め記憶している。追従状態量内部設定値SP1’算出部6−1は、係数Am,B1と基準状態量設定値SPmと基準状態量計測値PVmと追従状態量設定値SP1と追従状態量計測値PV1とに基づき、追従状態量内部設定値SP1’を次式のように算出する(ステップS112)。
SP1’=AmSPm+(1−Am)PVm+B1(SP1−SPm)
+(1−B1)(PV1−PVm) ・・・(36)
The coefficient Am storage unit 9 stores a coefficient Am related to the reference state quantity in advance, and the coefficient B1 storage unit 5-1 stores a coefficient B1 related to the state quantity difference between the first follow-up state quantity and the reference state quantity in advance. is doing. The tracking state quantity internal set value SP1 ′ calculation unit 6-1 is based on the coefficients Am, B1, the reference state quantity setting value SPm, the reference state quantity measurement value PVm, the tracking state quantity setting value SP1, and the tracking state quantity measurement value PV1. Then, the tracking state quantity internal set value SP1 ′ is calculated as shown in the following equation (step S112).
SP1 ′ = AmSPm + (1-Am) PVm + B1 (SP1-SPm)
+ (1-B1) (PV1-PVm) (36)

係数B2記憶部5−2は、第2の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数B2を予め記憶している。追従状態量内部設定値SP2’算出部6−2は、係数Am,B2と基準状態量設定値SPmと基準状態量計測値PVmと追従状態量設定値SP2と追従状態量計測値PV2とに基づき、追従状態量内部設定値SP2’を次式のように算出する(ステップS113)。
SP2’=AmSPm+(1−Am)PVm+B2(SP2−SPm)
+(1−B2)(PV2−PVm) ・・・(37)
The coefficient B2 storage unit 5-2 stores in advance a coefficient B2 related to the state quantity difference between the second follow-up state quantity and the reference state quantity. The tracking state quantity internal set value SP2 ′ calculation unit 6-2 is based on the coefficients Am, B2, the reference state quantity setting value SPm, the reference state quantity measurement value PVm, the tracking state quantity setting value SP2, and the tracking state quantity measurement value PV2. Then, the tracking state quantity internal set value SP2 ′ is calculated as shown in the following equation (step S113).
SP2 ′ = AmSPm + (1-Am) PVm + B2 (SP2-SPm)
+ (1-B2) (PV2-PVm) (37)

係数B3記憶部5−3は、第3の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数B3を予め記憶している。追従状態量内部設定値SP3’算出部6−3は、係数Am,B3と基準状態量設定値SPmと基準状態量計測値PVmと追従状態量設定値SP3と追従状態量計測値PV3とに基づき、追従状態量内部設定値SP3’を次式のように算出する(ステップS114)。
SP3’=AmSPm+(1−Am)PVm+B3(SP3−SPm)
+(1−B3)(PV3−PVm) ・・・(38)
The coefficient B3 storage unit 5-3 stores in advance a coefficient B3 related to the state quantity difference between the third follow-up state quantity and the reference state quantity. The tracking state quantity internal set value SP3 ′ calculating section 6-3 is based on the coefficients Am, B3, the reference state quantity setting value SPm, the reference state quantity measurement value PVm, the tracking state quantity setting value SP3, and the tracking state quantity measurement value PV3. Then, the tracking state amount internal set value SP3 ′ is calculated as follows (step S114).
SP3 ′ = AmSPm + (1-Am) PVm + B3 (SP3-SPm)
+ (1-B3) (PV3-PVm) (38)

次に、PID制御演算部4−1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S115)。
MV1=(100/Pb1){1+(1/Ti1s)+Td1s}(SP1’
−PV1) ・・・(39)
式(39)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4−1は、算出した操作量MV1がアクチュエータA1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A1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 4-1 performs the PID control calculation as in the following transfer function equation to calculate the manipulated variable MV1 (step S115).
MV1 = (100 / Pb1) {1+ (1 / Ti1s) + Td1s} (SP1 ′
-PV1) (39)
In Expression (39), 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 A1, the PID control calculation unit 4-1 sets the operation amount MV1 = OL1 and the calculated operation amount MV1 is the upper limit value OH1 of the output of the actuator A1. 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4−2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S116)。
MV2=(100/Pb2){1+(1/Ti2s)+Td2s}(SP2’
−PV2) ・・・(40)
式(40)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4−2は、算出した操作量MV2がアクチュエータA2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A2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 4-2 performs a PID control calculation such as the following transfer function equation to calculate the operation amount MV2 (step S116).
MV2 = (100 / Pb2) {1+ (1 / Ti2s) + Td2s} (SP2 ′
-PV2) (40)
In Expression (40), 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 A2, the PID control calculation unit 4-2 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 A2. 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4−3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S117)。
MV3=(100/Pb3){1+(1/Ti3s)+Td3s}(SP3’
−PV3) ・・・(41)
式(41)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4−3は、算出した操作量MV3がアクチュエータA3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A3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 4-3 calculates a manipulated variable MV3 by performing a PID control calculation such as the following transfer function equation (step S117).
MV3 = (100 / Pb3) {1+ (1 / Ti3s) + Td3s} (SP3 ′
-PV3) (41)
In Expression (41), 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 A3, the PID control calculation unit 4-3 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 A3. 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3−1は、PID制御演算部4−1によって算出された操作量MV1をアクチュエータA1に出力する(ステップS118)。アクチュエータA1は、操作量MV1に基づいて第1の追従状態量を制御するために動作する。操作量MV2出力部3−2は、PID制御演算部4−2によって算出された操作量MV2をアクチュエータA2に出力する(ステップS119)。アクチュエータA2は、操作量MV2に基づいて第2の追従状態量を制御するために動作する。操作量MV3出力部3−3は、PID制御演算部4−3によって算出された操作量MV3をアクチュエータA3に出力する(ステップS120)。アクチュエータA3は、操作量MV3に基づいて第3の追従状態量を制御するために動作する。   The operation amount MV1 output unit 3-1 outputs the operation amount MV1 calculated by the PID control calculation unit 4-1 to the actuator A1 (step S118). The actuator A1 operates to control the first follow-up state amount based on the operation amount MV1. The operation amount MV2 output unit 3-2 outputs the operation amount MV2 calculated by the PID control calculation unit 4-2 to the actuator A2 (step S119). The actuator A2 operates to control the second follow-up state quantity based on the operation quantity MV2. The operation amount MV3 output unit 3-3 outputs the operation amount MV3 calculated by the PID control calculation unit 4-3 to the actuator A3 (step S120). The actuator A3 operates to control the third follow-up state quantity based on the operation quantity MV3.

以上のようなステップS101〜S120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S121においてYES)、制御周期dT毎に繰り返し実行される。   The processes in steps S101 to S120 as described above are repeatedly executed for each control cycle dT until the operator instructs the end of the control (YES in step S121).

図7は、前記先行出願を適用し、かつ状態量差を制御しない設定とした制御装置のシミュレーション結果を示す図である。図8、図9は、前記先行出願で提案した制御装置のシミュレーション結果を示す図である。図10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〜図10は、SP1=SP2=SP3=30で整定している状態で外乱が印加されたときの制御系の外乱応答を示している。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 showing a simulation result of a control apparatus to which the prior application is applied and the state quantity difference is set not to be controlled. 8 and 9 are diagrams showing simulation results of the control device proposed in the prior application. FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation result of the control device according to the present embodiment. 7 to 10 show the disturbance response of the control system when a disturbance is applied in a state where SP1 = SP2 = SP3 = 30. The simulation conditions are as follows.

まず、アクチュエータA1とプロセスP1とを含むブロックの伝達関数Gp1、アクチュエータA2とプロセスP2とを含むブロックの伝達関数Gp2、アクチュエータA3とプロセスP3とを含むブロックの伝達関数Gp3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。
Gp1=1.2exp(−2.0s)/{(1+70.0s)(1+10.0s)}
・・・(42)
Gp2=1.6exp(−2.0s)/{(1+60.0s)(1+10.0s)}
・・・(43)
Gp3=2.0exp(−2.0s)/{(1+50.0s)(1+10.0s)}
・・・(44)
First, the transfer function Gp1 of the block including the actuator A1 and the process P1, the transfer function Gp2 of the block including the actuator A2 and the process P2, and the transfer function Gp3 of the block including the actuator A3 and the process P3 are set as follows: To do. Here, it is assumed that there is no interference between control loops.
Gp1 = 1.2exp (−2.0 s) / {(1 + 70.0 s) (1 + 10.0 s)}
... (42)
Gp2 = 1.6exp (−2.0s) / {(1 + 60.0s) (1 + 10.0s)}
... (43)
Gp3 = 2.0exp (−2.0s) / {(1 + 50.0s) (1 + 10.0s)}
... (44)

PID制御演算部4−1の操作量下限値OL1を0%、上限値OH1を100%とし、PID制御演算部4−2の操作量下限値OL2を0%、上限値OH2を100%とし、PID制御演算部4−3の操作量下限値OL3を0%、上限値OH3を16%とする。
操作量MV1,MV2,MV3に応じて追従状態量計測値PV1,PV2,PV3は、次式のように定まる。
PV1=Gp1MV1 ・・・(45)
PV2=Gp2MV2 ・・・(46)
PV3=Gp3MV3 ・・・(47)
The operation amount lower limit value OL1 of the PID control calculation unit 4-1 is 0%, the upper limit value OH1 is 100%, the operation amount lower limit value OL2 of the PID control calculation unit 4-2 is 0%, and the upper limit value OH2 is 100%. The operation amount lower limit value OL3 of the PID control calculation unit 4-3 is set to 0%, and the upper limit value OH3 is set to 16%.
The follow-up state quantity measurement values PV1, PV2, and PV3 are determined as follows according to the operation amounts MV1, MV2, and MV3.
PV1 = Gp1MV1 (45)
PV2 = Gp2MV2 (46)
PV3 = Gp3MV3 (47)

PID制御演算部4−1のPIDパラメータである比例帯Pb1を50.0、積分時間Ti1を35.0、微分時間Td1を20.0とし、PID制御演算部4−2のPIDパラメータである比例帯Pb2を66.7、積分時間Ti2を35.0、微分時間Td2を20.0とし、PID制御演算部4−3のPIDパラメータである比例帯Pb3を100.0、積分時間Ti3を35.0、微分時間Td3を20.0とする。   The proportional band Pb1, which is the PID parameter of the PID control calculation unit 4-1, is 50.0, the integration time Ti1 is 35.0, the differential time Td1 is 20.0, and the proportionality is the PID parameter of the PID control calculation unit 4-2. The band Pb2 is 66.7, the integration time Ti2 is 35.0, the differentiation time Td2 is 20.0, the proportional band Pb3, which is the PID parameter of the PID control calculation unit 4-3, is 100.0, and the integration time Ti3 is 35. 0, the differential time Td3 is 20.0.

図7に示すシミュレーション結果は、前記先行出願を適用し、Am=B1=B2=B3=1に設定したものであり、相対的な状態量(状態量差)を制御していないので、追従状態量計測値PV1,PV2,PV3は揃わない。
図8に示すシミュレーション結果は、前記先行出願を適用し、基準状態量を各制御ループの追従状態量の単純平均(本実施の形態のα1=α2=α3=0.333の加重平均に相当)に固定し、Am=0.7、B1=B2=B3=4.0に設定したことにより得られたものである。図7の結果と比べると、制御ループ間の状態量差を小さくするという先行出願の制御装置の効果が現れている。しかし、PID制御演算部4−3の操作量上限値OH3が16%という制約があるため、操作量MV1,MV2より先にMV3が飽和し、追従状態量計測値PV1,PV2にPV3が追従することができず、先行出願の本来の効果が大きく損なわれている。
The simulation result shown in FIG. 7 is obtained by applying the above prior application and setting Am = B1 = B2 = B3 = 1, and the relative state quantity (state quantity difference) is not controlled. Quantity measurement values PV1, PV2, and PV3 are not aligned.
The simulation result shown in FIG. 8 applies the prior application, and the reference state quantity is a simple average of the tracking state quantity of each control loop (corresponding to a weighted average of α1 = α2 = α3 = 0.333 in the present embodiment). It is obtained by setting Am = 0.7 and B1 = B2 = B3 = 4.0. Compared with the result of FIG. 7, the effect of the control device of the prior application that the state quantity difference between the control loops is reduced appears. However, since there is a restriction that the operation amount upper limit value OH3 of the PID control calculation unit 4-3 is 16%, MV3 is saturated before the operation amounts MV1 and MV2, and PV3 follows the follow-up state amount measurement values PV1 and PV2. The original effect of the prior application is greatly impaired.

図9に示すシミュレーション結果は、前記先行出願を適用し、基準状態量を第3の追従状態量そのもの(本実施の形態のα1=α2=0、α3=1の加重平均に相当)に固定し、Am=0.7、B1=B2=B3=4.0に設定したことにより得られたものである。このため、追従状態量計測値PV1,PV2がPV3に追従することになり、制御ループ間の状態量差を小さくするという先行出願の効果が損なわれていない。これにより、本シミュレーション条件においては、状態量差を小さくするという効果が全く損なわれずに制御された場合に、追従状態量計測値PV1,PV2,PV3は図9のレベルまで揃うことが検証できる。   In the simulation result shown in FIG. 9, the prior application is applied and the reference state quantity is fixed to the third following state quantity itself (corresponding to the weighted average of α1 = α2 = 0 and α3 = 1 in the present embodiment). , Am = 0.7 and B1 = B2 = B3 = 4.0. For this reason, the follow-up state quantity measurement values PV1 and PV2 follow PV3, and the effect of the prior application of reducing the state quantity difference between the control loops is not impaired. As a result, it is possible to verify that the follow-up state quantity measurement values PV1, PV2, and PV3 are aligned to the level shown in FIG. 9 when the simulation conditions are controlled without any loss of the effect of reducing the state quantity difference.

図10に示すシミュレーション結果は、本実施の形態においてAm=0.7、B1=B2=B3=4.0と設定したことにより得られたものであり、図9と実質的に全く同じ制御結果が得られており、状態量差を小さくするという効果が全く損なわれていないことが検証できる。   The simulation results shown in FIG. 10 are obtained by setting Am = 0.7 and B1 = B2 = B3 = 4.0 in this embodiment, and the control results are substantially the same as those in FIG. It can be verified that the effect of reducing the state quantity difference is not impaired at all.

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、追従状態量を制御するPID制御演算部に入力される複数の制御演算用入力値のうち追従状態量設定値SPiを内部入力値である追従状態量内部設定値SPi’に変換した上で、PID制御演算部に入力するようにしているが、本発明の原理は他の制御演算用入力値を内部入力値に変換する場合でも適用可能であり、本実施の形態と同じ効果を得ることができる。他の制御演算用入力値としては、追従状態量計測値PViや追従状態量偏差Eriがある。   In the present embodiment, the tracking state quantity set value SPi is an internal input value of the tracking state quantity set value SPi among the plurality of control calculation input values input to the PID control calculation unit that controls the tracking state quantity. However, the principle of the present invention can also be applied to the case where other input values for control calculation are converted into internal input values. The same effect can be obtained. Other control calculation input values include a follow-up state quantity measurement value PVi and a follow-up state quantity deviation Eri.

i番目の追従状態量計測値PViを内部入力値である追従状態量内部計測値PVi’に変換する場合には、次式により変換すればよい。
PVi’=(1−Am)SPm+AmPVm+(1−Bi)(SPi−SPm)
+Bi(PVi−PVm) ・・・(48)
そして、i番目のPID制御演算部に対して、追従状態量内部計測値PVi’を入力すると共に、追従状態量設定値SPiを変換せずにそのまま入力すればよい。このとき、PID制御演算部は、次式により操作量MViを算出する。
MVi=(100/Pbi){1+(1/Tiis)+Tdis}(SPi
−PVi’) ・・・(49)
式(49)において、Pbiは比例帯、Tiiは積分時間、Tdiは微分時間である。
In order to convert the i-th follow-up state quantity measurement value PVi into the follow-up state quantity internal measurement value PVi ′, which is an internal input value, the conversion may be performed according to the following equation.
PVi ′ = (1−Am) SPm + AmPVm + (1−Bi) (SPi−SPm)
+ Bi (PVi-PVm) (48)
Then, the tracking state quantity internal measurement value PVi ′ may be input to the i-th PID control calculation unit, and the tracking state quantity set value SPi may be input as it is without being converted. At this time, the PID control calculation unit calculates the operation amount MVi by the following equation.
MVi = (100 / Pbi) {1+ (1 / Tiis) + Tdis} (SPi
−PVi ′) (49)
In Equation (49), Pbi is a proportional band, Tii is an integration time, and Tdi is a differentiation time.

一方、i番目の追従状態量偏差Eriを内部入力値である追従状態量内部偏差Eri’に変換する場合には、次式により変換すればよい。
Eri’=Am(SPm−PVm)
+Bi{(SPi−SPm)−(PVi−PVm)} ・・・(50)
そして、i番目のPID制御演算部に対して、追従状態量内部偏差Eri’を入力すればよい。このとき、PID制御演算部は、次式により操作量MViを算出する。
MVi=(100/Pbi){1+(1/Tiis)+Tdis}Eri’
・・・(51)
On the other hand, when the i-th tracking state quantity deviation Eri is converted into the tracking state quantity internal deviation Eri ′, which is an internal input value, the conversion may be performed by the following equation.
Eri '= Am (SPm-PVm)
+ Bi {(SPi-SPm)-(PVi-PVm)} (50)
Then, the follow-up state amount internal deviation Eri ′ may be input to the i-th PID control calculation unit. At this time, the PID control calculation unit calculates the operation amount MVi by the following equation.
MVi = (100 / Pbi) {1+ (1 / Tiis) + Tdis} Eri ′
... (51)

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.

本発明の状態量内部設定値によるコントローラの応答特性の変化について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the response characteristic of the controller by the state quantity internal setting value of this invention. 本発明の状態量内部設定値によるコントローラの応答特性の変化について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the response characteristic of the controller by the state quantity internal setting value of this invention. 先行出願の制御方法の問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem of the control method of a prior application. 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。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus used as embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における制御系のブロック線図である。It is a block diagram of the control system in the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control apparatus in embodiment of this invention. 先行出願を適用し、かつ状態量差を制御しない設定とした制御装置の動作のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of operation | movement of the control apparatus which applied the prior application and set it as the setting which does not control a state quantity difference. 先行出願における制御装置の動作のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of operation | movement of the control apparatus in a prior application. 先行出願における制御装置の動作のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of operation | movement of the control apparatus in a prior application. 本発明の実施の形態における制御装置の動作のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of operation | movement of the control apparatus in embodiment of this invention. 従来の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional control apparatus. 従来の他の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the other conventional control apparatus. 状態量平均値と状態量差とを制御対象とする従来の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional control apparatus which makes a control object the state quantity average value and a state quantity difference. クロスコントローラを用いた従来の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional control apparatus using a cross controller. 図14のクロスコントローラを図13の制御装置に適用した構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure which applied the cross controller of FIG. 14 to the control apparatus of FIG. 従来のパラメータ調整について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional parameter adjustment.

符号の説明Explanation of symbols

4−1、4−2、4−3…PID制御演算部、5−1…係数B1記憶部、5−2…係数B2記憶部、5−3…係数B3記憶部、6−1…追従状態量内部設定値SP1’算出部、6−2…追従状態量内部設定値SP2’算出部、6−3…追従状態量内部設定値SP3’算出部、7…基準状態量設定値SPm算出部、8…基準状態量計測値PVm算出部、9…係数Am記憶部、10…加重記憶部、11…最大偏差制御系探索部、12…加重算出部。
4-1, 4-2, 4-3... PID control calculation unit, 5-1... Coefficient B1 storage unit, 5-2... Coefficient B2 storage unit, 5-3. Quantity internal set value SP1 ′ calculating section, 6-2... Tracking state quantity internal setting value SP2 ′ calculating section, 6-3... Tracking state quantity internal setting value SP3 ′ calculating section, 7. 8: Reference state quantity measurement value PVm calculation unit, 9: Coefficient Am storage unit, 10: Weight storage unit, 11: Maximum deviation control system search unit, 12: Weight calculation unit

Claims (4)

少なくとも2個の並列なPID制御ループを有する制御系の制御方法において、
前記少なくとも2個のPID制御ループの状態量の加重平均値を基準状態量とし、この基準状態量との相対量が予め規定された値を維持するように制御される状態量を追従状態量としたとき、
追従状態量設定値SPiと追従状態量計測値PViとの偏差の絶対値をPID制御ループ毎に算出し、絶対値が大きなPID制御ループほど状態量に対する前記加重平均値の加重を大きく適応修正する加重修正手順と、
前記追従状態量を制御するPIDコントローラに入力される複数の制御演算用入力値のうち追従状態量設定値SPiを追従状態量内部設定値SPi’に変換した上で前記PIDコントローラに入力する算出手順とを備え、
前記算出手順は、前記制御演算用入力値として、前記加重平均値として設定された基準状態量設定値SPmと、計測された基準状態量計測値PVmと、予め設定された追従状態量設定値SPiと、計測された追従状態量計測値PViとが入力されたとき、前記追従状態量計測値PViの前記基準状態量計測値PVmへの追従性の度合を規定する第1の係数Biと、前記基準状態量計測値PVmの前記基準状態量設定値SPmへの応答性の度合を規定する第2の係数Amとを用いて、前記追従状態量内部設定値SPi’をSPi’=AmSPm+(1−Am)PVm+Bi(SPi−SPm)+(1−Bi)(PVi−PVm)により算出することにより、
基準状態量計測値PVmの基準状態量設定値SPmへの追従性と、追従状態量計測値PViと基準状態量計測値PVmの差分である相対量PVi−PVmの追従状態量設定値SPiと基準状態量設定値SPmの差分である相対量SPi−SPmへの追従性を分離して制御することを特徴とする制御方法。
In a control method of a control system having at least two parallel PID control loops,
The weighted average value of the state quantities of the at least two PID control loops is used as a reference state quantity, and the state quantity controlled so that the relative quantity with respect to the reference state quantity maintains a predetermined value is defined as a follow-up state quantity. When
The absolute value of the deviation between the follow-up state quantity set value SPi and the follow-up state quantity measurement value PVi is calculated for each PID control loop, and the weight of the weighted average value with respect to the state quantity is adaptively corrected larger in the PID control loop having a larger absolute value. A weight correction procedure;
Calculation procedure for converting the follow-up state quantity set value SPi out of a plurality of control calculation input values inputted to the PID controller for controlling the follow-up state quantity into the follow-up state quantity internal set value SPi ′ and then inputting it into the PID controller And
The calculation procedure includes, as the control calculation input value, a reference state quantity setting value SPm set as the weighted average value, a measured reference state quantity measurement value PVm, and a preset follow-up state quantity setting value SPi. If, when the measured follow-up state quantity measurement value PVi is input, the first and the coefficient Bi define the degree of conformability to the reference state quantity measurement value PVm of the follow-up state quantity measurement value PVi, by using the second coefficient Am you define the degree of responsiveness to the reference state quantity setting value SPm of the reference state quantity measurement value PVm, 'SPi a' the follow-up state quantity internal set point SPi = AmSPm + ( By calculating by 1-Am) PVm + Bi (SPi-SPm) + (1-Bi) (PVi-PVm),
The followability of the reference state quantity measurement value PVm to the reference state quantity set value SPm and the follow-up state quantity set value SPi of the relative amount PVi-PVm, which is the difference between the follow-up state quantity measurement value PVi and the reference state quantity measurement value PVm A control method characterized by separating and controlling follow-up to a relative quantity SPi-SPm, which is a difference between state quantity set values SPm.
請求項1記載の制御方法において、
前記加重修正手順は、前記絶対値が大きなPID制御ループほど状態量に対する前記加重平均値の加重を大きく適応修正する代わりに、前記絶対値が最も大きなPID制御ループの状態量に対する前記加重平均値の加重を1とし、他のPID制御ループの状態量に対する加重を0とするように適応修正することを特徴とする制御方法。
The control method according to claim 1,
In the weight correction procedure, instead of adaptively correcting the weight of the weighted average value for the state quantity as the PID control loop having a larger absolute value, the weighted average value for the state quantity of the PID control loop having the largest absolute value is used. A control method characterized by adaptively correcting so that a weight is set to 1 and a weight for a state quantity of another PID control loop is set to 0 .
請求項1または2記載の制御方法において、
請求項1または2に記載された算出手順に代わり、前記追従状態量を制御するPIDコントローラに入力される複数の制御演算用入力値のうち追従状態量計測値PViを追従状態量内部計測値PVi’に変換した上で前記PIDコントローラに入力する算出手順を備え、
前記算出手順は、前記制御演算用入力値として、予め設定された基準状態量設定値SPmと、計測された基準状態量計測値PVmと、予め設定された追従状態量設定値SPiと、計測された追従状態量計測値PViとが入力されたとき、前記追従状態量計測値PViの前記基準状態量計測値PVmへの追従性の度合を規定する前記第1の係数Biと、前記基準状態量計測値PVmの前記基準状態量設定値SPmへの応答性の度合を規定する前記第2の係数Amとを用いて、前記追従状態量内部計測値PVi’をPVi’=(1−Am)SPm+AmPVm+(1−Bi)(SPi−SPm)+Bi(PVi−PVm)により算出することにより、
基準状態量計測値PVmの基準状態量設定値SPmへの追従性と、追従状態量計測値PViと基準状態量計測値PVmの差分である相対量PVi−PVmの追従状態量設定値SPiと基準状態量設定値SPmの差分である相対量SPi−SPmへの追従性を分離して制御することを特徴とする制御方法。
The control method according to claim 1 or 2 ,
In place of the calculation procedure according to claim 1 or 2, the tracking state quantity measured value PVi is used as the tracking state quantity internal measurement value PVi among a plurality of control calculation input values input to the PID controller that controls the tracking state quantity. A calculation procedure for inputting to the PID controller after converting to '
In the calculation procedure, a preset reference state quantity setting value SPm, a measured reference state quantity measurement value PVm, and a preset follow-up state quantity setting value SPi are measured as the input values for control calculation. When the follow-up state quantity measurement value PVi is input, the first coefficient Bi defining the degree of followability of the follow-up state quantity measurement value PVi to the reference state quantity measurement value PVm, and the reference state quantity By using the second coefficient Am that defines the degree of responsiveness of the measured value PVm to the reference state quantity set value SPm, the tracking state quantity internal measured value PVi ′ is expressed as PVi ′ = (1−Am) SPm + AmPVm +. By calculating by (1-Bi) (SPi-SPm) + Bi (PVi-PVm),
The followability of the reference state quantity measurement value PVm to the reference state quantity set value SPm, the follow-up state quantity set value SPi of the relative amount PVi-PVm, which is the difference between the follow-up state quantity measurement value PVi and the reference state quantity measurement value PVm, and the reference A control method characterized by separating and controlling follow-up to a relative quantity SPi-SPm, which is a difference between state quantity set values SPm .
請求項1または2記載の制御方法において、
請求項1または2に記載された算出手順に代わり、前記追従状態量を制御するPIDコントローラに入力される複数の制御演算用入力値に基づいて算出される追従状態量偏差Eriを、追従状態量内部偏差Eri’に変換した上で前記コントローラに入力する算出手順を備え、
前記算出手順は、前記制御演算用入力値として、予め設定された基準状態量設定値SPmと、計測された基準状態量計測値PVmと、予め設定された追従状態量設定値SPiと、計測された追従状態量計測値PViとが入力されたとき、前記追従状態量計測値PViの前記基準状態量計測値PVmへの追従性の度合を規定する前記第1の係数Biと、前記基準状態量計測値PVmの前記基準状態量設定値SPmへの応答性の度合を規定する前記第2の係数Amとを用いて、前記追従状態量内部偏差Eri’をEri’=Am(SPm−PVm)+Bi{(SPi−SPm)−(PVi−PVm)}により算出することにより、
基準状態量計測値PVmの基準状態量設定値SPmへの追従性と、追従状態量計測値PViと基準状態量計測値PVmの差分である相対量PVi−PVmの追従状態量設定値SPiと基準状態量設定値SPmの差分である相対量SPi−SPmへの追従性を分離して制御することを特徴とする制御方法
The control method according to claim 1 or 2 ,
Instead of the calculation procedure described in claim 1 or 2, a tracking state quantity Eri calculated based on a plurality of control calculation input values input to a PID controller that controls the tracking state quantity is calculated as a tracking state quantity. A calculation procedure for converting into an internal deviation Eri ′ and inputting to the controller,
In the calculation procedure, a preset reference state quantity setting value SPm, a measured reference state quantity measurement value PVm, and a preset follow-up state quantity setting value SPi are measured as the input values for control calculation. When the follow-up state quantity measurement value PVi is input, the first coefficient Bi defining the degree of followability of the follow-up state quantity measurement value PVi to the reference state quantity measurement value PVm, and the reference state quantity Using the second coefficient Am that defines the degree of responsiveness of the measured value PVm to the reference state quantity set value SPm, the following state quantity internal deviation Eri ′ is set to Eri ′ = Am (SPm−PVm) + Bi. By calculating by {(SPi-SPm)-(PVi-PVm)},
The followability of the reference state quantity measurement value PVm to the reference state quantity set value SPm, the follow-up state quantity set value SPi of the relative amount PVi-PVm, which is the difference between the follow-up state quantity measurement value PVi and the reference state quantity measurement value PVm, and the reference A control method characterized by separating and controlling follow-up to a relative quantity SPi-SPm, which is a difference between state quantity set values SPm .
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