CN115004116A - 控制参数优化装置、工厂设备及控制参数优化方法 - Google Patents

控制参数优化装置、工厂设备及控制参数优化方法 Download PDF

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Abstract

控制参数优化装置具备：工厂设备模型，构成为计算控制装置的控制指令值及工厂设备的工艺量；控制参数更新部，构成为根据基于工厂设备模型中的工艺量的计算结果而计算出的目标函数来更新在工厂设备模型中的控制指令值的计算中使用的控制参数；及构造模型，根据来自工厂设备模型的工艺量而计算旋转机械内的静止部件与旋转部件之间的间隙。控制参数更新部构成为，在由构造模型计算出的间隙满足制约条件的范围内搜索最优的控制参数。

Description

控制参数优化装置、工厂设备及控制参数优化方法
技术领域
本公开涉及控制参数优化装置、工厂设备及控制参数优化方法。
本申请基于2020年2月28日申请的日本特愿2020-033020号主张优先权，在此援用其内容。
背景技术
近年来，由于可再生能源的普及，工厂设备的启动停止的次数增加。因此，在这种情况下，要求对工厂设备的运转控制进行优化。在最优的运转控制中，例如，要求工厂设备的启动时间及停止时间的缩短化和燃料消耗量的降低。另外，工厂设备的启动时间的缩短化在有助于燃料消耗量的降低方面是重要的。
在专利文献1中，公开了一种运转控制优化装置，其构成为对用于对工厂设备进行运转控制的控制装置的控制参数进行优化。该装置通过向工厂设备模型输入控制参数的值而计算启动时间、寿命消耗量、燃料成本等的目标函数，以使该目标函数的计算值与目标值之差变小的方式进行控制参数的调整，由此进行控制参数的优化。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2017-16353号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，当缩短工厂设备的启动时间和停止时间时，由于产生急剧的温度变化，因此构成工厂设备的设备(例如蒸气轮机)会产生热应力。该热应力可能成为限制启动时间或停止时间的缩短化的主要原因。因此，有时根据热应力的预测值或影响热应力的工作流体的温度及压力的测量值，设定用于对工厂设备进行运转控制的最优的控制参数(特别是，与表示发电量的时间的推移或主蒸气阀的阀开度的时间的推移的启动曲线或停止曲线相关联的参数)。
但是，在这样的设定中，也没有考虑旋转机械的热变形。旋转机械的旋转部件和静止部件由于不均匀的热传导及热传递，而温度不均匀地变化。由于该温度变化引起的热变形，旋转机械的旋转部件与静止部件之间的间隙减少时，有可能产生由两者的接触引起的部件的损伤、部件的磨损(经年劣化)、轴振动等。即，工厂设备的损伤风险变高。
因此，充分确保旋转机械的旋转部件与静止部件之间的间隙与热应力相同地可能成为限制启动时间或停止时间的缩短化的主要原因。关于这一点，在专利文献1中没有记载为了确保旋转机械内的静止部件与旋转部件之间的间隙而搜索控制参数的构成。
鉴于上述情况，本公开的目的在于提供控制参数优化装置等，其能够在旋转机械内的静止部件与旋转部件之间的间隙满足制约条件的范围内搜索最优的控制参数。
用于解决课题的技术方案
本公开所涉及的控制参数优化装置用于对控制装置的控制参数进行优化，上述控制装置用于控制具备旋转机械的工厂设备，
上述控制参数优化装置具备：
工厂设备模型，构成为模拟包含上述控制装置的上述工厂设备整体的动作，并计算上述控制装置的控制指令值及上述工厂设备的工艺量；
控制参数更新部，构成为根据基于上述工厂设备模型中的上述工艺量的计算结果而计算出的目标函数来更新在上述工厂设备模型中的上述控制指令值的计算中使用的上述控制参数；及
构造模型，基于来自上述工厂设备模型的上述工艺量而计算上述旋转机械内的静止部件与旋转部件之间的间隙，
上述控制参数更新部构成为，在由上述构造模型计算出的上述间隙满足制约条件的范围内搜索最优的上述控制参数。
本公开所涉及的工厂设备具备：
旋转机械；
上述的控制参数优化装置；及
控制装置，构成为基于由上述控制参数优化装置优化后的控制参数而控制运转。
本公开所涉及的控制参数优化方法用于对控制装置的控制参数进行优化，上述控制装置用于控制具备旋转机械的工厂设备，
上述控制参数优化方法包含如下的步骤：
使用模拟包含上述控制装置的上述工厂设备整体的动作的工厂设备模型来计算上述控制装置的控制指令值及上述工厂设备的工艺量；
根据基于上述工厂设备模型中的上述工艺量的计算结果而计算出的目标函数来更新在上述工厂设备模型中的上述控制指令值的计算中使用的上述控制参数；及
基于来自上述工厂设备模型的上述工艺量而计算上述旋转机械内的静止部件与旋转部件之间的间隙，
在计算出的上述间隙满足制约条件的范围内搜索最优的上述控制参数。
发明效果
根据本公开，能够提供一种控制参数优化装置等，其能够在旋转机械内的静止部件与旋转部件之间的间隙满足制约条件的范围内搜索最优的控制参数。
附图说明
图1是概略地表示一个实施方式所涉及的工厂设备的结构的框图。
图2是概略地表示一个实施方式所涉及的工厂设备的结构的框图。
图3是表示一个实施方式所涉及的控制参数优化装置的功能性的结构的框图。
图4是概略地表示一个实施方式所涉及的控制参数优化装置的结构的框图。
图5是用于说明一个实施方式所涉及的控制参数优化装置的优化的一例的图表。
图6是用于说明一个实施方式所涉及的控制参数优化装置的优化的一例的图表。
图7是用于说明一个实施方式所涉及的控制参数优化装置的优化的一例的图表。
图8是用于说明一个实施方式所涉及的控制参数优化装置的优化的一例的图表。
图9是表示一个实施方式所涉及的控制参数优化方法的步骤的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对几个实施方式进行说明。但是，关于作为实施方式记载的或附图所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，并不是旨在将发明的范围限定于此，而仅仅是说明示例。
例如，表示“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等相对的或绝对的配置的表现不仅严格地表示这样的配置，还表示具有公差或能够得到相同功能的程度的角度或距离而相对地位移了的状态。
例如，“相同”、“相等”及“均质”等表示事物为相同状态的表现不仅表示严格地相同的状态，还表示存在公差或能够得到相同功能的程度的差的状态。
例如，表示四边形状或圆筒形状等的形状的表现不仅表示几何学上严格意义的四边形状或圆筒形状等形状，而且在能够得到相同效果的范围内，还表示包含凹凸部或倒角部等的形状。
另一方面，“装备”、“配备”、“具备”、“包含”或“具有”一个构成要素这样的表现不是排除其他构成要素的存在的排他性的表现。
(工厂设备的结构)
以下，参照图1，对本公开的一个实施方式所涉及的工厂设备400的结构进行说明。图1是概略地表示一个实施方式所涉及的工厂设备400的结构的框图。图2是概略地表示一个实施方式所涉及的工厂设备400的结构的框图。
例如，如图1所示，工厂设备400具备：旋转机械300、控制参数优化装置100、构成为根据所设定的控制参数来控制运转的控制装置200。通过控制参数优化装置100对在控制装置200中设定的控制参数进行优化。控制装置200构成为控制构成工厂设备400的各种设备(包含旋转机械300)。另外，控制参数优化装置100也可以组装在控制装置200中，与控制装置200一体化。
在一个实施方式中，控制参数优化装置100不与控制装置200一体化，而是分体。另外，在一个实施方式中，控制参数优化装置100也可以设置在远离工厂设备400的场所。在该情况下，控制参数优化装置100与工厂设备400的控制装置200在线连接，控制参数优化装置100的输出经由网络而向控制装置200发送。
另外，在一个实施方式中，例如，如图2所示，控制参数优化装置100与工厂设备400之间设为离线。在该情况下，控制参数优化装置100的输出被保存在USB存储器等存储介质中，或者被印刷而汇总为报告书(纸介质)，该存储介质或纸介质被交给工厂设备400侧。另外，图2中的虚线箭头表示可以是数据的移动，也可以是人的手动输入。即，控制参数优化装置100也可以作为独立的装置使用，也可以由作业者在控制装置200中设定优化控制参数的输出结果。
旋转机械300是通过工作流体(蒸气、燃烧气体等)旋转的机械，例如，是燃气轮机、蒸气轮机等。由于压缩机不是通过工作流体旋转的装置，所以从这里所说的旋转机械300中排除。另外，工厂设备400可以是燃气轮机、联合循环发电工厂设备(GTCC)，也可以具备两个以上的旋转机械300。
(控制参数优化装置的功能结构)
图3是表示一个实施方式所涉及的控制参数优化装置100的功能结构的框图。图4是概略地表示一个实施方式所涉及的控制参数优化装置100的结构的框图。
首先，参照图3，对控制参数优化装置100的功能性的结构进行说明。控制参数优化装置100具备：目标函数设定部1、控制参数优化部2、工厂设备模型3、控制参数设定部4、物理参数设定部5、设计参数设定部6、构造模型11、构造参数设定部12及初始状态量设定部13。
目标函数设定部1在控制参数优化部2中设定由操作者输入的目标函数。这里所说的目标函数是工厂设备400的运转控制中的改善项目(启动时间、停止时间、负载变化率、设备的寿命消耗量、燃料成本、发电效率等)，由工厂设备400的工艺量的函数定义。另外，输入到目标函数设定部1的目标函数可以是一个，也可以是多个。另外，作为向目标函数设定部1输入目标函数的方法，也可以使用在控制参数优化装置100的存储部120(参照图4)预先存储目标函数的列表，使操作者从该列表中选择想要优化的目标函数的方法。
控制参数优化部2包含：控制参数选定部7，选定工厂设备400的控制参数中的用于基于目标函数的优化的控制参数；及控制参数更新部8，调整由控制参数选定部7选定的控制参数的值。
工厂设备模型3是构成为模拟包含控制装置200的工厂设备400整体的动作并计算控制装置200的控制指令值及工厂设备400的工艺量的模型。工厂设备模型3包含：控制模型9，模拟控制装置200的动作；及物理模型10，模拟由控制装置200控制的工厂设备400的各种设备(例如，旋转机械300)的动作。另外，关于各个模型的详细内容，将在后面叙述。
构造模型11是用于计算旋转机械300的温度分布或形状的位移分布的模型，构成为基于工厂设备模型3的物理模型10计算出的工艺量来计算旋转机械300内的静止部件与旋转部件之间的间隙。构造模型11也可以构成为分别计算轴向上的间隙和径向上的间隙。构造模型11构成为，例如，从工厂设备模型3取得表示旋转机械300的入口或出口处的工作流体的状态的工艺量，并使用该工艺量来进行间隙的计算。
在一个实施方式中，构造模型11构成为还进行设备的寿命消耗量和在设备中产生的热应力中的至少一方的计算。
构造模型11例如可以是通过FEM(Finite Element Method：有限元方法)进行构造分析的模型。另外，工厂设备模型3和构造模型11也可以通过基本模型文件和模型常数的组合来定义。在该情况下，在模型的基本结构变化的情况下，在能够使用相同的结构这一点上是有利的。例如，能够灵活地应对旋转机械300和系统结构的变更。
控制参数选定部7基于由操作者手动输入或从外部装置取得的控制逻辑信息，提取与目标函数具有关联的控制参数(以下适当称为“关联控制参数”。)。控制参数选定部7可以从关联控制参数中选定对目标函数具有高灵敏度的控制参数作为用于优化的控制参数，并向控制参数更新部8输出。另外，在优化的计算中由构造模型11计算出的间隙不满足制约条件的情况下，控制参数选定部7也可以选定影响间隙的控制参数，并向控制参数更新部8输出。
通过使用了工厂设备模型3的灵敏度分析来得到关联控制参数相对于目标函数的灵敏度。控制参数选定部7从所提取的关联控制参数中选定对目标函数具有较高的灵敏度的一个或多个关联控制参数作为进行优化的控制参数。关联控制参数相对于目标函数的灵敏度例如由目标函数的变化量相对于关联控制参数的变化量之比来定义，按每个关联控制参数使值变化而输入到工厂设备模型3，并通过使工厂设备模型3计算目标函数而得到。
另外，控制参数选定部7也可以构成为，将作为进行优化的控制参数而选定的关联控制参数显示于显示装置(未图示)，使操作者确认。另外，控制参数选定部7也可以构成为，按照灵敏度从高到低的顺序将多个关联控制参数显示于显示装置(未图示)，使操作者从其中选择进行优化的控制参数。
控制参数更新部8调整由控制参数选定部7选定的控制参数的值，以优化由目标函数设定部1设定的目标函数，并将调整后的优化控制参数输出到控制装置200。此时，控制参数更新部8也可以将优化后的目标函数(最优解)输出到显示装置(未图示)。以下，对控制参数更新部8的控制参数的值的调整步骤的一例进行说明。
控制参数更新部8首先对由控制参数选定部7选定的控制参数设定预定的值作为在目标函数的计算中使用的值，并输入到工厂设备模型3。工厂设备模型3基于从控制参数更新部8输入的控制参数的值来计算目标函数，并将计算结果输出到控制参数更新部8。
控制参数更新部8调整控制参数的值，以改善从工厂设备模型3输出的目标函数的计算值(例如，如果目标函数是启动时间，则变小)。具体而言，控制参数更新部8基于目标函数来更新在工厂设备模型3中的控制指令值(后述的控制模型9的输出)的计算中使用的控制参数的值，上述目标函数基于工厂设备模型3中的工艺量的计算结果(后述的物理模型10的输出)而计算出。控制参数更新部8将更新后的控制参数的值再次输入到工厂设备模型3，使工厂设备模型3计算目标函数。
另外，控制参数更新部8在控制参数的更新中，在由构造模型11计算出的间隙满足制约条件的范围内搜索最优的控制参数。另外，控制参数更新部8在运转限制值的范围内进行控制参数的更新。所谓运转限制值是指不是热应力或间隙的限制值的限制值，例如，是工厂设备的工艺量(构成设备的寿命消耗量、温度、压力、负载变化率等)的限制值(上限值或下限值)。运转限制值也可以包含阀的最大开度上升率或燃气轮机的负载上升率等的限制值。控制参数更新部8也可以构成为基于工厂设备特性信息和工厂设备设计信息来计算运转限制值。
控制参数更新部8通过反复执行一次或多次以上的调整步骤来调整控制参数的值。在此，对于控制参数的值的调整能够应用多目标进化算法或逐次二次规划法等既有的优化算法。
另外，在工厂设备400的控制装置200中，在控制参数不是一定值，例如由工厂设备400的工艺量的函数定义的情况下，也可以对预先设定的多个点的每个工艺量执行上述的调整步骤而求出控制参数的值，将对这些值进行补充的函数作为控制参数。即，目标函数的计算中使用的控制参数不限于控制参数的值。控制参数更新部8不限于进行控制参数的值的调整和更新的结构，作为进行控制参数的调整或更新的结构被广义地解释。
控制参数设定部4从由操作者手动输入或从外部系统自动输入的工厂设备的控制参数信息中，提取构建工厂设备模型3内的控制模型9(后述)所需的控制参数，并设定在控制模型9中。这里所说的控制参数信息是指针对工厂设备400的被控制量的控制设定值、控制增益的项目、值、上限值或下限值等与控制装置200所存储的控制参数相关的信息。另外，作为变形例，也可以取代控制参数信息而向控制参数设定部4输入工厂设备400的控制逻辑信息。在该情况下，控制参数设定部4需要根据所输入的控制逻辑信息对信号线、状态符号、数值等信息进行模式识别，并提取在控制逻辑中被赋予了数值的项目即控制参数及其值、即控制参数信息。
物理参数设定部5从由操作者手动输入或从外部装置自动输入的工厂设备特性信息中，提取构建工厂设备模型3内的物理模型10(后述)所需的物理参数，并设定在物理模型10中。这里所说的工厂设备特性信息是指，根据燃气轮机或锅炉等热源负载而产生的蒸气的温度、流量、压力、热应力等与工厂设备400固有的热平衡相关的信息。另外，作为变形例，也可以取代工厂设备特性信息而向物理参数设定部5输入工厂设备400的运转数据(测量项目及其值等)。在该情况下，物理参数设定部5需要参照所输入的运转数据(例如与热源负载对应的蒸气的温度、流量、压力等)，提取构建物理模型10所需的物理参数的值。
设计参数设定部6从由操作者手动输入或从外部装置自动输入的工厂设备设计信息中，提取构建工厂设备模型3内的物理模型10所需的设计参数，并设定在工厂设备模型3内的物理模型10(后述)中。这里所说的工厂设备设计信息是指工厂设备400的设备容积、配管长度、材质等工厂设备400固有的设计信息。
构造参数设定部12从由操作者手动输入或从外部装置自动输入的设备设计信息中，提取计算构造模型11的间隙所需的构造参数，并设定在构造模型11中。这里所说的设备设计信息是指旋转机械300的旋转部件与静止部件的热膨胀率、热传导率、尺寸等旋转机械300固有的设计信息。构造参数是针对压力、温度等的工艺量如何设定热传导率、热传递系数的条件信息。该热传导率是工作流体与静止部件或旋转部件的热交换中的热传导率，不是部件间的热传导率。在完成构造模型11的状态下读出的情况下，在控制参数优化装置100的结构中也可以省略构造参数设定部12。
在此，在由控制参数设定部4、物理参数设定部5、设计参数设定部6或构造参数设定部12提取的各模型参数的名称与工厂设备模型3或构造模型11中登记的各模型参数的名称不一致的情况下，也可以构成为，控制参数优化装置100使名称类似的模型参数彼此对应地显示于显示装置，操作者能够确认其对应的适当与否。另外，这里所说的模型参数是由控制参数设定部4、物理参数设定部5、设计参数设定部6及构造参数设定部12设定的参数的总称。
控制模型9由将工厂设备400的工艺量转换为控制指令值的表函数、根据工艺量与预先设定的阈值的大小关系来生成脉冲信号的函数或它们的组合构建，根据从物理模型10输入的工厂设备400的工艺量的计算值来计算控制指令值，并输出到物理模型10。另外，控制模型9根据从物理模型10输入的工厂设备400的工艺量来计算目标函数，并输出到控制参数选定部7和控制参数更新部8。
在此，工厂设备模型3也可以具备与多个不同的控制方式分别对应的多个控制模型9作为控制模型库，根据控制对象的工厂设备400的控制方式来选择控制模型9。由此，也能够将控制参数优化装置100应用于不同的控制方式的工厂设备400。
物理模型10根据从控制模型9输入的控制指令值来计算工厂设备400的工艺量，并输出到控制模型9。具体而言，根据所输入的控制指令值来决定与燃料及蒸气的流量以及各流量对应的阀开度，根据各流量下的气体及蒸气的物质收支及热收支来计算各自的温度、压力、流量。
在此，工厂设备模型3也可以具备与多个不同的设备结构或多个不同型号的工厂设备400分别对应的多个物理模型10作为物理模型库，选择与作为控制对象的工厂设备400的设备结构或型号对应的物理模型10。由此，也能够将控制参数优化装置100应用于不同的设备结构或型号的工厂设备400。
初始状态量设定部13从由操作者手动输入或从外部装置(例如控制装置200)自动输入的初始状态信息中，提取模型参数的初始状态量，并设定在物理模型10和构造模型11中。初始状态信息是与旋转机械300的各部的初始温度或运转停止后的经过时间相关的信息。模型参数的初始状态量是优化计算开始时的模型参数的测量值或计算值(推定值)。初始状态量设定部13也可以构成为，根据从操作者或外部装置输入的指示及条件，执行工厂设备的停止模拟，将该模拟结果用于初始状态量的计算。
以上，使用图3对控制参数优化装置100的功能性的结构进行了说明。另外，虽然在图3中没有示出，但在控制参数优化装置100中，也可以设置接受计算条件的设定来作为由操作者手动输入或从外部装置(例如控制装置200)输入的信息的结构。
计算条件的信息在执行优化计算时使用。计算条件的信息例如是大气温度、启动曲线的形状(拐点的数量)、使构成启动曲线的模型参数在优化计算中固定或可变的设定、控制上的运转限制值、旋转机械300的启动或停止的完成条件、使用的控制模型9、物理模型10或构造模型11的指定等的信息。在计算中固定模型参数的情况下，拐点的数量为1。计算条件的信息还可以包含指定在初始状态量的计算中使用的停止模拟的结果的信息。计算条件的信息还可以包含多个模式的信息，也可以对各个模式执行优化计算，并从中选择最优的结果。
(控制参数优化装置的硬件结构)
以下，参照图4对控制参数优化装置100的结构进行说明。如图4所示，控制参数优化装置100具备：与其他装置进行通信的通信部110；存储各种数据的存储部120；接受操作者的输入的输入部130；用于输出信息的输出部140；及构成为进行装置整体的控制的控制部150。这些结构要素通过总线160而相互连接。
通信部110是具备用于进行有线通信或无线通信的NIC(Network Interface Cardcontroller：网络接口卡控制器)的通信接口。通信部110经由网络而与其他装置(例如服务器装置或控制装置200)进行通信。
存储部120由RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)等构成。存储部120存储用于执行各种控制处理的程序(例如，工厂设备模型3、构造模型11、用于执行优化计算的程序等)和各种数据(例如，取得的输入信息、设定信息、计算结果等)。另外，存储部120可以由一个存储装置构成，也可以由多个存储装置构成。
输入部130例如由操作按钮、键盘、指点设备、麦克风等输入装置构成。输入部130是用于操作者输入指示或信息的输入接口。
输出部140例如由LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)、EL(Electroluminescence：电致发光)显示器、扬声器等输出装置构成。输出部140是用于向操作者提示各种信息的输出接口。
控制部150由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、GPU(GraphicsProcessing Unit：图形处理器)等处理器构成。控制部150通过执行存储在存储部120中的程序来控制装置整体的动作。例如，控制部150实现控制参数优化部2和构造模型11等的计算处理。
控制参数优化装置100也可以构成为，经由通信部110而从用于共享与工厂设备400相关的信息的服务器装置(未图示)取得与工厂设备400的模型参数相关的信息(例如，工厂设备特性信息、工厂设备设计信息、设备设计信息、控制参数信息)。另外，控制参数优化装置100也可以构成为经由输入部130而从操作者取得这样的信息。
控制参数优化装置100也可以经由通信部110或输入部130而取得上述的计算条件的信息。控制参数优化装置100也可以构成为经由输出部140而使优化的计算结果显示于显示装置，也可以构成为经由通信部110而将与优化后的控制参数(优化控制参数)相关的信息输出(设定)到控制装置200。
控制参数优化装置100也可以构成为使用数据库，该数据库构成为对优化的计算所需的各种信息赋予ID并保存。这样的数据库例如存储在与控制参数优化装置100通信的服务器装置(未图示)或控制参数优化装置100的存储部120中。
例如，在数据库中，对表示日期时间的信息、表示启动或停止等的动作的信息、单元名、及运转数据建立关联地赋予运转数据ID。对单元名与使用的工厂设备模型ID、构造模型ID及控制参数ID与停止模拟结果建立关联地赋予停止模拟ID。对单元名、表示是否完成对实机设定的信息、及表示控制参数设定值的信息建立关联地赋予控制参数ID。表示控制参数设定值的信息是表示与工厂设备的初始状态对应的参数(例如，金属温度)和控制参数的组合的信息。
另外，在数据库中，对单元名、工厂设备基本模型文件ID、表示是否完成参数调整的信息、参数调整中使用的运转数据ID、工厂设备模型3的模型参数(调整对象参数)、工厂设备模型3的模型参数(不可调整参数)、及与误差相关的信息建立关联地赋予工厂设备模型ID。对单元类型(表示工厂设备是GTCC还是蒸气轮机的信息)、单元型号、及工厂设备模型文件建立关联地赋予工厂设备基本模型文件ID。对单元名、使用的工厂设备模型ID、使用的构造模型ID、停止后经过时间、制约条件、控制参数、模拟结果以及目标函数的计算结果建立关联地赋予优化计算结果ID。在一个实施方式中，针对每个单元生成构造模型，构造模型仅与单元名相关联。
对单元名、构造基本模型文件ID、表示是否完成参数调整的信息、参数调整中使用的运转数据ID、工厂设备模型3的模型参数(调整对象参数)、工厂设备模型3的模型参数(不可调整参数)、及与误差相关的信息建立关联地赋予构造模型ID。对单元名和工厂设备模型文件建立关联地赋予构造基本模型文件ID。
这样，在数据库中通过将各ID和与其关联的信息相关联地保存，控制参数优化装置100能够将各ID作为检索关键字从数据库容易地取得优化计算所需的信息。另外，用于将针对多种应用对象的优化计算所需的信息存储在数据库中，并从其中提取实际的应用对象所需的信息，因此能够提高控制参数优化装置100针对应用对象的通用性。
以上，使用图4对控制参数优化装置100的结构的一例进行了说明。另外，控制参数优化装置100不限定于上述的构成例，也可以省略上述构成中的一部分的结构，还可以追加其他结构。
另外，控制参数优化装置100不限定于上述的例子，能够进行各种变形。例如，控制参数优化装置100也可以构成为，将对于控制参数选定部7、控制模型9及物理模型10的输入信息存储在存储部120中，在将控制参数优化装置100应用于其他同型且同规模的工厂设备400时，在对于控制参数选定部7、控制模型9或物理模型10的输入信息的一部分中存在缺损的情况下，根据蓄积在存储部120中的过去的输入信息来补充该缺损部分的数据。
(优化的具体例)
在将一个目标函数作为对象时，选择与目标函数相关联的控制参数，搜索所选择的控制参数的最优的解，来实现优化。另一方面，在将处于存在权衡的关系的多个目标函数作为对象时，能够通过多目标优化方法，搜索最优的控制参数来实现优化。
图5～图8分别是用于说明一个实施方式所涉及的控制参数优化装置100的优化的一例的图表。以下，参照这些图对优化的具体例进行说明。
首先，对将控制参数优化装置100应用于发电工厂设备启动时的最优的启动曲线(启动计划)的搜索的一例进行说明。图5将作为目标函数而设定了启动时间及寿命消耗量的情况下的相当于最优解的多个启动曲线分别用“〇”表示。(即，对于多个启动曲线，利用工厂设备模型(控制模型、物理模型)计算沿着各启动曲线启动发电工厂设备时的启动时间和寿命消耗量，对于多个启动曲线的全部，在将横轴作为启动时间、将纵轴作为寿命消耗量的图表上进行了标绘。)在工厂设备400中，一般启动时间和寿命消耗量处于存在权衡的关系。因此，符合最优解的启动曲线(以下，称为最优解)不是一个，例如在将公知的进化算法作为控制参数更新部8中的多目标优化方法应用的情况下，针对优化前的启动曲线T0，计算多个启动曲线T1～T7作为最优解。如图5所示，控制参数优化装置100也可以构成为将优化前的启动曲线T0与最优解T1～T7一起显示于显示装置。在该情况下，操作者能够确认优化对目标函数(启动时间及寿命消耗量)的改善效果。
图6表示作为目标函数设定了启动时间、寿命消耗量及燃料成本的情况下的最优解的显示例。另外，在设定了四个以上的目标函数的情况下，也可以按照每三个以下的目标函数地分开显示。例如在设定了四个目标函数的情况下，分为三个目标函数和剩余的一个目标函数，或者分为两个目标函数和剩余的两个目标函数来显示。
另外，如图5所示，控制参数优化装置100也可以构成为，在作为启动曲线的优化的结果而计算出多个最优解T1～T7的情况下，能够在显示装置的画面上确认符合各最优解的多个启动计划。控制参数设定部4也可以构成为，在控制装置200中设定从控制参数优化装置100输出的优化结果(多个最优解及分别对应的优化控制参数)中的与通过观察显示装置的操作者的操作所选择的最优解对应的优化控制参数。另一方面，也可以构成为，在多个最优解都未被操作者选择的情况下，不在控制装置200中设定任一优化控制参数。由此，能够将由控制参数优化装置100计算出的多个最优解中能够实现所希望的运转特性的一个最优解反映到工厂设备400的实际控制中。
图7表示作为目标函数而设定了启动时间及寿命消耗量且作为运转限制值而设定了寿命消耗量的上限值的情况下的多个最优解T1～T7与运转限制值L的关系的一例。在图7所示的例子中，控制参数更新部8选定多个最优解T1～T7中的满足运转限制值L的最优解T3～T7中的任一个，并将与所选定的最优解对应的优化控制参数输出到控制装置200。例如，选定满足运转限制值L的最优解T3～T7中的最接近运转限制值L的最优解T3。另外，最优解的选定方法不限于这样的选定方法，可想到各种选定方法。例如，也可以选定满足运转限制值L的最优解T3～T7中的、启动时间及寿命消耗量的加权平均最小的最优解。
图8是将针对各种启动曲线分别得到的计算结果(沿着各启动曲线启动时的启动时间和寿命消耗量)在以横轴为启动时间、以纵轴为寿命消耗量的图表上标绘的图。为了得到该计算结果，首先，随机选定规定启动曲线(发电量的上升的计划)的变化率、保持值、保持时间这样的启动参数值的组合的候选。接下来，针对选定的启动参数的组合候选中的各候选，针对上述选择的启动参数的全部组合候选，计算沿着以该启动参数值的组合规定的启动曲线启动旋转机械300时的启动时间和寿命消耗量。由此，得到上述的计算结果。
在启动旋转机械300的情况下，例如，当要缩短启动时间时，寿命消耗量变大，无法同时地改善不同的目的。这样，上述两个目的间存在权衡关系。
多个描绘点P分别表示启动曲线。曲线R是表示形成最优权衡关系的解的集合的曲线。选择位于曲线R的上侧且接近曲线R的多个描绘点P，将形成与这些描绘点P分别对应的启动曲线的启动参数值的组合中的各启动参数值的组合作为优化控制参数的候选组。
另外，在上述的优化的具体例中，说明了将控制参数优化装置100应用于工厂设备400的启动时的运转控制的情况下、即在工厂设备400的停止中(启动前)对控制参数进行优化的情况下的例子。但是，控制参数优化装置100不限定于此，例如也可以构成为在工厂设备400的运转中逐次优化控制参数。另外，控制参数优化装置100的优化也可以不应用于启动时的运转控制而应用于停止时的运转控制。
(控制参数优化方法)
以下，对控制参数优化方法的具体例进行说明。图9是表示一个实施方式所涉及的控制参数优化方法的步骤的流程图。另外，在此，作为控制参数优化装置100执行的控制处理，对控制参数优化方法的步骤进行说明。但是，在以下说明的各个步骤中，也可以通过操作者的手动来执行一部分或全部。另外，在以下的说明中，以已经设定了模型参数为前提。
如图9所示，控制参数优化装置100取得计算条件信息(步骤S1)。具体而言，作为计算条件信息，控制参数优化装置100经由通信部110或输入部130而取得上述的初始状态信息、计算条件、目标函数等的信息。另外，在计算条件信息存储于存储部120的情况下，控制参数优化装置100也可以参照存储部120而取得计算条件信息。取得的计算条件信息在以后的步骤S2～S5的计算中使用。
控制参数优化装置100设定在优化的计算中使用的控制参数(步骤S2)。例如，控制参数选定部7选定控制参数，控制参数更新部8将在优化的计算中使用的控制参数设定为该控制参数。另外，控制参数更新部8也可以在计算开始时将预定的值设定为控制参数的值。
控制参数优化装置100计算控制指令值和工艺量(步骤S3)。具体而言，控制参数更新部8将控制参数输入到工厂设备模型3。工厂设备模型3的控制模型9和物理模型10基于所输入的控制参数计算控制指令值和工艺量。此时，从物理模型10向构造模型11也输出工艺量的计算结果。
控制参数优化装置100计算目标函数(步骤S4)。具体而言，工厂设备模型3基于在步骤S3中计算出的控制指令值及工艺量，计算目标函数。目标函数的计算结果被输出到控制参数更新部8。
控制参数优化装置100计算旋转机械300的旋转部件与静止部件之间的间隙(步骤S5)。具体而言，构造模型11基于工艺量的计算结果来计算间隙，并将其输出到控制参数更新部8。另外，步骤S4与步骤S5的顺序也可以相反。
在此，控制参数优化装置100判别优化是否完成(步骤S6)。例如，控制参数更新部8以满足了所计算的目标函数被最小化或最大化和所计算的间隙处于满足制约条件的范围内为条件，判别为优化完成。
另外，优化的完成条件不限于这样的条件。是否完成优化根据是否满足事先设定的完成条件来判别。
在一个实施方式中，控制参数优化装置100应用进化算法来进行定义最优的启动曲线(最优解)的最优控制参数的搜索。具体而言，随机选定变化率、保持值、保持时间这样的启动参数值的组合的候选，作为最初的父代。针对上述选择的启动参数值的组合候选的全部，计算沿着与这些候选的每一个对应的启动曲线启动旋转机械300时的多个目标函数(例如，启动时间和热应力)和间隙。(步骤1)基于计算结果对各候选进行分级(评价)，从组合候选中提取优良候选。(步骤2)接下来，进行与交叉、突变相关的处理，生成相当于子代的改良候选(候选1′、候选2′、候选3′、……)，世代数增加1。(步骤3)将所生成的改良候选用作父代，重复上述步骤1至步骤3，在重复的数量(世代数)达到预先设定的次数(世代数)的时间点，判别为优化完成。优化完成时生存的多个候选(启动参数值的组合)成为优化参数。另外，与多个优化参数的每一个对应的启动曲线分别成为最优解。
在判别为优化未完成的情况下(步骤S6；否)，控制参数优化装置100返回步骤S2而再次执行步骤S2～S5的处理。另外，在该情况下的步骤S2中，控制参数更新部8更新控制参数，将更新后的控制参数设定为在计算中使用的控制参数。
另一方面，在判别为优化完成了的情况下(步骤S6；是)，控制参数优化装置100设定优化控制参数(步骤S7)。具体而言，控制参数更新部8输出优化控制参数，控制参数优化装置100将其设定在控制装置200中。
本公开不限定于上述实施方式，还包含通过对上述实施方式施加变形而得到的方式或通过适当地组合这些方式而得到的方式。
(总结)
上述各实施方式中记载的内容例如可如下理解。
(1)本公开的一个实施方式所涉及的控制参数优化装置(100)用于对控制装置(200)的控制参数进行优化，控制装置(200)用于控制具备旋转机械(300)的工厂设备(400)，
控制参数优化装置(100)具备：
工厂设备模型(3)，构成为模拟包含上述控制装置(200)的上述工厂设备(400)整体的动作，并计算上述控制装置(200)的控制指令值及上述工厂设备(400)的工艺量；
控制参数更新部(8)，构成为根据基于上述工厂设备模型(3)中的上述工艺量的计算结果而计算出的目标函数来更新在上述工厂设备模型(3)中的上述控制指令值的计算中使用的上述控制参数；及
构造模型(11)，基于来自上述工厂设备模型(3)的上述工艺量而计算上述旋转机械(300)内的静止部件与旋转部件之间的间隙，
上述控制参数更新部(8)构成为，在由上述构造模型(11)计算出的上述间隙满足制约条件的范围内搜索最优的上述控制参数。
根据上述(1)所记载的结构，能够在旋转机械(300)内的静止部件与旋转部件之间的间隙满足制约条件的范围内搜索最优的控制参数。另外，通过将搜索到的控制参数设定在工厂设备(400)的控制装置(200)中，能够降低工厂设备(400)的损伤风险。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)所记载的结构中，上述构造模型(11)构成为，从上述工厂设备模型(3)取得表示上述旋转机械(300)的入口或出口处的工作流体的状态的上述工艺量，并将上述工艺量用于上述间隙的计算。
根据上述(2)所记载的结构，由于使用表示旋转机械(300)的入口或出口处的工作流体的状态的工艺量，因此能够更准确地计算间隙。
(3)在几个实施方式中，在上述(1)或(2)所记载的结构中，上述构造模型(11)是用于计算上述旋转机械(300)的温度分布或形状的位移分布的模型。
根据上述(3)所记载的结构，通过构造模型(11)计算旋转机械(300)的温度分布或形状的位移分布。因此，能够构成为，推定间隙的分布，在间隙的分布满足制约条件的范围内搜索最优的控制参数。其结果是，能够进一步降低工厂设备(400)的损伤风险。
(4)在几个实施方式中，在上述(3)所记载的结构中，上述构造模型(11)构成为还计算寿命消耗量和热应力中的至少一方。
根据上述(4)所记载的结构，由于构造模型(11)还计算寿命消耗量和热应力中的至少一方，因此能够更直接地降低工厂设备(400)的损伤风险。
(5)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中任一项所记载的结构中，上述目标函数是表示燃料消耗量、启动时间、停止时间及寿命消耗量中的任一个以上的指标的函数。
根据上述(5)所记载的结构，特别是能够表示应该最小化或最大化的指标的函数作为目标函数而对控制参数进行优化。
(6)在几个实施方式中，在上述(1)至(5)中任一项所记载的结构中，控制参数优化装置(100)具备通信部(110)，并构成为经由该通信部(110)从用于共享与上述工厂设备(400)相关的信息的服务器装置取得与上述工厂设备(400)的模型参数相关联的信息。
根据上述(6)所记载的结构，利用服务器装置共享与应该使运转动作优化的该工厂设备(400)或与该工厂设备(400)类似的工厂设备(400)的模型参数相关联的信息(例如，工厂设备特性信息、工厂设备设计信息、设备设计信息、控制参数信息)，并对该信息进行活用，从而能够提高工厂设备(400)的各种模型(例如，工厂设备模型(3)、构造模型(11))的精度、通用性。
(7)本公开的一个实施方式所涉及的工厂设备(400)具备：
旋转机械(300)；及
控制装置(200)，用于控制上述旋转机械(300)，
上述控制装置(200)构成为基于由上述(1)至(6)中任一项所记载的控制参数优化装置(100)优化后的控制参数而控制运转。
根据上述(7)所记载的结构，能够降低工厂设备(400)的损伤风险。
(8)本公开的一个实施方式所涉及的工厂设备(400)具备：
旋转机械(300)；
上述(1)至(6)中任一项所记载的控制参数优化装置(100)；及
控制装置(200)，构成为基于由上述控制参数优化装置(100)优化后的控制参数而控制运转。
根据上述(8)所记载的结构，能够降低工厂设备(400)的损伤风险。
(9)本公开的一个实施方式所涉及的控制参数优化方法用于对控制装置(200)的控制参数进行优化，上述控制装置(200)用于控制具备旋转机械(300)的工厂设备(400)，
上述控制参数优化方法包含如下的步骤：
使用模拟包含上述控制装置(200)的上述工厂设备(400)整体的动作的工厂设备模型(3)来计算上述控制装置(200)的控制指令值及上述工厂设备(400)的工艺量；
根据基于上述工厂设备模型(3)中的上述工艺量的计算结果而计算出的目标函数来更新在上述工厂设备模型(3)中的上述控制指令值的计算中使用的上述控制参数；及
基于来自上述工厂设备模型(3)的上述工艺量而计算上述旋转机械(300)内的静止部件与旋转部件之间的间隙，
在计算出的上述间隙满足制约条件的范围内搜索最优的上述控制参数。
根据上述(9)所记载的方法，能够搜索在旋转机械(300)内的静止部件与旋转部件之间的间隙满足制约条件的范围内搜索到的最优的控制参数。在该情况下，通过将搜索到的控制参数在工厂设备(400)的控制装置(200)中设定，能够降低工厂设备(400)的损伤风险。
附图标记说明
1 目标函数设定部
2 控制参数优化部
3 工厂设备模型
4 控制参数设定部
5 物理参数设定部
6 设计参数设定部
7 控制参数选定部
8 控制参数更新部
9 控制模型
10 物理模型
11 构造模型
12 构造参数设定部
13 初始状态量设定部
100 控制参数优化装置
110 通信部
120 存储部
130 输入部
140 输出部
150 控制部
160 总线
200 控制装置
300 旋转机械
400 工厂设备。

Claims (9)

1.一种控制参数优化装置，用于对控制装置的控制参数进行优化，所述控制装置用于控制具备旋转机械的工厂设备，
所述控制参数优化装置具备：
工厂设备模型，构成为模拟包含所述控制装置的所述工厂设备整体的动作，并计算所述控制装置的控制指令值及所述工厂设备的工艺量；
控制参数更新部，构成为根据基于所述工厂设备模型中的所述工艺量的计算结果而计算出的目标函数来更新在所述工厂设备模型中的所述控制指令值的计算中使用的所述控制参数；及
构造模型，基于来自所述工厂设备模型的所述工艺量而计算所述旋转机械内的静止部件与旋转部件之间的间隙，
所述控制参数更新部构成为，在由所述构造模型计算出的所述间隙满足制约条件的范围内搜索最优的所述控制参数。
2.根据权利要求1所述的控制参数优化装置，其中，
所述构造模型构成为，从所述工厂设备模型取得表示所述旋转机械的入口或出口处的工作流体的状态的所述工艺量，并将所述工艺量用于所述间隙的计算。
3.根据权利要求1或2所述的控制参数优化装置，其中，
所述构造模型是用于计算所述旋转机械的温度分布或形状的位移分布的模型。
4.根据权利要求3所述的控制参数优化装置，其中，
所述构造模型构成为还计算寿命消耗量和热应力中的至少一方。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制参数优化装置，其中，
所述目标函数是表示燃料消耗量、启动时间、停止时间及寿命消耗量中的任一个以上的指标的函数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制参数优化装置，其中，
所述控制参数优化装置具备通信部，并构成为经由该通信部而从用于共享与所述工厂设备相关的信息的服务器装置取得与所述工厂设备的模型参数相关联的信息。
7.一种工厂设备，具备：
旋转机械；及
控制装置，用于控制所述旋转机械，
所述控制装置构成为基于由权利要求1至6中任一项所述的控制参数优化装置优化后的控制参数而控制运转。
8.一种工厂设备，具备：
旋转机械；
权利要求1至6中任一项所述的控制参数优化装置；及
控制装置，构成为基于由所述控制参数优化装置优化后的控制参数而控制运转。
9.一种控制参数优化方法，用于对控制装置的控制参数进行优化，所述控制装置用于控制具备旋转机械的工厂设备，
所述控制参数优化方法包含如下的步骤：
使用模拟包含所述控制装置的所述工厂设备整体的动作的工厂设备模型来计算所述控制装置的控制指令值及所述工厂设备的工艺量；
根据基于所述工厂设备模型中的所述工艺量的计算结果而计算出的目标函数来更新在所述工厂设备模型中的所述控制指令值的计算中使用的所述控制参数；及
基于来自所述工厂设备模型的所述工艺量而计算所述旋转机械内的静止部件与旋转部件之间的间隙，
在计算出的所述间隙满足制约条件的范围内搜索最优的所述控制参数。
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