スーパーDCSによる 適応形むだ時間補償制御
（株）エム・システム技研
はじめに
スーパーDCS（注）のアプリケーション例として、今回はスミス調節計を応用したむだ時間補償制御をご紹介します。
プロセス制御におけるむだ時間要素は、たとえば、物体の移送遅れ、センサによる検出遅れ、また操作端のヒステリシス特性による応答遅れなど、様々な形で存在します。一般に、PID制御のようなフィードバック制御系においては、閉ループの中に長いむだ時間要素が存在すると、制御性が悪化したり、制御が難しくなります（むだ時間の影響の目安として、プロセス特性をむだ時間Lと時定数Tで近似した場合、L／Tの値が0.5を超えると制御が難しくなるといわれています）。
このようなむだ時間の長いプロセスの制御性を改善する方法の1つとして、O. J. Smithの提案したむだ時間補償制御法（通称スミス調節計）があります。
1. スミス調節計の原理
図1にスミス調節計によるむだ時間補償制御ループのブロックダイアグラムを示します。図1における等価変換後の形から明らかなように、補償器の存在によってむだ時間要素が閉ループの系外に出たことになるため、調節計のゲインを高くして速い応答特性を持たせることができ、制御性が改善されます。
ここでの重要な条件は、補償器のパラメータ（とくにむだ時間要素）がプロセスの特性と良く適合している（理想的には完全に一致している）ことであり、両者が大幅にずれた場合には、補償の効果を期待できません。
2. スーパーDCSによるスミス調節計
スーパーDCSによるスミス調節計の応用として、製紙工業におけるパルプ濃度の制御（図2参照）を例にとり概要を紹介します。
図2では、検出点におけるパルプ濃度を一定に保つために、上流側でパルプ液に注入する希釈水（白水）の量を調節しています。ここで、パルプ液が管路、スタティックミキサ、およびポンプを通過する時間がむだ時間となり、制御性を悪化させる要素になっています。なお、このむだ時間はパルプ液の流速（流量）に反比例して変化します。
図3および図4に、本例においてむだ時間補償制御を実現するスーパーDCSのシステム構成、およびソフトウェア構成を示します。
