JP2707075B2 - Plant simulation equipment - Google Patents

Plant simulation equipment

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JP2707075B2
JP2707075B2 JP62073421A JP7342187A JP2707075B2 JP 2707075 B2 JP2707075 B2 JP 2707075B2 JP 62073421 A JP62073421 A JP 62073421A JP 7342187 A JP7342187 A JP 7342187A JP 2707075 B2 JP2707075 B2 JP 2707075B2
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output
plant
model
control device
input
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恭紀 片山
泰男 諸岡
たい子 高野
晴美 丸山
五雄 清水
飛世  正博
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラントシミユレーシヨン装置に係り、特
に、多変数制御系を設計する上で必要なモデルの作成及
びそのモデルの解析に好適なプラントシミユレーシヨン
装置に関する。 〔従来の技術〕 従来のプラントシミユレーシヨン装置は、“田沼,諸
岡,高野著「制御系の対話形CADシステム」日立評論第6
5巻第3号,昭和58年3月号”で論じられているよう
に、一次遅れ要素,二次遅れ要素,むだ時間要素等の線
形常微分方程式で表現できるようにした解析システムと
して提案されたものであつた。 ところで、圧延現象等は、前述のプラントシミユレー
シヨン装置で採用しているような解析できる要素のみを
用い表現することが、非常に困難である。このため、従
来制御系の設計を行うためのモデルは、計算機用言語
(例えば、フオートラン〔FORTRAN〕)の手続で表現さ
れていたものを、線形要素で近似を行つて作成してい
た。 そうして、このように作成されたモデルを用いて制御
系の設計を行つていた。ところが、このように線形近似
により作成したモデルを用いて設計したシステムは、モ
デルに誤差を含むことから、実際のシステムの動作状態
と異なる。そこで、当該モデルを用いて設計したシステ
ムは、現地に設置した後に制御装置の定数を調整し、所
望のシステム応答が得られるようにしていた。しかしな
がら、鉄鋼圧延プラントの如きシステムの場合、定数を
調整するために試行圧延を行うには材料を多量に必要と
することから、定数を大巾に変えるような試行圧延を行
うことができない。このため、ある程度の精度が出るよ
うになつた時点で圧延結果に大きな影響の出ない範囲、
すなわち被圧延材を製品として出荷できる範囲で制御装
置の定数を変更する調整を行なうようにしているため調
整に多大な時間を必要とする。なお、特開昭61−3202号
公報に記載されているように、制御対象であるプラント
のモデルを制御系への入出力データから自己回帰法によ
り求めるようにしたものが提案されていると共に、特開
昭61−267103号公報に記載されているように、プラント
のモデルを作成するために、このプラントの情報を収集
したり、モデルを作成するために、知識ベース等を利用
したりするものが提案されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、モデルに制御対象の入出力関係を正
確に反映させたり、制御対象が非線形要素であるとして
モデルを構成し、このモデルのパラメータを修正したり
することに十分配慮されておらず、モデルを用いて制御
系を設計し、この制御系を含むシステムを設置して調整
しても、システムを設置後、システムを再度調整するこ
とが余儀なくされている。 本発明の目的は、制御対象のモデルを正確に記述し、
プラントを制御するためのシステムを設置した後、シス
テムの再調整を無くすことができるプラントシミュレー
ション装置を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明は、制御装置に対
する入力とこの入力に応答した前記制御装置の出力によ
る操作量およびこの操作量に応答したプラントの出力を
それぞれ入力して記憶する記憶手段と、前記制御装置の
機能をパラメータで表し前記記憶手段に記憶された入力
に応答して前記制御装置の出力による操作量に対応した
情報を出力するブロック要素手段と、前記プラントの動
作を時間関数の要素を除いたパラメータで表し前記記憶
手段に記憶された操作量と前記ブロック要素手段の出力
に応答して前記プラントの動作に類似した動作に関する
情報を出力するモデル手段と、前記モデル手段の出力と
前記記憶手段に記憶さたプラントの出力とを比較して両
者の誤差を示す誤差信号を出力するとともに前記ブロッ
ク要素手段の出力と前記記憶手段に記憶された操作量と
を比較して両者の誤差を示す誤差信号を出力する比較手
段と、前記比較手段から出力される各誤差信号が最小と
なるように前記モデル手段のパラメータと前記ブロック
要素手段のパラメータをそれぞれ変更するパラメータ変
更手段とを含んでなることを特徴とするプラントシミュ
レーション装置を構成したものである。 〔作用〕 前記した手段によれば、プラントを制御するための制
御装置の機能を備えたブロック要素手段に制御装置の入
力情報を与え、プラントを模擬したモデル手段に制御装
置の出力による操作量とブロック要素手段の出力を与
え、ブロック要素手段の出力と制御装置の実際の出力に
よる操作量とを比較するとともに、モデル手段の出力と
プラントの実際の出力とを比較し、各比較結果が最小と
なるように、モデル手段とブロック要素手段のパラメー
タをそれぞれ変更するようにしたため、制御装置の設計
を実際のプラントを対象に行っているのと同等に行うこ
とができ、プラントを制御するためのシステムの設置後
に、プラントの入出力関係を考慮してシステムを一旦調
整するだけでよく、システムの最調整が不要となる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 第1図は本発明の実施例を示すブロツク図である。第
1図において、1はプラント、2は制御装置、3はデー
タ収集装置、4はアナログ/デイジタル(A/D)変換
器、10はプラントシミユレータである。プラントシミユ
レータ10は、記憶手段としてのメモリ11と、モデル手段
12と、比較器13と、パラメータ変更手段14と、ブロツク
要素手段15とから構成されている。 上記構成からなる実施例の動作を説明する。 鉄鋼の圧延機等のプラント1は、制御装置2により、
所望の出力が得られるように制御される。 すなわち、入力S1が制御装置2に入力されると、制御
装置2から操作量S2という出力を得る。操作量S2はプラ
ント1へ入力されると、プラント1の状態S3とプラント
1の出力S4へ影響を与える。これら入力S1,操作量S2,状
態S3,出力S4は、データ収集装置3へ入力される。デー
タ収集装置3は、単なるレベル変換器でもよく、あるい
はデータレコーダのように磁気テープに記録し、後日利
用できる形態のものでもよい。 データ収集装置3の出力は、データ収集装置3からの
信号がアナログ信号の場合、A/D変換器4によりデイジ
タル信号に変換して、プラントシミユレータ10のメモリ
11へ記憶される。 また、前記データ収集装置3の出力が、デイジタル信
号の場合、直後メモリ11へ記憶される。メモリ11に記憶
されたデータのうち、プラント1の操作量S2に対応する
データは、モデル手段12に入力される。 モデル手段12はプラント1をシミユレーシヨンしたも
のであり、上記モデル手段12の出力は比較器13に入力さ
れる。前記比較器13には、前記メモリ11に記憶されてい
る前記プラント1の出力S4に対応する情報が入力され
る。この比較器13は、出力S4に対応する情報と前記モデ
ル手段12からの出力とを比較することにより誤差を求
め、その誤差信号がパラメータ変更手段14に入力され
る。パラメータ変更手段14は、プラント1の精通した者
が、誤差信号を基にモデル手段12のパラメータを変更す
るためのものである。ここで、プラント1に精通した者
(エキスパートと呼ぶ)がパラメータ変更手段14を用い
て、誤差信号を許容誤差以下になるように、前記モデル
手段12のパラメータを変更する。誤差信号が許容誤差以
下になると、メモリ11に記憶され制御装置2の入力S1
対応する信号がブロツク要素手段15に入力される。ブロ
ツク要素手段15の出力とメモリ11の操作量は比較器13に
入力され、比較器13の出力信号である誤差信号はパラメ
ータ変更手段14に入力され、該パラメータ変更手段14に
より誤差信号が零になるようにブロツク要素手段15のパ
ラメータを変更する。その結果、プラント1はモデル手
段12と、制御装置2はブロツク要素手段15と等価とな
る。ここで、制御装置2は通常PID制御装置等の線形要
素や、リミツタ,スイツチ等の簡単な非線形要素の組合
せで表現でき、シミユレータ10のブロツク要素手段に対
応し、パラメータも同じ値となるのが通常である。 前記ブロツク要素手段15,モデル手段12のパラメータ
の調整が終つた時点で、メモリ11の入力信号がブロツク
要素手段15に入力される。該ブロツク要素手段15からの
出力(実プラントの場合、操作量S2に相当する信号)
は、モデル手段12に入力される。上記モデル手段12は、
操作量S2に相当する信号を受け取り、その出力S4に相当
する信号を比較器13へ出力する。さらに比較器13は、上
記モデル手段12からの出力とメモリ11に記憶されている
プラント出力とを比較すると共に、ブロツク要素手段15
からの出力と、メモリ11に記憶されている操作量相当の
信号とを比較し、その比較結果の誤差信号をパラメータ
変更手段14へ出力する。各誤差信号が許容誤差以下にな
るように、パラメータ変更手段14を用い、ブロツク要素
手段15及びモデル手段12のパラメータを変更する。その
結果、制御装置2,プラント1と同等な応答特性がプラン
トシミユレータ10で得られる。 パラメータ調整が終了したシミユレータ10は、制御装
置2及びプラント1と同時の動作を行うため、実プラン
トでは実際に入力できないような信号も含めて各種運転
状態に合せた外部入力S0をメモリ11の入力信号の代りに
入力することにより、各種のシミユレーシヨンを実行す
ることができる。 したがつて、本実施例によれば、システム設計し、シ
ステム設置後の再調整を行う必要がない。 次にプラントシミユレータ10の具体的処理について、
第2図を例に説明する。 プラントの一例として、鉄鋼の圧延機システムでは、
ロールの速度を制御する速度制御系や、ロールのギヤツ
プを制御する圧下系では、時間に対して連続であり、制
御装置2としては一次遅れ要素又二次遅れ要素の線形制
御要素や、リミツタ,スイツチ等の非線形要素等で表わ
すことができる。 これらの要素は、微分方程式を表わすものである。 例えば、第2図に示すような一次遅れ要素の場合、 に示す微分方程式で表わすことができる。同時に、二次
遅れ要素も微分方式として記述することが可能となる。 一般に制御装置2は、上述のような一次遅れ要素、二
次遅れ要素等で記述できるPID制御装置である。その結
果ブロツク線図で記述可能である。 一方、制御の対象であるプラント1は、圧延機の場
合、次の第(2)式のように、ヒル(HILL)の圧延方程
式に依存する。 この場合、上記第(2)式は非線形で表わされている
ことから、上記線形要素を合せて解析的に解を求めるこ
とは困難である。 一方、多段圧延システム等では、速度制御系や圧下系
の制御はアナログ量で行つているが、多段圧延機では各
スタンド毎の速度指令やケージ指令はデイジタル計算機
などから発せられる、いわゆる離散値系制御システム構
成でされる場合が多い。 このような、線形要素や非線形要素や離散要素を含む
系の時間応答を求める処理を第3図に示す。 第3図に示す処理は、“森正武他著「岩波講座情報科
学−18数値計算」岩波書店昭和57年1月刊自144頁至145
頁”に記述されるルンゲ・クツタ(Runge−Kutta)公式
を応用したものである。 すなわち、一次遅れ要素等がブロック線図で表わされ
る場合、これらの要素を機械的に、第(1)式のように
微分方程式(連立1階常微分方程式)で表現し、ある時
間でのf(x1,x2…)を求める連続系の計算をする(ス
テツプ100)。プラント1等のモデルのうち、連続系で
表現できる部分、例えば(2)式のようなHILLの公式等
を計算するモデル系(連続)の計算をする(ステツプ11
0,ステツプ100,110)。 次に、キザミ時間の応等を求めるRunge−Kuttaの計算
(RK計算)をする(ステツプ120)。RKの計算を4回行
つたか否かをステツプ130で判定し、4回未満の時はス
テツプ100に、RK計算が終了した場合にはステツプ140に
移る。 離散値系のサンプリング周期に相当する時間になつた
時にはステツプ150に移すが、それ以外の時にはステツ
プ100を実行させる(ステツプ140)。 離散値系の計算を行い(ステツプ150)、次にモデル
系の離散部分を計算する(ステツプ160)。 そして、終了か否かを判断する(ステツプ170)。 ここで、離散値系の計算ステツプ150を例を用いて説
明する。 例えば、 x(k+1)=ΦX(k)+ΨU(k) ……(3) y(k)=CX(k)+DU(k) ……(4) なる状態方程式で表わされる離散値系のシステムは、
kステツプ目の状態X(k)と入力U(k)をメモリに
記憶しておき、出力として、X(k),U(k)に出力行
列〔CD〕を右から掛けて得られ、k+1ステツプ目の状
態は第(3)式の右辺の計算を用いて求め、X(k)の
代りに今求めたX(k+1)を代入する。 このような操作で順次、次のステツプの状態を現在の
状態と入力から求める。 一方、パラメータ変更手段14は、第(4)式のHILLの
圧延方程式の入力であるH.V.S.出力のh以外の項目がパ
ラメータとして設定できる。例えば、FORTRANプログラ
ムで第(4)式を記述する場合、初期値となる。そこ
で、この初期値を設定するプログラムを付加することに
より実現可能である。 以上述べたような構成にすると、鉄鋼プラントでは高
速域での圧延現象に合せて、各種係数を求めて精度良く
制御できるようになつているが、通常運転速度の100分
の1程度の低速域では精度が落ちてしまう。 これは、高速域で運転した場合に生成される鉄は精度
が良いため製品として出荷でき、データ収集が容易であ
る。このため、データ収集を行ないながら、パラメータ
を調整して行くことが可能である。 ところが、1/100程度の低速域では、摩擦係数,油膜
厚などのパラメータが大巾に異なるため製品として出荷
できるような精度の鉄製品が作り出せず、データ収集の
ため試験操業を少数回行つてデータを収集していた。 そのデータを本シミユレータ10のメモリに格納し、実
際とモデルの相違を求め、パラメータを少し振らせて応
答の変化を見る。その結果、比較器13の出力である誤差
信号が振れる。その振れが最小で、かつ、誤差信号の値
が最小となるようにパラメータを修正する。この繰返し
にてシステムを調整する。 モデル12が実システムを忠実にシミユレートするよう
になつた時点で、制御装置の設計に取掛かり所期の応答
が得られるようにブロツク要素等を構成し、その応答を
求めながら修正していく。 その結果、制御装置の修正結果を現地の圧延機を使わ
ずにも、模擬することができ、開発期間の大巾な短縮を
図ることが可能となつた。 第4図は、本発明の変形例を示すブロツク図である。
本発明の実施例においてパラメータを変更するものをプ
ラントのエキスパートの知識を用いて最適な対策を求め
るものである。 すなわち、第4図に示す実施例が第1図のものと異な
るところは、比較器13の誤差信号が推論手段16に入力さ
れ、推論手段16が知識ベース17を用いて変更するパラメ
ータを決定し、パラメータ変更手段14に変更するパラメ
ータを指示するようにした点にある。 知識ベース17の一例を第5図に示す。例えば鉄の板厚
延では圧延速度が低下するとパラメータとして摩擦係数
が減少し、現象として生成板厚が厚くなるという事を示
す。 このような知識を用い、本実施例は第6図の推論プロ
グラムを実行する。すなわち、ルールの条件部を取り出
す(ステツプ200)。次いで出発の状態と一致した条件
部を見出す(ステツプ210)。 さらに、一致した条件部を取除き結論部に置換する
(ステツプ220)。状態が、目的とする状態と一致する
か否かを判定する(ステツプ230)。 このように動作すると、圧延速度が低下した時に、生
成板厚が厚くなる現象が発生した場合、圧延速度低下と
いう現象が発生すると、現象の状態を速度が低下という
状態を取り除き、生成板厚が厚くなるという現象を置換
える。誤差信号の生成板厚が厚くなるという現象が発生
し、推論した現象と一致する。その結果、摩擦係数を減
少させる操作部の結論を得てパラメータを変更する。 このように、定性的な表現のエキスパートの知識を入
れることにより、モデルの正確化が可能となる。 尚、第4図の推論手段16,知識ベース17の代りに、第
7図のような同定機構18を設けてもよい。 この場合の処理アルゴリズムは、“相良節夫他「シス
テム同定」(社)計測制御学会 昭和56年2月、第184
頁乃至第259頁”に記載されている方法を用いることに
より確定的に求めることができる。この場合、推論方法
と異なりあいまいな情報ではないので定量的にパラメー
タを変更できる。 〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、プラントを制御す
るための制御装置の機能を備えたブロック要素手段に制
御装置の入力情報を与え、プラントを模擬したモデル手
段に制御装置の出力による操作量とブロック要素手段の
出力を与え、ブロック要素手段の出力と制御装置の実際
の出力による操作量とを比較するとともに、モデル手段
の出力とプラントの実際の出力とを比較し、各比較結果
が最小となるように、モデル手段とブロック要素手段の
パラメータをそれぞれ変更するようにしたため、制御装
置の設計を実際のプラントを対象に行っているのと同等
に行うことができ、プラントを制御するためのシステム
を設置した後、システムの再調整を無くすことができ
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plant simulation apparatus, and is particularly suitable for creating a model necessary for designing a multivariable control system and analyzing the model. It relates to a plant simulation device. [Prior art] Conventional plant simulation equipment is described in "Tanuma, Morooka, and Takano," Interactive CAD System for Control Systems, "Hitachi Review, No. 6.
As discussed in "Vol. 5, No. 3, March 1983", it has been proposed as an analysis system that can be represented by linear ordinary differential equations such as first-order lag elements, second-order lag elements, and dead time elements. By the way, it is very difficult to express the rolling phenomenon and the like using only the elements which can be analyzed as employed in the above-mentioned plant simulation apparatus. The model for designing the system was created by approximating it with linear elements from what was expressed in a computer language (for example, FORTRAN) procedure. The control system was designed using the created model.However, the system designed using the model created by the linear approximation in this way includes an error in the model, so that the operation state of the actual system Therefore, in a system designed using the model, the constants of the control device were adjusted after installation at the site to obtain a desired system response, however, in the case of a system such as a steel rolling plant, In order to adjust the constants, the trial rolling requires a large amount of material, so that it is not possible to perform the trial rolling in which the constants are changed to a large extent. Range that does not significantly affect the rolling results at the time
That is, since adjustment is performed to change the constant of the control device within a range in which the material to be rolled can be shipped as a product, a large amount of time is required for adjustment. In addition, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-3202, a model in which a model of a plant to be controlled is obtained from an input / output data to a control system by an autoregressive method has been proposed. As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-267103, a method of collecting information on a plant in order to create a model of the plant, or using a knowledge base or the like to create a model Has been proposed. [Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned conventional technology accurately reflects the input / output relationship of the controlled object in the model, or configures the model assuming that the controlled object is a nonlinear element, and corrects the parameters of the model. However, even if a control system is designed using a model, and a system including this control system is installed and adjusted, the system must be adjusted again after the system is installed. ing. An object of the present invention is to accurately describe a model of a control target,
An object of the present invention is to provide a plant simulation apparatus capable of eliminating readjustment of a system after installing a system for controlling a plant. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides an operation amount based on an input to a control device, an output of the control device in response to the input, and an output of a plant in response to the operation amount. And a block element for outputting information corresponding to an operation amount by an output of the control device in response to the input stored in the storage device, representing a function of the control device as a parameter. And expressing the operation of the plant as a parameter excluding a time function element, in response to the manipulated variable stored in the storage means and the output of the block element means, and outputting information on an operation similar to the operation of the plant. And outputting an error signal indicating an error between the output of the model means and the output of the plant stored in the storage means. Comparing means for comparing the output of the block element means with the operation amount stored in the storage means to output an error signal indicating an error between the two, and each error signal output from the comparing means being minimized As described above, a plant simulation apparatus includes the parameter changing means for changing the parameters of the model means and the parameters of the block element means. [Operation] According to the means described above, the input information of the control device is given to the block element means having the function of the control device for controlling the plant, and the manipulated variable by the output of the control device is output to the model means simulating the plant. The output of the block element means is given, the output of the block element means is compared with the manipulated variable based on the actual output of the control device, and the output of the model means is compared with the actual output of the plant. Since the parameters of the model means and the block element means are respectively changed, the control device can be designed in the same manner as that for an actual plant, and a system for controlling the plant After the installation, the system only needs to be adjusted once in consideration of the input / output relationship of the plant, and the maximum adjustment of the system is not required. Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a plant, 2 is a control device, 3 is a data collection device, 4 is an analog / digital (A / D) converter, and 10 is a plant simulator. The plant simulator 10 includes a memory 11 as storage means, and a model means.
12, a comparator 13, a parameter changing means 14, and a block element means 15. The operation of the embodiment having the above configuration will be described. A plant 1 such as a steel rolling mill is controlled by a control device 2.
Control is performed so that a desired output is obtained. That is, when the input S 1 is input to the control device 2, an output of the operation amount S 2 is obtained from the control device 2. When the operation amount S 2 are input to the plant 1, it affects the output S 4 states S 3 and plant 1 of the plant 1. These input S 1 , manipulated variable S 2 , state S 3 , and output S 4 are input to the data collection device 3. The data collection device 3 may be a simple level converter, or may be of a type that is recorded on a magnetic tape like a data recorder and can be used at a later date. When the signal from the data collection device 3 is an analog signal, the output from the data collection device 3 is converted into a digital signal by the A / D converter 4 and stored in the memory of the plant simulator 10.
Stored in 11. If the output of the data collection device 3 is a digital signal, it is stored in the memory 11 immediately after. Among the data stored in the memory 11, data corresponding to the operation amount S 2 of the plant 1 is input into the model unit 12. The model means 12 is obtained by simulating the plant 1, and the output of the model means 12 is inputted to a comparator 13. Wherein the comparator 13, the information corresponding to the output S 4 of the plant 1, which is stored in the memory 11 is input. The comparator 13 obtains an error by comparing the information corresponding to the output S 4 and the output from the model unit 12, the error signal is input to the parameter changing means 14. The parameter changing means 14 is for a person familiar with the plant 1 to change the parameters of the model means 12 based on the error signal. Here, a person familiar with the plant 1 (referred to as an expert) uses the parameter changing means 14 to change the parameters of the model means 12 so that the error signal is equal to or less than the allowable error. When the error signal is less than the allowable error, the signal stored in the memory 11 corresponding to the input S 1 of the control device 2 is inputted to the block element means 15. The output of the block element means 15 and the operation amount of the memory 11 are input to the comparator 13, and the error signal, which is the output signal of the comparator 13, is input to the parameter changing means 14, and the error signal is reduced to zero by the parameter changing means 14. The parameters of the block element means 15 are changed so that As a result, the plant 1 is equivalent to the model means 12 and the control device 2 is equivalent to the block element means 15. Here, the control device 2 can be expressed by a combination of linear elements such as a PID control device or the like and simple nonlinear elements such as limiters and switches, and corresponds to the block element means of the simulator 10 and has the same parameter value. Normal. When the adjustment of the parameters of the block element means 15 and the model means 12 is completed, the input signal of the memory 11 is inputted to the block element means 15. The output from the block element means 15 (in the actual plant, the signal corresponding to the operation amount S 2)
Is input to the model means 12. The model means 12 is
Receiving a signal corresponding to the operation amount S 2, and outputs a signal corresponding to the output S 4 to comparator 13. Further, the comparator 13 compares the output from the model means 12 with the plant output stored in the memory 11, and
Is compared with a signal corresponding to the operation amount stored in the memory 11, and an error signal of the comparison result is output to the parameter changing means 14. The parameters of the block element means 15 and the model means 12 are changed using the parameter changing means 14 so that each error signal is equal to or less than the allowable error. As a result, response characteristics equivalent to those of the control device 2 and the plant 1 are obtained by the plant simulator 10. The simulator 10 that has completed the parameter adjustment operates simultaneously with the control device 2 and the plant 1, so that the external input S 0 according to various operating states including signals that cannot be actually input in the actual plant is stored in the memory 11. Various simulations can be performed by inputting signals instead of input signals. Therefore, according to the present embodiment, there is no need to design a system and perform readjustment after installation of the system. Next, regarding the specific processing of the plant simulator 10,
This will be described with reference to FIG. As an example of a plant, in a steel rolling mill system,
In a speed control system for controlling the speed of a roll or a reduction system for controlling the gap of a roll, the system is continuous with respect to time, and as the control device 2, a linear control element of a first-order lag element or a second-order lag element, a limiter, It can be represented by a non-linear element such as a switch. These elements represent differential equations. For example, in the case of a first-order lag element as shown in FIG. Can be represented by the differential equation At the same time, the second-order lag element can be described as a differential method. In general, the control device 2 is a PID control device that can be described by the above-described first-order delay element, second-order delay element, and the like. As a result, it can be described by a block diagram. On the other hand, if the plant 1 to be controlled is a rolling mill, it depends on the rolling equation of HILL as shown in the following equation (2). In this case, since equation (2) is represented nonlinearly, it is difficult to analytically find a solution by combining the linear elements. On the other hand, in a multi-stage rolling system, etc., the speed control system and the reduction system are controlled by an analog amount, but in a multi-high rolling mill, the speed command and cage command for each stand are issued from a digital computer or the like, so-called discrete value system. It is often done with a control system configuration. FIG. 3 shows a process for obtaining the time response of a system including a linear element, a nonlinear element, and a discrete element. The processing shown in FIG. 3 is described in “Miwa Masatake et al.,“ Iwanami Course Information Science-18 Numerical Calculations ”, Iwanami Shoten, January 1982, pp. 144-145.
This is an application of the Runge-Kutta formula described on page ". In other words, when the first-order lag elements and the like are represented by a block diagram, these elements are mechanically expressed by Equation (1). Is expressed by a differential equation (simultaneous first-order ordinary differential equations), and a continuous system for obtaining f (x 1 , x 2 ...) At a certain time is calculated (step 100). Calculate a model system (continuous) that calculates a part that can be expressed by a continuous system, for example, the HILL formula as shown in equation (2) (step 11).
0, steps 100, 110). Next, Runge-Kutta calculation (RK calculation) for finding the equivalent of the cracking time is performed (step 120). It is determined in step 130 whether or not the calculation of RK has been performed four times. If less than four, the process proceeds to step 100, and if the calculation of RK is completed, the process proceeds to step 140. When the time corresponding to the sampling period of the discrete value system is reached, the process proceeds to step 150, but otherwise, step 100 is executed (step 140). A discrete value system is calculated (step 150), and then a discrete part of the model system is calculated (step 160). Then, it is determined whether or not to end (Step 170). Here, the calculation step 150 of the discrete value system will be described using an example. For example, x (k + 1) = ΦX (k) + ΨU (k) (3) y (k) = CX (k) + DU (k) (4) ,
The state X (k) of the k-th step and the input U (k) are stored in the memory, and the output is obtained by multiplying X (k), U (k) by the output matrix [CD] from the right. The state of the step is obtained by using the calculation on the right side of Expression (3), and the obtained X (k + 1) is substituted for X (k). By such an operation, the state of the next step is sequentially obtained from the current state and the input. On the other hand, the parameter changing means 14 can set items other than h of the HVS output, which is the input of the HILL rolling equation of the formula (4), as parameters. For example, when the expression (4) is described in a FORTRAN program, it becomes an initial value. Therefore, this can be realized by adding a program for setting the initial value. With the above-described configuration, the steel plant can obtain various coefficients and control it with high precision in accordance with the rolling phenomenon in the high-speed region. Then the accuracy will drop. This is because iron generated when operated in a high-speed region has high accuracy and can be shipped as a product, and data collection is easy. Therefore, it is possible to adjust parameters while collecting data. However, in the low speed range of about 1/100, parameters such as friction coefficient and oil film thickness are so different that iron products with the accuracy that can be shipped as products cannot be produced. Data was being collected. The data is stored in the memory of the simulator 10, the difference between the actual model and the model is obtained, and the parameter is slightly changed to observe the change in response. As a result, an error signal output from the comparator 13 fluctuates. The parameters are corrected so that the shake is minimized and the value of the error signal is minimized. The system is adjusted by this repetition. When the model 12 faithfully simulates the actual system, the control device is designed and the block elements are constructed so as to obtain the desired response, and the response is obtained and corrected. As a result, the correction result of the control device can be simulated without using a local rolling mill, and the development period can be greatly reduced. FIG. 4 is a block diagram showing a modification of the present invention.
In the embodiment of the present invention, an optimum countermeasure for changing a parameter is obtained by using the knowledge of a plant expert. That is, the difference between the embodiment shown in FIG. 4 and the embodiment shown in FIG. 1 is that the error signal of the comparator 13 is inputted to the inference means 16, and the inference means 16 determines the parameter to be changed using the knowledge base 17. That is, the parameter to be changed is instructed to the parameter changing means 14. An example of the knowledge base 17 is shown in FIG. For example, in the case of iron sheet rolling, when the rolling speed is reduced, the friction coefficient is reduced as a parameter, and as a phenomenon, the generated sheet thickness is increased. Using this knowledge, the present embodiment executes the inference program shown in FIG. That is, the condition part of the rule is extracted (Step 200). Next, a condition part matching the departure state is found (step 210). Further, the matched condition part is removed and replaced with the conclusion part (step 220). It is determined whether the state matches the target state (step 230). With this operation, when the rolling speed is reduced, when the phenomenon that the generated sheet thickness becomes thicker occurs, when the phenomenon that the rolling speed decreases occurs, the state of the phenomenon is removed from the state that the speed is reduced, and the generated sheet thickness is reduced. It replaces the phenomenon of thickening. The phenomenon that the error signal generation plate thickness becomes large occurs, which coincides with the inferred phenomenon. As a result, the parameters are changed by obtaining the conclusion of the operation unit that reduces the friction coefficient. In this way, by incorporating the knowledge of the qualitative expression expert, the model can be refined. Note that, instead of the inference means 16 and the knowledge base 17 shown in FIG. 4, an identification mechanism 18 as shown in FIG. 7 may be provided. The processing algorithm in this case is described in “System Identification”, et al.
Page to page 259 ". In this case, unlike the inference method, it is not ambiguous information, and the parameter can be quantitatively changed. As described above, according to the present invention, input information of the control device is given to the block element means having the function of the control device for controlling the plant, and the operation amount by the output of the control device is given to the model means simulating the plant. And the output of the block element means, and the output of the block element means is compared with the manipulated variable based on the actual output of the control device, and the output of the model means is compared with the actual output of the plant. Since the parameters of the model means and the block element means were changed respectively, the control device was designed for an actual plant. That's and can be equally carried out, after the setting of the system for controlling the plant, it is possible to eliminate the re-adjustment of the system.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は一次
遅れ系の表示例を示すブロツク図、第3図は本発明の一
実施例の動作を示すフローチヤート、第4図は本発明の
他の実施例を示す構成図、第5図は知識ベースの一例を
示す説明図、第6図は推論アルゴリズムを示すフローチ
ヤート、第7図は本発明の他の実施例を示す構成図であ
る。 11……メモリ、12……モデル手段、14……パラメータ変
更手段、15……ブロツク要素手段、16……推論手段、17
……知識ベース、18……同定機構。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a display example of a first-order lag system, and FIG. FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a knowledge base, FIG. 6 is a flowchart showing an inference algorithm, and FIG. FIG. 13 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention. 11 ... memory, 12 ... model means, 14 ... parameter changing means, 15 ... block element means, 16 ... inference means, 17
…… Knowledge base, 18 …… Identification mechanism.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 晴美 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 清水 五雄 日立市大みか町5丁目2番1号 株式会 社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 飛世 正博 日立市大みか町5丁目2番1号 株式会 社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献 特開 昭61−3202(JP,A) 特開 昭61−267103(JP,A) 特開 昭61−65307(JP,A) 特開 昭61−199023(JP,A)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Harumi Maruyama               4026 Kuji-cho, Hitachi City Hitachi, Ltd.               Inside the Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Goo Shimizu               5-2-1 Omikacho, Hitachi City Stock Association               Omika Plant of Hitachi, Ltd. (72) Inventor Masahiro Tobiyo               5-2-1 Omikacho, Hitachi City Stock Association               Omika Plant of Hitachi, Ltd.                (56) References JP-A-61-3202 (JP, A)                 JP-A-61-267103 (JP, A)                 JP-A-61-65307 (JP, A)                 JP-A-61-199023 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.制御装置に対する入力とこの入力に応答した前記制
御装置の出力による操作量およびこの操作量に応答した
プラントの出力をそれぞれ入力して記憶する記憶手段
と、前記制御装置の機能をパラメータで表し前記記憶手
段に記憶された入力に応答して前記制御装置の出力によ
る操作量に対応した情報を出力するブロック要素手段
と、前記プラントの動作を時間関数の要素を除いたパラ
メータで表し前記記憶手段に記憶された操作量と前記ブ
ロック要素手段の出力に応答して前記プラントの動作に
類似した動作に関する情報を出力するモデル手段と、前
記モデル手段の出力と前記記憶手段に記憶さたプラント
の出力とを比較して両者の誤差を示す誤差信号を出力す
るとともに前記ブロック要素手段の出力と前記記憶手段
に記憶された操作量とを比較して両者の誤差を示す誤差
信号を出力する比較手段と、前記比較手段から出力され
る各誤差信号が最小となるように前記モデル手段のパラ
メータと前記ブロック要素手段のパラメータをそれぞれ
変更するパラメータ変更手段とを含んでなることを特徴
とするプラントシミュレーション装置。
(57) [Claims] Storage means for inputting and inputting an input to the control device, an operation amount based on an output of the control device in response to the input, and an output of the plant in response to the operation amount, and storing the function of the control device as a parameter A block element means for outputting information corresponding to an operation amount by an output of the control device in response to an input stored in the means, and an operation of the plant represented by a parameter excluding a time function element and stored in the storage means Model means for outputting information on an operation similar to the operation of the plant in response to the output of the manipulated variable and the output of the block element means, and an output of the model means and an output of the plant stored in the storage means. An error signal indicating the difference between the two is output, and the output of the block element means is compared with the operation amount stored in the storage means. Comparing means for outputting an error signal indicating an error between the two, and changing the parameters of the model means and the parameters of the block element means so that each error signal output from the comparing means is minimized. And a means for plant simulation.
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