(57)【要約】【課題】制御目標値と制御計測値との偏差を必ずしも小さくさせる必要がないプロセス液面制御において、制御目標値と制御計測値との偏差を制御し、かつ、プロセス制御出力の変化量を少なくすることができるプロセス液面制御装置を提供する。【解決手段】制御目標値と制御計測値との偏差を少なくする手段としてＰＩＤ演算を有している制御装置において、直近の制御計測値の挙動から将来の挙動を予測し、通常は一定値として設定する制御目標値を制御計測値の挙動予測方向へ故意に変更させることで偏差を小さくさせ、プロセス制御出力の変化量を少なくする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御目標値と制御計測値の偏差を必ずしも小さくさせる必要がなく、プロセスとプロセスの間の緩衝器として使用を目的とした液面制御装置において、制御目標値と制御計測値の偏差よりプロセス制御出力を演算する比例積分微分演算（ＰＩＤ演算）を用いたフィードバック制御において、直近の制御計測値の挙動から将来の挙動を予測し、制御目標値を制御計測値の挙動予測方向へ故意に変更させることで偏差を小さくさせ、プロセス制御出力の変化量を少なくする事を特徴としたプロセス液面制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス制御装置に関わり、水位制御装置における制御方法に係わり、任意に指定した制御目標上下限値内において、プロセス制御出力変動を少なくするプロセス液面制御装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
制御目標値と制御計測値の偏差を少なくするフィードバック制御において、主に比例積分微分演算（以下ＰＩＤ演算と称す）が使用されている。
【０００３】
プロセス液面制御系の中には制御目標値と制御計測値の偏差を必ずしも小さくさせる必要がなく、プロセスとプロセスの間の緩衝器として使用する制御系も存在する。このようなプロセス液面制御系に対してＰＩＤ演算を使用する場合、ＰＩＤ演算の特性より、常にプロセス制御出力演算が行われることから、ＰＩＤ演算に使用する比例ゲイン、積分時間および微分時間の設定パラメータ（以下ＰＩＤパラメータと称す）を調節することによってプロセス制御出力の変化量を少なくしていた。このＰＩＤパラメータを非常に緩く調節することで出力変化量を小さくすることができるが、あまりにも緩く調節してしまうと大きなプロセス変動が発生した場合に、制御計測値が制御計測許容範囲を超えてしまい、本来の制御の役目を果たせなくなってしまう。
【０００４】
この問題を解決する方法として、制御計測値が制御目標値に近づき、偏差が一定値以内に入ると不感帯と呼ばれる領域になり、ＰＩＤ演算をロックさせることでプロセス制御出力変動を少なくする方法がある。しかし、この方法を採用すると、制御目標値と制御計測値との偏差が一旦不感帯に入ると、不感帯を出るまでプロセス制御出力値をロックし、その後、不感帯分の偏差により大きなプロセス制御出力変化を行い制御計測値の挙動を反対方向に向けることで制御計測値を不感帯に入れ、プロセス制御出力値をロックするという繰返し動作が発生し、制御計測値が振動的になり、最終的にはプロセス制御出力値も振動的になる現象を発生させ易くなるという欠点があった。
本発明の制御装置は、これらの欠点を除くためになされたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プロセス制御出力量変動を少なくする方法として、前記のようにＰＩＤパラメータを緩く調節する方法と、不感帯によりＰＩＤ演算をロックさせる方法が取られるが、その際、制御計測値の制御性を満足することができない、または、プロセス制御出力値が振動的になるなどの欠点があった。
【０００６】
本発明の目的は、プロセス制御出力の変化量を少なくし、かつ、制御計測値の制御精度を高めることの出来るプロセス液面制御装置を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は例えば、制御目標値と制御計測値の偏差を必ずしも小さくさせる必要がなく、プロセスとプロセスの間の緩衝器として使用を目的とした液面制御装置において、制御目標値と制御計測値の偏差よりプロセス制御出力を演算する比例積分微分演算（ＰＩＤ演算）を用いたフィードバック制御において、直近の制御計測値の挙動から将来の挙動を予測し、制御目標値を制御計測値の挙動予測方向へ故意に変更させることで偏差を小さくさせ、プロセス制御出力の変化量を少なくする事を特徴としたプロセス液面制御装置により達成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の制御装置を使用することにより、前記した欠点を解消し、プロセス制御出力変動の少なくし、かつ制御計測値の制御性を確保する両者を満足することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
プロセス液面を制御する手段としてＰＩＤ演算を使用する。ここで、任意の液面設定値内に制御計測値が存在する場合、直近の制御計測値の挙動から将来の挙動を予測し、通常は一定値として設定する制御目標値を制御計測値の挙動予測方向へ故意に変更させることで偏差を小さくさせ、プロセス制御出力の変化量を少なくさせる。なお、制御目標値は任意に設定される液面設定値以内でのみ変更するものである。
【００１０】
制御目標値変更演算方法の詳細を図１に示すフローチャートおよび図２に示す概念図を用いて以下で説明する。
【００１１】
ステップS1にて任意に設定された制御周期が成立しているかを判断する。ここで、制御周期が成立した場合はステップS2へ進み、制御周期が成立しない場合はステップS14へ進み1回の処理が終了する。
【００１２】
ステップS2にて前回の制御周期にて使用した制御計測値をＰＶｎ−１、現時点の制御目標値をＳＶｎ−１として内部メモリに保存する。次にステップS3にて現時点の制御計測値をＰＶｎとしてメモリに保存する
ステップS4にてＰＩＤ演算が自動制御モード（以下AUTOモードと称す）であるかを判断する。これは、本発明が制御目標値を制御計測値の挙動方向へ故意に変更させることで偏差を小さくさせ、プロセス制御出力の変化量を少なくする制御ロジック（以下制御アルゴリズムと称す）であるため、ＡＵＴＯモードでなければ正常に動作しないためである。ここで、ＡＵＴＯモードの場合ステップS5へ進み液面変化量計算を行い、ＡＵＴＯモードでない場合はステップS14へ進み1回の処理が終了する。
【００１３】
次に、ステップS6にてステップS5で計算した液面変化量およびステップS2で保存した前回値の制御計測値（PVn-1）および制御目標値（SVn-1）を用いて比較を行い、制御目標値計算を行うか判定している。図２のケース１に示すように液面変化量が（＋）の場合で、かつ前回制御計測値（PVn-1）が前回制御目標値（SVn-1）よりも小さい場合、もしくは、液面変化量が（−）の場合で、かつ前回制御計測値（PVn-1）が前回制御目標値（SVn-1）よりも大きい場合、ステップS14へ進み１回の処理が終了し、制御目標値計算を行わない。
【００１４】
この判定処理を入れることで、ステップS8にて制御目標値計算を行う条件は図２のケース２に示す条件のみとなり、常に制御目標値（SVn）は制御計測値（PVn）を後追いする形となる。これにより、ＰＩＤ演算は現状の液面変化方向を逆方向へ向けるプロセス制御出力が算出されるため、前記した不感帯を使用する制御方式でプロセス制御計測値および出力値の振動現象が発生し易い欠点を解消することが可能となっている。
【００１５】
次に、ステップS7にて本制御アルゴリズムで任意に設定可能な設定パラメータである液面変化補正係数（Coef）、制御目標上下限値（SVHI、SVLO）の３種類を読み込み、ステップS8にて制御目標値計算を行う。制御目標計算は前回の制御目標値に液面変化量と液面変化補正係数（Coef）を掛けた値を加算して算出される。なお、液面変化補正係数（Coef）が本制御アルゴリズムのチューニングパラメータであり、液面変化補正係数が１の場合、制御目標値は制御計測値の変化量と同じ変化量分変化するため、制御目標値と制御計測値の偏差が変化せず、また、図２のケース２に示す条件から偏差が非常に小さい為、プロセス制御出力の変化量が小さくなる。また、液面変化補正係数が０の場合、制御目標値は制御計測値の変化に関わらず一定値をキープするため、従来の液面制御のＰＩＤ演算と同じになる。したがって、液面変化補正係数の設定範囲は０〜１であり、本制御アルゴリズムを効果的に適用する為には０．７５〜０．９を設定推奨値としている。
【００１６】
ステップS9からステップS12は計算された制御目標値が制御目標上下限値を超えた場合に制御目標上下限値に置換する処理である。
【００１７】
ステップS13にて本制御アルゴリズムで算出された制御目標値がＰＩＤ演算の制御目標値へ書込まれ、１回の処理が終了する。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、制御目標値と制御計測値の偏差を必ずしも小さくさせる必要がなく、プロセスとプロセスの間の緩衝器として使用を目的とした液面制御装置、及び周期的な正弦波形状の外乱変動により、制御計測値が変化し、これにより本来急激なプロセス制御出力変動を避けたいはずのプロセス制御出力が変動するような液面制御装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の制御アルゴリズムのフローチャートである。
【図２】制御目標値計算を行う条件を示す図である。
【図１】
2005078583.tif 000002
【図２】
2005078583.tif 000003