(57)【要約】【課題】本発明は、プロセス制御装置の調整方法及びその調整ツールに係り、特に制御パラメータの調整が、人為的なミスが無く、短時間で確実に行えるプロセス制御装置の調整方法及びその調整ツールを提供する。【解決手段】制御対称とその外乱補償器とからなる閉ループ系を１次遅れフィルタの時定数とむだ時間で表される伝達関数で近似したプロセス制御装置の調整方法であって、閉ループ系のステップ応答を第１の応答として表示し、閉ループ系のモデル伝達関数のステップ応答を第２の応答として前記第１の応答と重ねて表示し、前記第１の応答と前記第２の応答の差が所定の判定基準範囲内になるように夫々のパラメータを調整し、このモデルパラメータを制御器の制御パラメータとして所定の変換そして設定し、プロセス制御装置の応答を所定の判定基準範囲内になるように調整するようにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象とその外乱補償器とからなる閉ループ系を１次遅れとむだ時間で表される伝達関数で近似し、この近似された閉ループ系を制御器によって制御するプロセス制御装置の調整方法であって、
前記制御対象の伝達関数は、予め所定の伝達関数で定義し、
前記外乱補償器を、前記閉ループ系のステップ応答が発散・振動しない範囲で、比例ゲイン要素、不完全微分要素からなる前記外乱補償器の補償パラメータを設定し、前記閉ループ系のステップ応答を第１の応答として表示する第１のステップで前記補償パラメータを調整し、
前記閉ループ系のモデル伝達関数を、比例ゲイン要素、むだ時間及び１次遅れ要素からなる前記モデル伝達関数のモデルパラメータとして設定し、前記モデル伝達関数のステップ応答を第２の応答として前記第１の応答と重ねて表示し、前記第１の応答と前記第２の応答の差が、所定の判定基準の範囲内に収まるように前記モデルパラメータを第２のステップとして調整し、
前記制御器を、前記モデルパラメータを前記制御器の制御パラメータとして所定の変換を行なって設定し、前記制御対象、前記外乱補償器及び前記制御器から構成されるプロセス伝達関数のステップ応答を第３の応答として表示して、プロセス制御装置の応答を所定の判定基準範囲内であることを第３のステップとして判定し、
前記第３の応答が所定の判定基準範囲を超える場合には、判定基準範囲内に収まるように前記第１のステップ乃至第３のステップを繰り返し、再調整するようにしたことを特徴とするプロセス制御装置の調整方法。
【請求項２】
制御対象とその外乱補償器とからなる閉ループ系を１次遅れとむだ時間で表される伝達関数で近似し、この近似された閉ループ系を制御器によって制御するプロセス制御装置において、
前記プロセス制御装置のステップ応答をシミュレーションするプログラムと、
前記プログラムによってシミュレーションするパラメータを設定する設定手段と、
前記プロセス制御装置のステップ応答を前記プログラムによって表示し、ステップ応答を評価する表示、評価手段とを
備えたことを特徴とするプロセス制御装置の調整ツール。
【請求項３】
前記プログラムは、前記制御対象と前記外乱補償器とからなる閉ループ系において、
前記外乱補償器の補償パラメータを設定し、前記閉ループ系のステップ応答を表示し、応答性能を調整、判定する第１のプログラムと、
前記閉ループ系のモデル伝達関数とそのモデルパラメータを設定し、前記第１のプログラムによるステップ応答表示と、前記モデル伝達関数によるステップ応答表示とを重ねて表示し、前記第１のプログラムによるステップ応答と前記モデル伝達関数のステップ応答との差を判定する第２のプログラムとを
備え、
前記第２のプログラムによって調整した、前記モデルパラメータを前記制御器の制御パラメータとして所定の変換をして設定し、前記プロセス制御装置の制御性能を判定するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のプロセス制御装置の調整ツール。
【請求項４】
前記設定手段は、前記外乱補償器の伝達関数及び補償パラメータを設定する手段と、
前記閉ループ系のモデル伝達関数及びモデルパラメータを設定する手段と、
前記プロセス制御装置の伝達関数及び前記制御器の制御パラメータを設定する手段とを
備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプロセス制御装置の調整ツール。
【請求項５】
前記外乱補償器の伝達関数は、比例ゲイン要素及び不完全微分要素で構成され、前記補償パラメータは、比例ゲイン、不完全微分要素の微分時定数から構成されることを特徴とする請求項４に記載のプロセス制御装置の調整ツール。
【請求項６】
前記閉ループ系のモデル伝達関数は比例ゲイン要素、むだ時間要素及び１次遅れ要素とから構成され、前記モデルパラメータは、比例ゲイン、むだ時間及び１次遅れの時定数から構成されることを特徴とする請求項４に記載のプロセス制御装置の調整ツール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば発電プラントや石油化学・鉄鋼等の一般産業プラントにおける制御対象を、所定の制御性能が得られるように制御するプロセス制御装置及びその調整方法に係り、特に制御要素の制御パラメータの調整を簡単に行なえるようにしたプロセス制御装置及びその調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば発電プラントや石油化学・鉄鋼等の一般産業界のプラントにおいては、制御対象となる温度・流量・圧力・液面等のプロセスの値を所定の値に制御するために、比例・積分・微分動作を兼ね備えたＰＩＤ制御装置が広く使用されてきている。
【０００３】
従来のＰＩＤ制御装置では、制御対象の特性が遅れ特性である場合には、良好な制御特性を得ることができ、ＰＩＤ制御装置の制御パラメータの調整ルールも数多く提案されてきている。
【０００４】
しかしながら、制御対象がこれ以外の特性、例えば、積分的な特性や振動的な特性を持つ場合には、良好な制御特性を得るための制御パラメータの調整は困難であり、さらに不安定特性を持つ場合には、制御パラメータの調整は一層困難であるといった問題点がある。
【０００５】
また、発電プラントや一般産業プロセスの多くは、制御対象の入力が変化した場合に、その出力変化まで、何らかの時間遅れ（むだ時間）をもって変化するといった特性を有している。そのため、制御対象の特性が遅れ特性であったとしても、遅れ時定数と比較してむだ時間が長い場合、従来のＰＩＤ制御装置では、十分な制御性能を得ることができないという問題点がある。
【０００６】
そこで、最近では、このような問題点を解決するために、ＰＩＤ制御装置の代わりに、内部に１次遅れおよびむだ時間要素から構成される正帰還補償器を備えたプロセス制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
図８は、この種の従来の正帰還補償器および外乱補償器を有するプロセス制御装置の構成例を示すブロック図である。
【０００８】
同図に示すように、プロセス制御装置は、制御目標値ＳＶと制御対象１３の制御量ＰＶとを減算器１８で減算した偏差ｅを入力として、制御対象１３に対する操作量を出力する制御器１１と、制御対象１３の制御量ＰＶを入力として、制御対象１３に対する操作量を出力する外乱補償器１２と、制御器１１の出力である操作量から外乱補償器１２の出力である操作量を減算し、制御対象１３に対する最終的な操作量ＭＶを生成する減算器１４とから構成されている。
【０００９】
また、制御器１１は、１次遅れおよびむだ時間からなる補償器（正帰還補償器）１５と、比例器１６と、加算器１７とから構成されている。
【００１０】
比例器１６は、制御目標値ＳＶと制御対象１３の制御量ＰＶとの偏差ｅを入力として比例演算を行ない、当該比例器１６の出力と正帰還補償器１５の出力とを加算器１７で加算して、上記制御器１１の出力である操作量とし、正帰還補償器１５は、当該制御器１１の出力である操作量をフィードバックして当該正帰還補償器１５の入力としている。
【００１１】
以上のように、従来のプロセス制御装置は、正帰還補償器１５の他に外乱補償器１２を備えており、むだ時間が長い制御対象１３だけでなく、ＰＩＤ制御が良好に制御できない、振動特性や不安定特性を持つ制御対象１３も良好に制御できるようになっている。
【００１２】
この正帰還補償器１５を持つプロセス制御装置は、制御対象１３を１次遅れおよびむだ時間要素として近似し、そのパラメータを利用して正帰還補償器１５の制御パラメータを決定するようにしている。
【００１３】
そのため、外乱補償器１２を導入した場合には、制御対象１３と外乱補償器１２とから構成される閉ループ系全体の特性を、１次遅れおよびむだ時間要素として近似する必要がある。
【００１４】
その結果、外乱補償器１２のパラメータを変更した場合には、その度に、制御対象１３と外乱補償器１２とから構成される閉ループ系全体の近似特性を計算して、正帰還補償器１５及び比例器１６のパラメータを変更する必要がある。
【００１５】
十分な制御性能を得るためには、この外乱補償器１２を現場で調整する作業が不可欠であり、（ａ）外乱補償器１２のパラメータ変更、（ｂ）閉ループ系の特性近似計算、（ｃ）正帰還補償器１５および比例器１６のパラメータ変更、の３つの手順を所定の制御性能が得られるまで繰り返し行なう必要がある。
【００１６】
しかしながら、発電プラントや一般産業プロセスでは、調整しなくてはならない制御対象は、多い場合には数百にも上り、その全てに対して前述のような３つの手順を繰り返して調整を行なうことは、調整時間が長く必要となるだけでなく、パラメータ変更回数の増加によるパラメータ設定ミスを招くといった問題点がある。
【００１７】
この問題点に対しては、図９に示す様に、正帰還補償機能を持つプロセス制御装置の外乱補償器１２に対応する、比例演算および微分演算を行なう外乱補償器１２と同じ構造、同じパラメータを持つ内部補償器１１２を制御器１１の内部に備え、また制御対象１３のモデルで構成されるモデル補償器１１３を備え、さらに外乱補償器１２と内部補償器１１２のパラメータを同一としたものがある。
【００１８】
即ち、外乱補償器１２と内部補償器１１２のパラメータのうち、どちらか一方が変更された場合に、もう一方のパラメータも自動的に変更することができる構造にし、１度の調整作業でパラメータ変更を簡単に行なうことが可能とするプロセス制御装置である（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１９】
尚、図８で説明したものと同じ機能を有する制御要素は同一の番号を付し、その説明を省略する。
【００２０】
この提案では、制御対象１３と外乱補償器１２とからなる閉ループ系の特性を、特許文献１に示されるような１次遅れおよびむだ時間要素で近似する必要が無いため、パラメータの変更作業が１回で済む。したがって、前述の図８に示す正帰還補償器１５を持つ従来のプロセス制御装置と同じ、より広範囲の制御対象を良好に制御することができ、かつ現地での外乱補償器１２、内部補償器１１２及びモデル補償器１１３等の制御パラメータの調整作業が簡単に行なうことが可能としている。
【００２１】
しかしながら、図９に示す後者の提案においても、制御対象１３と外乱補償器１２で構成される閉ループ系の特性を１次遅れとむだ時間を持つ特性とするために、外乱補償器１２の補償パラメータの設定は、計算により行なうため、計算ミスが起こる可能性が有る。
【００２２】
また、多数のプロセスの制御対象について、個々に所定の制御性能が得られるまで計算を繰り返し、さらにその制御性能を判定するには、多大な時間を必要とするだけでなく、このような人為的な作業にはミスが起こり易くなる問題がある。
【００２３】
【特許文献１】
特開２００２−１５７００２号公報
【００２４】
【非特許文献１】
重政隆、行友雅徳、馬場泰「モデル駆動ＰＩＤシステムとそのチューニング方法」第３回ＳＩＣＥ制御部門大会論文（２００３年５月）
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、発電プラントや一般産業プロセスでは、制御を必要とする制御対象の数は非常に多く、その制御対象の特性も様々である。その結果、プロセス制御装置には、様々な特性を持つ制御対象に対して所定の制御性能が良好に行われることが要求される。
【００２６】
また、より短時間にかつ安全に調整を行なうために、簡単な手順で制御パラメータの調整が確実に行なえる必要がある。
【００２７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、制御対象の時定数に比べてむだ時間が長い場合や、制御対象の特性が遅れ特性で無い場合にも、良好な制御を行なうことができる正帰還補償器を持つプロセス制御装置において、十分な制御性能を得るための制御パラメータの現地調整作業が短時間で行なえ、かつ、制御パラメータの調整と制御性能を可視化することによって良否を判定し、人為的な計算ミス、調整ミスを防止できるようにしたプロセス制御装置の調整方法及びその調整ツールを提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のプロセス制御装置の調整方法は、制御対象とその外乱補償器とからなる閉ループ系を１次遅れとむだ時間で表される伝達関数で近似し、この近似された閉ループ系を制御器によって制御するプロセス制御装置の調整方法であって、前記制御対象の伝達関数は、予め所定の伝達関数で定義し、前記外乱補償器を、前記閉ループ系のステップ応答が発散・振動しない範囲で、比例ゲイン要素、不完全微分要素からなる前記外乱補償器の補償パラメータを設定し、前記閉ループ系のステップ応答を第１の応答として表示する第１のステップで前記補償パラメータを調整し、前記閉ループ系のモデル伝達関数を、比例ゲイン要素、むだ時間及び１次遅れ要素からなる前記モデル伝達関数のモデルパラメータとして設定し、前記モデル伝達関数のステップ応答を第２の応答として前記第１の応答と重ねて表示し、前記第１の応答と前記第２の応答の差が、所定の判定基準の範囲内に収まるように前記モデルパラメータを第２のステップとして調整し、前記制御器を、前記モデルパラメータを前記制御器の制御パラメータとして所定の変換を行なって設定し、前記制御対象、前記外乱補償器及び前記制御器から構成されるプロセス伝達関数のステップ応答を第３の応答として表示して、プロセス制御装置の応答を所定の判定基準範囲内であることを第３のステップとして判定し、前記第３の応答が所定の判定基準範囲を超える場合には、判定基準範囲内に収まるように前記第１のステップ乃至第３のステップを繰り返し、再調整するようにしたことを特徴とする。
【００２９】
したがって、外乱補償器の調整の良否判定と、制御器の制御パラメータ調整の良否判定とを可視化し、かつ、制御性能についても所定の判定基準で定量的な評価が行なえるようにしたので、調整作業が簡単で、短時間で確実に行なえるプロセス制御装置の調整方法を提供することができる。
【００３０】
請求項２においては、制御対称とその外乱補償器とからなる閉ループ系を１次遅れとむだ時間で表される伝達関数で近似し、この近似された閉ループ系を制御器によって制御するプロセス制御装置において、前記プロセス制御装置のステップ応答をシミュレーションするプログラムと、前記プログラムによってシミュレーションするパラメータを設定する設定手段と、前記プロセス制御装置のステップ応答を前記プログラムによって表示し、ステップ応答を評価する表示、評価手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
さらに、請求項３においては、前記プログラムは、前記制御対象と前記外乱補償器とからなる閉ループ系において、前記外乱補償器の補償パラメータを設定し、前記閉ループ系のステップ応答を表示し、応答性能を調整、判定する第１のプログラムと、前記閉ループ系のモデル伝達関数とそのモデルパラメータを設定し、前記第１のプログラムによるステップ応答表示と、前記モデル伝達関数によるステップ応答表示とを重ねて表示し、前記第１のプログラムによるステップ応答と前記モデル伝達関数のステップ応答との差を判定する第２のプログラムとを備え、前記第２のプログラムによって調整した、前記モデルパラメータを前記制御器の制御パラメータとして所定の変換をして設定し、前記プロセス制御装置の制御性能を判定するようにしたことを特徴とする。
【００３２】
したがって、調整作業に人為的な計算が介入しないので、計算ミス等がなく、確実な調整が初心者でも容易に行なえるプロセス制御装置の調整ツールを提供することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるプロセス制御装置の調整方法及びその調整ツールの実施の形態を、図１乃至図７及び前述した図８を参照して説明する。
【００３４】
先ず、本発明が対象とするプロセス制御装置は、制御対象と外乱補償器とからなる閉ループ系を、１次遅れとむだ時間で近似したものを対象とし、１次遅れ及びむだ時間から構成される正帰還補償器を有する制御器で制御する、前述した図８に示すプロセス制御装置を対象としている。このプロセス制御装置の構成と特性は、図８で説明したので省略する。
【００３５】
図１は、本発明が対象とする制御対象と外乱補償器とからなる閉ループ系を、１次遅れとむだ時間で近似し、正帰還構造を有する制御装置で構成されるプロセス制御装置の調整方法を説明するフロー図で、図２は、その調整を行なう調整ツールの構成図である。
【００３６】
図１は、図２で説明する調整ツール１０及び調整ツール１０に搭載されるシミュレーションプログラムによって行われる調整手順を説明している。先ず、この調整ツール１０の構成及びシミュレーションプログラムの機能について図２で説明し、その後図１のフローによる調整手順を説明する。
【００３７】
図２において、調整ツール１０は、例えば、汎用のパソコンで実現され、プロセス制御装置を構成する各制御要素及び制御系の伝達関数とパラメータを設定し、夫々のステップ応答を演算制御するＣＰＵ１、そのシミュレーションプログラムを内蔵するメモリ２、設定されたパラメータ及び夫々のステップ応答を表示するＣＲＴ３、及びプロセス制御装置を構成する各制御要素及び制御系の、伝達関数と調整パラメータを設定するキーボード４とから構成される。
【００３８】
また、メモリ２に搭載されるシミュレーションプログラムは、（ａ）外乱補償器の補償パラメータ調整、（ｂ）閉ループ系のモデル伝達関数のモデルパラメータ調整、（ｃ）プロセス制御装置の制御性能評価、を行なうプログラムで構成され、夫々のプログラムは次のような機能を備えている。
【００３９】
（ａ）外乱補償器の補償パラメータの調整を行なうシミュレーションプログラムは、図８の外乱補償器１２の伝達関数とその補償パラメータの登録・設定、制御対象１３及び外乱補償器１２で構成される閉ループ系のステップ応答の演算・表示及びその制御性能の判定・表示機能とを備えている。
【００４０】
（ｂ）閉ループ系のモデル伝達関数のモデルパラメータ調整を行なうシミュレーションプログラムは、制御対象１３及び外乱補償器１２で構成される閉ループ系の伝達関数及びそのモデルパラメータの登録・設定、モデル伝達関数のステップ応答の演算・表示及び前記（ａ）における閉ループ系のステップ応答との差の表示と判定・表示機能を備えている。
【００４１】
（ｃ）プロセス制御装置の制御性能評価を行なうシミュレーションプログラムは、制御器１１の伝達関数とその制御パラメータの登録・設定、プロセス制御装置の伝達関数の演算とそのステップ応答の演算・表示及びプロセス制御装置の制御性能の判定．表示機能を備えている。
【００４２】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるプロセス制御装置の調整方法について、再び、図１を参照して説明する。調整の項目には、大別して、（Ａ）外乱補償器１２の補償パラメータの調整、（Ｂ）制御対象１３と外乱補償器１２とからなる閉ループ系における、モデル伝達関数のモデルパラメータ調整の２つがある。
【００４３】
そして調整された結果に基づき、プロセス制御装置全体の制御系制御器１１の制御パラメータによってシミュレーションし、制御性能を判定する。
【００４４】
以上の調整手順について同図にしたがって、外乱補償器１２の補償パラメータの調整手順については、ステップＳ０１乃至ステップＳ０３で、またモデル伝達関数のモデルパラメータの調整手順については、ステップＳ０４とステップＳ０５で、更にプロセス制御装置の性能判定については、ステップＳ０６とステップＳ０７で説明する。
【００４５】
第１のプログラムを起動して、外乱補償器の調整を行なう。最初に、制御対象１３の伝達関数モデルを同定する。この同定には種々の方法があり、制御対象１３の特性としても様々なものが存在するが、本実施の形態では、むだ時間要素を持つ積分系とし、その伝達関数モデルが次のように、積分時間２００秒、むだ時間５０秒として、予め与えられているものとした。この制御対象の伝達関数をＰ（Ｓ）として（１）式に示す。
【００４６】
Ｐ（Ｓ）＝（１／２００Ｓ）・ｅ−５０Ｓ      ・・・（１）
ここで、記号ＳはＬａｐｌａｓ演算子を表す。そして以下の説明では、この伝達関数を有する制御対象１３についての調整手順を説明する。
【００４７】
この制御対象１３の伝達関数Ｐ（Ｓ）の伝達関数とそのパラメータを、キーボード４から入力し、登録しておく。そして、図３に示すこの伝達関数のステップ応答波形をＣＲＴ３のスクリーンに、例えば、細い実線で表示し、確認しておく（ステップＳ０１）。
【００４８】
次に、外乱補償器１２の補償パラメータの調整に移る。外乱補償器１２としては、比例ゲイン要素、不完全微分要素が下記のモデル式で表されるものを採用する。この外乱補償器１２の伝達関数をＦ（Ｓ）として（２）式に示す。
【００４９】
Ｆ（Ｓ）＝Ｋｆ・（１＋Ｔｆ・Ｓ）／（１＋ｋ・ＴｆＳ）      ・・・（２）
このとき、閉ループ系の伝達関数Ｇ（Ｓ）は下記（３）式で示される。
【００５０】
Ｇ（Ｓ）＝Ｐ（Ｓ）／（１＋Ｐ（Ｓ）・Ｇ（Ｓ））      ・・・（３）
この外乱補償器１２の補償パラメータ、比例ゲインＫｆ、不完全微分要素（１＋Ｔｆ・Ｓ／１＋ｋ・ＴｆＳ）におけるＴｆ、ｋは、閉ループ系の伝達関数Ｇ（Ｓ）のステップ応答が安定収束するような値に調整・設定し、ＣＲＴ３のスクリーンに表示し、確認する。
【００５１】
この補償パラメータの調整手順を詳細に説明すれば、
（１）閉ループ系の伝達関数Ｇ（Ｓ）及びそのパラメータをキーボードから登録する。
【００５２】
（２）比例ゲインＫｆを１に設定して、閉ループ系の伝達関数Ｇ（Ｓ）のステップ応答を演算表示させる。
【００５３】
（３）閉ループ系の伝達関数Ｇ（Ｓ）のステップ応答が所定の安定系となるように比例ゲインＫｆの絶対値を設定する。
【００５４】
例えば、不安定系であれば比例ゲインＫｆ＝−１とする。そして所定の時間内で一定の出力が得られる安定応答となるまで比例ゲインＫｆの絶対値を変更する。不安定な振動が残る不安定系であれば、不完全微分要素におけるＴｆを０から制御対象３の時定数の１０分の１までの範囲で変更して、オーバシュートが所定の範囲に収まるような値に設定し、ＣＲＴ３に表示されたステップ応答波形を観察して、調整を繰り返す（ステップＳ０２）。
【００５５】
この閉ループ系の伝達関数Ｇ（Ｓ）のステップ応答波形を評価して、所定の安定した応答性能が得られれば、外乱補償器１２の調整は完了とする（ステップＳ０３）。
【００５６】
このようにしてシミュレーションされた閉ループ系の伝達関数Ｇ（Ｓ）のステップ応答波形を図３に太い実線で示す。図３の縦軸はゲインを、横軸は時間（秒）を示し、ステップ信号が時刻０（秒）で０から１に変化した時、閉ループ系の応答はほぼ３００秒後に、ゲイン０．５で安定する。尚、制御対象１３の伝達関数Ｐ（Ｓ）のステップ応答波形も重ねて、同図細い実線で示す様に表示しておくこともできる。
【００５７】
このとき、補償パラメータの不完全微分要素におけるｋは、経験的に通常は０．１とし、不完全微分要素におけるＴｆ＝０、比例ゲインＫｆ＝２とした。
【００５８】
次に、補償パラメータの調整が完了すると、閉ループ系のモデル伝達関数Ｇｍ（Ｓ）のモデルパラメータの調整に移る。
【００５９】
この調整は、前述したステップＳ０３の段階で確定した閉ループ系のＧ（Ｓ）のステップ応答と、詳細を後述する閉ループ系のモデル伝達関数Ｇｍ（Ｓ）のステップ応答との差が、所定の評価範囲に収まるように、モデル伝達関数Ｇ（Ｓ）のモデルパラメータを調整するものである。
【００６０】
この調整は、第２のプログラムを起動して閉ループ系のモデル伝達関数Ｇｍ（Ｓ）とそのモデルパラメータを登録し、ステップ応答を演算して、ＣＲＴ３に表示し、さらに、ステップＳ０３の段階で求めた外乱補償器１３の補償パラメータに基づく伝達関数Ｇ（Ｓ）ステップ応答を重ねて表示し、これらのステップ応答の差を所定の判定基準で判定し、所定の応答性能となるようにモデル伝達関数Ｇｍ（Ｓ）のモデルパラメータを調整する（ステップＳ０４、ステップＳ０５）。
【００６１】
以下この手順の詳細をについて説明する。モデル伝達関数Ｇｍ（Ｓ）は下記（４）式のように、このプロセス制御装置の制御系の構成に基づく制御理論にから、１次遅れとむだ時間により定義する。
【００６２】
Ｇｍ（Ｓ）＝Ｋｐ／（１＋ＴｐＳ・ｅ−ＬｐＳ）      ・・・（４）
ここで、Ｋｐは定常ゲイン、Ｔｐは１次遅れの時定数、Ｌｐはむだ時間である。
【００６３】
以下、図４を参照して、調整手順を説明する。前述した閉ループ系の伝達関数Ｇ（Ｓ）のステップ応答をＣＲＴ３のスクリーンに太い実線で表示し、モデル伝達関数Ｇｍ（Ｓ）とそのモデルパラメータを登録し、モデル伝達関数Ｇｍ（Ｓ）のステップ応答波形を閉ループ系の伝達関数Ｇ（Ｓ）と重ねて識別できるように、例えば、破線で表示する。
【００６４】
このとき、モデルパラメータの定常ゲインＫｐ、１次遅れ時定数Ｔｐ及びむだ時間Ｌｐは、夫々０．５、５０（秒）、６０（秒）とし、図４のハッチング部に示す閉ループ系の伝達関数Ｇ（Ｓ）のステップ応答とモデル伝達関数Ｇｍ（Ｓ）の応答波形の差の面積値が小さくなるような値に設定する（ステップＳ０４）。
【００６５】
この差は、例えば、制御特性の評価であるＩＡＥ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｏｆ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｖａｌｕｅ  ｏｆ  Ｅｒｒｏｒ）等で定量的に評価される。この例の場合、図４のハッチングで示す部分が、応答波形の差を示す。同図の縦軸、横軸は図３と同じスケールである。この差が所定の基準範囲内であればこの調整は完了とする（ステップＳ０５）。
【００６６】
以上の調整が完了すると、制御器１１の制御パラメータとして、ステップＳ０５で設定したモデルパラメータを所定の変換を行って設定し（ステップ０６）、図８で示したプロセス制御装置の制御系全体の伝達関数を登録し、そのステップ応答を演算して、表示し、このステップ応答の判定基準範囲内であることを確認する。所定の範囲内であればこの調整を完了する（ステップＳ０７）。
【００６７】
所定の範囲を外れるときは、再度、外乱補償１２補償パラメータ、モデル伝達関数Ｇｍ（Ｓ）のモデルパラメータを再調整する。
【００６８】
図５は、第３のプログラムを起動し、前述したステップＳ０５の段階で設定した、外乱補償器１２の補償パラメータと、制御器１１に設定したモデルパラメータによるプロセス制御装置の制御系全体のステップ応答をＣＲＴ３のスクリーンに表示したものである。
【００６９】
同図において、縦軸はゲイン、横軸は時間で、時刻０で０から１になるステップ信号（目標値）をこのプロセス制御系に印加したとき、この出力である制御量の変化を示す。前述したような外乱補償１２補償パラメータ、モデル伝達関数Ｇｍ（Ｓ）のモデルパラメータの調整結果は、安定しているもののオーバシュート、アンダーシュートが発生している。
【００７０】
そこで、この振動を減少させるため、補償パラメータ、モデルパラメータを再調整する。再調整した結果を、図６及び図７に示す。図６は、補償パラメータの不完全微分要素におけるＴｆを０から１０（秒）、比例ゲインＫｆ＝２、不完全要素におけるｋ＝０．１と設定し、閉ループ系がオーバシュートの無い、図６の太い実線に示ような制御特性とする。
【００７１】
次に、モデルパラメータの１次遅れ時定数Ｔｐを５０（秒）から４５（秒）、むだ時間Ｌｐを６０（秒）から６５（秒）に変えて、定常ゲインＫｐ＝０．５、１次遅れ時定数Ｔｐ＝４５（秒）、むだ時間Ｌｐ＝６５（秒）として、図６の太い実線に示す閉ループ系の伝達関数Ｇ（Ｓ）のステップ応答波形と太い破線で示すスモデル伝達関数Ｇｍ（Ｓ）のステップ応答波形を重ねて、その差をＣＲＴ３のスクリーンに表示し、その差が所定の判定基準値範囲以下に前回の調整以上に、さらに小さくなるように調整する。この判定基準は前述した、例えば、ＩＡＥ等で定量的に評価できる。
【００７２】
その結果、プロセス制御装置全体の制御応答を図７に示すようなオーバシュートの無いステップ応答特性に調整することができる。
【００７３】
したがって、本実施の形態によれば、ステップ応答波形をＣＲＴ３に表示したので、補償パラメータ、モデルパラメータの変更による制御特性の変化が、可視化され、容易に把握できる。また、制御性能の判定評価を、所定の定量的な評価関数で判定できるので、人為的なミスやバラツキの少ないプロセス制御装置の調整方法及びその調整ツールが提供できる。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、制御対象と外乱補償器とからなる閉ループ系を、１次遅れとむだ時間で表される伝達関数で定義し、正帰還補償器を備えた制御器で制御するプロセス制御装置の制御要素と制御系の伝達関数のステップ応答を可視化して、重ねて表示し、その制御特性の差を定量的に評価するようにしたので、人為的なミスや調整のバラツキが少ないプロセス制御装置の調整方法及びその調整ツールが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロセス制御装置の調整方法を説明するフロ−図。
【図２】本発明のプロセス制御装置の調整ツールの構成図。
【図３】本発明の外乱補償器のステップ応答を示す図。
【図４】本発明の閉ループ系の調整方法を説明する図。
【図５】本発明による調整されたプロセス制御装置のステップ応答を示す図。
【図６】本発明の再調整後のモデル伝達関数のステップ応答を示す図。
【図７】再調整されたプロセス制御装置のステップ応答を示す図。
【図８】従来の制御対象を外乱補償器により１次遅れとむだ時間で表されるように補償した、プロセス制御装置のブロック構成図。
【図９】従来の制御器内にも同じ伝達関数の内部補償器を備えたプロセス制御装置のブロック構成図。
【符号の説明】
１  ＣＰＵ
２  メモリ
３  ＣＲＴ
４  キーボード
１０  調整ツール
１１  制御器
１２  外乱補償器
１３  制御対象
１４  減算器
１５  正帰還補償器
１６  比例器
１７  加算器
１８  減算器
１１２  内部補償器
１１３  モデル補償器
１１２ａ  制御器内部の減算器
１１４  制御器内部の加算器
【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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【図８】
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【図９】
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