[发明专利]控制装置及控制方法

说明书

本发明涉及控制装置及控制方法，尤其涉及传输元件的确定方法的容易化。

工业装置中的控制装置通常采用双自由度调节计。如图18所示，现有的双自由度调节计2的结构是采用经过拉普拉斯变换的传递函数。现有的双自由度调节计2是通过将操作变量U(S)传送给工业装置10，使表示工业装置状态的控制变量Y(S)迅速接近目标值R(S)，从而对工业装置10进行控制。

为了达到此目的，该双自由度调节计2备有检测元件6、反馈元件8，此外还有前馈元件4。在图18中，前馈元件4的传递函数为GR(S)、检测元件6的传递函数为H(S)、反馈元件8的传递函数为GC(S)。另外，设备10的传递函数为G(S)。

在没有外来干扰D(S)和噪声N(S)的情况下，前馈元件4是以目标值R(S)为输入、在开环中是能够控制设备10、输出预计的操作变量的传递元件。

检测元件6检测控制变量Y(S)，并将检测结果反馈给反馈元件8的输入端2。反馈元件8是将目标值R(S)和该检测结果之差作为输入并输出操作谈量的传递元件。

采用上述的结构方式，前馈元件4根据输入的目标值R(S)，能输出预先设定的被认为是最佳的操作变量。因此，与图19所示未设前馈元件的PID调节计(由比例、积分、微分元件构成反馈元件、且仅只由这种反馈元件构成的调节计)12相比较，前者可进行与设备10的特性相适应，进行快速的预测控制。

由于由检测元件6，反馈元件8形成反馈电路，所以即使有外来干扰D(S)及噪声N(S)，也能使它们的影响互相抵消。

可是，在这种现有的双自由度调节计2中存在下述问题：按图18所示，包括双自由度调节器2和设备10在内的全部控制系统的传递函数可用下式表示。

Y(S)＝WRY(S)·R(S)＋WDY(S)·D(S)－WNY(S)·N(S)

      …………(a)式中WRY(S)、WDY(S)、WNY(S)分别为目标值R(S)和控制就量Y(S)、外来干扰D(S)和控制变量Y(S)、噪声N(S)和控制变量Y(S)之间的复合传递函数，并分别由下列各式表示。

WRY(S)＝(GC(S)＋GR(S))·G(S)/(1＋GC(S)·G(S)·H

        (S))

WDY(S)＝G(S)/(1＋GC(S)·G·(S)·H(S))

WNY(S)＝GC(S)·G(S)·H(S)/(1＋GC(S)·G(S)·H(S))

另一方面，按图19所示，包括PID调节计12及设备10在内的全部控制系统的传递函数可由下式表示。

Y2(S)＝WRY2(S)·R(S)＋WDY2(S)·D(S)－WNY2(S)·           N(S)…………(c)

式中WRY2(S)、WDY2(S)、WNY2(S)分别为目标值R(S)和控制变量Y2(S)、外来干扰D(S)和控制变量Y2(S)、噪音N(S)和控制变量Y2(S)之间的复合传递函数，并分别由下列各式表示。

WRY2(S)＝GC(S)·G(S)/(1＋GC(S)·G(S)·H(S))

WDY2(S)＝G(S)/(1＋GC(S)·G(S)·H(S))

WNY2(S)＝GC(S)·G(S)·H(S)/(1＋GC(S)·G(S)·H

         (S))

式d所表示的PID控制系统的三复合传递函数只能是由GC(S)、G(S)、H(S)三者复合的函数。式中，若G(S)及H(S)为系统固有的固定传递函数，则三复合传递函数WRY2(S)、WDY2(S)、WNY2(S)只能单独取决于反馈件的传递函数GC(S)。

这就是说，仅只通过反馈元件的传递函GC(S)，就能单独确定图19所示的PID调节计12的控制特性。

可是，在式b所示的双自由度调节系统中的三个复合传递函数中，虽然WDY(S)、WNY(S)都只是GC(S)、G(S)、H(S)的函数，但是WRY(S)却还包含GR(S)。因此，若G(S)及H(S)是系统固有的传递函数，则在三复合函数中WDY(S)、WNY(S)要单独通过反馈元件的传递函数GC(S)确定，但是若要确定WRY(S)，还必须要确定前馈元件4的传递函数GR(S)。

即，图18所示的双自由度调节计2，与图19所示的PID调节计12的情况不同，在确定反馈元件8的传递函数GC(S)的同时，还要确定前馈元件4的传递函数GR(S)，因而也就不能单凭一个函数确定其控制特性。