專利名稱：過程控制裝置的調(diào)整方法、調(diào)整工具和過程控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為了得到規(guī)定的控制性能，控制例如發(fā)電設(shè)備和石油化學(xué)、鋼鐵等一般產(chǎn)業(yè)設(shè)備的控制對象的過程控制裝置及其調(diào)整方法，特別涉及能夠簡單地進(jìn)行控制要素的控制參數(shù)的調(diào)整的過程控制裝置、其調(diào)整方法和其調(diào)整工具。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，在例如發(fā)電設(shè)備和石油化學(xué)、鋼鐵等一般產(chǎn)業(yè)的設(shè)備中，為了將成為控制對象的溫度、流量、壓力、液面等的過程的值控制為規(guī)定值，而廣泛使用了兼具比例、積分、微分動作的PID控制裝置。
在現(xiàn)有的PID控制裝置中，在控制對象的特性是遲緩特性的情況下，能夠得到良好的控制特性，提出了許多PID控制裝置的控制參數(shù)的調(diào)整工具。
但是，具有以下問題在控制對象具有除此以外的特性，例如積分特性和振動特性的情況下，難以進(jìn)行能夠得到良好控制特性的控制參數(shù)調(diào)整，進(jìn)而，在具有不穩(wěn)定特性的情況下，更加難以進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整。
另外，許多的發(fā)電設(shè)備和一般產(chǎn)業(yè)過程具有以下特性在控制對象的輸入變化的情況下，到其輸出變化為止會有任意的時(shí)間延遲(浪費(fèi)時(shí)間)。因此，具有以下問題在控制對象的特性有延遲特性，與延遲時(shí)間常數(shù)相比浪費(fèi)時(shí)間長的情況下，在現(xiàn)有的PID控制裝置中無法得到充分的控制性能。
所以，最近為了解決這樣的問題點(diǎn)，而提出了代替PID控制裝置的在內(nèi)部具備由一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間要素構(gòu)成的正反饋補(bǔ)償器的過程控制裝置。例如，這樣的提案有日本的公開專利公報(bào)P2002-157002。
圖1是展示具有這種現(xiàn)有的正反饋補(bǔ)償器和干擾補(bǔ)償器的過程控制裝置的結(jié)構(gòu)例子的框圖。
如該圖所示，過程控制裝置由以下部分構(gòu)成將通過減法器18減去了控制目標(biāo)值SV和控制對象13的控制量PV的偏差e作為輸入，輸出對控制對象13的控制量的控制器11；將控制對象13的控制量PV作為輸入，輸出對控制對象13的操作量的干擾補(bǔ)償器12；從作為控制器11的輸出的操作量中減去作為干擾補(bǔ)償器12的輸出的操作量，生成對控制對象13的最終的操作量MV的減法器14。
另外，控制器11由以下部分構(gòu)成由一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間構(gòu)成的補(bǔ)償器(正反饋補(bǔ)償器)15；比例器16；加法器17。
比例器16將控制目標(biāo)值SV和控制對象13的控制量PV的偏差e作為輸入進(jìn)行比例運(yùn)算，通過加法器17將該比例器16的輸出和正反饋補(bǔ)償器15的輸出相加而設(shè)置為作為上述控制器11的輸出的操作量，正反饋補(bǔ)償器15反饋?zhàn)鳛樵摽刂破?1的輸出的操作量，作為該正反饋補(bǔ)償器15的輸入。
如上所述，現(xiàn)有的過程控制裝置具備正反饋補(bǔ)償器15以及干擾補(bǔ)償器12，不只是能夠良好地控制浪費(fèi)時(shí)間長的控制對象13，還能夠良好地控制PID控制無法良好地控制的具有振動特性和不穩(wěn)定特性的控制對象13。
具有該正反饋補(bǔ)償器15的過程控制裝置將控制對象13近似為一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間要素，利用該參數(shù)決定正反饋補(bǔ)償器15的控制參數(shù)。
因此，在導(dǎo)入了干擾補(bǔ)償器12的情況下，必須將由控制對象13和干擾補(bǔ)償器12構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)整體的特性近似為一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間要素。
其結(jié)果是在變更了干擾補(bǔ)償器12的參數(shù)的情況下，必須在該時(shí)刻計(jì)算由控制對象13和干擾補(bǔ)償器12構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)整體的近似特性，變更正反饋補(bǔ)償器15和比例器16的參數(shù)。
為了得到充分的控制性能，必須在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整該干擾補(bǔ)償器12的操作，到得到規(guī)定的控制性能為止必須循環(huán)進(jìn)行以下的3個步驟(a)變更干擾補(bǔ)償器12的參數(shù)，(b)計(jì)算閉環(huán)系統(tǒng)的近似特性，(c)變更正反饋補(bǔ)償器15和比例器16的參數(shù)。
但是，在發(fā)電設(shè)備和一般產(chǎn)業(yè)過程中，大多情況下必須調(diào)整的控制對象有數(shù)百個以上，如果針對所有的對象循環(huán)進(jìn)行上述3個步驟來進(jìn)行調(diào)整，則有以下問題不只是調(diào)整時(shí)間會延長，還會由于參數(shù)變更次數(shù)的增加而帶來參數(shù)設(shè)置錯誤。
針對該問題，如圖2所示，在控制器11內(nèi)部具備與具有正反饋補(bǔ)償功能的過程控制裝置的干擾補(bǔ)償器12對應(yīng)的具有與進(jìn)行比例運(yùn)算和微分運(yùn)算的干擾補(bǔ)償器12相同結(jié)構(gòu)、相同參數(shù)的內(nèi)部補(bǔ)償器112，另外具備由控制對象13的模型構(gòu)成的模型補(bǔ)償器113，進(jìn)而，將干擾補(bǔ)償器12和內(nèi)部補(bǔ)償器112的參數(shù)設(shè)置為相同。
即，該過程控制裝置在變更了干擾補(bǔ)償器12和內(nèi)部補(bǔ)償器112的參數(shù)中的任意一個的情況下，能夠自動地變更另一個參數(shù)，能夠通過一次調(diào)整操作簡單地進(jìn)行參數(shù)變更。例如，作為這樣的裝置有本申請發(fā)明者發(fā)表的“Model-Driven PID Control system in Single-LoopController”。
另外，向具有與圖1說明的部分相同功能的控制要素付與同一編號，并省略其說明。
在本發(fā)明中，由于沒有必要用日本的公開專利公報(bào)P2002-157002所示那樣的一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間要素近似由控制對象13和干擾補(bǔ)償器12構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)的特性，所以只需要一次的參數(shù)變更操作。所以，與具有上述的圖1所示的正反饋補(bǔ)償器15的現(xiàn)有的過程控制裝置相同，能夠良好地控制范圍更廣的控制對象，并且在現(xiàn)場能夠簡單地進(jìn)行干擾補(bǔ)償器12、內(nèi)部補(bǔ)償器112和模型補(bǔ)償器113等的控制參數(shù)的調(diào)整操作。
但是，在圖2所示的后者的提案中，由于為了使由控制對象13和干擾補(bǔ)償器12構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)的特性成為具有一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間的特性，而通過計(jì)算進(jìn)行干擾補(bǔ)償器12的補(bǔ)償參數(shù)的設(shè)置，所以有可能產(chǎn)生計(jì)算錯誤。
另外，對于許多過程控制對象，到分別得到規(guī)定的控制性能為止循環(huán)進(jìn)行計(jì)算，為了進(jìn)一步判斷其控制性能，而不只是必需大量時(shí)間，還有在這樣的人為的操作中容易產(chǎn)生錯誤的問題。
如上所述，在發(fā)電設(shè)備和一般產(chǎn)業(yè)過程中，需要控制的控制對象非常多，該控制對象的特性也有各種各樣。其結(jié)果是在過程控制裝置中，要求對具有各種各樣的特性的控制對象得到良好的規(guī)定的控制性能。
另外，為了更短時(shí)間并且安全地進(jìn)行調(diào)整，必須能夠用簡單的步驟確實(shí)地進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種在具有在與控制對象的時(shí)間常數(shù)相比浪費(fèi)時(shí)間長的情況下，或在控制對象的特性不是遲緩特性的情況下，也能夠進(jìn)行良好的控制的正反饋補(bǔ)償器的過程控制裝置中，能夠用短時(shí)間進(jìn)行能夠得到充分的控制性能的對控制參數(shù)的現(xiàn)場調(diào)整操作，并且，通過使控制參數(shù)的調(diào)整和控制性能可視化來判斷是否良好，能夠防止人為的計(jì)算錯誤、調(diào)整錯誤的過程控制裝置的調(diào)整方法以及其調(diào)整工具。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的過程控制裝置的調(diào)整方法具有以下結(jié)構(gòu)。即是用由一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間表示的傳遞函數(shù)近似由控制對象和其干擾補(bǔ)償器構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，通過控制器控制該近似的閉環(huán)系統(tǒng)的過程控制裝置的調(diào)整方法，其特征在于用預(yù)定的傳遞函數(shù)定義控制對象的傳遞函數(shù)，針對干擾補(bǔ)償器，在閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)不產(chǎn)生離散、振動的范圍內(nèi)設(shè)置由比例增益要素、不完全微分要素組成的干擾補(bǔ)償器的補(bǔ)償參數(shù)，將閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)作為第1響應(yīng)而顯示的第1步驟中，調(diào)整補(bǔ)償參數(shù)，將閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)作為由比例增益要素、浪費(fèi)時(shí)間和一次延遲要素組成的模型傳遞函數(shù)的模型參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將模型傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)作為第2響應(yīng)而與第1響應(yīng)重疊顯示，作為第2步驟調(diào)整模型參數(shù)，使得第1響應(yīng)和第2響應(yīng)的差收斂于規(guī)定的判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)，將模型參數(shù)作為控制器的控制參數(shù)進(jìn)行規(guī)定的轉(zhuǎn)換而設(shè)置控制器，將由控制對象、干擾補(bǔ)償器和控制器組成的過程傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)作為第3響應(yīng)而顯示，作為第3步驟判斷過程控制裝置的響應(yīng)是否在規(guī)定的判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)，在第3響應(yīng)超出了規(guī)定的判斷基準(zhǔn)范圍的情況下，循環(huán)進(jìn)行第1步驟到第3步驟而進(jìn)行再調(diào)整，使其收斂于判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)。
所以，由于使干擾補(bǔ)償器的調(diào)整是否良好的判斷、控制器的控制參數(shù)調(diào)整是否良好的判斷可視化，并且用規(guī)定的判斷基準(zhǔn)對控制性能進(jìn)行定量的評價(jià)，所以能夠提供一種調(diào)整操作簡單并且能夠在短時(shí)間內(nèi)確實(shí)地執(zhí)行的過程控制裝置的調(diào)整方法。
將通過以下的說明和附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的其他特征和要點(diǎn)。


圖1是通過干擾補(bǔ)償器對現(xiàn)有的控制對象進(jìn)行補(bǔ)償使得由一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間表示的過程控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是在現(xiàn)有的控制器內(nèi)具備同樣的傳遞函數(shù)的內(nèi)部補(bǔ)償器的過程控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是說明本發(fā)明的過程控制裝置的調(diào)整方法的流程圖。
圖4是本發(fā)明的過程控制裝置的調(diào)整工具的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是展示本發(fā)明的干擾補(bǔ)償器的步驟響應(yīng)的圖。
圖6是說明本發(fā)明的閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)整方法的圖。
圖7是展示本發(fā)明的調(diào)整后的過程控制裝置的步驟響應(yīng)的圖。
圖8是展示本發(fā)明的再調(diào)整后的模型傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)的圖。
圖9是展示再調(diào)整后的過程控制裝置的步驟響應(yīng)的圖。
具體實(shí)施例方式
首先，成為本發(fā)明的對象的過程控制裝置將用一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間近似了由控制對象和干擾補(bǔ)償器組成的閉環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)作為對象，并將由具有由一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間組成的正反饋補(bǔ)償器的控制器控制的上述圖1所示的過程控制裝置作為對象。由于在圖1中說明了該過程控制裝置的結(jié)構(gòu)和特性，所以在此省略。
圖3是說明用一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間近似由成為本發(fā)明的對象的控制對象和干擾補(bǔ)償器組成的閉環(huán)系統(tǒng)，由具有正反饋構(gòu)造的控制器構(gòu)成的過程控制裝置的調(diào)整方法的流程圖，圖4是進(jìn)行該調(diào)整的調(diào)整工具的結(jié)構(gòu)圖。
圖3說明了圖4中說明的調(diào)整工具10和安裝了調(diào)整工具10的模擬程序執(zhí)行的調(diào)整步驟。首先，用圖4說明該調(diào)整工具10的結(jié)構(gòu)和模擬程序的功能，然后說明圖3的流程圖的調(diào)整步驟。
在圖4中，例如用通用的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)整工具10，它具備設(shè)置構(gòu)成過程控制裝置的各控制要素和控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、參數(shù)，運(yùn)算控制各個步驟響應(yīng)的CPU1；內(nèi)置該模擬程序的存儲器2；顯示設(shè)置的參數(shù)和各個步驟響應(yīng)的CRT3；設(shè)置構(gòu)成過程控制裝置的各控制要素和控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和調(diào)整參數(shù)的鍵盤4。
另外，安裝在存儲器2中的模擬程序由進(jìn)行以下處理的程序構(gòu)成(a)調(diào)整干擾補(bǔ)償器的補(bǔ)償參數(shù)，(b)調(diào)整閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)的模型參數(shù)，(c)評價(jià)過程控制裝置的控制性能。
各個程序具備以下的功能。
在圖3中，(a)進(jìn)行干擾補(bǔ)償器的補(bǔ)償參數(shù)的調(diào)整的模擬程序具有以下功能登記、設(shè)置圖1的干擾補(bǔ)償器12的傳遞函數(shù)及其補(bǔ)償參數(shù)；計(jì)算、顯示由控制對象13和干擾補(bǔ)償器12構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)；判斷、顯示其控制性能。
另外，在圖3中，(b)進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)的模型參數(shù)的調(diào)整的模擬程序具有以下功能登記、設(shè)置由控制對象13和干擾補(bǔ)償器12組成的閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其模型參數(shù)；計(jì)算、顯示模型傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)；判斷、顯示與上述(a)中的閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)的差。
另外，在圖3中，(c)進(jìn)行過程控制裝置的控制性能評價(jià)的模擬程序具有以下功能登記、設(shè)置控制器11的傳遞函數(shù)及其控制參數(shù)；計(jì)算過程控制裝置的傳遞函數(shù)；顯示、計(jì)算其步驟響應(yīng)；判斷、顯示過程控制裝置的控制性能。
接著，再次參照圖3，說明如上那樣構(gòu)成的本實(shí)施例的過程控制裝置的調(diào)整方法。調(diào)整的項(xiàng)目大致區(qū)分有以下2種(A)調(diào)整干擾補(bǔ)償器12的補(bǔ)償參數(shù)；(B)調(diào)整由控制對象13、干擾補(bǔ)償器12組成的閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)的模型參數(shù)。
然后，基于調(diào)整的結(jié)果，根據(jù)過程控制裝置整體的控制系統(tǒng)控制器11的控制參數(shù)進(jìn)行模擬，判斷控制性能。
依照該圖說明以上調(diào)整步驟，步驟S01～步驟S03是干擾補(bǔ)償器12的補(bǔ)償參數(shù)的調(diào)整步驟，步驟S04～步驟S05是模型傳遞函數(shù)的模型參數(shù)的調(diào)整步驟，步驟S06～步驟S07是過程控制裝置的性能判斷。
啟動第1程序，進(jìn)行干擾補(bǔ)償器的調(diào)整。最初，確定控制對象13的傳遞函數(shù)模型。該確定有各種方法，作為控制對象13的特性有各種各樣，但在本實(shí)施例中，假設(shè)為具有浪費(fèi)時(shí)間要素的積分系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)模型如下所示，預(yù)先設(shè)置了積分時(shí)間200秒、浪費(fèi)時(shí)間50秒。用式(1)將該控制對象的傳遞函數(shù)表示為P(S)。
P(S)＝(1/200S)×e-50S......(1)在此，記號S表示拉普拉斯運(yùn)算符。在以下的說明中，說明對具有該傳遞函數(shù)的控制對象13的調(diào)整步驟。
從圖4所示的鍵盤4輸入并登記該控制對象13的傳遞函數(shù)P(S)的傳遞函數(shù)及其參數(shù)。然后，在圖4所示的CRT(陰極射線管)3的屏幕上用細(xì)實(shí)線顯示圖5所示的該傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)波形，并確認(rèn)(步驟S01)。
接著，轉(zhuǎn)移到干擾補(bǔ)償器12的補(bǔ)償參數(shù)的調(diào)整。作為干擾補(bǔ)償器12采用用下述的模型式表示比例增益要素、不完全微分要素的形式。用式(2)將該干擾補(bǔ)償器12的傳遞函數(shù)表示為F(S)。
F(S)＝Kf×(1+Tf×S)/(1+k×TfS) ......(2)這時(shí)，用下式(3)表示閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(S)。
G(S)＝P(S)/(1+P(S)×G(S)) ......(3)將該干擾補(bǔ)償器12的補(bǔ)償參數(shù)、比例增益Kf、不完全微分要素(1+Tf×S/1+k×TfS)中的Tf、k調(diào)整、設(shè)置為閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(S)的步驟響應(yīng)穩(wěn)定地收斂那樣的值，并顯示在圖4所示的CRT3的屏幕上進(jìn)行確認(rèn)。
如果更詳細(xì)地說明該補(bǔ)償參數(shù)的調(diào)整步驟，則(1)從圖4所示的鍵盤4登記閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(S)及其參數(shù)。
(2)將比例增益Kf設(shè)置為1，計(jì)算并顯示閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(S)的步驟響應(yīng)。
(3)設(shè)置比例增益Kf的絕對值使得閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(S)的步驟響應(yīng)成為規(guī)定的穩(wěn)定系統(tǒng)。
例如，如果是不穩(wěn)定系統(tǒng)則比例增益Kf＝-1。所以，到成為在規(guī)定時(shí)間內(nèi)得到一定輸出的穩(wěn)定響應(yīng)為止變更比例增益Kf的絕對值。如果是具有不穩(wěn)定振動的不穩(wěn)定系統(tǒng)，則在從0到控制對象13的時(shí)間常數(shù)的10分之1的范圍內(nèi)變更不穩(wěn)定微分要素的Tf，而設(shè)置為過調(diào)收斂到規(guī)定范圍內(nèi)的值，觀察顯示在圖4所示的CRT3上的步驟響應(yīng)波形，循環(huán)進(jìn)行調(diào)整(步驟S02)。
評價(jià)該閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(S)的步驟響應(yīng)波形，如果得到了規(guī)定的穩(wěn)定響應(yīng)性能，則結(jié)束干擾補(bǔ)償器12的調(diào)整(步驟S03)。
在圖5中用粗實(shí)線表示這樣模擬的閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(S)的步驟響應(yīng)波形。圖5的縱軸表示增益，橫軸表示時(shí)間(秒)。在步驟信號在時(shí)刻0(秒)從0變化為1時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)在大約300秒后穩(wěn)定在增益0.5。另外，控制對象13的傳遞函數(shù)P(S)的步驟響應(yīng)波形重疊，可以如該圖中的細(xì)實(shí)線所示那樣地顯示。
這時(shí)，依照經(jīng)驗(yàn)通常將補(bǔ)償參數(shù)的不完全微分要素中的k設(shè)置為0.1，并設(shè)置為不完全微分要素中的Tf＝0，比例增益Kf＝2。
接著，如果補(bǔ)償參數(shù)的調(diào)整結(jié)束了，則轉(zhuǎn)移到閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)Gm(S)的模型參數(shù)的調(diào)整。
該調(diào)整進(jìn)行以下處理調(diào)整模型傳遞函數(shù)G(S)的模型參數(shù)，使得在上述步驟S03的階段中確定的閉環(huán)系統(tǒng)的G(S)的步驟響應(yīng)、將在后面詳細(xì)說明的閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)Gm(S)的步驟響應(yīng)的差收斂到規(guī)定的評價(jià)范圍內(nèi)。
該調(diào)整啟動第2程序，登記閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)Gm(S)及其模型參數(shù)，計(jì)算步驟響應(yīng)并顯示在圖4所示的CRT3上，進(jìn)而重疊地顯示根據(jù)在步驟S03的階段求出的干擾補(bǔ)償器13的補(bǔ)償參數(shù)得到的傳遞函數(shù)G(S)的步驟響應(yīng)，根據(jù)規(guī)定的判斷基準(zhǔn)判斷這些步驟響應(yīng)的差，調(diào)整模型傳遞函數(shù)Gm(S)的模型參數(shù)使得成為規(guī)定的響應(yīng)性能(步驟S04、步驟S05)。
以下詳細(xì)說明其步驟。如下式(4)所示，根據(jù)基于該過程控制裝置的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的控制理論，用一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間定義模型傳遞函數(shù)Gm(S)。
Gm(S)＝Kp/((1+TpS)×e-LpS)......(4)在此，Kp是恒定增益，Tp是一次延遲的時(shí)間常數(shù)，Lp是浪費(fèi)時(shí)間。
以下，參照圖6說明調(diào)整步驟。在圖4所示的CRT3的屏幕上用粗實(shí)線顯示上述閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(S)的步驟響應(yīng)，登記模型傳遞函數(shù)Gm(S)及其模型參數(shù)，例如用虛線顯示模型傳遞函數(shù)Gm(S)的步驟響應(yīng)波形，使得與閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(S)重疊但能夠識別。
這時(shí)，模型參數(shù)的恒定增益Kp、一次延遲時(shí)間常數(shù)Tp和浪費(fèi)時(shí)間Lp分別是0.5、50(秒)、60(秒)，設(shè)置為使得圖6的影線部分所示的閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(S)的步驟響應(yīng)和模型傳遞函數(shù)Gm(S)的響應(yīng)波形的差的面積值較小的值(步驟S04)。
通過例如作為控制特性的評價(jià)的IAE(誤差絕對值積分)等來定量地評價(jià)該差。在該例子的情況下，圖6的影線所示的部分表示響應(yīng)波形的差。該圖的縱軸、橫軸有與圖5相同的刻度。如果該差在規(guī)定的基準(zhǔn)范圍內(nèi)，則該調(diào)整結(jié)束(步驟S05)。
如果上述調(diào)整結(jié)束了，則作為控制器11的控制參數(shù)，進(jìn)行規(guī)定的轉(zhuǎn)換設(shè)置在步驟S05中設(shè)置的模型參數(shù)(步驟S06)，登記圖1所示的過程控制裝置的控制系統(tǒng)整體的傳遞函數(shù)，計(jì)算并顯示其步驟響應(yīng)，確認(rèn)該步驟響應(yīng)是否在判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)。如果在規(guī)定的范圍內(nèi)則結(jié)束該調(diào)整(步驟S07)。
在處于規(guī)定范圍外時(shí)，再次調(diào)整干擾補(bǔ)償器12的補(bǔ)償參數(shù)、模型傳遞函數(shù)Gm(S)的模型參數(shù)。
圖7展示了啟動第3程序，在圖4所示的CRT3的屏幕上顯示在上述步驟S05的階段設(shè)置的干擾補(bǔ)償器12的補(bǔ)償參數(shù)、基于設(shè)置給控制器11的模型參數(shù)的過程控制裝置的控制系統(tǒng)整體的步驟響應(yīng)。
在該圖中，縱軸為增益，橫軸為時(shí)間，展示了在時(shí)刻0將從0變?yōu)?的步驟信號(目標(biāo)值)施加到該過程控制系統(tǒng)時(shí)作為其輸出的控制量的變化。上述那樣的干擾補(bǔ)償器12的補(bǔ)償參數(shù)、模型傳遞函數(shù)Gm(S)的模型參數(shù)的調(diào)整結(jié)果會產(chǎn)生穩(wěn)定的過調(diào)71、下沖72。
所以，為了減少該振動，再調(diào)整補(bǔ)償參數(shù)、模型參數(shù)。圖8和圖9展示了再調(diào)整結(jié)果。在圖8中，用粗實(shí)線表示將補(bǔ)償參數(shù)的不完全微分要素中的Tf設(shè)置為0～10(秒)，設(shè)置為比例增益Kf＝2，不完全要素中的k＝0.1，閉環(huán)系統(tǒng)沒有過調(diào)的控制特性。
接著，將模型參數(shù)的一次延遲時(shí)間常數(shù)Tp從50(秒)改變?yōu)?5(秒)，將浪費(fèi)時(shí)間Lp從60(秒)改變?yōu)?5(秒)，并設(shè)置為恒定增益Kp＝0.5，一次延遲時(shí)間常數(shù)Tp＝45(秒)，浪費(fèi)時(shí)間Lp＝65(秒)，使圖8的粗實(shí)線所示的閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(S)的步驟響應(yīng)波形和用粗虛線所示的模型傳遞函數(shù)Gm(S)的步驟響應(yīng)波形重疊，在圖4所示的CRT3的屏幕上顯示其差，調(diào)整其差使得在規(guī)定的判斷基準(zhǔn)值范圍以下、上次調(diào)整以上，而使之進(jìn)一步減小?？梢酝ㄟ^例如上述的IAE(誤差絕對值積分)等，定量地評價(jià)該判斷基準(zhǔn)。
其結(jié)果是，能夠?qū)⑦^程控制裝置整體的控制響應(yīng)調(diào)整為圖9所示那樣的沒有過調(diào)的步驟響應(yīng)特性。
所以，根據(jù)本實(shí)施例，由于在圖4所示的CRT3上顯示步驟響應(yīng)波形，所以能夠使由補(bǔ)償參數(shù)、模型參數(shù)的變更而產(chǎn)生的控制特性的變化可視化，容易掌握。另外，由于能夠用規(guī)定的定量評價(jià)函數(shù)進(jìn)行控制性能的判斷評價(jià)，所以能夠提供一種人為的錯誤和離散少的過程控制裝置的調(diào)整方法及其調(diào)整工具。另外，從圖4所示的鍵盤4輸入調(diào)整所必需的信息，并將該信息存儲在存儲器2中。另外，根據(jù)需要由CPU(中央處理單元)將該信息用于調(diào)整、運(yùn)算中。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，用由一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間表示的傳遞函數(shù)定義由控制對象和干擾補(bǔ)償器組成的閉環(huán)系統(tǒng)，使通過具備正反饋補(bǔ)償器的控制器控制的過程控制裝置的控制要素和控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)可視化并重疊顯示，定量地評價(jià)其控制特性的差，因此能夠提供一種人為錯誤和調(diào)整離散少的過程控制裝置的調(diào)整方法及其調(diào)整工具。
權(quán)利要求
1.一種過程控制裝置的調(diào)整方法，該過程控制裝置用由一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間表示的傳遞函數(shù)近似由控制對象和其干擾補(bǔ)償器組成的閉環(huán)系統(tǒng)，并通過控制器控制該近似的閉環(huán)系統(tǒng)，其特征在于包括用預(yù)定的傳遞函數(shù)定義上述控制對象的傳遞函數(shù)，針對上述干擾補(bǔ)償器，在上述閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)不產(chǎn)生離散、振動的范圍內(nèi)設(shè)置由比例增益要素、不完全微分要素組成的上述干擾補(bǔ)償器的補(bǔ)償參數(shù)，將上述閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)作為第1響應(yīng)而顯示的第1步驟中，調(diào)整上述補(bǔ)償參數(shù)，將上述閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)作為由比例增益要素、浪費(fèi)時(shí)間和一次延遲要素組成的上述模型傳遞函數(shù)的模型參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將上述模型傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)作為第2響應(yīng)而與上述第1響應(yīng)重疊顯示，作為第2步驟調(diào)整上述模型參數(shù)使得上述第1響應(yīng)和上述第2響應(yīng)的差收斂于規(guī)定的判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)，將上述模型參數(shù)作為上述控制器的控制參數(shù)進(jìn)行規(guī)定的轉(zhuǎn)換而設(shè)置上述控制器，將由上述控制對象、上述干擾補(bǔ)償器和上述控制器組成的過程傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)作為第3響應(yīng)而顯示，作為第3步驟判斷過程控制裝置的響應(yīng)是否在規(guī)定的判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)，在上述第3響應(yīng)超出了規(guī)定的判斷基準(zhǔn)范圍的情況下，循環(huán)進(jìn)行上述第1步驟到第3步驟而進(jìn)行再調(diào)整，使其收斂于判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)。
2.一種過程控制裝置的調(diào)整工具，該過程控制裝置用由一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間表示的傳遞函數(shù)近似由控制對象和其干擾補(bǔ)償器組成的閉環(huán)系統(tǒng)，并通過控制器控制該近似的閉環(huán)系統(tǒng)，其特征在于包括模擬上述過程控制裝置的步驟響應(yīng)的程序；設(shè)置用上述程序進(jìn)行模擬的參數(shù)的設(shè)置裝置；通過上述程序顯示上述過程控制裝置的步驟響應(yīng)，評價(jià)步驟響應(yīng)的顯示評價(jià)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過程控制裝置的調(diào)整工具，其特征在于上述程序在由上述控制對象和上述干擾補(bǔ)償器組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，具備設(shè)置上述干擾補(bǔ)償器的補(bǔ)償參數(shù)，顯示上述閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)，調(diào)整、判斷響應(yīng)性能的第1程序；設(shè)置上述閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)及其模型參數(shù)，重疊顯示上述第1程序的步驟響應(yīng)顯示、上述模型傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)顯示，判斷上述第1程序的步驟響應(yīng)和上述模型傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)的差的第2程序，其中將由上述第2程序調(diào)整了的上述模型參數(shù)作為上述控制器的控制參數(shù)進(jìn)行規(guī)定的轉(zhuǎn)換而設(shè)置，判斷上述過程控制裝置的控制性能。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過程控制裝置的調(diào)整工具，其特征在于上述設(shè)置裝置具備設(shè)置上述干擾補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)和補(bǔ)償參數(shù)的(第1)裝置；設(shè)置上述閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)和模型參數(shù)的(第2)裝置；設(shè)置上述過程控制裝置的傳遞函數(shù)和上述控制器的控制參數(shù)的(第3)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過程控制裝置的調(diào)整工具，其特征在于上述干擾補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)由比例增益要素和不完全微分要素構(gòu)成，上述補(bǔ)償參數(shù)由比例增益、不完全微分要素的微分時(shí)間常數(shù)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過程控制裝置的調(diào)整工具，其特征在于上述閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)由比例增益要素、浪費(fèi)時(shí)間要素和一次延遲要素構(gòu)成，上述模型參數(shù)由比例增益、浪費(fèi)時(shí)間和一次延遲的時(shí)間常數(shù)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過程控制裝置的調(diào)整工具，其特征在于上述設(shè)置裝置具備設(shè)置上述干擾補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)和補(bǔ)償參數(shù)的(第1)裝置；設(shè)置上述閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)和模型參數(shù)的(第2)裝置；設(shè)置上述過程控制裝置的傳遞函數(shù)和上述控制器的控制參數(shù)的(第3)裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過程控制裝置的調(diào)整工具，其特征在于上述干擾補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)由比例增益要素和不完全微分要素構(gòu)成，上述補(bǔ)償參數(shù)由比例增益、不完全微分要素的微分時(shí)間常數(shù)構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過程控制裝置的調(diào)整工具，其特征在于上述閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)由比例增益要素、浪費(fèi)時(shí)間要素和一次延遲要素構(gòu)成，上述模型參數(shù)由比例增益、浪費(fèi)時(shí)間和一次延遲的時(shí)間常數(shù)構(gòu)成。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)，它記錄了干擾補(bǔ)償器調(diào)整用的第1程序，其特征在于該第1程序(1)登記、設(shè)置干擾補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)和閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)以及它們的參數(shù)，(2)進(jìn)而，進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)的計(jì)算和其結(jié)果的顯示，(3)最后，進(jìn)行性能的判斷。
11.一種計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)，它記錄了閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)調(diào)整用的第2程序，其特征在于該第2程序(1)登記、設(shè)置閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)及其參數(shù)，(2)進(jìn)而，進(jìn)行步驟響應(yīng)的計(jì)算和結(jié)果的顯示，(3)最后，進(jìn)行基于第1程序的閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和基于第2程序的模型傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)的差的判斷和顯示。
12.一種計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)，它記錄了過程控制裝置的控制系統(tǒng)整體的控制性能判斷用的第3程序，其特征在于該第3程序(1)登記、設(shè)置控制器的控制參數(shù)和過程控制裝置的傳遞函數(shù)，(2)進(jìn)而，進(jìn)行過程控制裝置的傳遞函數(shù)的計(jì)算和步驟響應(yīng)的顯示，(3)最后，進(jìn)行過程控制裝置的控制性能的判斷和顯示。
13.一種計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)，其特征在于它記錄了干擾補(bǔ)償器調(diào)整用的第1程序、閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)調(diào)整用的第2程序、過程控制裝置的控制系統(tǒng)整體的控制性能判斷用的第3程序，其中該第1程序(1)登記、設(shè)置干擾補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)和閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)以及它們的參數(shù)，(2)進(jìn)而，進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)的計(jì)算和其結(jié)果的顯示，(3)最后，進(jìn)行性能的判斷，該第2程序(1)登記、設(shè)置閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)及其參數(shù)，(2)進(jìn)而，進(jìn)行步驟響應(yīng)的計(jì)算和結(jié)果的顯示，(3)最后，進(jìn)行基于第1程序的閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和基于第2程序的模型傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)的差的判斷和顯示，該第3程序(1)登記、設(shè)置控制器的控制參數(shù)和過程控制裝置的傳遞函數(shù)，(2)進(jìn)而，進(jìn)行過程控制裝置的傳遞函數(shù)的計(jì)算和步驟響應(yīng)的顯示，(3)最后，進(jìn)行過程控制裝置的控制性能的判斷和顯示。
14.一種過程控制裝置，為了用由一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間表示的傳遞函數(shù)近似由控制對象和其干擾補(bǔ)償器組成的閉環(huán)系統(tǒng)，而通過鍵盤輸入必要的信息，將該信息存儲在存儲器中，通過控制器控制該近似了的閉環(huán)系統(tǒng)，其特征在于用預(yù)定的傳遞函數(shù)定義上述控制對象的傳遞函數(shù)，針對上述干擾補(bǔ)償器，在上述閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)不產(chǎn)生離散、振動的范圍內(nèi)設(shè)置由比例增益要素、不完全微分要素組成的上述干擾補(bǔ)償器的補(bǔ)償參數(shù)，將上述閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)作為第1響應(yīng)而顯示在顯示裝置上的第1步驟中，調(diào)整上述補(bǔ)償參數(shù)，將上述閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)作為由比例增益要素、浪費(fèi)時(shí)間和一次延遲要素組成的上述模型傳遞函數(shù)的模型參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將上述模型傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)作為第2響應(yīng)而與上述第1響應(yīng)重疊地顯示在顯示裝置上，作為第2步驟調(diào)整上述模型參數(shù)使得上述第1響應(yīng)和上述第2響應(yīng)的差收斂于規(guī)定的判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)，將上述模型參數(shù)作為上述控制器的控制參數(shù)進(jìn)行規(guī)定的轉(zhuǎn)換而設(shè)置上述控制器，將由上述控制對象、上述干擾補(bǔ)償器和上述控制器組成的過程傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)作為第3響應(yīng)而顯示在顯示裝置上，作為第3步驟判斷過程控制裝置的響應(yīng)是否在規(guī)定的判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)，在上述第3響應(yīng)超出了規(guī)定的判斷基準(zhǔn)范圍的情況下，循環(huán)進(jìn)行上述第1步驟到第3步驟而進(jìn)行再調(diào)整，使其收斂于判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)，為了進(jìn)行上述處理，而通過計(jì)算裝置進(jìn)行這些調(diào)整運(yùn)算。
全文摘要
本發(fā)明是用由一次延遲和浪費(fèi)時(shí)間表示的傳遞函數(shù)近似由控制對象和其干擾補(bǔ)償器組成的閉環(huán)系統(tǒng)的過程控制裝置的調(diào)整方法，將閉環(huán)系統(tǒng)的步驟響應(yīng)作為第1響應(yīng)顯示，將閉環(huán)系統(tǒng)的模型傳遞函數(shù)的步驟響應(yīng)作為第2響應(yīng)與第1響應(yīng)重疊地顯示，調(diào)整各個參數(shù)使得第1響應(yīng)和第2響應(yīng)的差在規(guī)定的判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)，將該模型參數(shù)作為控制器的控制參數(shù)進(jìn)行規(guī)定的轉(zhuǎn)換而設(shè)置，進(jìn)行調(diào)整使得過程控制裝置的響應(yīng)在規(guī)定的判斷基準(zhǔn)范圍內(nèi)。
文檔編號G05B13/02GK1577190SQ20041006354
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月10日
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