制御装置および制御方法
【課題】制御動作が不安定化するパラメータ設定が行なわれてしまう恐れを低減する。
【解決手段】制御装置は、設定値ＳＰの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを記憶する過渡操作量上限値記憶部３と、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを記憶する定常操作量上限値記憶部４と、設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出部５と、過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出部６と、設定値ＳＰの変更時点から過渡応答の完了時点までの時間帯では操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、それ以外の時間帯では操作量上限値ＯＨｇを操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替え部７と、制御演算により操作量ＭＶを算出し、操作量ＭＶを操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して出力する制御演算部８とを備えている。
【解決手段】制御装置は、設定値ＳＰの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを記憶する過渡操作量上限値記憶部３と、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを記憶する定常操作量上限値記憶部４と、設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出部５と、過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出部６と、設定値ＳＰの変更時点から過渡応答の完了時点までの時間帯では操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、それ以外の時間帯では操作量上限値ＯＨｇを操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替え部７と、制御演算により操作量ＭＶを算出し、操作量ＭＶを操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して出力する制御演算部８とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス制御技術に係り、特に制御動作が不安定化するような制御パラメータ設定が行なわれてしまう恐れを低減することができる制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
設定値ＳＰ変更時の追従特性と定常状態時の外乱抑制特性を独立（分離）して調整できるＰＩＤ制御手法として、２自由度ＰＩＤ制御が知られている（例えば特許文献１参照）。例えば加熱炉の温度制御において、設定値ＳＰ変更時は昇温幅が大きいので、オーバーシュートが発生すると装置の稼動状態に移行するまでに時間のロスが発生する。したがって、オーバーシュートを抑制することを重視してＰＩＤパラメータを調整する。一方、定常状態（稼動状態）では、加熱炉内の温度の乱れを最小限に抑制することを重視してＰＩＤパラメータを調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５０５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような温度制御機能を有するＰＩＤ制御装置である温度調節計は、温度調節計を製造する調節計メーカから、加熱炉などを製造する装置メーカへと販売され、さらに装置メーカから装置ユーザへと販売される。このような過程により、制御の専門知識のないオペレータが温度調節計のＰＩＤパラメータを調整せざるを得ない状況が発生していく。本来、ＰＩＤパラメータ調整には少なからず専門的な知識が必要になるので、上記の状況では制御系の不安定化が発生するリスクを伴う。リスクが大きくなることは、制御技術の提供者側にとっても受領者側にとっても支障になる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、制御の専門家側から制御の非専門家側へと制御装置が提供されていく過程において、制御動作が不安定化するようなパラメータ設定が行なわれてしまう恐れを低減することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の制御装置は、設定値ＳＰの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを記憶する過渡操作量上限値記憶手段と、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを記憶する定常操作量上限値記憶手段と、設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出手段と、制御量ＰＶの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出手段と、設定値ＳＰの変更時点から過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では前記操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、前記過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では前記操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替え手段と、設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する制御演算手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記過渡応答完了検出手段は、制御量ＰＶが設定値ＳＰの近傍に到達したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記過渡応答完了検出手段は、前記制御演算手段から出力される操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨｓ未満の値に下降したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記過渡応答完了検出手段は、設定値ＳＰの変更時点から一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、設定値ＳＰの変更が検出されたときに、前記過渡操作量上限値記憶手段に記憶されている操作量上限値ＯＨｓの中から変更後の設定値ＳＰに対応する操作量上限値ＯＨｓを選択する過渡操作量上限値選択手段を備え、前記過渡操作量上限値記憶手段は、設定値ＳＰの範囲とこの設定値ＳＰの範囲に対応する操作量上限値ＯＨｓとの組を複数組記憶し、前記操作量上限値切り替え手段は、前記過渡応答時間帯において前記過渡操作量上限値選択手段が選択した操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量上限値切り替え手段は、前記操作量上限値ＯＨｇが前記操作量上限値ＯＨｓよりも低い値に設定されている場合は、前記過渡応答時間帯においても前記操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の制御方法は、設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出ステップと、制御量ＰＶの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出ステップと、設定値ＳＰの変更時点から制御量ＰＶの過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では、過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、前記過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替えステップと、設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する制御演算ステップとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、設定値ＳＰの変更時点から過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では、過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することにより、過渡応答時間帯においてオーバーシュートの発生を抑制することができ、また定常運転時間帯において操作量上限値ＯＨｓが外乱抑制に悪影響を及ぼすことを回避することができる。したがって、本発明では、制御の専門家側から制御の非専門家側へと制御装置が提供されていく過程において、制御動作が不安定化するようなパラメータ設定が行なわれてしまう恐れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】従来の制御装置および本発明の第１の実施の形態に係る制御装置による設定値追従動作を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る制御装置による設定値追従動作を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る制御装置による設定値追従動作を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る制御装置による設定値追従動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［発明の原理］
主に加熱炉などの温度制御では、昇温時にヒータ能力（操作量ＭＶ）を最大にして昇温し、その後、温度設定値ＳＰに温度ＰＶが整定した後に、加熱処埋などの本稼動状態に移行する。本稼動状態に移行後の制御の役割は外乱抑制である。
温度設定値ＳＰを変更して昇温を行うステップ応答時においてはオーバーシュートを抑制することが重要であるが、ステップ応答は操作量ＭＶが最大になるタイプの応答である。そこで、発明者は、この操作量ＭＶの最大値を規定するパラメータである操作量上限値ＯＨを調整パラメータに利用することが有効であり、かつＰＩＤパラメータのように不安定化の要因にならないので、制御動作の不安定化の恐れも発生しないことに着眼した。
【００１２】
そして、発明者は、操作量上限値ＯＨを、ステップ応答のための操作量上限値ＯＨｓと、外乱抑制のための操作量上限値ＯＨｇとに分離し、ステップ応答のオーバーシュート抑制の局面ではＰＩＤ演算は操作量上限値ＯＨｓを利用し、オーバーシュート抑制の局面が済んだらＰＩＤ演算は操作量上限値ＯＨｇを利用するように自動的に切り替えることで、ステップ応答のために調整した操作量上限値ＯＨが外乱抑制に不適合になり悪影響を及ぼすことを回避できることに想到した。
【００１３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、設定値ＳＰを取得する設定値入力部１と、制御量ＰＶを取得する制御量入力部２と、設定値ＳＰの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを記憶する過渡操作量上限値記憶部３と、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを記憶する定常操作量上限値記憶部４と、設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出部５と、制御量ＰＶの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出部６と、設定値ＳＰの変更時点から過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替え部７と、設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する制御演算部８とを備えている。
【００１４】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図２は制御装置の動作を示すフローチャートである。
設定値ＳＰは、例えば加熱炉などの制御対象を使用するユーザによって設定され、制御装置の設定値入力部１を介して設定値変更検出部５と過渡応答完了検出部６と制御演算部８とに入力される。
制御量ＰＶは、例えば加熱炉内の温度を計測する温度センサによって取得され、制御装置の制御量入力部２を介して過渡応答完了検出部６と制御演算部８とに入力される。
【００１５】
設定値変更検出部５は、予め規定された設定値ＳＰの変更幅ΔＳＰに基づいて、設定値ＳＰに変更があったかどうかを判定する（図２ステップＳ１００）。設定値変更検出部５は、設定値ＳＰが直前の値に対して変更幅ΔＳＰ以上変更された場合に、設定値ＳＰが変更されたと判定する。
【００１６】
操作量上限値切り替え部７は、設定値変更検出部５によって設定値ＳＰの変更が検出されたときに（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、過渡操作量上限値記憶部３に記憶されている操作量上限値ＯＨｓを、制御演算で使用する操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｓとして制御演算部８に設定する（ステップＳ１０１）。この設定により、以後の制御演算では、後述のように過渡応答完了が検出されるまで操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｓが継続して使用される。
【００１７】
制御演算部８は、設定値入力部１から入力された設定値ＳＰと制御量入力部２から入力された制御量ＰＶとの偏差に基づいて周知のＰＩＤ制御演算を行い、設定値ＳＰと制御量ＰＶとが一致するように操作量ＭＶを算出する（ステップＳ１０２）。このとき、制御演算部８は、制御対象への操作量ＭＶの出力に際して、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨより大きい場合、操作量ＭＶ＝ＯＨとして出力する上限処理を行う。
【００１８】
このような制御演算部８による制御動作によって制御量ＰＶは、設定値ＳＰに近づく方向に変化する。
過渡応答完了検出部６は、制御量ＰＶの過渡応答が完了したかどうかを判定する（ステップＳ１０３）。過渡応答完了検出部６は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差の絶対値が予め規定された設定値近傍判定閾値Ｒｐ以内になったときに、制御量ＰＶが設定値近傍に到達したと判定し、過渡応答が完了したと判定する。設定値近傍判定閾値Ｒｐについては、操作量上限値ＯＨとしてＯＨ＝ＯＨｓを採用して制御を予め試行し、制御演算部８で算出される操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨｓから十分に下降するときの設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差に基づいて予め求めておけばよい。
【００１９】
操作量上限値切り替え部７は、過渡応答完了検出部６によって過渡応答完了が検出されたときに（ステップＳ１０３においてＹＥＳ）、定常操作量上限値記憶部４に記憶されている操作量上限値ＯＨｇを、制御演算で使用する操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｇとして制御演算部８に設定する（ステップＳ１０４）。この設定により、以後の制御演算では、設定値ＳＰの変更が検出されるまで操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｇが継続して使用される。
以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を例えばユーザの指令によって制御が終了するまで（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、制御周期ｄｔ毎に繰り返す。
【００２０】
次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態は、操作量上限値を変更してもＰＩＤ制御が不安定化することはない、という性質に基づいている。ＰＩＤ制御は、比例帯、積分時間、微分時間という３つのＰＩＤパラメータを適切に調整することで良好な制御性を得ることができる。しかしながら、たとえばオーバーシュートを抑制しようとして、比例帯を小さくするとオーバーシュートは抑制できても同時にハンチングの危険性が高くなってしまう。積分時間や微分時間についても不用意に設定すると、ハンチングが発生する。
【００２１】
一方、操作量上限値を変更するだけでは制御は不安定化しないので、オーバーシュートが発生する制御系に対して操作量上限値ＯＨとしてＯＨ＝ＯＨｓを適用し操作量上限値ＯＨを絞ることで、確実にオーバーシュートだけを抑制することができる。しかも、調整するパラメータは事実上ＯＨｓだけなので、仮に試行錯誤で操作量上限値ＯＨｓを決定する場合でも、ＰＩＤパラメータの調整よりもはるかに簡単に調整することができる。ただし、外乱応答時に操作量上限値ＯＨを絞っていると、外乱抑制性能が低下してしまう。そこで、本実施の形態では、過渡応答が完了すると、操作量上限値ＯＨｇを利用するように自動的に切り替えるので、過渡応答のために調整されている操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｓが、外乱抑制に悪影響を及ぼすことを回避することができる。こうして、本実施の形態では、制御動作の不安定化を回避することができる。
【００２２】
図３（Ａ）は従来の制御装置による設定値追従動作を示す図、図３（Ｂ）は本実施の形態の制御装置による設定値追従動作を示す図である。従来の制御装置では、制御量ＰＶにオーバーシュートが発生するのに対し、本実施の形態の制御装置では、オーバーシュートが発生していないことが分かる。
【００２３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、設定値入力部１と、制御量入力部２と、過渡操作量上限値記憶部３と、定常操作量上限値記憶部４と、設定値変更検出部５と、過渡応答完了検出部６ａと、操作量上限値切り替え部７と、制御演算部８とを備えている。
【００２４】
本実施の形態においても、制御装置の処理の流れは第１の実施の形態と同様であるので、図２を用いて制御装置の動作を説明する。ステップＳ１００〜Ｓ１０２の処理は、第１の実施の形態と同じである。
次に、本実施の形態の過渡応答完了検出部６ａは、制御演算部８から制御対象に出力される操作量ＭＶが過渡応答時の操作量上限値ＯＨｓ未満の値に下降したかどうかを判定し（ステップＳ１０３）、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨｓ未満の値になったときに、過渡応答が完了したと判定する。すなわち、過渡応答完了検出部６ａは、図５に示すように操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨｓにはりついている状態が終わった時点を過渡応答の完了時点とする。
【００２５】
ステップＳ１０４の処理は、第１の実施の形態と同じである。以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を例えばユーザの指令によって制御が終了するまで（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、制御周期ｄｔ毎に繰り返す。
【００２６】
従来の制御装置では、図３（Ａ）に示したように制御量ＰＶにオーバーシュートが発生するのに対し、本実施の形態の制御装置では、図５に示すようにオーバーシュートが発生しておらず、制御動作の不安定化を回避できていることが分かる。
こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は本発明の第３の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、設定値入力部１と、制御量入力部２と、過渡操作量上限値記憶部３と、定常操作量上限値記憶部４と、設定値変更検出部５と、過渡応答完了検出部６ｂと、操作量上限値切り替え部７と、制御演算部８とを備えている。
【００２８】
本実施の形態においても、制御装置の処理の流れは第１の実施の形態と同様であるので、図２を用いて制御装置の動作を説明する。ステップＳ１００〜Ｓ１０２の処理は、第１の実施の形態と同じである。
次に、本実施の形態の過渡応答完了検出部６ｂは、設定値ＳＰの変更から一定時間が経過したかどうかを判定し（ステップＳ１０３）、一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定する。すなわち、過渡応答完了検出部６ｂは、図７に示すように設定値ＳＰの変更時点からの経過時間ｔが一定時間Ｔを上回ったときに過渡応答が完了したと判定する。一定時間Ｔは、操作量上限値ＯＨとしてＯＨ＝ＯＨｓを採用して制御を予め試行して求めておけばよい。
【００２９】
ステップＳ１０４の処理は、第１の実施の形態と同じである。以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を例えばユーザの指令によって制御が終了するまで（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、制御周期ｄｔ毎に繰り返す。
【００３０】
従来の制御装置では、図３（Ａ）に示したように制御量ＰＶにオーバーシュートが発生するのに対し、本実施の形態の制御装置では、図７に示すようにオーバーシュートが発生しておらず、制御動作の不安定化を回避できていることが分かる。
こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図８は本発明の第４の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、設定値入力部１と、制御量入力部２と、過渡操作量上限値記憶部３ｃと、定常操作量上限値記憶部４と、設定値変更検出部５と、過渡応答完了検出部６と、過渡応答時間帯において後述する過渡操作量上限値選択部９が選択した操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替え部７ｃと、制御演算部８と、設定値ＳＰの変更が検出されたときに、過渡操作量上限値記憶部３ｃに記憶されている操作量上限値ＯＨｓの中から変更後の設定値ＳＰに対応する操作量上限値ＯＨｓを選択する過渡操作量上限値選択部９とを備えている。
【００３２】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図９は制御装置の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１００の処理は、第１の実施の形態と同じである。
過渡操作量上限値記憶部３ｃには、設定値ＳＰの範囲とこの設定値ＳＰの範囲に対応する操作量上限値ＯＨｓとの組が複数組予め記憶されている。こうして、設定値ＳＰの異なる範囲毎に操作量上限値ＯＨｓが予め登録されている。
【００３３】
過渡操作量上限値選択部９は、設定値変更検出部５によって設定値ＳＰの変更が検出されたときに（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、過渡操作量上限値記憶部３ｃに記憶されている操作量上限値ＯＨｓの中から変更後の設定値ＳＰに対応する操作量上限値ＯＨｓを選択する（図９ステップＳ１０６）。
操作量上限値切り替え部７ｃは、設定値変更検出部５によって設定値ＳＰの変更が検出されたときに過渡操作量上限値選択部９が選択した操作量上限値ＯＨｓを、制御演算で使用する操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｓとして制御演算部８に設定する（ステップＳ１０７）。
【００３４】
ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理は、第１の実施の形態と同じである。なお、ステップＳ１０３の過渡応答検出処理は、第１〜第３の実施の形態で説明した過渡応答完了検出部６，６ａ，６ｂのいずれかによって実行すればよい。
以上のようなステップＳ１００，Ｓ１０２〜Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１０７の処理を例えばユーザの指令によって制御が終了するまで（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、制御周期ｄｔ毎に繰り返す。
【００３５】
図１０は本実施の形態の制御装置による設定値追従動作を示す図である。図１０の例では、設定値ＳＰがＳＰ１に変更された時点では、設定値ＳＰ１に対応する操作量上限値としてＯＨｓ１が選択され、設定値ＳＰがＳＰ１からＳＰ２に変更された時点では、設定値ＳＰ２に対応する操作量上限値としてＯＨｓ２が選択され、設定値ＳＰがＳＰ２からＳＰ３に変更された時点では、設定値ＳＰ３に対応する操作量上限値としてＯＨｓ３が選択されていることが分かる。設定値ＳＰ１への変更による過渡応答が完了した時点から設定値ＳＰ２へ変更されるまでの期間、設定値ＳＰ２への変更による過渡応答が完了した時点から設定値ＳＰ３へ変更されるまでの期間、および設定値ＳＰ３への変更による過渡応答が完了した後の期間については、操作量上限値ＯＨｇが選択されることは言うまでもない。
こうして、本実施の形態では、設定値ＳＰの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値として、変更後の設定値ＳＰに応じた適切な操作量上限値ＯＨｓを設定することができ、オーバーシュートの抑制効果をより高めることができる。
【００３６】
なお、第１〜第４の実施の形態では、オーバーシュート抑制のために、ＯＨｇとは別にＯＨｓを用意するので、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇが、過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓよりも低い値として定常操作量上限値記憶部４に設定されている場合には、ＯＨｓを誤った設定と判断するのが好適である。したがって、操作量上限値切り替え部７，７ｃは、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇが、過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓよりも低い値に設定されている場合（ＯＨｓ＞ＯＨｇ）、設定値変更時点から過渡応答完了時点までの過渡応答時間帯においても操作量上限値ＯＨｇを採用するようにしてもよい。
【００３７】
第１〜第４の実施の形態において、操作量上限値ＯＨｇについては、装置の特性からくる制約（たとえば１００％の出力を出すと装置に負担がかかるような場合）が無ければ、一般的な操作量上限値である１００％に予め設定しておくのがよい。
一方、操作量上限値ＯＨｓについては、ＰＶ＝ＳＰで整定している時の操作量ＭＶの値から操作量上限値ＯＨｇまでの値の範囲で予め設定しておけばよい。操作量上限値ＯＨｓの具体的な決定方法としては、試行錯誤で決定してもよいし、特開２００４−３８４２８号公報に開示されているようなシミュレーションを用いて決定してもよい。シミュレーションを利用すれば、試行回数を削減することができる。
【００３８】
第１〜第４の実施の形態で説明した制御装置は、ＣＰＵ、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第４の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、プロセス制御技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…設定値入力部、２…制御量入力部、３，３ｃ…過渡操作量上限値記憶部、４…定常操作量上限値記憶部、５…設定値変更検出部、６，６ａ，６ｂ…過渡応答完了検出部、７，７ｃ…操作量上限値切り替え部、８…制御演算部、９…過渡操作量上限値選択部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス制御技術に係り、特に制御動作が不安定化するような制御パラメータ設定が行なわれてしまう恐れを低減することができる制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
設定値ＳＰ変更時の追従特性と定常状態時の外乱抑制特性を独立（分離）して調整できるＰＩＤ制御手法として、２自由度ＰＩＤ制御が知られている（例えば特許文献１参照）。例えば加熱炉の温度制御において、設定値ＳＰ変更時は昇温幅が大きいので、オーバーシュートが発生すると装置の稼動状態に移行するまでに時間のロスが発生する。したがって、オーバーシュートを抑制することを重視してＰＩＤパラメータを調整する。一方、定常状態（稼動状態）では、加熱炉内の温度の乱れを最小限に抑制することを重視してＰＩＤパラメータを調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５０５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような温度制御機能を有するＰＩＤ制御装置である温度調節計は、温度調節計を製造する調節計メーカから、加熱炉などを製造する装置メーカへと販売され、さらに装置メーカから装置ユーザへと販売される。このような過程により、制御の専門知識のないオペレータが温度調節計のＰＩＤパラメータを調整せざるを得ない状況が発生していく。本来、ＰＩＤパラメータ調整には少なからず専門的な知識が必要になるので、上記の状況では制御系の不安定化が発生するリスクを伴う。リスクが大きくなることは、制御技術の提供者側にとっても受領者側にとっても支障になる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、制御の専門家側から制御の非専門家側へと制御装置が提供されていく過程において、制御動作が不安定化するようなパラメータ設定が行なわれてしまう恐れを低減することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の制御装置は、設定値ＳＰの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを記憶する過渡操作量上限値記憶手段と、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを記憶する定常操作量上限値記憶手段と、設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出手段と、制御量ＰＶの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出手段と、設定値ＳＰの変更時点から過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では前記操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、前記過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では前記操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替え手段と、設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する制御演算手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記過渡応答完了検出手段は、制御量ＰＶが設定値ＳＰの近傍に到達したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記過渡応答完了検出手段は、前記制御演算手段から出力される操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨｓ未満の値に下降したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記過渡応答完了検出手段は、設定値ＳＰの変更時点から一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、設定値ＳＰの変更が検出されたときに、前記過渡操作量上限値記憶手段に記憶されている操作量上限値ＯＨｓの中から変更後の設定値ＳＰに対応する操作量上限値ＯＨｓを選択する過渡操作量上限値選択手段を備え、前記過渡操作量上限値記憶手段は、設定値ＳＰの範囲とこの設定値ＳＰの範囲に対応する操作量上限値ＯＨｓとの組を複数組記憶し、前記操作量上限値切り替え手段は、前記過渡応答時間帯において前記過渡操作量上限値選択手段が選択した操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量上限値切り替え手段は、前記操作量上限値ＯＨｇが前記操作量上限値ＯＨｓよりも低い値に設定されている場合は、前記過渡応答時間帯においても前記操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の制御方法は、設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出ステップと、制御量ＰＶの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出ステップと、設定値ＳＰの変更時点から制御量ＰＶの過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では、過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、前記過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替えステップと、設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する制御演算ステップとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、設定値ＳＰの変更時点から過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では、過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することにより、過渡応答時間帯においてオーバーシュートの発生を抑制することができ、また定常運転時間帯において操作量上限値ＯＨｓが外乱抑制に悪影響を及ぼすことを回避することができる。したがって、本発明では、制御の専門家側から制御の非専門家側へと制御装置が提供されていく過程において、制御動作が不安定化するようなパラメータ設定が行なわれてしまう恐れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】従来の制御装置および本発明の第１の実施の形態に係る制御装置による設定値追従動作を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る制御装置による設定値追従動作を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る制御装置による設定値追従動作を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る制御装置による設定値追従動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［発明の原理］
主に加熱炉などの温度制御では、昇温時にヒータ能力（操作量ＭＶ）を最大にして昇温し、その後、温度設定値ＳＰに温度ＰＶが整定した後に、加熱処埋などの本稼動状態に移行する。本稼動状態に移行後の制御の役割は外乱抑制である。
温度設定値ＳＰを変更して昇温を行うステップ応答時においてはオーバーシュートを抑制することが重要であるが、ステップ応答は操作量ＭＶが最大になるタイプの応答である。そこで、発明者は、この操作量ＭＶの最大値を規定するパラメータである操作量上限値ＯＨを調整パラメータに利用することが有効であり、かつＰＩＤパラメータのように不安定化の要因にならないので、制御動作の不安定化の恐れも発生しないことに着眼した。
【００１２】
そして、発明者は、操作量上限値ＯＨを、ステップ応答のための操作量上限値ＯＨｓと、外乱抑制のための操作量上限値ＯＨｇとに分離し、ステップ応答のオーバーシュート抑制の局面ではＰＩＤ演算は操作量上限値ＯＨｓを利用し、オーバーシュート抑制の局面が済んだらＰＩＤ演算は操作量上限値ＯＨｇを利用するように自動的に切り替えることで、ステップ応答のために調整した操作量上限値ＯＨが外乱抑制に不適合になり悪影響を及ぼすことを回避できることに想到した。
【００１３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、設定値ＳＰを取得する設定値入力部１と、制御量ＰＶを取得する制御量入力部２と、設定値ＳＰの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを記憶する過渡操作量上限値記憶部３と、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを記憶する定常操作量上限値記憶部４と、設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出部５と、制御量ＰＶの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出部６と、設定値ＳＰの変更時点から過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替え部７と、設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する制御演算部８とを備えている。
【００１４】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図２は制御装置の動作を示すフローチャートである。
設定値ＳＰは、例えば加熱炉などの制御対象を使用するユーザによって設定され、制御装置の設定値入力部１を介して設定値変更検出部５と過渡応答完了検出部６と制御演算部８とに入力される。
制御量ＰＶは、例えば加熱炉内の温度を計測する温度センサによって取得され、制御装置の制御量入力部２を介して過渡応答完了検出部６と制御演算部８とに入力される。
【００１５】
設定値変更検出部５は、予め規定された設定値ＳＰの変更幅ΔＳＰに基づいて、設定値ＳＰに変更があったかどうかを判定する（図２ステップＳ１００）。設定値変更検出部５は、設定値ＳＰが直前の値に対して変更幅ΔＳＰ以上変更された場合に、設定値ＳＰが変更されたと判定する。
【００１６】
操作量上限値切り替え部７は、設定値変更検出部５によって設定値ＳＰの変更が検出されたときに（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、過渡操作量上限値記憶部３に記憶されている操作量上限値ＯＨｓを、制御演算で使用する操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｓとして制御演算部８に設定する（ステップＳ１０１）。この設定により、以後の制御演算では、後述のように過渡応答完了が検出されるまで操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｓが継続して使用される。
【００１７】
制御演算部８は、設定値入力部１から入力された設定値ＳＰと制御量入力部２から入力された制御量ＰＶとの偏差に基づいて周知のＰＩＤ制御演算を行い、設定値ＳＰと制御量ＰＶとが一致するように操作量ＭＶを算出する（ステップＳ１０２）。このとき、制御演算部８は、制御対象への操作量ＭＶの出力に際して、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨより大きい場合、操作量ＭＶ＝ＯＨとして出力する上限処理を行う。
【００１８】
このような制御演算部８による制御動作によって制御量ＰＶは、設定値ＳＰに近づく方向に変化する。
過渡応答完了検出部６は、制御量ＰＶの過渡応答が完了したかどうかを判定する（ステップＳ１０３）。過渡応答完了検出部６は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差の絶対値が予め規定された設定値近傍判定閾値Ｒｐ以内になったときに、制御量ＰＶが設定値近傍に到達したと判定し、過渡応答が完了したと判定する。設定値近傍判定閾値Ｒｐについては、操作量上限値ＯＨとしてＯＨ＝ＯＨｓを採用して制御を予め試行し、制御演算部８で算出される操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨｓから十分に下降するときの設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差に基づいて予め求めておけばよい。
【００１９】
操作量上限値切り替え部７は、過渡応答完了検出部６によって過渡応答完了が検出されたときに（ステップＳ１０３においてＹＥＳ）、定常操作量上限値記憶部４に記憶されている操作量上限値ＯＨｇを、制御演算で使用する操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｇとして制御演算部８に設定する（ステップＳ１０４）。この設定により、以後の制御演算では、設定値ＳＰの変更が検出されるまで操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｇが継続して使用される。
以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を例えばユーザの指令によって制御が終了するまで（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、制御周期ｄｔ毎に繰り返す。
【００２０】
次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態は、操作量上限値を変更してもＰＩＤ制御が不安定化することはない、という性質に基づいている。ＰＩＤ制御は、比例帯、積分時間、微分時間という３つのＰＩＤパラメータを適切に調整することで良好な制御性を得ることができる。しかしながら、たとえばオーバーシュートを抑制しようとして、比例帯を小さくするとオーバーシュートは抑制できても同時にハンチングの危険性が高くなってしまう。積分時間や微分時間についても不用意に設定すると、ハンチングが発生する。
【００２１】
一方、操作量上限値を変更するだけでは制御は不安定化しないので、オーバーシュートが発生する制御系に対して操作量上限値ＯＨとしてＯＨ＝ＯＨｓを適用し操作量上限値ＯＨを絞ることで、確実にオーバーシュートだけを抑制することができる。しかも、調整するパラメータは事実上ＯＨｓだけなので、仮に試行錯誤で操作量上限値ＯＨｓを決定する場合でも、ＰＩＤパラメータの調整よりもはるかに簡単に調整することができる。ただし、外乱応答時に操作量上限値ＯＨを絞っていると、外乱抑制性能が低下してしまう。そこで、本実施の形態では、過渡応答が完了すると、操作量上限値ＯＨｇを利用するように自動的に切り替えるので、過渡応答のために調整されている操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｓが、外乱抑制に悪影響を及ぼすことを回避することができる。こうして、本実施の形態では、制御動作の不安定化を回避することができる。
【００２２】
図３（Ａ）は従来の制御装置による設定値追従動作を示す図、図３（Ｂ）は本実施の形態の制御装置による設定値追従動作を示す図である。従来の制御装置では、制御量ＰＶにオーバーシュートが発生するのに対し、本実施の形態の制御装置では、オーバーシュートが発生していないことが分かる。
【００２３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、設定値入力部１と、制御量入力部２と、過渡操作量上限値記憶部３と、定常操作量上限値記憶部４と、設定値変更検出部５と、過渡応答完了検出部６ａと、操作量上限値切り替え部７と、制御演算部８とを備えている。
【００２４】
本実施の形態においても、制御装置の処理の流れは第１の実施の形態と同様であるので、図２を用いて制御装置の動作を説明する。ステップＳ１００〜Ｓ１０２の処理は、第１の実施の形態と同じである。
次に、本実施の形態の過渡応答完了検出部６ａは、制御演算部８から制御対象に出力される操作量ＭＶが過渡応答時の操作量上限値ＯＨｓ未満の値に下降したかどうかを判定し（ステップＳ１０３）、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨｓ未満の値になったときに、過渡応答が完了したと判定する。すなわち、過渡応答完了検出部６ａは、図５に示すように操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨｓにはりついている状態が終わった時点を過渡応答の完了時点とする。
【００２５】
ステップＳ１０４の処理は、第１の実施の形態と同じである。以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を例えばユーザの指令によって制御が終了するまで（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、制御周期ｄｔ毎に繰り返す。
【００２６】
従来の制御装置では、図３（Ａ）に示したように制御量ＰＶにオーバーシュートが発生するのに対し、本実施の形態の制御装置では、図５に示すようにオーバーシュートが発生しておらず、制御動作の不安定化を回避できていることが分かる。
こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は本発明の第３の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、設定値入力部１と、制御量入力部２と、過渡操作量上限値記憶部３と、定常操作量上限値記憶部４と、設定値変更検出部５と、過渡応答完了検出部６ｂと、操作量上限値切り替え部７と、制御演算部８とを備えている。
【００２８】
本実施の形態においても、制御装置の処理の流れは第１の実施の形態と同様であるので、図２を用いて制御装置の動作を説明する。ステップＳ１００〜Ｓ１０２の処理は、第１の実施の形態と同じである。
次に、本実施の形態の過渡応答完了検出部６ｂは、設定値ＳＰの変更から一定時間が経過したかどうかを判定し（ステップＳ１０３）、一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定する。すなわち、過渡応答完了検出部６ｂは、図７に示すように設定値ＳＰの変更時点からの経過時間ｔが一定時間Ｔを上回ったときに過渡応答が完了したと判定する。一定時間Ｔは、操作量上限値ＯＨとしてＯＨ＝ＯＨｓを採用して制御を予め試行して求めておけばよい。
【００２９】
ステップＳ１０４の処理は、第１の実施の形態と同じである。以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を例えばユーザの指令によって制御が終了するまで（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、制御周期ｄｔ毎に繰り返す。
【００３０】
従来の制御装置では、図３（Ａ）に示したように制御量ＰＶにオーバーシュートが発生するのに対し、本実施の形態の制御装置では、図７に示すようにオーバーシュートが発生しておらず、制御動作の不安定化を回避できていることが分かる。
こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図８は本発明の第４の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、設定値入力部１と、制御量入力部２と、過渡操作量上限値記憶部３ｃと、定常操作量上限値記憶部４と、設定値変更検出部５と、過渡応答完了検出部６と、過渡応答時間帯において後述する過渡操作量上限値選択部９が選択した操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替え部７ｃと、制御演算部８と、設定値ＳＰの変更が検出されたときに、過渡操作量上限値記憶部３ｃに記憶されている操作量上限値ＯＨｓの中から変更後の設定値ＳＰに対応する操作量上限値ＯＨｓを選択する過渡操作量上限値選択部９とを備えている。
【００３２】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図９は制御装置の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１００の処理は、第１の実施の形態と同じである。
過渡操作量上限値記憶部３ｃには、設定値ＳＰの範囲とこの設定値ＳＰの範囲に対応する操作量上限値ＯＨｓとの組が複数組予め記憶されている。こうして、設定値ＳＰの異なる範囲毎に操作量上限値ＯＨｓが予め登録されている。
【００３３】
過渡操作量上限値選択部９は、設定値変更検出部５によって設定値ＳＰの変更が検出されたときに（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、過渡操作量上限値記憶部３ｃに記憶されている操作量上限値ＯＨｓの中から変更後の設定値ＳＰに対応する操作量上限値ＯＨｓを選択する（図９ステップＳ１０６）。
操作量上限値切り替え部７ｃは、設定値変更検出部５によって設定値ＳＰの変更が検出されたときに過渡操作量上限値選択部９が選択した操作量上限値ＯＨｓを、制御演算で使用する操作量上限値ＯＨ＝ＯＨｓとして制御演算部８に設定する（ステップＳ１０７）。
【００３４】
ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理は、第１の実施の形態と同じである。なお、ステップＳ１０３の過渡応答検出処理は、第１〜第３の実施の形態で説明した過渡応答完了検出部６，６ａ，６ｂのいずれかによって実行すればよい。
以上のようなステップＳ１００，Ｓ１０２〜Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１０７の処理を例えばユーザの指令によって制御が終了するまで（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、制御周期ｄｔ毎に繰り返す。
【００３５】
図１０は本実施の形態の制御装置による設定値追従動作を示す図である。図１０の例では、設定値ＳＰがＳＰ１に変更された時点では、設定値ＳＰ１に対応する操作量上限値としてＯＨｓ１が選択され、設定値ＳＰがＳＰ１からＳＰ２に変更された時点では、設定値ＳＰ２に対応する操作量上限値としてＯＨｓ２が選択され、設定値ＳＰがＳＰ２からＳＰ３に変更された時点では、設定値ＳＰ３に対応する操作量上限値としてＯＨｓ３が選択されていることが分かる。設定値ＳＰ１への変更による過渡応答が完了した時点から設定値ＳＰ２へ変更されるまでの期間、設定値ＳＰ２への変更による過渡応答が完了した時点から設定値ＳＰ３へ変更されるまでの期間、および設定値ＳＰ３への変更による過渡応答が完了した後の期間については、操作量上限値ＯＨｇが選択されることは言うまでもない。
こうして、本実施の形態では、設定値ＳＰの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値として、変更後の設定値ＳＰに応じた適切な操作量上限値ＯＨｓを設定することができ、オーバーシュートの抑制効果をより高めることができる。
【００３６】
なお、第１〜第４の実施の形態では、オーバーシュート抑制のために、ＯＨｇとは別にＯＨｓを用意するので、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇが、過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓよりも低い値として定常操作量上限値記憶部４に設定されている場合には、ＯＨｓを誤った設定と判断するのが好適である。したがって、操作量上限値切り替え部７，７ｃは、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇが、過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓよりも低い値に設定されている場合（ＯＨｓ＞ＯＨｇ）、設定値変更時点から過渡応答完了時点までの過渡応答時間帯においても操作量上限値ＯＨｇを採用するようにしてもよい。
【００３７】
第１〜第４の実施の形態において、操作量上限値ＯＨｇについては、装置の特性からくる制約（たとえば１００％の出力を出すと装置に負担がかかるような場合）が無ければ、一般的な操作量上限値である１００％に予め設定しておくのがよい。
一方、操作量上限値ＯＨｓについては、ＰＶ＝ＳＰで整定している時の操作量ＭＶの値から操作量上限値ＯＨｇまでの値の範囲で予め設定しておけばよい。操作量上限値ＯＨｓの具体的な決定方法としては、試行錯誤で決定してもよいし、特開２００４−３８４２８号公報に開示されているようなシミュレーションを用いて決定してもよい。シミュレーションを利用すれば、試行回数を削減することができる。
【００３８】
第１〜第４の実施の形態で説明した制御装置は、ＣＰＵ、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第４の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、プロセス制御技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…設定値入力部、２…制御量入力部、３，３ｃ…過渡操作量上限値記憶部、４…定常操作量上限値記憶部、５…設定値変更検出部、６，６ａ，６ｂ…過渡応答完了検出部、７，７ｃ…操作量上限値切り替え部、８…制御演算部、９…過渡操作量上限値選択部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定値ＳＰの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを記憶する過渡操作量上限値記憶手段と、
定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを記憶する定常操作量上限値記憶手段と、
設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出手段と、
制御量ＰＶの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出手段と、
設定値ＳＰの変更時点から過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では前記操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、前記過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では前記操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替え手段と、
設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する制御演算手段とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御装置において、
前記過渡応答完了検出手段は、制御量ＰＶが設定値ＳＰの近傍に到達したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の制御装置において、
前記過渡応答完了検出手段は、前記制御演算手段から出力される操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨｓ未満の値に下降したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の制御装置において、
前記過渡応答完了検出手段は、設定値ＳＰの変更時点から一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置において、
さらに、設定値ＳＰの変更が検出されたときに、前記過渡操作量上限値記憶手段に記憶されている操作量上限値ＯＨｓの中から変更後の設定値ＳＰに対応する操作量上限値ＯＨｓを選択する過渡操作量上限値選択手段を備え、
前記過渡操作量上限値記憶手段は、設定値ＳＰの範囲とこの設定値ＳＰの範囲に対応する操作量上限値ＯＨｓとの組を複数組記憶し、
前記操作量上限値切り替え手段は、前記過渡応答時間帯において前記過渡操作量上限値選択手段が選択した操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記操作量上限値切り替え手段は、前記操作量上限値ＯＨｇが前記操作量上限値ＯＨｓよりも低い値に設定されている場合は、前記過渡応答時間帯においても前記操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出ステップと、
制御量ＰＶの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出ステップと、
設定値ＳＰの変更時点から制御量ＰＶの過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では、過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、前記過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替えステップと、
設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する制御演算ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
【請求項８】
請求項７記載の制御方法において、
前記過渡応答完了検出ステップは、制御量ＰＶが設定値ＳＰの近傍に到達したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御方法。
【請求項９】
請求項７記載の制御方法において、
前記過渡応答完了検出ステップは、前記制御演算ステップで出力される操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨｓ未満の値に下降したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
請求項７記載の制御方法において、
前記過渡応答完了検出ステップは、設定値ＳＰの変更時点から一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の制御方法において、
さらに、設定値ＳＰの変更が検出されたときに、予め記憶している操作量上限値ＯＨｓの中から変更後の設定値ＳＰに対応する操作量上限値ＯＨｓを選択する過渡操作量上限値選択ステップを備え、
設定値ＳＰの範囲とこの設定値ＳＰの範囲に対応する操作量上限値ＯＨｓとの組が、予め複数組用意され、
前記操作量上限値切り替えステップは、前記過渡応答時間帯において前記過渡操作量上限値選択ステップで選択した操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記操作量上限値切り替えステップは、前記操作量上限値ＯＨｇが前記操作量上限値ＯＨｓよりも低い値に設定されている場合は、前記過渡応答時間帯においても前記操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とする制御方法。
【請求項１】
設定値ＳＰの変更による過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを記憶する過渡操作量上限値記憶手段と、
定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを記憶する定常操作量上限値記憶手段と、
設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出手段と、
制御量ＰＶの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出手段と、
設定値ＳＰの変更時点から過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では前記操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、前記過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では前記操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替え手段と、
設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する制御演算手段とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御装置において、
前記過渡応答完了検出手段は、制御量ＰＶが設定値ＳＰの近傍に到達したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の制御装置において、
前記過渡応答完了検出手段は、前記制御演算手段から出力される操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨｓ未満の値に下降したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の制御装置において、
前記過渡応答完了検出手段は、設定値ＳＰの変更時点から一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置において、
さらに、設定値ＳＰの変更が検出されたときに、前記過渡操作量上限値記憶手段に記憶されている操作量上限値ＯＨｓの中から変更後の設定値ＳＰに対応する操作量上限値ＯＨｓを選択する過渡操作量上限値選択手段を備え、
前記過渡操作量上限値記憶手段は、設定値ＳＰの範囲とこの設定値ＳＰの範囲に対応する操作量上限値ＯＨｓとの組を複数組記憶し、
前記操作量上限値切り替え手段は、前記過渡応答時間帯において前記過渡操作量上限値選択手段が選択した操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記操作量上限値切り替え手段は、前記操作量上限値ＯＨｇが前記操作量上限値ＯＨｓよりも低い値に設定されている場合は、前記過渡応答時間帯においても前記操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
設定値ＳＰの変更を検出する設定値変更検出ステップと、
制御量ＰＶの過渡応答の完了を検出する過渡応答完了検出ステップと、
設定値ＳＰの変更時点から制御量ＰＶの過渡応答の完了時点までの過渡応答時間帯では、過渡応答時に有効な操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、前記過渡応答時間帯以外の定常運転時間帯では、定常運転時に有効な操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する操作量上限値切り替えステップと、
設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する制御演算ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
【請求項８】
請求項７記載の制御方法において、
前記過渡応答完了検出ステップは、制御量ＰＶが設定値ＳＰの近傍に到達したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御方法。
【請求項９】
請求項７記載の制御方法において、
前記過渡応答完了検出ステップは、前記制御演算ステップで出力される操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨｓ未満の値に下降したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
請求項７記載の制御方法において、
前記過渡応答完了検出ステップは、設定値ＳＰの変更時点から一定時間が経過したときに、過渡応答が完了したと判定することを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の制御方法において、
さらに、設定値ＳＰの変更が検出されたときに、予め記憶している操作量上限値ＯＨｓの中から変更後の設定値ＳＰに対応する操作量上限値ＯＨｓを選択する過渡操作量上限値選択ステップを備え、
設定値ＳＰの範囲とこの設定値ＳＰの範囲に対応する操作量上限値ＯＨｓとの組が、予め複数組用意され、
前記操作量上限値切り替えステップは、前記過渡応答時間帯において前記過渡操作量上限値選択ステップで選択した操作量上限値ＯＨｓを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記操作量上限値切り替えステップは、前記操作量上限値ＯＨｇが前記操作量上限値ＯＨｓよりも低い値に設定されている場合は、前記過渡応答時間帯においても前記操作量上限値ＯＨｇを制御演算で使用する操作量上限値ＯＨとして設定することを特徴とする制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１６８８４３（Ｐ２０１２−１６８８４３Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０５９０（Ｐ２０１１−３０５９０）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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