(57)【要約】【課題】  プラント制御装置の基本構成をＰＩＤ制御器と一次遅れ要素のわずか２つの標準機能部品で構成でき、プラント制御用計算機への実装を著しく容易にできる。【解決手段】  フィードバック制御器１１を備え、外乱オブザーバによる外乱補償部付き制御方法において、外乱オブザーバによる外乱補償部を、プラント１０への操作量出力を入力とする第１の演算部２０と、プラント１０の制御量を入力とする第２の演算部２１とに分離して、第１の演算部２０の出力を操作量出力へフィードバックし、第２の演算部２１の出力をフィードバック制御器の先行制御部分に組み込む。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードバック制御器を備え、外乱オブザーバによる外乱補償部付き制御方法において、前記外乱オブザーバによる外乱補償部を、プラントへの操作量出力を入力とする第１の演算部と、前記プラントの制御量を入力とする第２の演算部とに分離して、前記第１の演算部の出力を前記操作量出力へフィードバックし、前記第２の演算部の出力を前記フィードバック制御器の先行制御部分に組み込むことを特徴とするプラント制御方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラント制御方法において、
制御対象である前記プラントの特性が積分特性又は一次遅れ特性の場合に、前記フィードバック制御器としてＰＩＤ制御を用い、そのＰＩＤ制御は、前記制御対象が積分特性の場合には比例微分先行型Ｉ−ＰＤ制御又は微分先行型ＩＰ−Ｄ制御を用い、前記制御対象が一次遅れ特性の場合には、比例微分先行型Ｉ−ＰＤ制御を用い、
前記第１の演算部を一次遅れ要素で構成して前記操作量出力へフィードバックし、
前記第２の演算部を不完全微分として、前記ＰＩＤ制御の微分先行要素Ｄの制御部分に組み込むことを特徴とするプラント制御方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載のプラント制御方法において、制御対象である前記プラントに、不感帯を介して前記操作量出力を入力することを特徴とするプラント制御方法。
【請求項４】
フィードバック制御器と、該フィードバック制御器に付設される外乱オブザーバによる外乱補償部とを有するプラント制御装置において、
前記外乱オブザーバによる外乱補償部を、制御対象であるプラントへの操作量出力を入力としてその出力を該操作量出力にフィードバックする第１の演算部と、前記プラントの制御量を入力としその出力を前記フィードバック制御器の先行制御部分に組み込む第２の演算部とに分離したことを特徴とするプラント制御装置。
【請求項５】
請求項４記載のプラント制御装置において、
制御対象である前記プラントの特性が積分特性又は一次遅れ特性の場合に、前記フィードバック制御器としてＰＩＤ制御を用い、そのＰＩＤ制御は、前記制御対象が積分特性の場合には比例微分先行型Ｉ−ＰＤ制御又は微分先行型ＩＰ−Ｄ制御を用い、前記制御対象が一次遅れ特性の場合には、比例微分先行型Ｉ−ＰＤ制御を用い、
前記第１の演算部を一次遅れ要素で構成して前記操作量出力へフィードバックし、
前記第２の演算部を不完全微分として、前記ＰＩＤ制御の微分先行要素Ｄの制御部分に組み込むことを特徴とするプラント制御装置。
【請求項６】
請求項４及び５のいずれか１項に記載のプラント制御装置において、制御対象である前記プラントに、不感帯を介して前記操作量出力を入力することを特徴とするプラント制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラント制御のための、実装の容易な構造に変換した外乱オブザーバによる外乱補償機能付きフィードバック制御によるプラント制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外乱オブザーバを用いた外乱補償制御は、例えば、特許文献１に記載のように、プロセスモデルに基づき外乱量を推定し、この外乱によるプロセスの制御量への影響の全部もしくは一部を相殺する操作量出力補正を素速くプロセスへの操作出力量にフィードフォワード的にフィードバック補償する方法で、外乱補償として一つの有効な手段であり、特に外乱量の直接測定値を得られない場合に有効である。
【０００３】
図６は外乱オブザーバを用いた外乱補償機能つきフィードバック制御器の基本構造である。１０は制御対象である実プラント、１１は実プラント１０を目標値にしたがって運転制御するためのＰＩＤ制御器などのフィードバック制御器、１２は実プラント１０のプラントモデル、１３はプラントモデル１２の出力調整用オブザーバゲイン、１４は実プラント１０とプラントモデル１２のそれぞれで検出された制御量の差から外乱量を推定して制御量への外乱の影響の全部もしくは一部を相殺する操作出力補正量を算出する外乱推定器、１５は推定された外乱量による操作量の補正が滑らかに行われるようにするための低周波数域通過特性を持つフィルタである。なお、破線で囲まれる手段１６は外乱の推定を行いその補償出力を発生する部分（以下、単に「外乱推定・補償部１６」という）となる。
【０００４】
全体の動作はＰＩＤ制御などのフィードバック制御器１１と外乱推定・補償部１６により、次のように行われる。設定された目標値と実プラント１０で検出された制御量が比較され、その差である制御偏差cdが算出される。フィードバック制御器１１は算出された制御偏差cdに基づき、制御量ｙを調節するための適切な操作量ｕ１を算出して、実プラント１０の操作端、たとえば調節弁に出力する。実プラント１０はあらたな操作量に応答して動作を行い、制御量ｙを変化させる。このようなフィードバック制御がフィードバック制御器１１で連続的に行われる。
【０００５】
外乱推定・補償部１６では、制御量ｙの変動に基づいて外乱量を推定し、制御量ｙへの外乱の影響を打ち消す方向に操作量ｕを増減するフィードバック制御が行われる。実プラント１０とプラントモデル１２には同じ操作量ｕが入力され、それぞれ同じように応答する。しかし、プラントモデル１２には外乱が入力されないので、実プラント１０とプラントモデル１２の各々から取り出した制御量ｙ、ｙ’の差を取ることにより実プラント１で外乱により生じた制御量変動分のみを推定することができる。外乱推定器１４は、この外乱による制御量変動分推定値とプラントモデル１２の逆関数とから、入力された外乱量推定値を算出する。プラントモデル１２はモデル誤差を含んでおり、また実プラント１０の制御量ｙの検出値には検出ノイズが含まれているので、推定した外乱量にも実際の外乱量との誤差が含まれる。この誤差を含んだ推定外乱のフィードバック制御による安定性を確保するため、推定外乱量をフィルタ１５を通して、例えば、その大きさを弱めたり、高周波数成分を減衰するなどして操作量へフィードバックする。
プラントモデル１２の応答特性は実プラント１０の応答特性と一致していることが望ましいが、単純化による誤差やモデルパラメータ誤差などにより実際上完全に一致させることは困難である。この誤差に起因する制御偏差は制御特性を劣化させる要因にはなるが、外乱推定・補償部１６の外側に設けられているフィードバック制御器１１によって制御特性を改善できる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２０２１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
化学プラントなどのプロセス制御には、ＤＣＳと呼ばれる分散型制御システムやＰＬＣと呼ばれるプログラマブルロジックコントローラが制御用計算機システムとして通常よく用いられる。これらプラント制御用計算機システムには制御器を構成するためのソフトウェア上の標準機能部品が備わっており、これら部品を組み合わせて制御器を構成できるようになっている。ただし標準機能部品の数や種類には限りがあるのでその制約範囲で構成する必要がある。
【０００８】
しかしながら、前記した従来例に係る外乱オブザーバを用いた外乱補償制御の通常の基本構造は、制御用計算機システムへ実装するには構造が複雑であり、プラント制御用計算機システムの標準機能部品のみで実装するのは困難である。制御系を基本構造のままで応用するには何らかの手段にてプログラム言語による演算プログラムを作成し、このプログラムにより実行する必要があり、実装コスト増、計算速度限界や通信速度限界による制御周期増、保守性の悪化、場合によっては更なる計算機の増設による投資や保守コスト増、システム全体としての信頼性低下、将来の計算機更新時の移植コストやその労務が大きいなど様々な問題が生じる。
また、制御用計算機の標準機能部品には入力値異常処理などの洗練された異常処理機能が通常備わっており、標準機能部品で制御系を構成できない場合は、この恩恵を享受できない。
そこで、上記のような現状設備の背景より、当該制御器の制御パラメータ設定方法や制御系構造変換などで、実装が簡単で保守性に優れ、かつプラント制御用計算機システム標準機能部品資源節約のため、少ない部品点数でプラント制御用計算機システムの標準機能部品のみで当該制御系を構築できる工夫が必要となった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は上記課題に鑑みて鋭意検討及び実験を重ねた結果、従来の外乱オブザーバによる外乱補償機能付きフィードバック制御の基本構造において、外乱推定・補償部の制御パラメータの与え方の条件設定によりまず制御器構造の簡単化を行った。そして、その簡単化された制御器構造を、プラントへの操作量出力値を入力とする第１の演算部とプラントの制御量を入力とする第２の演算部とに分離して、第１の演算部の出力を操作量出力へフィードバックし、第２の演算部の出力をフィードバック制御の先行制御部分に組み込む構造に変換することでプラント制御用計算機への実装を著しく容易にできることを見出した。
【００１０】
特にフィードバック制御器がＰＩＤ制御器である外乱オブザーバによる外乱補償機能付きＰＩＤ制御において、制御対象の特性が積分特性の場合にはＰＩＤ制御は、比例微分先行型Ｉ−ＰＤ制御もしくは微分先行型ＩＰ−Ｄ制御を用い、一次遅れ特性の場合には、比例微分先行型Ｉ−ＰＤ制御を用い、外乱オブザーバによる外乱補償部の構造を分離して、プラントへの操作量出力値を入力とする演算部を一次遅れ要素で構成して操作量出力へフィードバックし、プラントの制御量を入力とする演算部を不完全微分や比例要素としてＰＩＤ制御の微分先行要素Ｄの制御部分や比例要素部分に組み込む構造を用いることで、プラント制御装置の基本構成をＰＩＤ制御器と一次遅れ要素のわずか２つの標準機能部品で構成でき、プラント制御用計算機への実装を著しく容易にできることを見出し本発明に至った。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１〜３記載のプラント制御方法及び請求項４〜６記載のプラント制御装置をガス製造プラントの圧力制御に適用した結果、実装に必要な基本構成として標準機能部品はＰＩＤ制御器と一次遅れ要素の２つのみ、もしくは更に不感帯機能要素を付加するだけで完了し、異常処理も標準機能のみで対応でき極めて簡単に実装が完了した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
続いて、本発明を具体化した発明の実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係るプラント制御装置のブロック図、図２は本発明の他の実施の形態に係る制御対象が積分特性を持つ場合のプラント制御装置の構成図、図３はこれらのプラント制御装置のプラント制御用計算機への実装形態図、図４は本発明の一実施の形態に係るプラント制御装置の制御特性図、図５は不感帯を設けるための操作量出力変換部を付加したプラント制御用計算機への実装形態図である。
【００１３】
本発明の一実施の形態に係るプラント制御装置は、図６に示す外乱オブザーバを用いた外乱補償機能付きフィードバック制御を用いたプラント制御装置の構造を、図１に示すように、簡略化及び構造変換して、プラント制御用計算機への実装を容易にした構造をもつことを要旨とするものである。以下、従来のプラント制御装置（図６、図７参照）を、構造変換して簡略化したプラント制御方法及び装置（図１参照）について説明する。
【００１４】
図６において、実プラント１０の特性をＧｐ、プラントモデル１２の特性をＧｐｍ、オブザーバゲイン１３をＫｏｂ、外乱推定器１４とフィルタ１５を合わせた特性をＫｈ、実プラント１０の制御量測定値をｙ、プラントモデル出力値をｙ' 、ｙとｙ' の偏差をｅy （＝ｙ−ｙ' ）、フィードバック制御器出力をｕ１、外乱をｄ、ｕ１に外乱補償量を加算した値をｕ＝ｕ１＋Ｋｈ・ｅy という記号で表現する。これら変量は以下の説明の簡略化のためラプラス変換形式で記述されたものとする。以下、まず制御量ｙと、フィードバック制御器出力ｕ１及び外乱ｄとの関係式を導出し、次に設計条件制約による関係式の簡略化を行う。
【００１５】
ｕ＝ｕ１＋Ｋｈ・ｅy     ・・・・・（１）
Ｇｐ（ｕ＋ｄ）＝ｙ                    ・・・・・（２）
Ｇｐｍ（ｕ＋Ｋｏｂ・ｅy ）＝ｙ'   ・・・・・（３）
ｅy ＝ｙ−ｙ'       ・・・・・（４）
式（２）より
ｕ＝−ｄ＋Ｇｐ-1ｙ                    ・・・・・（５）
式（１）、（５）より
ｕ１＋Ｋｈ・ｅy ＝−ｄ＋Ｇｐ-1ｙ
ｅy ＝Ｋｈ-1（−ｕ１−ｄ＋Ｇｐ-1ｙ）  ・・・・・（６）
式（３）、（４）、（５）より
ｅy ＝ｙ−Ｇｐｍ（ｕ＋Ｋｏｂ・ｅy ）
ｙ＝Ｇｐｍ・ｕ＋（Ｇｐｍ・Ｋｏｂ＋１）ｅy 
＝Ｇｐｍ（−ｄ＋Ｇｐ-1ｙ）＋（Ｇｐｍ・Ｋｏｂ＋１）ｅy 
式（６）を代入して
＝Ｇｐｍ（−ｄ＋Ｇｐ-1ｙ）＋（Ｇｐｍ・Ｋｏｂ＋１）Ｋｈ-1（−ｕ１−ｄ＋Ｇｐ-1ｙ）
ｙ、ｄ、ｕ１についてまとめると（７）式が得られる
（Ｇｐｍ・Ｇｐ-1＋Ｇｐｍ・Ｋｏｂ・Ｋｈ-1・Ｇｐ-1＋Ｋｈ-1・Ｇｐ-1−１）ｙ
＝（Ｇｐｍ＋Ｇｐｍ・Ｋｏｂ・Ｋｈ-1＋Ｋｈ-1）ｄ＋（Ｇｐｍ・Ｋｏｂ＋１）Ｋｈ-1・ｕ１                                    ・・・・・（７）
【００１６】
今プラントモデル１２の特性Ｇｐｍが実プラント１０の特性を十分良く表現していて、Ｇｐｍ＝Ｇｐとみなせると仮定し、更に簡単化のため、本来は任意に設定できるパラメータＫｏｂとＫｈについて設計条件としてＫｏｂ＝−Ｋｈという制約を設けると（７）式は次のように簡単な形になる。
（Ｋｏｂ-1・Ｇｐ-1＋１）ｙ＝Ｋｏｂ-1・ｄ＋（Ｇｐｍ＋Ｋｏｂ-1）ｕ１
ｙ＝｛Ｇｐ／（１＋Ｋｏｂ・Ｇｐ）｝ｄ＋Ｇｐ・ｕｌ            ・・・・・（８）
（８）式の関係式は図７の構造と等価となる。図７において、ｕ１及び外乱ｄから制御量ｙまでに伝達関数を求めると（８）式と等しくなることを示す。
図７より
ｙ＝Ｇｐ［ｕ１＋ｄ−｛Ｋｏｂ／（１＋Ｋｏｂ・Ｇpm）｝ｅy ］  ・・・・・（９）
図７において、上記と同様  Ｇｐｍ＝Ｇｐとすれば
ｅy ＝ｙ−ｙ' ＝Ｇｐ（ｕ＋ｄ）−Ｇｐｍ・ｕ＝Ｇｐ・ｄ
これを（９）式に代入すれば
ｙ＝Ｇｐ［ｕ１＋｛１／（１＋Ｋｏｂ・Ｇｐｍ）｝ｄ］
となり（８）式と同じになる。
【００１７】
さて、図７において、１８は実プラント１０の制御量出力ｙとプラントモデル１２の出力ｙ' の偏差ｅy をもとに、操作量へのフィードバック量を算出する外乱補償器である。ここで外乱補償器１８にゲイン調整係数Ｋｆを掛けて外乱補償の強さを可変にする実用上の工夫を加える。すなわち式（９）の右辺第３項にＫｆを掛けて
ｙ＝Ｇｐ［ｕ１＋ｄ−｛Ｋｆ・Ｋｏｂ／（１＋Ｋｏｂ・Ｇｐｍ）｝ｅy ］・・・（１０）
とする。
【００１８】
ここからプラント制御用計算機システムへの実装に有利なかたちに制御系の構造を分解していく。（１０）式のｅy を、制御量ｙを演算入力とする部分と操作量ｕを演算入力とする部分に分解すると
ｙ＝Ｇｐ［ｕ１＋ｄ−｛Ｋｆ・Ｋｏｂ／（１＋Ｋｏｂ・Ｇｐｍ）｝（ｙ−ｙ' ）］
＝Ｇｐ［ｕ１＋ｄ−｛Ｋｆ・Ｋｏｂ／（１＋Ｋｏｂ・Ｇｐｍ）｝ｙ
−｛Ｋｆ・Ｋｏｂ・Ｇｐｍ／（１＋Ｋｏｂ・Ｇｐｍ）｝ｕ］      ・・・・・（１１）
となり（１１）式は図１の構造を表現した式となっている。図６、図７で示す外乱推定・補償部１６を、図１に示す本発明の一実施の形態に係るプラント制御装置では外乱補償部１９として表し、この外乱補償部１９を、プラント１０への操作量出力値を用いた第１の演算部２０と、プラント１０の制御量を用いた第２の演算部２１とに分離して、第１の演算部２０は操作量出力への局所フィードバックを構成し、第２の演算部２１はフィードバック制御器１１の先行制御部分と並列になる（即ち、先行制御部分に組み込む）構造となっている。
【００１９】
これら外乱補償部１９の各フィードバックは、フィードバック制御器１１の立場から見れば、操作量出力へのフィードフォワード要素として加減算されることになる。すなわち、フィードバック制御器１１をプラント制御用計算機の標準機能部品で構成すれば、その操作量フィードフォワード組み込み機能にて簡単に実装が可能である。フィードバック制御器以外の必須機能部品は、図１に示される第１、第２の演算部２０、２１だけである。なおフィードバック制御器１１を手動モードにしたとき標準機能部品のフィードバック制御器を用いていれば、通常のプラント制御用計算機ではフィードフォワード機能は働かないしくみとなっているので、調節弁などの普通の操作量手動操作が可能であり、手動運転操作に障害が発生しないことも一つの利点である。
【００２０】
さらに、多くの化学プロセスの近似特性がそうであるように、制御対象が一次遅れ特性もしくは積分特性であれば、図１の第１の演算部２０は一次遅れ要素に、同図の第の２演算部２１は、制御対象が積分特性であれば不完全微分要素となり、制御対象が一次遅れ特性であれば進み遅れ要素となるので更に構成が簡単となる。
制御対象が積分特性を持つ場合を例にあげ、具体的に各要素の導出を説明する。実プラント及びプラントモデル特性を
Ｇｐ＝Ｇｐｍ＝Ｋ１／ｓ
オブザーバゲインを
Ｋｏｂ＝１／Ｋ１／ａ
とおき、まず式（１１）の右辺第４項、すなわち図１のプラントへの操作量を入力とする第１の演算部２０を求める。なお上式でｓはラプラス演算子、Ｋ１はプラントの積分ゲインすなわち積分時定数の逆数、ａは設計パラメータのフィルタ定数である。
【００２１】
図１の第１の演算部２０は、
Ｋｆ・Ｋｏｂ・Ｇｐｍ／（１＋Ｋｏｂ・Ｇｐｍ）
＝Ｋｆ・（１／Ｋ１／ａ）（Ｋ１／ｓ）／｛１＋（１／Ｋ１／ａ）（Ｋ１／ｓ）｝
＝Ｋｆ／（１＋ａ・ｓ）                ・・・・・（１２）
となり一次遅れ要素となる。
次に式（１１）の右辺第３項、すなわち図１のプラントの制御量を入力とする第２の演算部２１を求める。図１の第２の演算部２１は、
Ｋｆ・Ｋｏｂ／（１＋Ｋｏｂ・Ｇｐｍ）
＝Ｋｆ・（１／Ｋ１／ａ）／｛１＋（１／Ｋ１／ａ）（Ｋ１／ｓ）｝
＝（Ｋｆ／Ｋ１）ｓ／（１＋ａ・ｓ）    ・・・・・（１３）
となり、不完全微分要素となる。
【００２２】
またフィードバック制御器１１としてプラント制御の主流であるＰＩＤ制御、特に比例微分先行型Ｉ−ＰＤ制御、もしくは微分先行型ＩＰ−Ｄ制御のＰＩＤ制御器を用いて、ある制約のもとで図１の第２の演算部２１はＰＩＤ制御器の微分先行部分に組み込むことができ、外乱オブザーバを用いた外乱補償機能付きフィードバック制御器（即ち、プラント制御装置）はＰＩＤ制御器と一次遅れ要素のわずか２つの部品のみで構成することができる。
このとき、フィルタ定数ａをプラント制御用計算機システムの標準機能ＰＩＤの不完全微分時定数、即ち微分時間／微分ゲインｍに合わせれば、図１の第２の演算部２１は、ＰＩＤ制御の微分時間にＫｆ／Ｋ１／Ｋｃを加算するだけで実現でき、パラメータａの設計自由度はなくなるものの実装は著しく簡単になる。なおＫｃはＰＩＤの比例ゲインである。以下具体的に式で説明する。
【００２３】
ＰＩＤを、Ｉ−ＰＤ型とすれば、目標値をｒ、積分時間をＴｉ、微分時間をＴｄ、ｍを微分ゲインとするＰＩＤ制御器の制御出力はラプラス変換表記で、
ｕ１＝Ｋｃ［−ｙ＋（１／Ｔｉ／ｓ）（ｒ−ｙ）
−｛Ｔｄ・ｓ／（１＋Ｔｄ・ｓ／ｍ）｝ｙ］      ・・・・・（１４）
で表される。ＰＩＤの微分項は不完全微分であり、ｓはラプラス演算子である。（１４）式の右辺第３項の微分項に（１３）式右辺を加算すると
微分項＝
Ｋｃ・Ｋｄ・ｓ／（１＋ｂ・ｓ）＋（Ｋf ／Ｋ1 ）ｓ／（１＋ａ・ｓ）  ・・・（１５）
ただし  ｂ＝Ｔｄ／ｍ
となり、ここでａを（１６）式のように設定し、同時にｂを修正して
ａ＝ｂ＝｛Ｔｄ＋（Ｋｆ／Ｋ１／Ｋｃ）｝／ｍ    ・・・・・（１６）
とすると（１５）式は（１７）式となり、微分時間Ｔｄを（１８）式のＴｄ' に変更するだけで図１の第２の演算部２１をＩ−ＰＤ制御の微分項に組み込むことができる。
Ｋｃ・｛Ｔｄ＋（Ｋｆ／Ｋ１／Ｋｃ）｝ｓ／（１＋ａ・ｓ）        ・・・・・（１７）
Ｔｄ' ＝Ｔｄ＋Ｋｆ／Ｋ１／Ｋｃ               ・・・・・（１８）
【００２４】
このとき元の微分項についてはｂを（１６）式のように置き換えることで厳密にはその特性が少し変わるが、一般に低周波特性を重視するプラント制御では実用上の問題にはならない。またプラント制御で最も多用されているＩ−Ｐ制御ではＴｄ＝０であるため特性変化は発生しない。
以上よりＰＩＤ制御の調整パラメータのうち本来Ｔd である微分時間にＫｆ／Ｋ１／Ｋｃを加算して設定すれば、外乱オブザーバを用いた外乱補償部の残りはｕを入力とした一次遅れ要素のみとなる。
【００２５】
図１に示すプラント制御装置を、図３に示すように、ＰＩＤ制御器２２と一次遅れ要素２３といったプラント制御計算機システムの標準機能部品で構成することで、各種パラメータは運転監視・操作用のオペレータコンソールから入力でき、運用後の調整も容易でまた将来のプラント制御用計算機システム更新時にも難なく移設に対処できるため、提案する方式は極めて保守性に優れた方式といえる。
【００２６】
図２に制御対象である実プラントの特性が積分特性で、フィードバック制御器がＩ−ＰＤ型ＰＩＤ制御器２５である場合の構成を示す。制御対象特性が積分特性すなわちＧｐ＝Ｋ１／ｓであるとき、図１の第２の制御部２１に相当する部分は完全に微分先行部分に組み込まれＰＩＤの外の要素は一次遅れ要素によるフィードバックのみである。なお、図２ではオブザーバゲインをＫｏｂ＝１／Ｋ１／ａとおき、ａをＰＩＤ制御器の不完全微分の時定数＝Ｔｄ＋（Ｋｆ／Ｋ１／Ｋｃ）｝／ｍと一致させて、ＰＩＤの微分設定値にＫｆ／Ｋ１／Ｋｃを加算設定する。この他に入出力変換・制限などの機能部品を追加することもあるが、基本構成は図２に示されるとおりである。
また制御対象の実プラント１０の特性が一次遅れ特性の場合も、ＰＩＤパラメータ設定が少し複雑になるものの同様の構成が可能である。ただし一次遅れ特性のプラントの場合、ＰＩＤの型はＩ−ＰＤ型のみに限定される。
【００２７】
本発明における外乱オブザーバを用いた外乱補償機能付きフィードバック制御の基本構成は前記のとおりであるが、定常状態では操作量が０％もしくは１００％に飽和していて、目標値と制御量には偏差が存在している使い方をする場合、更に実用上の工夫として操作端出力に不感帯を設けることで定常状態での観測誤差等による望ましくない操作端動作を防止することができる。定常状態で操作量が０％に飽和している制御ループ使い方は、圧縮機のアンチサージ制御などで多用されていて、圧力や流量の急変などの異常状態に対する緊急対応操作として機能することを目的としている。
【００２８】
制御量観測値に含まれるノイズ等の観測誤差により、外乱推定補償部の位相進み効果で増幅された不要な操作量補償や、不要なＰＩＤ制御操作を行うことは好ましくない。特に定常時操作端である調節弁が全閉の場合この不要操作が製造ロスをもたらすことになる。そこでたとえば定常時の操作端が０％飽和の場合などは、当該制御の操作量出力が０％〜一定量％までは操作出力を０％に保つような不感帯を設ける仕組みを付加することでこの問題を回避して、当該制御のさらなる実用性を向上することができる。
【００２９】
また、フィードバック制御器がＩ−ＰＤ型もしくはＩＰ−Ｄ型ＰＩＤ制御器で、制御対象が積分もしくは一次遅れ特性の場合を取り上げる。この場合、出力フィードバック部分（第１の演算部）は一次遅れ要素２３となり、プロセス制御用計算機での本制御系の構成は図３のような簡単な構造で表現、実装される。
【００３０】
図３に示すように、一次遅れ要素２３を設けると感度が高くなるので、これを抑制するため、操作量出力に不感帯２４を設けた場合の制御系構成は図５のようになる。観測ノズル等によって発生する微作動が、不感帯２４によって吸収され、実プラント１０の動作が安定する。なお、不感帯２４によって、図５のグラフに示すように、制御器操作量の０〜１０％に対応する操作不感帯が存在する。
【００３１】
図４は、図１に示すプラント制御装置を用いた場合の、シミュレーションによる制御特性図である。このシミュレーションでは、第１、第２の演算部２０、２１が推定した外乱量の８割を相殺するように外乱補償を設定した。ユーザー払い出し流量急減時におけるＰＩ制御のみによるガス変動に比較して、本発明装置（及び方法）を用いた制御の方がガス圧変動が著しく抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るプラント制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る制御対象が積分特性を持つ場合のプラント制御装置の構成図である。
【図３】これらのプラント制御装置のプラント制御用計算機への実装形態図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るプラント制御装置の制御特性図である。
【図５】不感帯を設けるための操作量出力変換部を付加したプラント制御用計算機への実装形態図である。
【図６】従来例に係るプラント制御方法のブロック図である。
【図７】従来例に係るプラント制御方法を簡略化したブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０：実プラント、１１：フィードバック制御器、１２：プラントモデル、１３：出力調整用オブザーバーゲイン、１４：外乱推定器、１５：フィルタ、１６：外乱推定・補償部、１８：外乱補償部、１９：外乱補償部、２０：第１の演算部、２１：第２の演算部、２２：ＰＩＤ制御器、２３：一次遅れ要素、２４：不感帯、２５：Ｉ−ＰＤ型ＰＩＤ制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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