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JPH0642162B2 - How to automatically correct a feedforward model - Google Patents

How to automatically correct a feedforward model

Info

Publication number
JPH0642162B2
JPH0642162B2 JP14715682A JP14715682A JPH0642162B2 JP H0642162 B2 JPH0642162 B2 JP H0642162B2 JP 14715682 A JP14715682 A JP 14715682A JP 14715682 A JP14715682 A JP 14715682A JP H0642162 B2 JPH0642162 B2 JP H0642162B2
Authority
JP
Japan
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signal
control
static characteristic
characteristic compensation
disturbance
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP14715682A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5936804A (en
Inventor
和男 広井
光二郎 伊藤
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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 Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP14715682A priority Critical patent/JPH0642162B2/en
Publication of JPS5936804A publication Critical patent/JPS5936804A/en
Publication of JPH0642162B2 publication Critical patent/JPH0642162B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators

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  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はフィードバック制御とフィードフォワード制御
とを組合わせたプロセス制御装置において、外乱特性の
変化に対応してフィードフォワードモデルを自動修正す
る方法に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for automatically correcting a feedforward model in response to a change in a disturbance characteristic in a process control device that combines feedback control and feedforward control. It is a thing.

(発明の技術的背景) プロセス制御においては、フィードバック制御が重要な
役割を果たしているが、この制御方式は結果のみに注目
しており、結果が目標値に合致していないとき修正制御
を行う。従って、ゆっくりした変動の場合には問題はな
いが、急激な外乱に対しても結果が目標値からずれはじ
めて修正制御をすることになるので、負荷変動、外乱な
ど急変に対する過度応答は遅れてしまうという大きな欠
点を持っている。そこで、外乱を測定して、外乱の影響
が制御量に現われる前に先回りして外乱の影響を補償す
るフィードフォワード制御をフィードバック制御と組合
わせて適用することにより、制御性の向上を図ってい
る。ここで外乱とは、制御系の状態を変えようとする外
的作用のことをいう。いい換えれば、制御系が平衡状
態、つまり、制御偏差en (第3図参照)が零の安定状
態にあるとき、この状態を変えて、制御偏差en を発生
させようとする外的要因のすべてを外乱という。外乱に
は、非常に影響の大きいものから、小さいものまであ
る。例えば、家庭用のガス湯沸器で水を所定温度に加熱
制御する場合を想定する。この場合において、外乱を影
響の大きいものから列挙すると、湯量、水道水温度、ガ
ス湯沸器の環境温度、ガス単位発熱量、湯沸器効率の変
化及び各種の測定偏差となる。
(Technical background of the invention) In process control, feedback control plays an important role, but this control method focuses only on the result, and performs correction control when the result does not match the target value. Therefore, there is no problem in the case of slow fluctuations, but even for sudden disturbances, the result will start to deviate from the target value and correction control will be performed, so the transient response to sudden changes such as load fluctuations and disturbances will be delayed. It has a big drawback. Therefore, the controllability is improved by measuring the disturbance and applying feed-forward control that compensates for the influence of the disturbance in advance before the influence of the disturbance appears in the control amount in combination with the feedback control. . Here, the disturbance refers to an external action that tries to change the state of the control system. In other words, when the control system is in the equilibrium state, that is, when the control deviation en (see FIG. 3) is in a stable state of zero, all of the external factors that change this state and generate the control deviation en Is called disturbance. Disturbances can range from very high to low. For example, it is assumed that a domestic gas water heater controls heating of water to a predetermined temperature. In this case, when the disturbances are listed in descending order of influence, the amount of hot water, the temperature of tap water, the environmental temperature of the gas water heater, the unit calorific value of the gas, the change in the water heater efficiency, and various measurement deviations.

第1図はフィードバック制御とフィードフォワード制御
とを組合わせた基本的な系を示すブロック図である。同
図において、比較部1で目標値と制御量を比較してその
偏差をPID調節部2に入れ、調節演算を行った後、加
算部3に導く。一方、外乱Dは伝達関数GD を持つ外乱
の伝達経路7を通って、制御Xに影響を及ぼす。そこ
で、この影響を打ち消して補償するため伝達関数GF を
持つフィードフォワードモデル8を経由して、外乱補償
信号を加算部3で、調節部2の出力信号と加算し、これ
を操作信号として制御対象に加えて制御し、この制御対
象の伝達関数GP を持つブロック4の出力と外乱の影響
とが加算されたもの(この加算を加算部5で行なわれる
ものとして表わす)が制御量Xとなる。
FIG. 1 is a block diagram showing a basic system in which feedback control and feedforward control are combined. In the figure, the comparison unit 1 compares the target value with the control amount, inputs the deviation into the PID adjustment unit 2, performs adjustment calculation, and then guides it to the addition unit 3. On the other hand, the disturbance D influences the control X through the disturbance transfer path 7 having the transfer function GD. Therefore, in order to cancel and compensate for this effect, the disturbance compensation signal is added to the output signal of the adjusting section 2 by the adding section 3 via the feedforward model 8 having the transfer function GF, and this is added as the operation signal to be controlled. In addition to the above, the control quantity X is obtained by adding the output of the block 4 having the transfer function GP to be controlled and the influence of the disturbance (this addition is represented as being performed by the adding section 5).

従って、調節計2の出力信号をYとすると、 X=(Y+D×GF )×GF +D×GD =Y×GP +D×(GD +GF ×GP ) …
(1) (1)式から、外乱Dがどんなに変動しても、制御量X
に影響を及ぼさないためには GD +GF ×GP =0 が成立しなければならない。従って、フィードフォワー
ドモデル8の伝達関数GF は、 と定める必要がある。GD ,GP は一般にむだ時間と一
次遅れの複合したもので近似できる。
Therefore, assuming that the output signal of the controller 2 is Y, X = (Y + D * GF) * GF + D * GD = Y * GP + D * (GD + GF * GP) ...
(1) From equation (1), no matter how much the disturbance D changes, the control amount X
GD + GF × GP = 0 must be satisfied in order not to affect Therefore, the transfer function GF of the feedforward model 8 is Need to be defined. GD and GP can generally be approximated by a composite of dead time and first-order lag.

ここで、KP ,KD はゲイン定数、TP ,TD は時定
数、LP ,LD はむだ時間を示す。従って、フィードフ
ォワードモデル8の伝達関数GF は、 となる。また、GP ,GD のおくれ時間がほぼ等しい場
合には、 となり、簡単な式となる。実用的にはこの簡単な式で充
分である。このように、従来は、制御対象の外乱に対す
る伝達関数GD の係数KD が一定であるとしフィードフ
ォワードモデルの係数KF =KD /KP も一定としてい
た。しかし、実際のプロセスにおいては、この外乱係数
KD は定値ではなく、間接的外乱要素、経時的特性変
化、内外の物理量の変化、化学成分量の変化、周囲温度
の変化、測定していない外乱要素の影響により、不規則
に大きく変化する。このためフィードフォワード制御の
効果がなくなったり、逆に害を与えたりするという問題
があった。
Here, KP and KD are gain constants, TP and TD are time constants, and LP and LD are dead times. Therefore, the transfer function GF of the feedforward model 8 is Becomes In addition, when GP and GD have equal time, And becomes a simple formula. In practice, this simple formula is sufficient. As described above, conventionally, the coefficient KD of the transfer function GD for the disturbance of the controlled object is assumed to be constant, and the coefficient KF = KD / KP of the feedforward model is also assumed to be constant. However, in the actual process, this disturbance coefficient KD is not a constant value, and it is an indirect disturbance factor, a change in characteristics over time, a change in physical quantity inside and outside, a change in the amount of chemical components, a change in ambient temperature, and a disturbance element not measured. Due to the effect of, it changes greatly irregularly. Therefore, there is a problem that the effect of the feedforward control is lost, or conversely, it causes harm.

特に最近は、プロセスで用いられる原料、燃料の多様
化、製品の多様化、経済環境の変化による操業率の変化
に伴う負荷変化、多目的化などのため、プロセスのフレ
キシビリティ、従って強制装置のフレキシビリティを高
めることが強く要求されるようになってきた。
Especially recently, due to the diversification of raw materials and fuels used in processes, diversification of products, load changes accompanying changes in operating rates due to changes in the economic environment, and versatility, the flexibility of processes, and therefore the flexibility of compulsory devices, has been increased. There is a strong demand for higher abilities.

以下、上記の点について、熱変換出口温度制御を例にと
って更に詳しく説明する。第2図において、原料11を
配管12を通して、熱交換器14に導き、ここで蒸気に
より加熱して取出す。熱交換器14の出口温度Tを温
度検出器15で検出し、温度調整計19に入れて、出口
温度Tが所定値になるように、調節演算する。一方、
原料流量Fi を原料流量検出器13で検出し、これをフ
ィードフォワードモデル21に入れ、その出力を調節計
19の出力と加算部20で加算して、加算結果を蒸気流
量調節計22に設定値として与えられる。蒸気流量調節
器22では、蒸気流量検出器17で検出された蒸気流量
信号をフィードバック信号として、蒸気設定値と等しく
なるように調節演算して、その出力信号で、調節弁18
の開度を制御する。このようにして、熱交換器14の出
口温度Tを一定に歩つための制御を行なう。
Hereinafter, the above points will be described in more detail by taking the heat conversion outlet temperature control as an example. In FIG. 2, the raw material 11 is led to the heat exchanger 14 through the pipe 12, where it is heated by steam and taken out. The outlet temperature T 0 of the heat exchanger 14 is detected by the temperature detector 15 and put in the temperature controller 19, and adjustment calculation is performed so that the outlet temperature T 0 becomes a predetermined value. on the other hand,
The raw material flow rate Fi is detected by the raw material flow rate detector 13, this is put into the feedforward model 21, the output thereof is added to the output of the controller 19 by the addition section 20, and the addition result is set in the steam flow controller 22. Given as. In the steam flow rate controller 22, the steam flow rate signal detected by the steam flow rate detector 17 is used as a feedback signal to perform adjustment calculation so as to be equal to the steam set value, and the output signal thereof is used to adjust the control valve 18
Control the opening of. In this way, the control for keeping the outlet temperature T 0 of the heat exchanger 14 constant is performed.

上記の例のフィードフォワードモデル22の伝達関数G
F について検討する。まず、プロセスの定常状態におけ
る熱収支Qを求める。
The transfer function G of the feedforward model 22 in the above example
Consider F. First, the heat balance Q in the steady state of the process is obtained.

ここで、Fs は蒸気重量流量、Hs は蒸気潜熱、Fi は
原料重量、Gi は原料比熱、Ta は熱交換器出口温度設
定温度、Ti は原料の熱交換器入口温度、ηは熱交換器
効率である。
Where Fs is the steam weight flow rate, Hs is the latent heat of steam, Fi is the raw material weight, Gi is the specific heat of the raw material, Ta is the heat exchanger outlet temperature setting temperature, Ti is the heat exchanger inlet temperature of the raw material, and η is the heat exchanger efficiency. Is.

(5)式から操作量である蒸気流量Fs を求めると、 となる。(6)式からフィードフォワードモデル22の
伝達関数の静特性補償分GFSは、 となり、動特性補償分を負荷したフィードフォワードモ
デル22の伝達関数GF は となる。ここでTD は原料流量検出器13から出口温度
検出器15までの時定数、TP は蒸気流量の設定(加算
部20の出力)からこの効果が熱交換器出口温度に及ぶ
までの時定数である。
When the steam flow rate Fs, which is the manipulated variable, is calculated from the equation (5), Becomes From equation (6), the static characteristic compensation component GFS of the transfer function of the feedforward model 22 is And the transfer function GF of the feedforward model 22 loaded with the dynamic characteristic compensation is Becomes Here, TD is a time constant from the raw material flow rate detector 13 to the outlet temperature detector 15, and TP is a time constant from the setting of the vapor flow rate (output of the adding section 20) until this effect reaches the heat exchanger outlet temperature. .

上記の例では原料流量Fi の変化のみを外乱としてフィ
ードフォワード制御をしており、 なる計数KF は定数としているが、実際には次のような
要因、つまり、 (i)原料温度の変化 (ii)熱交換効率の変化 (iii)蒸気保有熱量の変化 (iv)周囲温度の変化 (v)原料比熱の変化 などにより、KF は不規則に大きく変化する。このた
め、フィードフォワード制御の効果が充分に発揮され
ず、原料流量変化時の制御性が低下し、製品の品質が乱
れる。
In the above example, the feedforward control is performed with only the change in the raw material flow rate Fi as the disturbance. The coefficient KF is a constant, but in reality, the following factors are used: (i) change in raw material temperature (ii) change in heat exchange efficiency (iii) change in heat quantity of steam held (iv) change in ambient temperature (V) KF changes irregularly and largely due to changes in the specific heat of the raw material. Therefore, the effect of the feedforward control is not sufficiently exerted, the controllability at the time of changing the raw material flow rate is deteriorated, and the product quality is disturbed.

このように、従来の制御方法には、フィードフォワード
制御の効果が発揮されず、場合によっては逆効果となる
という問題があり、その問題はプロセスのフレキシビリ
ティに対する要求が強まるに伴って、一層重大なものと
なっていた。
As described above, the conventional control method has a problem that the effect of the feedforward control is not exerted and, in some cases, it is an adverse effect, and the problem becomes more serious as the demand for process flexibility increases. It was supposed to be.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、フィードフォワード補償を常に最適な
状態に保持して、プロセス制御の質を向上させることが
できるフィードフォワードモデルの自動修正方法を提供
することにある。
An object of the present invention is to provide an automatic correction method of a feedforward model, which can always maintain the feedforward compensation in an optimum state and improve the quality of process control.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明のフィードフォワードモデルの自動修正方法は、
外乱の影響を先まわりして抑制するためのフィードフォ
ワード制御機構を、フィードバック制御系に付加して成
る、プロセス制御装置における、外乱の影響を打ち消す
ための、外乱から静特性補償分を演算する演算部とその
演算部からの出力に係数を掛けて静特性補償信号を生成
する乗算部とを備える静特性フィードフォワードモデル
の、自動修正方法であって、 外乱となる要素を少なくとも1個検出して前記静特性フ
ィードフォワードモデルに与え、このモデルで演算され
た静特性補償信号に基づく信号をフィードバック制御系
の調節出力信号と第1加算部で加算し、加算結果に基づ
く信号と、前記静特性補償信号から得た動特性補償信号
とを第2加算部で加算し、前記第2加算部で得た信号に
基づく信号を制御対象に加え、この制御対象から出力さ
れる制御量を前記フィードバック制御系におけるフィー
ドバック信号として用い、 さらに、減算部から出力される、前記第1加算部からの
出力信号に基づく信号と前記静特性補償信号との差信号
を、前記フィードフォワードモデルに印加して、前記差
信号が略零になるように前記静特性補償フィードフォワ
ードモデル中の前記乗算部の係数を修正するようにさと
ことを特徴とするものとして構成される。
The automatic correction method of the feedforward model of the present invention is
Computation for calculating the static characteristic compensation component from the disturbance to cancel the influence of the disturbance in the process control device, which is formed by adding a feedforward control mechanism for suppressing the influence of the disturbance in advance to the feedback control system. An automatic correction method for a static characteristic feedforward model, comprising: a section and a multiplication section for multiplying an output from the calculation section by a coefficient to generate a static characteristic compensation signal, wherein at least one disturbance element is detected. A signal based on the static characteristic compensation signal calculated by this model is added to the adjusted output signal of the feedback control system in the first adder, and the signal based on the addition result and the static characteristic compensation are given to the static characteristic feedforward model. The dynamic characteristic compensation signal obtained from the signal is added by the second adding unit, and the signal based on the signal obtained by the second adding unit is added to the control target, and this control target is added. Is used as a feedback signal in the feedback control system, and a difference signal between the signal based on the output signal from the first addition unit and the static characteristic compensation signal, which is output from the subtraction unit, The coefficient of the multiplication unit in the static characteristic compensation feedforward model is corrected so that the difference signal becomes substantially zero by applying to the feedforward model.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下第3図を参照して本発明の一実施例を説明する。こ
の実施例は、フィードバック制御系の調節出力信号が位
置形の場合のものである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In this embodiment, the adjustment output signal of the feedback control system is of the position type.

制御量Xを測定して得られるプロセス変数PVを比較部
31で目標値SVと比較し、その偏差en を調節部32
に導く。調節部32は、P(比例)、I(積分)、D
(微分)動作のいずれか、または組合わせの調節演算を
行なう。調節部32の出力信号32a(第1)加算部3
3,(第2)加算部35を経由して操作信号Mとして制
御対象36に印加される。このように、制御量Xをフィ
ードバックして制御するフィードバック制御系を構成す
る。
The process variable PV obtained by measuring the controlled variable X is compared with the target value SV by the comparison unit 31, and the deviation en is adjusted by the adjustment unit 32.
Lead to. The adjusting unit 32 controls P (proportional), I (integral), D
An adjustment operation of any of (differential) operations or a combination is performed. Output signal 32a (first) adder 3 of adjuster 32
It is applied to the controlled object 36 as the operation signal M via the 3, (second) adder 35. In this way, a feedback control system that feeds back and controls the control amount X is configured.

一方、フィードフォワード制御のため、外乱信号Dを演
算部39に入れて、ここで静特性補償分を求めるための
演算を行なう。演算部39の出力は乗算部40に送ら
れ、乗算部40で係数を掛けられて静特性補償信号Dn
となる。このように、演算部39と乗算部40とで静特
性補償フィードフォワードモデル38が形成されてい
る。
On the other hand, for feed-forward control, the disturbance signal D is input to the calculation unit 39, where the calculation for obtaining the static characteristic compensation amount is performed. The output of the calculation unit 39 is sent to the multiplication unit 40, multiplied by the coefficient in the multiplication unit 40, and the static characteristic compensation signal Dn is obtained.
Becomes In this way, the calculation unit 39 and the multiplication unit 40 form the static characteristic compensation feedforward model 38.

即ち、(4)式を変形すると となるが、このうち右辺の第1項が静特性補償分であ
り、静特性補償フィードフォワードモデル38ではこれ
を求めているのである。一方、上記右辺の第2項は動特
性補償分であり、静特性補償分に を掛けたものたなっている。そこで(10)式で表わさ
れる伝達関数を持つ、後述の不完全微分部42に、静特
性補償フィードフォワード38の出力を入力することに
より、動特性補償分を得ることとしている。
That is, if the formula (4) is transformed, Of these, the first term on the right side is the static characteristic compensation component, and the static characteristic compensation feedforward model 38 obtains this. On the other hand, the second term on the right side is the dynamic characteristic compensation component, It is multiplied by. Therefore, the dynamic characteristic compensation component is obtained by inputting the output of the static characteristic compensation feedforward 38 to the incomplete differentiator 42, which will be described later, having the transfer function represented by the equation (10).

静特性補償信号Dn は加算部33において調節出力信号
32aと加算されて信号Aとなる。また、不完全微分部
42を経由して、加算部35で信号Aと加算される。
The static characteristic compensation signal Dn is added to the adjusted output signal 32a in the adder 33 to become the signal A. Further, the signal is added to the signal A by the adder 35 via the incomplete differentiator 42.

一方、減算部43で加算部33からの信号Aと静特性補
償分Dn との差が求められて、この差が積分部44で積
分され、積分値44aが乗算部40に加えられる。そし
て、上記減算部43の出力が零になるように、乗算部4
0の係数が積分部44からの出力によって調整される。
即ち、検出対象外の外乱が変化するとプロセス変数PV
が変化する。これに伴って偏差en が変化し、その変化
は信号Aの変化となって表われる。これにより、減算部
43からの出力が変化し、その出力が積分部44を介し
て乗算部40に加えられる。乗算部40においては、積
分部44からの出力によって、減算部43からの出力が
零となるように係数が変えられる。このように、加算部
33からの信号Aと修正後の静特性補償分Dn との差に
時間的積分値ないしは平均値が零になるようにフィード
フォワードモデル38の修正が行なわれる。
On the other hand, the subtraction unit 43 obtains the difference between the signal A from the addition unit 33 and the static characteristic compensation component Dn, the integration unit 44 integrates this difference, and the integrated value 44 a is added to the multiplication unit 40. Then, the multiplication unit 4 is set so that the output of the subtraction unit 43 becomes zero.
The coefficient of 0 is adjusted by the output from the integrator 44.
That is, when the disturbance outside the detection target changes, the process variable PV
Changes. Along with this, the deviation en changes, and the change appears as a change in the signal A. As a result, the output from the subtraction unit 43 changes, and the output is added to the multiplication unit 40 via the integration unit 44. In the multiplication unit 40, the coefficient is changed by the output from the integration unit 44 so that the output from the subtraction unit 43 becomes zero. In this way, the feedforward model 38 is corrected so that the difference between the signal A from the adder 33 and the corrected static characteristic compensation amount Dn has a temporal integrated value or an average value of zero.

以上には、換算にいえば例えば第6図に示すように、操
作信号MVとフィードフォワードモデル出力信号FFと
の差が略零となるように制御する旨を述べたが、それに
よってなぜプロセス制御がより適正に行なわれるかにつ
いて第6図〜第8図を参照して説明する。
In terms of conversion, as described above, for example, as shown in FIG. 6, it is described that the difference between the operation signal MV and the feedforward model output signal FF is controlled to be substantially zero. Will be described more appropriately with reference to FIGS. 6 to 8.

第6図においても第1図と同様に、外乱Dは、伝達関数
GD を持つ伝達経路を通って制御対象に加えられ、測定
値PV(制御量X)に影響を及ぼしている。この外乱の
影響は、FB制御とFF制御の組み合わせ制御によって
取り除かれている。即ち、第5図はFB(フィードバッ
ク)制御にFF(フィードフォワード)制御を組合せた
場合のFB成分、FF成分と操作信号MVとの関係を示
す。この第6図からわかるように、操作信号MVは次式
のようにFF成分とFB成分の合成値となっている。
In FIG. 6 as well, as in FIG. 1, the disturbance D is added to the control target through the transfer path having the transfer function GD and affects the measured value PV (control amount X). The influence of this disturbance is removed by the combined control of the FB control and the FF control. That is, FIG. 5 shows the relationship between the FB component, the FF component and the operation signal MV when the FB (feedback) control is combined with the FF (feedforward) control. As can be seen from FIG. 6, the operation signal MV is a combined value of the FF component and the FB component as shown in the following equation.

MV=FF+FB …(a) 第7図は、フィードフォワードモデルがどのようにして
自動的に修正されるかを説明するための基本概念を示す
図である。第7図からわかるように、加えられる各種外
乱のうちのあるものからはFF成分を得て、測定値PV
に表われるよりも前に先まわりしてFF制御を実行
し、、他のものからはFF成分を得ることができず測定
値PVに表われるのを行ってFB制御を実行し、これら
の2つの制御の結果として、測定値PVが設定値SVと
なるようにしている。即ち、外乱には各種のものがあ
る。例えば、前にも述べた家庭用のガス湯沸器の場合に
も湯量等の各種のものがある。しかしながら、一般に
は、全ての外乱をFF制御を得るために取り込んでいる
わけではない。主に、経済的な理由で、影響の大きない
くつかの主外乱について測定し、他の外乱については測
定していない。測定対象となっている外乱からは情報が
得られ、得た情報に基づいて、FF成分をもってFF制
御を実行する。一方、測定対象外の外乱であってもそれ
が制御対象に加えられ、測定値PVに影響を与え、測定
値PVを変動させる。この測定値PVはフィードバック
され、設定値SVから減算させて偏差を生成させる。つ
まり、測定対象外の外乱は、結果としてFB制御出力と
なって表われる。これにより操作信号MVは、FFやF
Bという形で表わされる。この場合において、FB成分
がほぼ零となるようにFF制御モデルのゲインを修正す
れば、操作信号MVはFF成分のみとなり、先回りして
の制御のみとなる。つまり、適応形FF/FB制御が行
われることとなる。本発明ではこのような考え方に基づ
いて、FB成分がほぼ零となるようFFのゲインを自動
修正して、適応形FF/FB制御を実行するようにして
いる。
MV = FF + FB (a) FIG. 7 is a diagram showing a basic concept for explaining how the feedforward model is automatically modified. As can be seen from FIG. 7, the FF component is obtained from some of the added disturbances, and the measured value PV
The FF control is executed prior to appearing in the above, and the FF component cannot be obtained from other things, and the FB control is executed by appearing in the measured value PV. As a result of the one control, the measured value PV is set to the set value SV. That is, there are various disturbances. For example, in the case of the domestic gas water heater described above, there are various types such as the amount of hot water. However, in general, not all disturbances are incorporated to obtain FF control. Primarily for economic reasons, we have measured some of the major disturbances that have a high impact and not others. Information is obtained from the disturbance to be measured, and FF control is executed with the FF component based on the obtained information. On the other hand, even a disturbance outside the measurement target is added to the control target, affects the measurement value PV, and changes the measurement value PV. This measured value PV is fed back and subtracted from the set value SV to generate a deviation. That is, the disturbance outside the measurement target appears as the FB control output as a result. As a result, the operation signal MV becomes FF or F.
It is represented by the form B. In this case, if the gain of the FF control model is corrected so that the FB component becomes almost zero, the operation signal MV has only the FF component and only the control in advance. That is, the adaptive FF / FB control is performed. In the present invention, based on such an idea, the FF gain is automatically corrected so that the FB component becomes almost zero, and the adaptive FF / FB control is executed.

なお、第6図において外乱に基づくFF制御は、時間的
進み/遅れなしに行なわれる場合と、時間的進みをもっ
て行われる場合と、時間的遅れをもって行われる場合が
ある。即ち、第1図で説明した(4)式からわかるよう
に、FF制御モデル伝達関数GF は、外乱ゲイン定数K
D 、制御対象ゲインKP 、制御対象時定数TP 及び外乱
時定数TD によって表わされる。この(4)式からわか
るように、TP =TD のときは時間的進み/遅れなしで
あり、TP >TD のとき時間的進み補償が行われ、TP
<TD のとき時間的遅れ補償が行われる。実際には、時
間的進み補償のケースが圧倒的に多い。
In FIG. 6, the FF control based on the disturbance may be performed without advance / delay in time, in some cases with advance in time, or in some cases with delay in time. That is, as can be seen from the equation (4) described in FIG. 1, the FF control model transfer function GF is the disturbance gain constant K
It is represented by D, controlled object gain KP, controlled object time constant TP, and disturbance time constant TD. As can be seen from the equation (4), when TP = TD, there is no time advance / delay, and when TP> TD, time advance compensation is performed and TP
When <TD, time delay compensation is performed. In reality, there are overwhelmingly many cases of time advance compensation.

さらに第7図からわかるように、FF制御とFB制御を
組合わせたFF/FB制御が理想的に行なわれている場
合には、 MVFF …(b) となるように、つまり、(b)式と(a)式からわかる
ように、 FB0 …(c) となるように、すなわち、操作信号がほとんどFF成分
で構成されており、わずかな修正をFB制御成分を実行
している状態となっている。
Further, as can be seen from FIG. 7, when the FF / FB control combining the FF control and the FB control is ideally performed, MVFF (b) is obtained, that is, the equation (b) is obtained. As can be seen from the equation (a), FB0 (c), that is, the operation signal is almost composed of the FF component, and a slight correction is performed in the FB control component. There is.

以上のことを、前にも述べた家庭用のガス湯沸器で、水
を40℃に加熱制御する場合を例にとって詳細に説明す
る。
The above will be described in detail by taking as an example the case of controlling the heating of water to 40 ° C. in the domestic gas water heater described above.

上述のように、FF/FB制御が理想的に行われている
場合には、MVFF,FB0となるが、この理想的
に行われている場合としては、以下の2つの場合が考え
られる。即ち、一般に外乱として作用する可能性のある
ものとしては複数の要因が考えられる。例えば、湯量、
水道水温度、ガス湯沸器の環境温度、ガスの単位発熱量
及び湯沸器効率等である。上記第1の理想的な場合を、
これらの要因のうちの1つだけがいわゆる外乱として作
用し、それ以外の要因は一定であり外乱とは作用しない
場合について説明する。例えば湯量だけが外乱として作
用し、水道水温度、ガス湯沸器の環境温度、ガスの単位
発熱量及び湯沸器効率等は一定であるとする。この場合
においては、湯量のみを測定して、その湯量に対して、
水道水を40℃するには、いくらのガス流量が必要かを
計算する。その計算に基づいてフィードフォワード制御
すれば、湯温は40℃となる。このとき制御偏差Eは零
となり、フィードバック制御による修正は不要となり、
結局MV=FFとなる。これが第1の理想的な場合であ
る。
As described above, when the FF / FB control is ideally performed, the MVFF and FB0 are obtained, but the following two cases can be considered as the ideally performed. That is, generally, there are a plurality of factors that may act as a disturbance. For example, the amount of hot water,
These are the tap water temperature, the environmental temperature of the gas water heater, the unit calorific value of the gas, and the water heater efficiency. In the first ideal case,
A case will be described in which only one of these factors acts as a so-called disturbance, and the other factors are constant and do not act as a disturbance. For example, it is assumed that only the amount of hot water acts as a disturbance, and the tap water temperature, the environmental temperature of the gas water heater, the unit calorific value of the gas, the water heater efficiency, etc. are constant. In this case, measure only the amount of hot water,
Calculate how much gas flow is needed to bring the tap water to 40 ° C. If feedforward control is performed based on the calculation, the hot water temperature will be 40 ° C. At this time, the control deviation E becomes zero, and correction by feedback control becomes unnecessary,
After all, MV = FF. This is the first ideal case.

これに対して、第2の理想的な場合を、前記要因の全て
が外乱として作用する場合について説明する。即ち、湯
量、水道水温度、ガス湯沸器の環境温度、ガスの単位発
熱量及び湯沸器効率等の全ての要因を正確に測定し、そ
の測定結果に基づいてFF制御量を計算して制御を行
う。これにより、上記外乱のうちの何が変化しても、湯
温は設定値40℃となる。この場合においても、制御偏
差Eは零となり、フィードバック制御による修正は不要
となり、FB=0となり、結局MV=FFとなる。これ
が、第2の理想的な場合である。
On the other hand, the second ideal case will be described in which all of the above factors act as disturbances. That is, all the factors such as the amount of hot water, the temperature of tap water, the environmental temperature of the gas water heater, the unit calorific value of the gas and the water heater efficiency are accurately measured, and the FF control amount is calculated based on the measurement result. Take control. As a result, the hot water temperature reaches the set value of 40 ° C., no matter which of the disturbances changes. Even in this case, the control deviation E becomes zero, correction by feedback control becomes unnecessary, FB = 0, and eventually MV = FF. This is the second ideal case.

しかしながら、上記第1、第2の理想的場合のように、
FF/FB制御を十分に理想的に行うということは、現
実的には経済的、精度的等の各種の原因により著しく困
難である。つまり、現実には理想的にFF/FB制御は
行われず、FF制御の助けが必要となってくる。つま
り、現実には、FF制御モデルがずれてきて、(b)式
が成立しなくなり、FB制御成分が生じてくる。FB制
御成分が大きくなると、FF制御の効果が減衰してく
る。これを防ぐため、FB0になるように、FB制御
のゲインを修正することになる。
However, as in the first and second ideal cases above,
It is extremely difficult to perform the FF / FB control sufficiently ideally due to various reasons such as economical efficiency and accuracy. That is, FF / FB control is not ideally performed in reality, and FF control is needed. That is, in reality, the FF control model is deviated, the equation (b) is not established, and the FB control component is generated. When the FB control component becomes large, the effect of FF control is attenuated. In order to prevent this, the FB control gain is corrected so that it becomes FB0.

第8図に操作信号MVの中のFF成分とFB成分の構成
比率によって、外乱の影響制御特性がどのように変化す
るかを示す。FB=100%で、FF=0%のとき、つ
まり、FB制御のみの時は外乱の影響を大きく受ける
が、FF成分が100%に近づけば、近づくほど外乱に
よる影響が小さくなることがわかる。
FIG. 8 shows how the influence control characteristic of disturbance changes depending on the composition ratio of the FF component and the FB component in the operation signal MV. It can be seen that when FB = 100% and FF = 0%, that is, when only FB control is performed, the influence of the disturbance is large, but as the FF component approaches 100%, the influence of the disturbance decreases as the FF component approaches.

従って、(b)式を満足するように、つまり操作信号M
VとFF成分の差が略零となるようにフィードフォーワ
ード制御モデルのゲインを修正すれば、FF/FB制御
は常に最適状態となることになる。
Therefore, in order to satisfy the equation (b), that is, the operation signal M
If the gain of the feedforward control model is modified so that the difference between the V and FF components becomes substantially zero, the FF / FB control will always be in the optimum state.

なお、速度形PID演算方式を採用した場合には、
(c)式のFB0とする方が簡単であるため、こちら
を採用している。
If the speed type PID calculation method is adopted,
Since it is easier to use FB0 in the equation (c), this is used.

以上のようにすることにより、上述のように、外乱プロ
セスの特性が経済的に変化しても、常に最適なFF制御
の効果を得ることができる。
By doing so, as described above, even if the characteristic of the disturbance process changes economically, the optimum FF control effect can always be obtained.

以上のようにすることにより、設定値(SV)と測定値
(PV)とが一致する理由は以下の通りである。第5図
に示すようFB制御は、制御の結果を見て修正するクロ
ーズドループ制御である。これに対し、FF制御は、外
乱Dの大きさに対応して、その影響を抑制するために
は、どれだけ操作信号を変化させれば良いかを先行予測
して出力するのみであり、オープン・ループ制御であ
る。従って、上述のように、FF制御は、FF制御モデ
ルのゲインを修正して、外乱Dに対するFF制御出力の
関係を多少変更するのみであり、本来の設定値SVと測
定値PVとを一致させる機能を持つFB制御には全く介
入していない。従って、設定値SVと測定値PVとはF
B制御の作用によって一致することになる。
The reason why the set value (SV) and the measured value (PV) match with each other as described above is as follows. As shown in FIG. 5, the FB control is a closed loop control that corrects the result of control. On the other hand, the FF control only predicts and outputs how much the operation signal should be changed in order to suppress the influence of the disturbance D according to the magnitude of the disturbance D, and outputs the open signal. -It is a loop control. Therefore, as described above, in the FF control, the gain of the FF control model is modified to only slightly change the relationship of the FF control output with respect to the disturbance D, and the original set value SV and the measured value PV are matched. There is no intervention in functional FB control. Therefore, the set value SV and the measured value PV are F
The effect of the B control results in agreement.

上記の実施例は調節出力信号32aが位置形の場合であ
るが、速度形の場合には、第3図に示す系の一部を第4
図に示すように変形することにより、同様の修正を行な
うことがてぎる。即ち、位置形速度系信号変換部を構成
する差部分51で、各サンプリング時における静特性補
償分Dn と1つ前のサンプリング時における静特性補償
分Dn-1 との差を求め、即ちこのようにして静特性補償
分を速度形に変換し、しかる後加算部33で調節出力信
号32aと加算し、ついで速度形−位置形信号変換部5
2で位置形信号に戻して信号Aを形成し、これを加算部
35に加えるとともに、減算部43に与えている。その
他の点は、第3図の実施例と同様である。
In the above embodiment, the adjustment output signal 32a is of the position type, but when it is of the velocity type, a part of the system shown in FIG.
The same correction can be made by modifying as shown in the figure. That is, in the difference portion 51 that constitutes the position-type velocity system signal conversion unit, the difference between the static characteristic compensation amount Dn at each sampling and the static characteristic compensation amount Dn-1 at the previous sampling is obtained, that is, Then, the static characteristic compensation component is converted into a velocity type signal, which is then added to the adjusted output signal 32a by the adding section 33, and then the velocity type / position type signal converting section 5 is added.
In step 2, the signal is returned to the position type signal to form the signal A, which is added to the adding section 35 and is also given to the subtracting section 43. The other points are similar to those of the embodiment shown in FIG.

また、第3図および第4図の実施例では、信号A静特性
補償分との差の積分値が零になるように修正を行なって
いるが、第5図に示すように調節出力信号32aを積分
部44で積分し、その成分値を乗算部40に加え、該積
分値が零になるように修正を行なってもよい。これは、
フィードフォワード制御が最適に行なわれていれば、調
節出力信号は微小修正のみで略零となっているためであ
る。
Further, in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the correction is made so that the integral value of the difference from the compensation amount of the static characteristic of the signal A becomes zero, but as shown in FIG. May be integrated by the integrating section 44, the component value thereof may be added to the multiplying section 40, and correction may be performed so that the integrated value becomes zero. this is,
This is because, if the feedforward control is optimally performed, the adjustment output signal becomes substantially zero with only minor correction.

上記の各実施例において、制御系の各構成部は、アナロ
グ形のものでもよく、デジタル形のものでもよく、また
個別部品よって形成してもよく、さらにプログラムされ
たコンピュータで形成してもよい。
In each of the above embodiments, each component of the control system may be of an analog type, a digital type, may be formed of individual parts, or may be formed of a programmed computer. .

また、上記の各実施例では、フィードフォワード制御に
より静特性補償のみならず、動特性補償をも行なう場合
のものであるが、反発明は静特性補償のみを行なう場合
にも適用できる。この場合、第3図、第6図の不完全微
分部42、加算部35等を除去すればよい。
Further, in each of the above embodiments, not only the static characteristic compensation but also the dynamic characteristic compensation is performed by the feedforward control, but the anti-invention can be applied to the case where only the static characteristic compensation is performed. In this case, the incomplete differentiator 42, the adder 35, etc. in FIGS. 3 and 6 may be removed.

さらに、フィードフォワードモデルの係数を修正する代
りにバイアスを修正することとしてもよい。
Further, the bias may be modified instead of modifying the coefficient of the feedforward model.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、プロセス制御装置におけるフィードバ
ック制御系にフィードフォワード制御機構を付加し、そ
のフィードフォワード制御機構における静特性補償フィ
ードフォワードモデルの特性の修正を、フィードバック
制御系の調節出力信号と上記モデルからの出力信号に基
づく信号との和信号と、上記モデルからの出力信号と、
の差がほぼ零になるように行うようにしたので、フィー
ドバック制御系におけるフィードバック制御を待つこと
なく、外乱の影響を確実に先まわりして抑制して、迅速
な制御を行うことができる。
According to the present invention, a feedforward control mechanism is added to the feedback control system in the process control device, and the characteristics of the static characteristic compensation feedforward model in the feedforward control mechanism are corrected by adjusting the feedback control system output signal and the model. The sum signal with the signal based on the output signal from, and the output signal from the model,
Therefore, the influence of the disturbance can be surely controlled in advance and the quick control can be performed without waiting for the feedback control in the feedback control system.

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

第1図は従来の制御装置を示すブロック図、第2図は従
来の制御装置を備えた熱交換器を示す配管図、第3図は
本発明に係る修正方法の実施に用いられる制御装置を示
すブロック図、第4図乃至第5図は本発明の他の実施例
の実施に用いられる制御装置を示すブロック図、第6図
〜第8図は本発明の原理を説明するブロック図及び線図
である。 32……調節部、33,35……加算部、36……制御
対象、38……フィードフォワードモデル、39……演
算部、40……乗算部、42……不完全微分部、43…
…減算部、44……積分部、51……差分部、52……
速度形−位置形信号変換部。
FIG. 1 is a block diagram showing a conventional control device, FIG. 2 is a piping diagram showing a heat exchanger equipped with the conventional control device, and FIG. 3 is a control device used for carrying out a correction method according to the present invention. 4 is a block diagram showing a control device used to implement another embodiment of the present invention, and FIGS. 6 to 8 are block diagrams and lines for explaining the principle of the present invention. It is a figure. 32 ... Adjusting unit, 33, 35 ... Addition unit, 36 ... Control object, 38 ... Feedforward model, 39 ... Calculation unit, 40 ... Multiplication unit, 42 ... Incomplete differentiation unit, 43 ...
... subtraction part, 44 ... integration part, 51 ... difference part, 52 ...
Velocity-to-position signal converter.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】外乱の影響を先まわりして抑制するための
フィードフォワード制御機構を、フィードバック制御系
に付加して成る、プロセス制御装置における、外乱の影
響を打ち消すための、外乱から静特性補償分を演算する
演算部とその演算部からの出力に係数を掛けて静特性補
償信号を生成する乗算部とを備える静特性フィードフォ
ワードモデルの、自動修正方法であって、 外乱となる要素を少くとも1個検出して前記静特性フィ
ードフォワードモデルに与え、このモデルで演算された
静特性補償信号に基づく信号をフィードバック制御系の
調節出力信号と第1加算部で加算し、加算結果に基づく
信号と、前記静特性補償信号から得た動特性補償信号と
を第2加算部で加算し、前記第2加算部で得た信号に基
づく信号を制御対象に加え、この制御対象から出力され
る制御量を前記フィードバック制御系におけるフィード
バック信号として用い、 さらに、減算部から出力される、前記第1加算部からの
出力信号に基づく信号と前記静特性補償信号との差信号
を、前記フィードフォワードモデルに印加して、前記差
信号が略零になるように前記静特性補償フィードフォワ
ードモデル中の前記乗算部の係数を修正するようにした
ことを特徴とするフィードフォワードモデルの自動修正
方法。
1. A static characteristic compensation from a disturbance for canceling the influence of the disturbance in a process control device, wherein a feedforward control mechanism for preventing the influence of the disturbance in advance is added to a feedback control system. An automatic correction method for a static characteristic feedforward model including a calculation section for calculating a minute and a multiplication section for multiplying an output from the calculation section by a coefficient to generate a static characteristic compensation signal, and reducing an element that causes disturbance. One of them is detected and given to the static characteristic feedforward model, and a signal based on the static characteristic compensation signal calculated by this model is added to the adjustment output signal of the feedback control system in the first adding unit, and a signal based on the addition result. And a dynamic characteristic compensation signal obtained from the static characteristic compensation signal are added by a second adding section, and a signal based on the signal obtained by the second adding section is added to a control target. The control amount output from the controlled object is used as a feedback signal in the feedback control system, and the difference between the signal based on the output signal from the first addition unit and the static characteristic compensation signal output from the subtraction unit. A signal is applied to the feedforward model, and the coefficient of the multiplication unit in the static characteristic compensation feedforward model is modified so that the difference signal becomes substantially zero. Automatic correction method.
【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の方法におい
て、 フィードバック制御系の調節出力信号が位置形の場合に
は、前記静特性補償信号をそのまま前記第1加算部に加
え、 フィードバック制御系の調節出力信号が速度形の場合に
は、前記静特性補償信号を速度形信号に変換した速度形
信号を前記第1加算部に加えると共に、前記第1加算部
からの出力信号を位置形信号に変換した位置形信号を前
記第2加算部及び前記減算部に加えることを特徴とする
方法。
2. The method according to claim 1, wherein when the adjustment output signal of the feedback control system is a position type, the static characteristic compensation signal is directly added to the first adding section, and a feedback control system is provided. When the adjustment output signal of is a velocity type signal, the velocity type signal obtained by converting the static characteristic compensation signal to the velocity type signal is added to the first adding unit, and the output signal from the first adding unit is added to the position type signal. The method of adding the position-type signal converted to the above to the second adder and the subtractor.
【請求項3】特許請求の範囲第1項記載の方法におい
て、前記動特性補償信号を、前記静特性補償フィードフ
ォワードモデルの出力を不完全微分することにより得る
ことを特徴とする方法。
3. The method according to claim 1, wherein the dynamic characteristic compensation signal is obtained by incompletely differentiating an output of the static characteristic compensation feedforward model.
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