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JPH06266411A - IMC controller - Google Patents

IMC controller

Info

Publication number
JPH06266411A
JPH06266411A JP7864493A JP7864493A JPH06266411A JP H06266411 A JPH06266411 A JP H06266411A JP 7864493 A JP7864493 A JP 7864493A JP 7864493 A JP7864493 A JP 7864493A JP H06266411 A JPH06266411 A JP H06266411A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
internal model
output
time constant
target value
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7864493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahito Tanaka
雅人 田中
Hiroyuki Mitsubuchi
裕之 三渕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Azbil Corp filed Critical Azbil Corp
Priority to JP7864493A priority Critical patent/JPH06266411A/en
Publication of JPH06266411A publication Critical patent/JPH06266411A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To dispense with adjustment of a filter part being different with a control object process. CONSTITUTION:In an internal model storage part 6a, a parameter of an internal model formed by expressing a control object process by a mathematical expression is stored. Based on a dead time of the internal model outputted from the internal model storage part 6a by a time constant change processing part 9, a first time constant and a second time constant are operated. By a first time constant, a characteristic of a target value filter part 2 is determined, and by a second time constant, a target value of the inside of a manipulated variable arithmetic part 4, and a characteristic of a disturbance filter part are determined, therefore, adjustment of the filter part becomes unnecessary.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は汎用コントローラに関
し、特にIMC(Internal Model Control)構造の制御
アルゴリズムを用いたコントローラに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a general-purpose controller, and more particularly to a controller using a control algorithm having an IMC (Internal Model Control) structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より汎用コントローラとしてPID
制御を用いたものが一般に使用されている。PIDコン
トローラは、比例動作P、積分動作I、微分動作Dを加
え合わせた動作を行う操作部によって、目標値(例えば
このコントローラが室内空調機であれば室内温度設定値
に相当する)とフィードバック量との差からこのコント
ローラの出力である操作量(室内空調機から出る温風又
は冷風の温度)を演算し、この操作量を制御対象プロセ
ス(室内環境)へ出力してその制御結果である制御量
(室内温度)をフィードバック量として戻すフィードバ
ック制御系である。しかし、PIDコントローラには、
操作量が出力されてから制御対象プロセスにおける制御
量に変化が現れるまでの時間(例えば室内空調機ならば
温風が出てから室内温度が上昇するまでの時間)である
むだ時間が大きい場合、本来の動作よりも過大な操作量
を出力し、制御量がオーバーシュートしたり振動したり
するので、むだ時間への対応が困難であるという問題点
があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a PID has been used as a general-purpose controller.
The one using control is generally used. The PID controller uses an operation unit that performs a combined operation of the proportional action P, the integral action I, and the derivative action D to obtain a target value (e.g., if the controller is an indoor air conditioner, the indoor temperature set value) and the feedback amount. The operation amount (the temperature of hot air or cold air from the indoor air conditioner) that is the output of this controller is calculated from the difference between the output and this operation amount, and this operation amount is output to the control target process (indoor environment), which is the control result. This is a feedback control system that returns the amount (indoor temperature) as a feedback amount. However, the PID controller
If the dead time that is the time from the output of the manipulated variable until the change in the controlled variable in the controlled process appears (for example, the time from the hot air being blown until the indoor temperature rises in an indoor air conditioner) is large, There is a problem that it is difficult to deal with the dead time because an operation amount that is larger than the original operation is output and the control amount overshoots or vibrates.

【0003】そこで、制御対象プロセスを数式表現した
内部モデルを組み込んで制御を行うIMC構造の制御ア
ルゴリズムを用いたコントローラが提案されている。図
4はこのIMCコントローラを用いた制御系のブロック
線図である。13は目標値から後述するフィードバック
量を減算する第1の減算処理部、12は第1の減算処理
部13の出力の変化が急激に伝わらないようにするため
のフィルタ部、14はフィルタ部12の出力に基づいて
操作量を演算する操作部、16は制御対象プロセスを数
式で近似したものであって制御対象プロセスの制御量に
相当する参照制御量を出力する内部モデル、18は制御
量から内部モデル16からの参照制御量を減算してフィ
ードバック量を出力する第2の減算処理部、20は制御
対象プロセスである。また、F、Gc、Gm、Gpはそ
れぞれフィルタ部12、操作部14、内部モデル16、
制御対象プロセス20の伝達関数、rは目標値、uは操
作量、dは例えば室内環境に対する室外環境等に相当す
る外乱、yは制御量、ymは参照制御量、eはフィード
バック量である。
Therefore, there has been proposed a controller using an IMC structure control algorithm for performing control by incorporating an internal model in which a process to be controlled is expressed by a mathematical expression. FIG. 4 is a block diagram of a control system using this IMC controller. Reference numeral 13 denotes a first subtraction processing unit that subtracts a feedback amount, which will be described later, from a target value, 12 denotes a filter unit for preventing a change in the output of the first subtraction processing unit 13 from being rapidly transmitted, and 14 denotes a filter unit 12 An operation unit that calculates an operation amount based on the output of 16 is an internal model that outputs a reference control amount corresponding to the control amount of the control target process by approximating the control target process by a mathematical expression. A second subtraction processing unit 20 that subtracts the reference control amount from the internal model 16 and outputs a feedback amount is a control target process. Further, F, Gc, Gm, and Gp are the filter unit 12, the operation unit 14, the internal model 16, and
The transfer function of the process 20 to be controlled, r is a target value, u is an operation amount, d is a disturbance corresponding to an outdoor environment with respect to an indoor environment, y is a control amount, ym is a reference control amount, and e is a feedback amount.

【0004】次に、このようなIMCコントローラの動
作を説明する。まず、第1の減算処理部13にて目標値
rからフィードバック量eが減算され、この結果が目標
値rの急激な変化が伝わらないようにするためのフィル
タ部12に出力される。次いで、操作部14にてフィル
タ部12の出力から操作量uが演算され、制御対象プロ
セス20及びコントローラの内部モデル16へ出力され
る。そして、第2の減算処理部18にて制御対象プロセ
ス20の制御量yから制御対象プロセス20の近似的な
動作をする内部モデル16からの参照制御量ymが減算
され、この結果がフィードバック量eとして第1の減算
処理部13へフィードバックされるフィードバック制御
系が構成されている。
Next, the operation of such an IMC controller will be described. First, the first subtraction processing unit 13 subtracts the feedback amount e from the target value r, and the result is output to the filter unit 12 for preventing a rapid change in the target value r from being transmitted. Next, the operation amount u is calculated by the operation unit 14 from the output of the filter unit 12, and is output to the control target process 20 and the internal model 16 of the controller. Then, the second subtraction processing unit 18 subtracts the reference control amount ym from the internal model 16 that approximates the control target process 20 from the control amount y of the control target process 20, and the result is the feedback amount e. A feedback control system that is fed back to the first subtraction processing unit 13 is configured as.

【0005】このようなIMCコントローラの内部モデ
ル16は、制御対象プロセス20と全く同一になるよう
に数式表現されるのが理想的であり、また操作部14
は、内部モデル16の伝達関数の逆特性(1/Gm)に
なるのが理想的であるが、内部モデル16にあるむだ時
間の要素については逆数化は不可能なので、通常はむだ
時間の要素は無視する。
Ideally, the internal model 16 of such an IMC controller is expressed by a mathematical expression so as to be exactly the same as the controlled process 20, and the operating unit 14 is also used.
Is ideally the inverse characteristic (1 / Gm) of the transfer function of the internal model 16, but since the elements of the dead time in the internal model 16 cannot be reciprocated, the elements of the dead time are normally used. Ignore.

【0006】よって、制御量yは、このような構成によ
り目標値r、外乱dから次式にて求めることができる。 y=F×Gp×Gc×r/{1+F×Gc×(Gp−Gm)} +(1−F×Gm×Gc)×d/{1+F×Gc×(Gp−Gm)} ・・・(1) ここで、内部モデル16の伝達関数Gmが制御対象プロ
セス20の伝達関数Gpに等しく、操作部14の伝達関
数Gcが内部モデル16の伝達関数の逆数(1/Gm=
1/Gp)に等しい理想的な状態を仮定すると、式
(1)は次式のようになる。 y=F×r+(1−F)×d ・・・(2)
Therefore, the control amount y can be obtained by the following equation from the target value r and the disturbance d with such a configuration. y = F * Gp * Gc * r / {1 + F * Gc * (Gp-Gm)} + (1-F * Gm * Gc) * d / {1 + F * Gc * (Gp-Gm)} ... (1 Here, the transfer function Gm of the internal model 16 is equal to the transfer function Gp of the controlled process 20, and the transfer function Gc of the operating unit 14 is the reciprocal of the transfer function of the internal model 16 (1 / Gm =
Assuming an ideal state equal to 1 / Gp), equation (1) becomes y = F × r + (1-F) × d (2)

【0007】更に、目標値rに急激な変化がない理想的
な条件であればフィルタ部12は不要となり、F=1に
できるので、制御量yは目標値rと等しくなり(y=
r)、外乱dの影響が全くない制御を実現できることに
なる。また、図4の制御系で外乱dに着目すると、制御
対象プロセス20と内部モデル16に大きなむだ時間が
あったとしても、両者は操作量uに対して同じ特性を示
すので、第2の減算処理部18の出力であるフィードバ
ック量eは外乱dのみとなり、外乱dを抑制できること
が分かる。
Further, under ideal conditions where the target value r does not change suddenly, the filter unit 12 is unnecessary and F = 1 can be set, so that the control amount y becomes equal to the target value r (y =
r), it is possible to realize the control without any influence of the disturbance d. Further, focusing on the disturbance d in the control system of FIG. 4, even if there is a large dead time in the controlled object process 20 and the internal model 16, both exhibit the same characteristics with respect to the manipulated variable u, so the second subtraction It can be seen that the feedback amount e, which is the output of the processing unit 18, is only the disturbance d, and the disturbance d can be suppressed.

【0008】このようなIMCコントローラは、通常、
制御対象プロセス20と内部モデル16の誤差が大きく
なったときの外乱dに対する安定性を示すロバスト安定
性、及び同様に誤差が大きくなったときの性能を示すロ
バスト性能についての設計条件に基づいて設計される。
また、フィルタ部12は、このようなモデル同定技術に
よって内部モデル16が決定された後に、内部モデル1
6の制御対象プロセス20とのモデル同定精度に基づい
て制御の知識を有する専門家によって調整される必要が
ある。
[0008] Such an IMC controller is usually
Design based on the robust stability indicating the stability against the disturbance d when the error between the controlled process 20 and the internal model 16 becomes large, and the robust performance indicating the performance when the error becomes large similarly. To be done.
In addition, the filter unit 12 determines the internal model 1 after the internal model 16 is determined by such a model identification technique.
6 needs to be adjusted by an expert having knowledge of control based on the model identification accuracy with the controlled process 20.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来のIMCコントロ
ーラは以上のように構成されているので、制御の安定化
を行うためのフィルタ部の特性を制御対象プロセスに応
じて制御の知識を有する専門家が調整する必要があり、
汎用的に利用するコントローラとして不適当であるとい
う問題点があった。本発明は、上記課題を解決するため
に、制御対象プロセスのモデル同定が行われたときにフ
ィルタ部の特性を調整する必要のない汎用性の高いIM
Cコントローラを提供することを目的とする。
Since the conventional IMC controller is configured as described above, an expert having knowledge of control of the characteristics of the filter portion for stabilizing the control according to the control target process. Needs to be adjusted,
There is a problem that it is unsuitable as a controller used for general purpose. In order to solve the above problems, the present invention is a highly versatile IM that does not require adjustment of the characteristics of the filter unit when model identification of a process to be controlled is performed.
The purpose is to provide a C controller.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、入力された目
標値を第1の時定数によって決定される特性で出力する
目標値フィルタ部と、目標値フィルタ部の出力からフィ
ードバック量を減算する第1の減算処理部と、第1の減
算処理部の出力を第2の時定数によって決定される特性
で出力する目標値・外乱フィルタ部と、内部モデルのパ
ラメータに基づいて目標値・外乱フィルタ部の出力から
操作量を演算する操作部とからなる操作量演算部と、内
部モデルのパラメータを記憶する内部モデル記憶部と、
内部モデルのパラメータに基づいて操作量演算部から出
力された操作量から参照制御量を演算する内部モデル出
力演算部と、制御対象プロセスの制御量から内部モデル
出力演算部から出力された参照制御量を減算してフィー
ドバック量を出力する第2の減算処理部と、内部モデル
記憶部から出力された内部モデルのむだ時間に基づいて
第1の時定数及び第2の時定数を演算して出力する時定
数変更処理部とを有するものである。
According to the present invention, a target value filter section for outputting an input target value with a characteristic determined by a first time constant, and a feedback amount is subtracted from the output of the target value filter section. A first subtraction processing unit, a target value / disturbance filter unit that outputs the output of the first subtraction processing unit with a characteristic determined by a second time constant, and a target value / disturbance filter based on the parameters of the internal model. An operation amount calculation unit including an operation unit that calculates an operation amount from the output of the unit, an internal model storage unit that stores parameters of the internal model,
An internal model output calculation unit that calculates a reference control amount from the operation amount output from the operation amount calculation unit based on the parameters of the internal model, and a reference control amount output from the internal model output calculation unit from the control amount of the controlled process And a second subtraction processing unit that subtracts and outputs a feedback amount, and calculates and outputs a first time constant and a second time constant based on the dead time of the internal model output from the internal model storage unit. And a time constant change processing unit.

【0011】[0011]

【作用】本発明によれば、時定数変更処理部によって内
部モデル記憶部から出力された内部モデルのむだ時間に
基づいて第1の時定数及び第2の時定数が演算される。
そして、目標値が第1の時定数によって特性が決まる目
標値フィルタ部に入力され、第1の減算処理部にて目標
値フィルタ部の出力からフィードバック量が減算され
る。次いで、この結果が第2の時定数によって特性が決
まる操作量演算部内の目標値・外乱フィルタ部に出力さ
れ、操作部にてこの結果から操作量が演算され、制御対
象プロセス及び内部モデル出力演算部へ出力される。そ
して、第2の減算処理部にて制御対象プロセスの制御量
から内部モデル出力演算部からの参照制御量が減算さ
れ、この結果がフィードバック量として第1の減算処理
部へフィードバックされるフィードバック制御系とな
る。
According to the present invention, the time constant change processing unit calculates the first time constant and the second time constant based on the dead time of the internal model output from the internal model storage unit.
Then, the target value is input to the target value filter unit whose characteristics are determined by the first time constant, and the first subtraction processing unit subtracts the feedback amount from the output of the target value filter unit. Next, this result is output to the target value / disturbance filter unit in the manipulated variable calculation unit whose characteristics are determined by the second time constant, and the manipulated variable is calculated from this result in the manipulated unit, and the controlled object process and internal model output calculation Output to the department. Then, the second subtraction processing unit subtracts the reference control amount from the internal model output calculation unit from the control amount of the control target process, and the result is fed back to the first subtraction processing unit as a feedback amount. Becomes

【0012】[0012]

【実施例】図1は本発明の1実施例を示すIMCコント
ローラのブロック図、図2はこのIMCコントローラを
用いた制御系のブロック線図である。図1において、1
は図示しないオペレータによって設定された目標値rを
このコントローラに入力する目標値入力部、2は目標値
入力部1からの目標値rを後述する時定数変更処理部か
ら出力された第1の時定数によって決定される特性で出
力する目標値フィルタ部、3は目標値フィルタ部2の出
力からフィードバック量eを減算する第1の減算処理
部、4は後述する時定数変更処理部から出力された第2
の時定数と後述する内部モデル記憶部から出力されたパ
ラメータとに基づいて第1の減算処理部3の出力から操
作量uを演算する操作量演算部、5は操作量演算部4か
ら出力された操作量uを図1では図示しない制御対象プ
ロセスへ出力する信号出力部である。
1 is a block diagram of an IMC controller showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of a control system using this IMC controller. In FIG. 1, 1
Is a target value input section for inputting a target value r set by an operator (not shown) to this controller, 2 is a first time when the target value r from the target value input section 1 is output from a time constant changing processing section described later. The target value filter unit 3 that outputs with a characteristic determined by a constant is a first subtraction processing unit that subtracts the feedback amount e from the output of the target value filter unit 2, and 4 is the output from a time constant change processing unit that will be described later. Second
Is calculated from the output of the first subtraction processing unit 3 on the basis of the time constant and the parameter output from the internal model storage unit, which will be described later, and the operation amount calculation units 5 and 5 output from the operation amount calculation unit 4. It is a signal output unit that outputs the manipulated variable u to a control target process (not shown in FIG. 1).

【0013】また、6aはこのIMCコントローラの内
部モデルのパラメータを記憶する内部モデル記憶部、6
bは内部モデル記憶部6aから出力されたパラメータに
基づいて内部モデルとしての演算を行い参照制御量ym
を出力する内部モデル出力演算部、7は制御対象プロセ
スからの制御量yをこのIMCコントローラに入力する
制御量入力部、8は制御量入力部7から出力された制御
量yから内部モデル出力演算部6bから出力された参照
制御量ymを減算してフィードバック量eを出力する第
2の減算処理部、9は内部モデル記憶部6aから出力さ
れた内部モデルのむだ時間に基づいて第1の時定数及び
第2の時定数を決定する時定数変更処理部である。
Further, 6a is an internal model storage unit for storing the parameters of the internal model of this IMC controller, 6a
b is a reference control amount ym that is calculated as an internal model based on the parameters output from the internal model storage unit 6a.
, An internal model output operation unit for outputting the control amount y from the controlled object process to the IMC controller, and an internal model output operation for the control amount y output from the control amount input unit 7. A second subtraction processing unit that subtracts the reference control amount ym output from the unit 6b and outputs a feedback amount e, and 9 is based on the dead time of the internal model output from the internal model storage unit 6a. It is a time constant change processing unit that determines a constant and a second time constant.

【0014】図2において、4aは操作量演算部4の内
部にあって、第1の減算処理部3の出力を時定数変更処
理部9から出力された第2の時定数によって決定される
特性で出力する目標値・外乱フィルタ部、4bは同じく
その内部にあって目標値・外乱フィルタ部4aの出力か
ら操作量uを演算する操作部、6は内部モデル記憶部6
a及び内部モデル出力演算部6bからなる内部モデル、
F1は目標値フィルタ部2の伝達関数、F2は目標値・
外乱フィルタ部4aの伝達関数である。なお、図2は図
1のIMCコントローラを制御対象プロセス20と外乱
dを含め、時定数変更処理部9を除いて制御系として書
き直したものである。
In FIG. 2, reference numeral 4a is inside the manipulated variable calculating unit 4, and the characteristic of the output of the first subtraction processing unit 3 is determined by the second time constant output from the time constant changing processing unit 9. Output from the target value / disturbance filter unit 4b is also inside thereof, and is an operation unit for calculating the manipulated variable u from the output of the target value / disturbance filter unit 4a. 6 is an internal model storage unit 6
a and an internal model composed of the internal model output operation unit 6b,
F1 is the transfer function of the target value filter unit 2, and F2 is the target value
It is a transfer function of the disturbance filter unit 4a. Note that FIG. 2 is a rewrite of the IMC controller of FIG. 1 as a control system including the process 20 to be controlled and the disturbance d and excluding the time constant change processing unit 9.

【0015】次に、このようなIMCコントローラの動
作として、まず目標値フィルタ部2及び目標値・外乱フ
ィルタ部4aの時定数を決定する時定数変更処理部9の
動作を説明する。目標値フィルタ部2の特性を決定する
第1の時定数をT1、目標値・外乱フィルタ部4aの特
性を決定する第2の時定数をT2とすると、時定数変更
処理部9は、内部モデル6のパラメータを記憶している
内部モデル記憶部6aから出力された内部モデル6のむ
だ時間から第1の時定数T1及び第2の時定数T2を次
式にて演算する。 T1=A×Lm ・・・(3) T2=B×Lm ・・・(4) ここで、Lmは内部モデル6のむだ時間、A、Bはある
定数である。これで、目標値フィルタ部2及び目標値・
外乱フィルタ部4aの特性、すなわち伝達関数F1及び
F2が決定される。
Next, as the operation of such an IMC controller, the operation of the time constant change processing unit 9 for determining the time constants of the target value filter unit 2 and the target value / disturbance filter unit 4a will be described. When the first time constant that determines the characteristic of the target value filter unit 2 is T1 and the second time constant that determines the characteristic of the target value / disturbance filter unit 4a is T2, the time constant change processing unit 9 uses the internal model The first time constant T1 and the second time constant T2 are calculated by the following equations from the dead time of the internal model 6 output from the internal model storage unit 6a storing the parameters of No. T1 = A × Lm (3) T2 = B × Lm (4) Here, Lm is a dead time of the internal model 6, and A and B are certain constants. With this, the target value filter unit 2 and the target value
The characteristics of the disturbance filter unit 4a, that is, the transfer functions F1 and F2 are determined.

【0016】次に、目標値rはこのIMCコントローラ
のオペレータ等によって設定され、目標値入力部1を介
して目標値フィルタ部2に入力される。目標値フィルタ
部2は、目標値rを時定数変更処理部9から出力された
第1の時定数T1によって次式のように決定される伝達
関数F1の特性で出力する。 F1=1/(1+T1×s) ・・・(5) 次に、第1の減算処理部3は、この目標値フィルタ部2
の出力から第2の減算処理部8から出力されるフィード
バック量eを減算する。
Next, the target value r is set by the operator or the like of this IMC controller and input to the target value filter unit 2 via the target value input unit 1. The target value filter unit 2 outputs the target value r with the characteristics of the transfer function F1 determined by the first time constant T1 output from the time constant change processing unit 9 as the following equation. F1 = 1 / (1 + T1 × s) (5) Next, the first subtraction processing unit 3 uses the target value filter unit 2
The feedback amount e output from the second subtraction processing unit 8 is subtracted from the output of.

【0017】そして、操作量演算部4内の目標値・外乱
フィルタ部4aは、第1の減算処理部3の出力を時定数
変更処理部9から出力された第2の時定数T2によって
次式のように決定される伝達関数F2の特性で出力す
る。 F2=1/(1+T2×s) ・・・(6) また、同じくその内部の操作部4bは、目標値・外乱フ
ィルタ部4aの出力から操作量uを演算するが、その伝
達関数Gcは内部モデル記憶部6aから出力された内部
モデル6のゲイン及び時定数により次式となり、図4の
例と同様にむだ時間Lmの要素を除いた内部モデル6の
伝達関数Gmの逆数となっている。 Gc=(1+Tm×s)/Km ・・・(7) ここで、Km、Tmはそれぞれ内部モデル6のゲイン、
時定数である。
Then, the target value / disturbance filter unit 4a in the manipulated variable calculation unit 4 outputs the output of the first subtraction processing unit 3 by the second time constant T2 output from the time constant change processing unit 9 as follows: The characteristic of the transfer function F2 determined as follows is output. F2 = 1 / (1 + T2 × s) (6) Similarly, the operation unit 4b therein also calculates the operation amount u from the output of the target value / disturbance filter unit 4a, but its transfer function Gc is The gain and time constant of the internal model 6 output from the model storage unit 6a give the following expression, which is the reciprocal of the transfer function Gm of the internal model 6 excluding the elements of the dead time Lm as in the example of FIG. Gc = (1 + Tm × s) / Km (7) where Km and Tm are gains of the internal model 6, respectively.
It is a time constant.

【0018】よって、操作量演算部4全体としての伝達
関数は次式となる。 F2×Gc=(1+Tm×s)/{Km×(1+T2×s)}・・・(8) このようにして、第1の減算処理部3の出力から操作量
uが演算されて信号出力部5を介して制御対象プロセス
20へ出力され、また内部モデル出力演算部6bへ出力
される。
Therefore, the transfer function of the operation amount computing section 4 as a whole is given by the following equation. F2 × Gc = (1 + Tm × s) / {Km × (1 + T2 × s)} (8) In this way, the manipulated variable u is calculated from the output of the first subtraction processing unit 3 and the signal output unit It is output to the control target process 20 via 5 and is also output to the internal model output calculation unit 6b.

【0019】次に、内部モデル6は、内部モデル記憶部
6aに記憶されたゲインKm、むだ時間Lm、及び時定
数Tmからなるこれらのパラメータによって、制御対象
プロセス20を1次遅れとむだ時間の要素を有するもの
として数式表現したものであり、内部モデル出力演算部
6bにて操作量演算部4から出力された操作量uから参
照制御量ymを演算する。その伝達関数Gmは次式とな
る。 Gm=Km×exp(−Lm×s)/(1+Tm×s) ・・・(9)
Next, the internal model 6 uses the gain Km, the dead time Lm, and the time constant Tm stored in the internal model storage section 6a as the parameters, which are the first-order lag and the dead time of the controlled process 20. This is a mathematical expression expressed as having elements, and the reference control amount ym is calculated from the operation amount u output from the operation amount operation unit 4 in the internal model output operation unit 6b. The transfer function Gm is given by the following equation. Gm = Km × exp (−Lm × s) / (1 + Tm × s) (9)

【0020】次に、第2の減算処理部8は、制御量入力
部7を介して入力された制御対象プロセス20からの制
御量yから内部モデル出力演算部6bからの参照制御量
ymを減算してフィードバック量eを出力する。そし
て、このフィードバック量eが上記のように第1の減算
処理部3に入力される。これで、このIMCコントロー
ラからなるフィードバック制御系が成立する。
Next, the second subtraction processing unit 8 subtracts the reference control amount ym from the internal model output calculation unit 6b from the control amount y from the control target process 20 input via the control amount input unit 7. Then, the feedback amount e is output. Then, this feedback amount e is input to the first subtraction processing unit 3 as described above. This completes the feedback control system consisting of this IMC controller.

【0021】ここで、制御対象プロセス20に変更があ
った場合は、図4の例のIMCコントローラでは内部モ
デル16を変更した後にフィルタ部12の特性を調整す
る必要があったが、本実施例のIMCコントローラで
は、内部モデル6を変更するために内部モデル記憶部6
aに記憶されたパラメータを制御対象プロセス20に合
わせて変更するだけで対応できる。
If there is a change in the process 20 to be controlled, it is necessary to adjust the characteristics of the filter section 12 after changing the internal model 16 in the IMC controller of the example shown in FIG. In the IMC controller of the internal model storage unit 6 in order to change the internal model 6,
This can be dealt with only by changing the parameter stored in a in accordance with the control target process 20.

【0022】すなわち、内部モデル6のむだ時間Lmが
変更されることにより、時定数変更処理部9から新たな
第1の時定数T1及び第2の時定数T2が出力されて目
標値フィルタ部2、目標値・外乱フィルタ部4aの伝達
関数F1、F2が変更されるので、制御の知識を有する
専門家が調整し直す必要がなくなる。したがって、制御
対象プロセス20に変更があってもオペレータの調整操
作が少ない汎用的なIMCコントローラを実現できる。
That is, by changing the dead time Lm of the internal model 6, the time constant change processing unit 9 outputs new first time constant T1 and second time constant T2, and the target value filter unit 2 Since the transfer functions F1 and F2 of the target value / disturbance filter unit 4a are changed, an expert having knowledge of control does not need to readjust. Therefore, it is possible to realize a general-purpose IMC controller that requires less adjustment operation by the operator even if the control target process 20 is changed.

【0023】なお、本実施例のIMCコントローラによ
る制御系は、図4の例の制御系において、フィルタ部1
2を目標値・外乱フィルタ部4aにし、目標値rに対し
て目標値フィルタ部2を追加した制御系に相当するの
で、式(1)から制御量yは次式となる。 y=F1×F2×Gp×Gc×r/{1+F2×Gc×(Gp−Gm)} +(1−F2×Gm×Gc)×d/{1+F2×Gc×(Gp−Gm)} ・・・(10)
The control system by the IMC controller of this embodiment is the same as the control system of the example of FIG.
2 corresponds to the control system in which the target value / disturbance filter unit 4a is set and the target value filter unit 2 is added to the target value r. y = F1 * F2 * Gp * Gc * r / {1 + F2 * Gc * (Gp-Gm)} + (1-F2 * Gm * Gc) * d / {1 + F2 * Gc * (Gp-Gm)} ... (10)

【0024】すなわち、式(10)に示すように外乱d
にかかる右辺第2項[(1−F2×Gm×Gc)×d/
{1+F2×Gc×(Gp−Gm)}]には目標値・外
乱フィルタ部4aの伝達関数F2のみが関係しているの
で、設計の際は外乱dについては目標値・外乱フィルタ
部4aで調整する。また、右辺第1項[F1×F2×G
p×Gc×r/{1+F2×Gc×(Gp−Gm)}]
から、目標値rについては目標値・外乱フィルタ部4a
の調整後に目標値フィルタ部2を調整する。つまり、外
乱dに対しては伝達関数F2という1次遅れの特性とな
り、目標値rに対しては伝達関数F1×F2という2次
遅れの特性となる。
That is, as shown in the equation (10), the disturbance d
The second term on the right side [(1-F2 × Gm × Gc) × d /
Since only the transfer function F2 of the target value / disturbance filter unit 4a is related to {1 + F2 × Gc × (Gp−Gm)}], the target value / disturbance filter unit 4a adjusts the disturbance d during design. To do. Also, the first term on the right side [F1 × F2 × G
p * Gc * r / {1 + F2 * Gc * (Gp-Gm)}]
Therefore, regarding the target value r, the target value / disturbance filter unit 4a
The target value filter unit 2 is adjusted after the adjustment of. That is, the transfer function F2 has a first-order delay characteristic with respect to the disturbance d, and the transfer function F1 × F2 has a second-order delay characteristic with respect to the target value r.

【0025】図3は本実施例のIMCコントローラをタ
ンク内の液面の高さの制御に使用したときの目標値追従
性を示す図である。縦軸は液面の高さ(制御量y)、横
軸は時間、yfは本実施例のIMCコントローラにおい
て第1の時定数T1及び第2の時定数T2を固定して制
御した場合の制御量である。図3(a)は、0秒にて目
標値r(一点鎖線)を液面の高さ4cmとして入力し、
その制御結果の液面の高さである制御量y(実線)を求
めたシミュレーション結果である。
FIG. 3 is a diagram showing the target value followability when the IMC controller of this embodiment is used for controlling the height of the liquid level in the tank. The vertical axis represents the liquid level height (control amount y), the horizontal axis represents time, and yf represents the control when the first time constant T1 and the second time constant T2 are fixed and controlled in the IMC controller of this embodiment. Is the amount. In FIG. 3A, the target value r (dashed line) is input as the liquid level height of 4 cm at 0 seconds,
It is the simulation result which calculated | required the control amount y (solid line) which is the height of the liquid level of the control result.

【0026】ここで、タンク内の液体という制御対象プ
ロセス20のゲインを4.0、むだ時間を55秒、時定
数を10秒とし、本実施例の内部モデル6のゲインK
m、時定数Tmを制御対象プロセス20と同じとし、む
だ時間Lmについてはモデル同定誤差が10%あったと
して50秒とする。また、第1の時定数T1、第2の時
定数T2を決定する時定数変更処理部9の定数A、Bを
0.3とする。よって、式(3)、(4)より第1の時
定数T1、第2の時定数T2は15秒であり、また第1
の時定数T1及び第2の時定数T2を固定した場合も1
5秒とする。図3(a)では、第1の時定数T1及び第
2の時定数T2が両方共同じなので、本実施例のIMC
コントローラによる制御量yとこれらを固定したコント
ローラによる制御量yfとは当然同じ結果である。
Here, the gain of the control target process 20 which is the liquid in the tank is 4.0, the dead time is 55 seconds and the time constant is 10 seconds, and the gain K of the internal model 6 of this embodiment is set.
It is assumed that m and the time constant Tm are the same as those of the control target process 20, and the dead time Lm is 50 seconds assuming that the model identification error is 10%. Further, the constants A and B of the time constant change processing unit 9 for determining the first time constant T1 and the second time constant T2 are set to 0.3. Therefore, according to the equations (3) and (4), the first time constant T1 and the second time constant T2 are 15 seconds, and
1 when the time constant T1 and the second time constant T2 are fixed
5 seconds. In FIG. 3A, since the first time constant T1 and the second time constant T2 are both the same, the IMC of this embodiment is the same.
The control amount y by the controller and the control amount yf by the controller fixing them have naturally the same result.

【0027】これに対して、図3(b)は図3(a)と
同様の条件で、制御対象プロセス20のむだ時間を11
0秒とし、内部モデル6のむだ時間Lmを100秒とし
たときの結果であり、よって本実施例のIMCコントロ
ーラの第1の時定数T1及び第2の時定数T2は30秒
となる。図3(b)では、第1の時定数T1及び第2の
時定数T2を固定した場合(15秒)に比べて、本実施
例のIMCコントローラは良好な制御結果で制御の安定
性を維持できることが分かる。
On the other hand, in FIG. 3B, the dead time of the controlled process 20 is set to 11 under the same conditions as in FIG. 3A.
This is the result when 0 seconds is set and the dead time Lm of the internal model 6 is set to 100 seconds. Therefore, the first time constant T1 and the second time constant T2 of the IMC controller of this embodiment are 30 seconds. In FIG. 3B, the IMC controller of the present embodiment maintains a stable control with a good control result as compared with the case where the first time constant T1 and the second time constant T2 are fixed (15 seconds). I see what I can do.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明によれば、内部モデルのむだ時間
に連動して目標値フィルタ部及び目標値・外乱フィルタ
部の特性を変更することにより、制御対象プロセスのモ
デル同定が行われたときにフィルタ部の特性を調整する
必要のない汎用性の高いIMCコントローラを実現で
き、制御の知識を有しないオペレータであってもIMC
コントローラの利点を生かした制御を行うことができ
る。
According to the present invention, when the characteristics of the target value filter unit and the target value / disturbance filter unit are changed in association with the dead time of the internal model, the model identification of the process to be controlled is performed. It is possible to realize a highly versatile IMC controller that does not need to adjust the characteristics of the filter section, so that even an operator who does not have knowledge of control can use the IMC controller.
It is possible to perform control that takes advantage of the controller.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の1実施例を示すIMCコントローラの
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of an IMC controller showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1のIMCコントローラを用いた制御系のブ
ロック線図である。
FIG. 2 is a block diagram of a control system using the IMC controller of FIG.

【図3】図1のIMCコントローラの目標値追従性を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing target value followability of the IMC controller of FIG. 1.

【図4】従来のIMCコントローラを用いた制御系のブ
ロック線図である。
FIG. 4 is a block diagram of a control system using a conventional IMC controller.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 目標値フィルタ部 3 第1の減算処理部 4 操作量演算部 4a 目標値・外乱フィルタ部 4b 操作部 6a 内部モデル記憶部 6b 内部モデル出力演算部 8 第2の減算処理部 9 時定数変更処理部 T1 第1の時定数 T2 第2の時定数 e フィードバック量 r 目標値 u 操作量 y 制御量 ym 参照制御量 2 target value filter unit 3 first subtraction processing unit 4 manipulated variable calculation unit 4a target value / disturbance filter unit 4b operation unit 6a internal model storage unit 6b internal model output calculation unit 8 second subtraction processing unit 9 time constant change processing Part T1 First time constant T2 Second time constant e Feedback amount r Target value u Manipulation amount y Control amount ym Reference control amount

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 制御の目標値から制御対象プロセスに出
力する操作量を演算し、制御対象プロセスを数式表現し
た内部モデルにて制御結果である制御対象プロセスの制
御量に相当する参照制御量を演算し、制御量と参照制御
量との差をフィードバックすることにより制御を行うI
MCコントローラにおいて、 入力された目標値を第1の時定数によって決定される特
性で出力する目標値フィルタ部と、 前記目標値フィルタ部の出力からフィードバック量を減
算する第1の減算処理部と、 前記第1の減算処理部の出力を第2の時定数によって決
定される特性で出力する目標値・外乱フィルタ部と、内
部モデルのパラメータに基づいて前記目標値・外乱フィ
ルタ部の出力から操作量を演算する操作部とからなる操
作量演算部と、 前記内部モデルのパラメータを記憶する内部モデル記憶
部と、 前記内部モデルのパラメータに基づいて前記操作量演算
部から出力された操作量から参照制御量を演算する内部
モデル出力演算部と、 制御対象プロセスの制御量から前記内部モデル出力演算
部から出力された参照制御量を減算して前記フィードバ
ック量を出力する第2の減算処理部と、 前記内部モデル記憶部から出力された内部モデルのむだ
時間に基づいて前記第1の時定数及び第2の時定数を演
算して出力する時定数変更処理部とを有することを特徴
とするIMCコントローラ。
1. A reference control amount corresponding to a control amount of a control target process, which is a control result, is calculated by calculating an operation amount to be output to a control target process from a control target value, and using an internal model expressing the control target process by a mathematical expression. Control is performed by calculating and feeding back the difference between the control amount and the reference control amount I
In the MC controller, a target value filter unit that outputs the input target value with a characteristic determined by a first time constant, a first subtraction processing unit that subtracts a feedback amount from the output of the target value filter unit, A target value / disturbance filter unit that outputs the output of the first subtraction processing unit with a characteristic determined by a second time constant, and an operation amount from the output of the target value / disturbance filter unit based on the parameters of the internal model. An operation amount calculation unit including an operation unit that calculates a value, an internal model storage unit that stores parameters of the internal model, and a reference control based on an operation amount output from the operation amount calculation unit based on the parameters of the internal model. The internal model output calculation unit that calculates the quantity and the reference control amount output from the internal model output calculation unit from the control quantity of the controlled object process A second subtraction processing unit that outputs a feedback amount; and a time constant that calculates and outputs the first time constant and the second time constant based on the dead time of the internal model output from the internal model storage unit. An IMC controller having a change processing unit.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7024254B2 (en) * 2002-02-14 2006-04-04 Johnson Controls Technology Company Method for controlling a discrete system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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