DE112015004092T5

DE112015004092T5 - Steuerungsvorrichtung, Programm dafür und Anlagensteuerungsverfahren

Info

Publication number: DE112015004092T5
Application number: DE112015004092.7T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Tange
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2017-07-06
Also published as: JP6380552B2; WO2016092872A1; JPWO2016092872A1

Abstract

Ein aktueller Zielabweichungswert e0, der eine Differenz zwischen einem aktuellen Steuerungsbetrag y0 und einem Zielwert r ist, wird durch einen Differentiator (23) erhalten. Eine Abschlussreaktionskorrektureinheit (11) berechnet eine Korrekturzielabweichung e* durch Verwenden des aktuellen Zielabweichungswerts e0, eines Anlagenreaktionsmodells, das im Voraus eigestellt ist, und Zeitreihendaten {du(t)}t eines vergangenen Betriebsänderungsbetrags zur Gegenwart. Eine Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit (12) berechnet den nächsten Betriebsänderungsbetrag du in Übereinstimmung mit der Korrekturzielabweichung e*. Ein Betriebsänderungsbetrag du wird zu einem aktuellen Betriebsbetrag u0 durch einen Addierer (13) addiert, und dadurch wird der nächste Betriebsbetrag u (ein modifizierter Betriebsbetrag us) erzeugt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsvorrichtung für eine Anlage oder dergleichen.
Stand der Technik
Temperaturregulierungssteuerungsvorrichtungen, Steuerungsvorrichtungen wie z. B. programmierbare Logiksteuereinheiten (PLCs) oder verteilte Steuerungssysteme (DCSs), Steuerungsvorrichtungen, die auf Personalcomputern oder integrierter Leitausrüstung implementiert sind, und dergleichen werden in der Industrie weithin verwendet.
Zusätzlich sind in der herkömmlicherweise bekannten Steuerungstechnik Steuerungssysteme zum Bewirken, dass eines Zielobjekt, das gesteuert werden soll, einem Zielwert folgt, wie z. B. PID-Steuerung, modellprädiktive Steuerung, Steuerung mit internem Modell, LQG-Steuerung, H2-Steuerung oder H∞-Steuerung bekannt (beispielsweise Nichtpatentdokument 1).
Ferner sind die jeweiligen nachstehend gelisteten Verfahren bekannt als Steuerungssystem zum Unterdrücken von Überschwingen:

– Ein Verfahren zum Bestimmen eines PID-Steuerungsparameters gemäß einer verallgemeinerten Prädiktionssteuerungs-Theorie (GPC-Theorie) (Patentdokument 1);
– Ein Verfahren zum Formen eines Zielwerts gemäß der Zeit, wenn eine Spitze erzeugt wird (Patentdokument 2); und
– Ein Verfahren zum Bestimmen eines PID-Steuerungsparameters auf eine Weise, dass eine offene Schleife mit einer Anlage übereinstimmt, ausgedrückt durch eine quadratische Verzögerungsübertragungsfunktion (Patentdokument 3). Darüber hinaus ist modellprädiktive Steuerung bekannt, in der Optimierungsberechnung sukzessive ausgeführt wird unter Verwendung eines Zustandsraummodells oder eines Zukunftsreaktionsmodells eines Zielobjekts, das gesteuert werden soll, um eine wünschenswerte Reaktion zu erhalten (beispielsweise Nichtpatentdokument 2). Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2003-195905 Patentdokument 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2005-276169 Patentdokument 3: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2007-188322 Nichtpatentdokument 1: ”Designing Control System”, Asakura Publishing Co., Ltd., 1994 Nichtpatentdokument 2: ”Model Predictive Control”, Tokyo Denki University Press, 2005 Nichtpatentdokument 3: ”Process Control Engineering”, Asakura Publishing Co., Ltd., 2002

Offenbarung der Erfindung
Bei der Steuerung einer Industrieanlage ist es wichtig, die Anlage stabil zu betreiben und die Sicherheit mechanischer Operationen sicherzustellen. Einerseits ist schnelles Verfolgen eines Zielwerts zum Erhöhen der Effizienz zum Betreiben der Anlage oder zum Verbessern der Reaktionsfähigkeit des mechanischen Betriebs erforderlich.
Es ist jedoch im Allgemeinen wahrscheinlich, dass ein Überschwingen erzeugt wird, wenn versucht wird, die Verfolgungsleistung zu verbessern.
Überschwingen verursacht manchmal Probleme (Probleme im Betrieb, Sicherheitsprobleme, Qualitätsprobleme oder dergleichen), die mit allen zur Verfügung stehenden Mitteln vermieden werden müssen, wie z. B.:

– Überlaufen von Flüssigkeit bei der Flüssigkeitspegelsteuerung;
– Eine Fehlzündung in einem Kessel;
– Eine Kollision einer Roboterhand oder einer Stufe; oder
– Modifikation eines Materials aufgrund einer übermäßigen Heiztemperatur.

Dementsprechend können eine Situation, in der Steuerungsleistung geopfert wird, um einen Sicherheitsabstand zu erhalten, und konservative Einstellung ausgeführt wird, eine Situation, in der ein spezielles Niveau von Überschwingen erlaubt werden muss, um Steuerungsleistung zu priorisieren, oder andere Situationen häufig in einer Industrieanlage auftreten.
In der herkömmlicherweise bekannten Steuerungstechnik wird eine Technik zum Konstruieren eines Steuerungssystems durch Ausdrücken einer Zielfunktion wie z. B. einer 2-Norm oder einer ∞-Norm, die Zielwertverfolgungsleistung, Störungsunterdrückungsleistung, robuste Stabilitätsleistung oder dergleichen durch Verwenden einer Frequenzfunktion ausdrückt, um die Zielfunktion zu minimieren, weithin verwendet (beispielsweise Nichtpatentdokument 1, das vorstehend aufgelistet ist).
Bei dem Evaluieren einer Frequenzfunktion kann eine Verstärkung in einem mittleren Fall oder dem schlechtesten Fall unterdrückt werden, aber eine Zielabweichung in einem Augenblick der Online-Steuerung kann nicht als eine Beschränkungsbedingung behandelt werden. Dementsprechend ist es prinzipiell schwierig, Überschwingen zu unterdrücken.
Ferner beruht ein herkömmlicherweise bekanntes Überschwingunterdrückungsverfahren auf einer Technik einer voreingestellten Modellbasis zum Ändern eines Zielwerts in einem Fall, in dem eine Anpassung eines PID-Steuerungsparameters oder einer Spitze wahrscheinlich auftritt, und der Einfluss der Zielabweichung oder einer Operation in dem tatsächlichen Moment der Online-Steuerung wird nicht berücksichtigt. Zusätzlich kann im Allgemeinen eine ausreichende Steuerungsleistung durch Ausführen von PID-Steuerung auf einer Anlage, die Totzeit, eine inverse Reaktion oder eine quadratische Mode oder Mode höherer Ordnung enthält, nicht erreicht werden.
Darüber hinaus kann in der herkömmlicherweise bekannten modellprädiktiven Steuerung eine Beschränkungsbedingung gehandhabt werden, und deshalb kann Überschwingunterdrückung als die Beschränkungsbedingung gehandhabt werden. Ein Optimierungsproblem wie z. B. ein quadratisches Programmierungsproblem muss jedoch in jedem Steuerungsschritt gelöst werden, und es ist ein Problem vorhanden, in dem die herkömmlicherweise bekannte modellprädiktive Steuerung nur in einer Steuerungsvorrichtung implementiert sein kann, die eine relativ hervorragende CPU-Arithmetikkapazität oder eine relativ mächtige montierte Speicherkapazität aufweist. Mit anderen Worten ist ein Problem vorhanden, in dem Überschwingunterdrückung durch Verwenden einer einfachen Konfiguration (beispielsweise eines relativ kleinen Speichers und relativ kleiner CPU-Betriebsmittel) nicht erreicht werden kann.
Wie vorstehend beschrieben kann gesagt werden, dass die herkömmlicherweise bekannte Steuerungstechnik keine Technologie bereitstellt, die ermöglicht, dass Überschwingen in einer Zeitdomäne klar unterdrückt wird gemäß einer Situation einer Zielabweichung oder dem Einfluss einer Operation, die sich momentan ändert, und die einfache Implementierung ermöglicht.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerungsvorrichtung oder dergleichen bereitzustellen, die Überschwingunterdrückung durch Verwenden einer einfachen Konfiguration genau erreichen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Steuerungsvorrichtung, die einen Betriebsbetrag ausgibt, um eine Zielausrüstung zu steuern, und bewirkt, dass ein Steuerungsbetrag der Steuerungszielausrüstung einen beliebigen Zielwert verfolgt, beispielsweise die jeweiligen nachstehenden Komponenten.

– Zielabweichungsberechnungsmittel zum Erhalten einer Differenz zwischen dem Steuerungsbetrag und dem Zielwert als einen aktuellen Zielabweichungswert;
– Korrekturzielabweichungsberechnungsmittel zum Berechnen einer Korrekturzielabweichung in Übereinstimmung mit einem Anlagenreaktionsmodell, das im Voraus gehalten wird, dem aktuellen Zielabweichungswert und einem Änderungsbetrag des Betriebsbetrags; und
– Betriebsbetragsberechnungsmittel zum erneuten Bestimmen des Betriebsbetrags in Übereinstimmung mit der Korrekturzielabweichung.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 stellt die Konfiguration einer Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel dar.
2 ist ein Diagramm, das den Betrieb einer Abschlussreaktionskorrektureinheit erläutert.
3 ist ein Diagramm (Nr. 1), das den Betrieb einer Abschlussreaktionskorrektureinheit erläutert.
4 ist ein Diagramm (Nr. 2), das den Betrieb einer Abschlussreaktionskorrektureinheit erläutert.
5 ist ein Diagramm (Nr. 3), das den Betrieb einer Abschlussreaktionskorrektureinheit erläutert.
6 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel des Betriebs einer Abschlussreaktionskorrektureinheit erläutert.
7 ist ein Diagramm (Nr. 1), das ein spezifisches Beispiel von Daten darstellt, die im Voraus durch eine Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit gehalten werden.
8 stellt ein spezifisches Beispiel eines Anlagenreaktionsmodells dar.
9 ist ein Diagramm (Nr. 2), das ein spezifisches Beispiel von Daten darstellt, die im Voraus durch eine Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit gehalten werden.
10(a) bis 10(d) stellen Simulationsergebnisse im Fall der vorliegenden Technik dar.
11(a) bis 11(c) stellen Simulationsergebnisse im Fall einer herkömmlichen Technologie dar.
12 ist ein Diagramm (Nr. 1), das den Betrieb einer Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel durch Verwenden einer Übertragungsfunktion erläutert.
13 ist ein Diagramm (Nr. 2), das den Betrieb einer Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel durch Verwenden einer Übertragungsfunktion erläutert.
14 ist ein Diagramm, das herkömmlicherweise bekannte Steuerung mit internem Modell zum Vergleich darstellt.
15 ist ein Ablaufplan, der Verarbeitung einer Steuerungsvorrichtung darstellt.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 stellt die Konfiguration einer Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel dar.
Eine Steuerungsvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, die eine Steuerungszielanlage 2 steuert, die in dieser Zeichnung dargestellt ist.
Die Steuerungszielanlage 2 ist ein Beispiel einer beliebigen Ausrüstung/Vorrichtung oder dergleichen, die gesteuert werden soll.
Die Steuerungsvorrichtung 1 gibt einen beliebigen Betriebsbetrag u zu der Steuerungszielanlage 2 in Übereinstimmung mit einem beliebigen Zielwert r aus, miss einen Steuerungsbetrag y, der Daten ist, die einen Zustand oder dergleichen der Steuerungszielanlage 2 entsprechend dem Betriebsbetrag u angibt, und bestimmt den nächsten Betriebsbetrag u in Übereinstimmung mit dem gemessenen Steuerungsbetrag y oder dergleichen. Der Steuerungsbetrag y ist als ein Beispiel die Temperatur der Steuerungszielanlage 2, und der Zielwert r ist in diesem Beispiel eine eingestellte Temperatur oder dergleichen. Diese Beispiele müssen jedoch nicht immer verwendet werden. Zusätzlich wird der Steuerungsbetrag y gemessen durch Verwenden einer Messeinrichtung wie z. B. eines Sensors (nicht dargestellt), und der Steuerungsbetrag y wird in dem vorstehenden Beispiel durch Verwenden eines Thermometers gemessen.
Die Steuerungsvorrichtung 1 führt Steuerung auf eine solche Weise aus, dass der vorstehende Steuerungsbetrag y schließlich zu dem vorstehenden Zielwert r wird. Die Steuerungsvorrichtung 1 bestimmt einen Wert des Betriebsbetrags u und veranlasst, dass der Wert in die Steuerungszielanlage 2 eingegeben wird, um zu veranlassen, dass der Steuerungsbetrag y dem Zielwert r folgt.
Die Steuerungsvorrichtung 1 enthält eine Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10, einen Zeitgeber 21, eine Messeinrichtung 22 und einen Differentiator 23 und dergleichen.
Der Zeitgeber 21 erzeugt einen vorgeschriebenen Zyklus Tc und betreibt die Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 und die Messeinrichtung 22 in jedem vorgeschriebenen Zyklus Tc.
Die Messeinrichtung 22 misst einen aktuellen Betriebsbetrag u und einen aktuellen Steuerungsbetrag y für die vorstehende Steuerungszielanlage 2 für jeden Zyklus Tc. Die Messeinrichtung 22 gibt den gemessenen aktuellen Steuerungsbetrag y als einen in dieser Zeichnung dargestellten Steuerungsbetrag y₀ zu dem Differentiator 23 aus und gibt außerdem den gemessenen aktuellen Betriebsbetrag u als einen in dieser Zeichnung dargestellten Betriebsbetrag u0 zu der Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 aus.
Ein beliebiger Zielwert r (beispielsweise ein Wert, der durch einen Anwender eingestellt ist) wird ebenfalls in den Differentiator 23 eingegeben, und ein aktueller Zielabweichungswert e₀, der eine Differenz zwischen dem Steuerungsbetrag y und dem Zielwert r ist, wird wie folgt berechnet. e₀ = r – y₀
Der erzeugte aktuelle Zielabweichungswert e₀ wird in die Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 eingegeben.
Eine Konfiguration selbst, die den vorstehend beschriebenen aktuellen Zielabweichungswert e₀ erzeugt, ist eine existierende Konfiguration.
Die Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 enthält eine Abschlussreaktionskorrektureinheit 11, eine Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 und einen Addierer 13. Der vorstehende aktuelle Zielabweichungswert e₀ wird in die Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 eingegeben. Der vorstehende Betriebsbetrag u0 wird in eine Seite des Addierers 13 eingegeben.
Die Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 berechnet einen Korrekturzielwert e* durch Verwenden des eingegebenen aktuellen Zielabweichungswerts e₀, eines voreingestellten Anlagenreaktionsmodells und eines ”Vergangenheit-zu-Gegenwart-Betriebsänderungswert{du(t)}t” (Zeitreihendaten {du(t)}t eines vergangenen Betriebsänderungsbetrags bis zur Gegenwart). Die Korrekturzielabweichung e* wird in die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 eingegeben.
Die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 berechnet den nächsten Betriebsänderungsbetrag du in Übereinstimmung mit der eingegebenen Korrekturzielabweichung e*. Der nächste Betriebsänderungsbetrag du wird in die andere Seite des Addierers 13 eingegeben. Infolgedessen addiert der Addierer 13 den Betriebsänderungsbetrag du zu dem aktuellen Betriebsbetrag u0, um den nächsten Betriebsbetrag u (einen modifizierten Betriebsbetrag u_s) zu erzeugen. Der modifizierte Betriebsbetrag u_s (der nächste Betriebsbetrag u) wird in die Steuerungszielanlage 2 eingegeben.
Es kann angenommen werden, dass die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 und der Addierer 13 eine Betriebsbetragsberechnungseinheit (nicht dargestellt) konfigurieren, die den Betriebsbetrag in Übereinstimmung mit der Korrekturzielabweichung e* neu bestimmt.
Der Betriebsänderungsbetrag du, der durch die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 erzeugt und ausgegeben wird, wird in die Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 eingegeben, wie dargestellt, und die Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 speichert den Betriebsänderungsbetrag du als Zeitreihendaten. Die Zeitreihendaten sind der vorstehende ”Vergangenheit-zu-Gegenwart-Betriebsänderungsbetrag {du(t)}t”.
Es kann angenommen werden, dass der Differentiator 23 und die Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 integral die Betriebsbetragsberechnungseinheit, die den Betriebsbetrag bestimmt, konfigurieren.
Ein Anlagenreaktionsmodell ist im Voraus in der Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 gehalten. Ein spezifisches Beispiel des Anlagenreaktionsmodells sind Daten, die in 5 dargestellt sind (eine Funktion S(t)), die später beschrieben ist.
Hier wird in dieser Technik eine Schrittreaktion (eine Reaktion auf eine Einheitsschritteingabe) der Steuerungszielanlage 2 im Voraus gemessen, und gemessene Daten werden im Voraus als die in 5 dargestellte Funktion S(t) gespeichert. Es ist angenommen, dass ein Konvergenzwert zu der Zeit, wenn die Schrittreaktion konvergiert, eine in 5 dargestellte Abschlussverstärkung S(∞) ist. Die Funktion S(t) und die Abschlussverstärkung S(∞) werden verwendet, um die Korrekturzielabweichung e* zu berechnen. Einzelheiten werden später beschrieben. Die Schrittreaktion muss nicht immer aus einer Reaktion auf die Einheitsschritteingabe erhalten werden und kann aus einer Reaktion auf eine Betriebseingabe, die eine andere Form aufweist, wie z. B. eine Impulseingabe oder eine linear ansteigende Eingabe, durch Ausführen einer geeigneten Umsetzung erhalten werden.
Die Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 berechnet eine Abschlussreaktion gemäß einer vergangenen Operation (nämlich einem Restfehler einer Zielabweichung in der ausreichenden Zukunft) als die vorstehende Korrekturzielabweichung e* in Übereinstimmung mit dem gespeicherten Anlagenreaktionsmodell, dem vorstehenden ”Vergangenheit-zu-Gegenwart-Betriebsänderungsbetrag {du(t)}t”, dem aktuellen Zielabweichungswert 80 und dergleichen. Alternativ kann die Korrekturzielabweichung e* so definiert sein, dass sie eine Differenz zwischen einem Vorhersagewert eines Konvergenzwerts eines Steuerungsbetrags y gemäß einem vergangenen Betriebsbetrag u (einem Änderungsbetrag du des Betriebsbetrags u) zu der Gegenwart und dem Zielwert r ist.
Es kann angenommen werden, dass die Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 Verarbeitungsfunktionen wie z. B. eine Betriebsänderungsbetragsspeichereinheit oder eine Korrekturzielabweichungsberechnungseinheit, die nicht dargestellt ist, aufweist. In dem Fall dieses Beispiels speichert als ein Beispiel die vorstehende Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit (nicht dargestellt) den Betriebsänderungsbetrag du, um Zeitreihendaten zu erzeugen. Zusätzlich berechnet die vorstehende Korrekturzielabweichungsberechnungseinheit (nicht dargestellt) die Korrekturzielabweichung e* in Übereinstimmung mit beispielsweise einem registrierten Anlagenreaktionsmodell, dem vorstehenden aktuellen Zielabweichungswert e₀ und den Zeitreihendaten ”{du(t)}t” des Betriebsänderungsbetrags.
Eine Speichereinheit, die einen Zwischenberechnungswert in dem später beschriebenen Prozess zum Berechnen einer Korrekturzielabweichung speichert, (eine in 3 dargestellte Zwischenberechnungswertspeichereinheit) anstelle der Zeitreihendaten ”{du(t)}t” des Betriebsänderungsbetrags, kann bereitgestellt sein, ohne die Zeitreihendaten ”{du(t)}t” des Betriebsänderungsbetrags zu speichern.
Ein spezifisches Beispiel des Prozesses zum Berechnen der Korrekturzielabweichung e* wird später beschrieben, aber die Korrekturzielabweichung e* ist mit Bezug auf 2 beschrieben.
Hier enthält die Steuerungsvorrichtung 1 einen Arithmetik-Prozessor wie z. B. eine CPU/MPU (nicht dargestellt), eine Speichervorrichtung wie z. B. einen Datenspeicher und dergleichen. Ferner enthält die Steuerungsvorrichtung 1 eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (nicht dargestellt) zum Eingeben des Betriebsbetrags u in die Steuerungszielanlage 2 oder Erhalten des Steuerungsbetrags y und dergleichen.
Ein vorgeschriebenes Anwendungsprogramm ist im Voraus in der vorstehenden nicht dargestellten Speichervorrichtung gespeichert. Der Arithmetik-Prozessor führt das Anwendungsprogramm aus, um beispielsweise verschiedene Verarbeitungsfunktionen (der Abschlussreaktionskorrektureinheit 11, der Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 und dergleichen) der vorstehenden Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 zu realisieren. Ferner können die Operationen der Messeinrichtung 22 und des Differentiators 23 durch Software realisiert sein, aber die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und eine dedizierte Schaltung oder dergleichen können verwendet werden.
2 ist ein Diagramm, das den Betrieb der Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 erläutert.
Jeweilige spezifische Beispiele sind in einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt innerhalb der Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 von 2 dargestellt. Der untere Abschnitt stellt spezifische Beispiele des Betriebsänderungsbetrags du und der Zeitreihendaten des Betriebsbetrags u gemäß dem Betriebsänderungsbetrags du dar.
In 2 drückt die Zeit t die Gegenwart aus, eine linke Seite der Zeit t drückt die Vergangenheit aus, und eine rechte Seite drückt die Zukunft aus. In dem dargestellten Beispiel ist angenommen, dass die Betriebsänderungsbeträge in der Gegenwart und der Zukunft ”0” sind (der Betriebsbetrag u ändert sich nicht). Es ist außerdem angenommen, dass es in der Vergangenheit eine Zeit gab, in der der Betriebsänderungsbetrag nicht ”0” war, und sich der Betriebsbetrag u wie dargestellt änderte. Ein Beispiel eines Steuerungsbetrags y gemäß einem vergangenen Betriebsänderungsbetrag {du(t)}t (eine Änderung des Betriebsbetrags u), wie vorstehend beschrieben, ist in dem oberen Abschnitt dieser Zeichnung dargestellt. In dieser Zeichnung ist der vergangene Betriebsänderungsbetrag {du(t)}t beispielsweise du(t – Tc), du(t – 2Tc), du(t – 3Tc) oder dergleichen.
In diesem Beispiel ist ein aktueller Steuerungsbetrag y gleich y₀, wie dargestellt. Hier ist vorhergesagt, dass sich der Steuerungsbetrag y weiterhin ändern wird gemäß dem vorstehenden vergangenen Betriebsänderungsbetrag {du(t)}t, wie dargestellt, und dass der Steuerungsbetrag y schließlich zu ”y_n + y₀” konvergieren wird, wie dargestellt. Diese Änderung des Steuerungsbetrags y wird aufgrund des vergangenen Betriebsänderungsbetrags {du(t)}t erzeugt (weil die Betriebsänderungsbeträge {du(t)}t in der Gegenwart und der Zukunft ”0” sind, wie vorstehend beschrieben). Zusätzlich bezieht sich das vorstehende y₀ auf einen aktuellen Wert des sich ändernden Steuerungsbetrags y. Der Steuerungsbetrag y ändert sich weiter von dem aktuellen Wert um y_n, so dass der Steuerungsbetrag y schließlich zu ”y_n + y₀” konvergiert. Es ist angenommen, dass y₀ als ”Abschlussreaktionskorrekturwert” bezeichnet ist.
Wie vorstehend beschrieben ist eine Änderung des Betriebsbetrags u nicht unmittelbar auf den Steuerungsbetrag y widergespiegelt, und es ist eine Zeitverschiebung vorhanden. Ein aktueller Wert des Steuerungsbetrags y ist der dargestellte y₀, wie vorstehend beschrieben, und deshalb ist eine Differenz von dem Zielwert r der dargestellte aktuelle Zielabweichungswert e₀. Wie vorstehend beschrieben wird der aktuelle Zielabweichungswert e₀ durch den Addierer 13 erhalten.
In einer aktuellen Situation (in einem Fall, in dem sich der Steuerungsbetrag y nicht ändert) ist vorhergesagt, dass der Steuerungsbetrag y zu dem vorstehenden ”y_n + y₀” konvergieren wird, und der Steuerungsbetrag y wird den Zielwert r nicht erreichen. Wie dargestellt ist eine Differenz zwischen dem Zielwert r und dem Konvergenzwert ”y_n + y₀” die Korrekturzielabweichung e*. Die Korrekturzielabweichung e* bezieht sich nämlich auf eine Lücke (eine Differenz), die immer noch zwischen dem Vorhersagewert ”y_n + y₀” des Steuerungsbetrags y, der schließlich aufgrund einer vergangenen Änderung des Betriebsbetrags zu der Gegenwart erreicht wird, und dem Zielwert r existiert. Dementsprechend muss sich der Betriebsbetrag u weiter ändern, um diese Lücke zu füllen. Es kann außerdem gesagt werden, dass der vorstehende Vorhersagewert ”y_n + y₀” ein Vorhersagewert eines Konvergenzwerts des Steuerungsbetrags y gemäß einer Änderung des vergangenen Betriebsbetrags zu der Gegenwart ist.
Herkömmlicherweise wird als ein Beispiel der nächste Betriebsbetrag u (der Betriebsänderungsbetrag du) gemäß dem aktuellen Zielabweichungswert e₀ bestimmt. Und zwar wird ein Betriebsänderungsbetrag du gemäß einem aktuellen Lückenbetrag (dem aktuellen Zielabweichungswert e₀) erhalten. Wie vorstehend beschrieben ändert sich jedoch eine Situation immer noch, und der Steuerungsbetrag y konvergiert schließlich zu ”y_n + y₀”. Deshalb ist der Wert e₀ übermäßig groß als ein Lückenbetrag. Das führt zu dem vorstehend beschriebenen Überschwingen. Andererseits kann in der vorliegenden Technik Überschwingen durch Verwenden der vorstehenden Korrekturzielabweichung e* unterdrückt werden. Ferner kann die Konvergenz des Steuerungsbetrags y zu dem Zielwert r durch Verwenden der vorstehenden Korrekturzielabweichung e* sichergestellt werden.
Die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 selbst kann eine existierende Konfiguration aufweisen. Eine herkömmliche Technik und die vorliegende Technik sind darin voneinander verschieden, dass in der herkömmlichen Technik der Betriebsänderungsbetrag du gemäß dem vorstehenden aktuellen Zielabweichungswert e₀ bestimmt wird und in der vorliegenden Technik der Betriebsänderungsbetrag du gemäß der Korrekturzielabweichung e* bestimmt wird.
Das Erhalten der Korrekturzielabweichung e* bedeutet Erhalten eines Lückenbetrags zum Erreichen eines endgültigen Zielwerts r durch Vorhersagen des Einflusses einer Betriebsänderung in der Vergangen auf den Steuerungsbetrag y durch Verwenden eines Anlagenmodells. Der vorstehende Betrieb der Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 bedeutet Bestimmen eines Betriebsänderungsbetrags, der addiert werden soll, gemäß dem Lückenbetrag e*.
Herkömmliche PID-Steuerung oder modellprädiktive Steuerung enthält die vorstehend beschriebene Vorhersagefunktion (eine Funktion zum Erhalten der Korrekturzielabweichung e*) nicht. Mit anderen Worten weist die herkömmliche PID-Steuerung oder modellprädiktive Steuerung keine Funktion zum Berechnen einer Zielabweichung, die durch Korrigieren einer Abschlussreaktion erhalten wird, wie vorstehend beschrieben auf.
In der vorliegenden Technik wird eine Korrekturzielabweichung durch Ausführen von Vorhersage erhalten, und ein Betriebsänderungsbetrag du wird durch Ausführen einer einfachen Berechnung auf der Korrekturzielabweichung erhalten. Deshalb wird keine weiterentwickelte Optimierungsberechnung benötigt wie in der herkömmlichen modellprädiktiven Steuerung, und die Implementierung kann einfach ausgeführt werden.
Ein Beispiel des Betriebs der Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 ist nachstehend mit Bezug auf die 3, 4, 5 und 6 beschrieben.
In diesem Beispiel wird zuerst der vorstehende Abschlussreaktionskorrekturwert y_n, der in 2 dargestellt ist, erhalten, wie in 3 dargestellt. Nachfolgend wird die vorstehende Korrekturzielabweichung e* aus einer Differenz zwischen dem aktuellen Zielabweichungswert e₀ und dem Abschlussreaktionskorrekturwert y_n erhalten (e* = e₀ – y_n).
Der Abschlussreaktionskorrekturwert y_n wird gemäß einer Abschlussreaktionsvorhersage y_nA und einer freien Reaktionsvorhersage y_nB erhalten. Und zwar wird der Abschlussreaktionskorrekturwert y_n durch y_n = y_nA – y_nB (eine Differenz zwischen y_nA und y_nB) erhalten.
Eine Abschlussreaktionsvorhersage y_nA(t) ist ein Vorhersagewert in der ausreichenden Zukunft des Steuerungsbetrags y gemäß dem vergangenen Betriebsänderungsbetrags du.
Eine freie Reaktionsvorhersage y_nB(t) ist ein Vorhersagewert des Steuerungsbetrags y gemäß dem vergangenen Betriebsänderungsbetrags du. Die freie Reaktionsvorhersage wird in der Zeitreihe vorhergesagt, wie nachstehend beschrieben, unter der Annahme, dass eine aktuelle Zeit gleich t ist. y_nB(t – Δt), y_nB(t), y_nB(t + Δt), y_nB(t + 2Δt), ..., y_nB(T)
Unter dem Vorstehenden ist eine aktuelle freie Reaktionsvorhersage zu der Zeit t gleich y_nB(t). Das vorstehende Δt ist beispielsweise das vorstehende Tc, die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. T drück eine Abschlusszeit eines Vorhersageabschnitts oder einen Vorhersagehorizont aus, nachdem die Zeit von der Zeit t über t + Δt und t + 2Δt zur Zukunft fortschreitet (siehe beispielsweise Nichtpatentdokument 2). Dementsprechend kann gesagt werden, dass T kein fester Wert ist und dass T ein Wert ist, der allmählich zusammen mit einer aktuellen Zeit t zur Zukunft gleitet.
Die Abschlussreaktionsvorhersage y_nA und die freie Reaktionsvorhersage y_nB, die vorstehend beschrieben sind, werden jedes Mal aktualisiert, wenn ein neuer Betriebsänderungsbetrag du(t) addiert wird.
Eine Differenz zwischen der Abschlussreaktionsvorhersage y_nA und der freien Reaktionsvorhersage y_nB wird als ein Abschlussreaktionskorrekturwert y_n(t) berechnet. Und zwar wird y_n(t) = y_nA(t) – y_nB(t) gebildet.
Hier sind in 4 spezifische Beispiele eines Abschlussreaktionsvorhersagewerts y_nA und einem freien Reaktionsvorhersagewert y_nB dargestellt. 4 stellt y_nA(t) und y_nB(t) auf der Basis von 2 dar. Es ist in der nachstehenden Beschreibung angenommen, dass ein aktueller Steuerungsbetrag y gleich y₀ ist, wie dargestellt.
Wie dargestellt drück y₀, der ein aktueller Wert des Steuerungsbetrags y ist, ein Ergebnis davon aus, dass er durch den vergangenen Betriebsbetrag u (den Betriebsänderungsbetrag du) beeinflusst ist, und in diesem Beispiel ändert sich der Steuerungsbetrag y von einem Steuerungsbetrag y₁ zu einem Zeitpunkt in der Vergangenheit zu y₀ zur gegenwärtigen Zeit. Es ist vorhergesagt, dass, sofern sich der Betriebsbetrag u nicht ändert, sich der Steuerungsbetrag y weiterhin, wie dargestellt, in der Zukunft ändern wird und zu ”y_n(t) + y₀” konvergieren wird. Hier ist angenommen, dass die gegenwärtige Zeit die dargestellte Zeit t ist.
Wie dargestellt ist der vorstehende Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t) eine Differenz zwischen einem Konvergenzwert ”y_n(t) + y₀” und dem vorstehenden y₁. Anders formuliert konvergiert der Steuerungsbetrag y schließlich von y₁ über y₀ zu ”y_n(t) + y₀”. Es kann angenommen werden, dass der Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t) diesem Änderungsbetrag (”y_n(t) + y₀” – y₁) entspricht.
Zur gegenwärtigen Zeit ändert sich der Steuerungsbetrag y, und ein Wert des Steuerungsbetrags y ist der dargestellte y₀. Es kann angenommen werden, dass ein Änderungsbetrag (y₀ – y₁) von dem vorstehenden y₁ zu einem aktuellen Wert dem vorstehenden freien Reaktionsvorhersagewert y_nB(t) entspricht.
Dementsprechend ist eine Differenz zwischen dem Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t) und dem freien Reaktionsvorhersagewert y_nB(t) der vorstehende y_n(t), wie dargestellt.
Nachdem ein Abschlussreaktionskorrekturwert y_n(t) erhalten wird, wie vorstehend beschrieben, wird eine Korrekturzielabweichung e*(t) durch Erhalten einer Differenz zwischen einem aktuellen Zielabweichungswert e₀(t) und dem Abschlussreaktionskorrekturwert y_n(t) berechnet. e*(t) = e₀(t) – y_n(t)
Es ist nicht nötig zu sagen, dass ein Mehrfach-Eingabe/Ausgabe-System, zugeordnete Signale wie z. B. der Steuerungsbetrag y, der Zielwert r, die Zielabweichung e, der Betriebsänderungsbetrag du und der Betriebsbetrag u als Vektoren betrachtet werden, ähnlich einer herkömmlichen Technologie mir modellprädiktiver Steuerung, und dass die Korrekturzielabweichung e*(t) ähnlich zu dem vorstehenden Berechnungsverfahren in diesem Beispiel berechnet werden kann. In diesem Fall kann die Berechnung aus der Korrekturzielabweichung e* zu dem Betriebsänderungsbetrag du Multiplikation einer konstanten Verstärkungsmatrix sein.
In einem Fall, in dem ein Störungssignal, das ein Steuerungssystem beeinflusst, beobachtet wird, kann ein Störungsmodell hinzugefügt werden, und die Korrekturzielabweichung e* kann konfiguriert sein, ferner den Einfluss des beobachteten Störungssignals zu korrigieren.
Das Vorstehende ist die Beschreibung von 3.
Ein spezifisches Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen der Abschlussreaktionsvorhersage y_nA und der freien Reaktionsvorhersage y_nB, die vorstehend beschrieben sind, ist nachstehend mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben.
Ein Anlagenreaktionsmodell, das im Voraus erzeugt und gespeichert ist, wird verwendet, um diese y_nA und y_nB zu berechnen.
5 stellt ein spezifisches Beispiel des Anlagenreaktionsmodells dar.
Eine Funktion S(t), die in 5 dargestellt ist, ist ein spezifisches Beispiel der Anlagenreaktionsmode.
Die Funktion S(t) ist eine Schrittreaktion einer Anlage (eine Reaktion auf eine Einheitsschritteingabe; auch als eine Übergangsfunktion bezeichnet). Die Funktion S(t) kann beispielsweise durch Messen eines tatsächlichen Messwerts im Voraus durch Verwenden der Steuerungszielanlage 2 erhalten werden. Und zwar wird eine Einheitsschritteingabe auf der Steuerungszielanlage 2 ausgeführt, und eine Ausgabe (der Steuerungsbetrag y) der Steuerungszielanlage 2 wird gemessen. Ausgabedaten (Zeitreihendaten des Steuerungsbetrags y; die eine zeitliche Änderung angeben) der Steuerungszielanlage 2 sind die Funktion S(t), die in 5 dargestellt ist.
Hier ist angenommen, dass ein Konvergenzwert zu der Zeit, wenn eine Schrittreaktion konvergiert, eine Abschlussverstärkung S(∞) ist. Als ein Beispiel wird der letzte Wert des tatsächlichen Messwerts (der Zeitreihendaten) als die Abschlussverstärkung S(∞) verwendet.
Die Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 berechnet die Abschlussreaktionsvorhersage y_nA(t) und die freie Reaktionsvorhersage y_nB(t) beispielsweise gemäß Ausdrücken, die in 6 dargestellt sind, zum Berechnen dieser Vorhersagewerte y_nA(t) und y_nB(t) durch Verwenden der Funktion S(t) und der Abschlussverstärkung S(∞).
Hier ist angenommen, dass ein Steuerungszyklus Tc ist und dass die Anzahl von Dateneinheiten des Betriebsänderungsbetrags du in einem Modellabschnitt (einer festen Periode, die zum Verarbeiten verwendet wird; nämlich einer festen Periode von der Gegenwart zur Vergangenheit) gleich A ist. Es kann angenommen werden, dass der vorstehende Tc auch ein Abtastzyklus von Daten des Betriebsänderungsbetrags du ist. Es ist außerdem angenommen, dass ein aktueller Zielabweichungswert e₀(t) ist und dass Zeitreihendaten eines Betriebsänderungsbetrags in einer vergangenen vorgeschriebenen Periode zu der Gegenwart {du(t)}t sind.
Der Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t) ist eine Abschlussreaktion gemäß dem vergangenen Betrieb (ein Vorhersagewert eines Konvergenzwerts des Steuerungsbetrags y; ein Vorhersagewert des Steuerungsbetrags y in der ausreichenden Zukunft), und der Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t) wird gemäß dem nachstehenden Ausdruck (1) unter Verwendung der Abschlussverstärkung S(∞) oder dergleichen berechnet (k = 0, 1, 2, ...). [Ausdruck 1]
Der freie Reaktionsvorhersagewert y_nB(t) ist ein Schätzwert eines Variationsbetrags des Steuerungsbetrags y gemäß dem vergangenen Betriebsbetrag u (dem Betriebsänderungsbetrag du), und insbesondere ein Schätzwert eines Variationsbetrags von der Vergangenheit zur Gegenwart. Der freie Reaktionsvorhersagewert y_nB(t) wird gemäß dem nachstehenden Ausdruck (2) unter Verwendung der vorstehenden Funktion S(t) und dergleichen berechnet. [Ausdruck 2]
Ein spezifisches Beispiel von ”du(t – kTc)” in den vorstehenden Ausdrücken (1) und (2) ist in einem unteren Abschnitt von 2 dargestellt. Das kann als ein spezifisches Beispiel des vorstehenden vergangenen Betriebsänderungsbetrags {du(t)}t betrachtet werden. In diesem Beispiel ist beispielsweise A = 3 eingesetzt.
Der Abschlussreaktionskorrekturwert y_n(t) wird berechnet gemäß dem nachstehenden Ausdruck (3) unter Verwendung des Abschlussreaktionsvorhersagewerts y_nA(t) und des freien Reaktionsvorhersagewerts y_nB(t), die vorstehend berechnet sind.
[Ausdruck 3]

y_n(t) = y_nA(t) – y_nB(t) (3)

Die Korrekturzielabweichung e*(t) wird gemäß dem nachstehenden Ausdruck (4) unter Verwendung des vorstehenden aktuellen Zielabweichungswerts e₀(t) und des vorstehend berechneten Abschlussreaktionskorrekturwerts y_n(t) berechnet.
[Ausdruck 4]

e*(t) = e₀(t) – y_n(t) (4)

Als ein Ergebnis der vorstehenden Verarbeitung wird die Korrekturzielabweichung e*(t) durch die Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 erhalten.
Die vorstehend beschriebene Verarbeitung ist ein Beispiel des Verarbeitens zum Erhalten der Korrekturzielabweichung e*(t), und die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Als ein Beispiel kann ein Zwischenberechnungswert in einem Prozess zum Berechnen der Korrekturzielabweichung anstatt der vorstehenden Zeitreihendaten ”{du(t)}t” des Betriebsänderungsbetrags in der Zwischenberechnungswertspeichereinheit von 3 gespeichert werden, wie vorstehend beschrieben. Eine solche Variation ist nachstehend beschrieben. Deshalb wird in dem Fall des vorstehenden Beispiels die Zwischenberechnungswertspeichereinheit von 3 nicht benötigt.
In dem Fall des vorstehenden Beispiels werden der Abschlussreaktionsvorhersagewert und der freie Reaktionsvorhersagewert bei Bedarf unter Verwendung eines Berechnungsausdrucks des Abschlussreaktionsvorhersagewerts y_nA(t) und eines Berechnungsausdrucks des freien Reaktionsvorhersagewerts y_nB(t), die in 6 dargestellt sind, berechnet, aber in dem Fall der Variation wird das folgende Verfahren verwendet.
In dem Fall der Variation wird Berechnung unter Verwendung von Berechnungsergebnissen des Abschlussreaktionsvorhersagewerts y_nA(t) und des freien Reaktionsvorhersagewerts y_nB(t), die vor der gegenwärtigen Zeit t berechnet werden, und eines Betriebsänderungsbetrag in diesem Moment (in der Gegenwart) anstelle der Zeitreihendaten des Betriebsänderungsbetrags ausgeführt.
Insbesondere ist der Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t) ein Vorhersagewert in der ausreichenden Zukunft des Steuerungsbetrags y gemäß dem vergangenen Betriebsänderungsbetrag du, und deshalb wird in dem vorstehenden Beispiel der Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t) gemäß dem vorstehenden Ausdruck (1) berechnet, wie in 6 dargestellt. Zu der nächsten Zeit t + Tc wird jedoch, nachdem ein Steuerungszyklus Tc ab der Zeit t durchlaufen ist, Berechnung gemäß dem nachstehenden Ausdruck unter Verwendung eines Betriebsänderungsbetrags du(t + Tc) zu der Zeit t + Tc und einem Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t) zur Zeit t ausgeführt.
[Ausdruck 5]

y_nA(t + T_c) = y_nA(t) + S(∞)du(t + T_c)

Dieses Berechnungsergebnis kann als ein Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t + Tc) verwendet werden. Ferner kann der Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t + Tc) in der vorstehenden Zwischenberechnungswertspeichereinheit von 3 gespeichert werden, und ein Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t + 2Tc) kann unter Verwendung des gespeicherten Abschlussreaktionsvorhersagewerts y_nA(t + Tc) berechnet werden. Das gleiche gilt für den freien Reaktionsvorhersagewert.
Ähnlich wird in dem Fall des vorstehenden Beispiels der freie Reaktionsvorhersagewert y_nB(t) in der Zeitreihe vorhergesagt, wie nachstehend beschrieben, unter der Annahme, dass der freie Reaktionsvorhersagewert y_nB(t) ein Steuerungsbetrag y gemäß dem vergangenen Betriebsänderungsbetrag du ist und dass die gegenwärtige Zeit t ist. y_nB(t – Δt), y_nB(t), y_nB(t + Δt), y_nB(t + 2Δt), ..., y_nB(T)
In der Variation wird zu der nächsten Zeit t + Tc, nachdem ein Steuerungszyklus Tc ab der Zeit t durchlaufen ist, Berechnung gemäß dem nachstehenden Ausdruck (5) ausgeführt (m = 1, 2, ...):
[Ausdruck 6]

y_nB(t + mT_C|t + T_C) = y_nB(t + mT_C|t) + S((m – 1)T_C)du(t + T_C) (5) durch Verwenden eines Betriebsänderungsbetrags du(t + Tc) zur Zeit t + Tc und dem nachstehenden freien Reaktionsvorhersagewert zur Zeit t:
y_nB(t – Δt|t), y_nB(t|t), y_nB(t + Δt|t), y_nB(t + 2Δt|t), ..., y_nB(T|t) (wobei das Symbol |t die Vorhersage zu der Zeit t ausdrückt). Ein freier Reaktionsvorhersagewert y_nB(t + Tc) kann aus diesem Berechnungsergebnis unter der Annahme, dass m = 1 eingesetzt wird, erhalten werden.

Hier ist y_nB(t + mTc|t + Tc) (m = 1, 2, ...) ein freier Reaktionsvorhersagewert zu der Zeit t + Tc, und y_nB(t + mTc|t) (m = 1, 2, ...) ist ein freier Reaktionsvorhersagewert zu der Zeit t. Diese freien Reaktionsvorhersagewerte können gemäß dem nachstehenden Ausdruck (6) berechnet werden (m = 1, 2, ...). [Ausdruck 7]
In einem Berechnungsverfahren gemäß dem vorstehenden Ausdruck (5) zum Berechnung des Abschlussreaktionsvorhersagewerts y_nA(t) und des freien Reaktionsvorhersagewerts y_nB(t) unter Verwendung des in der vorstehenden Zwischenberechnungswertspeichereinheit gespeicherten Zwischenberechnungswerts und eines (aktuellen) Betriebsänderungsbetrags kann ein Berechnungsaufwand reduziert sein, und die Berechnung kann jedes Mal mit einer hohen Geschwindigkeit im Vergleich zu einem Berechnungsverfahren gemäß dem vorstehenden Ausdruck (6) zum Ausführen mehrerer Produkt-Summen-Operationen ausgeführt werden.
Dementsprechend können, wenn die gegenwärtige Zeit t + Tc ist, durch Speichern (Akkumulieren) eines Abschlussreaktionsvorhersagewerts y_nA(t) und eines freien Reaktionsvorhersagewerts y_nB(t + mTc|t) (m = 1, 2, ...), die zur vorherigen Steuerungszeit t berechnet werden, als einen Zwischenberechnungswert in einem Prozess zum Berechnen einer Korrekturzielabweichung in der in 3 dargestellten Zwischenberechnungswertspeichereinheit, ein Reaktionsvorhersagewert y_nA(t + Tc) und ein freier Reaktionsvorhersagewert y_nB(t + Tc) zur derzeitigen Zeit t + Tc berechnet werden, ohne die vorstehenden Zeitreihendaten ”{du(t)}t” des Betriebsänderungsbetrags zu speichern (akkumulieren).
Nach dem Berechnen des Abschlussreaktionsvorhersagewerts y_nA(t) und des freien Reaktionsvorhersagewerts y_nB(t) in der vorstehenden Verarbeitung kann die Korrekturzielabweichung e*(t) unter Verwendung beispielsweise des Ausdrucks zum Berechnen eines Abschlussreaktionsvorhersagewerts und des Ausdrucks zum Berechnen einer Korrekturzielabweichung, die in 6 dargestellt sind, berechnet werden, ähnlich zu dem vorstehenden Beispiel.
Wie vorstehend beschrieben berechnet die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 den nächsten Betriebsänderungsbetrag du(t) unter Verwendung der Korrekturzielabweichung e*(t).
Die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 speichert Daten (oder Ausdrücke) für die vorstehende Berechnungsverarbeitung im Voraus. Ein Beispiel der Daten ist in 7 dargestellt.
7 stellt ein spezifisches Beispiel von Daten dar, die durch die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 im Voraus gehalten werden.
Wie dargestellt geben die Daten eine Beziehung zwischen der Korrekturzielabweichung e* und dem Betriebsänderungsbetrag du an. In dem dargestellten Beispiel ist die Beziehung durch eine lineare Funktion ausgedrückt (du = a e* + b (a drückt eine Steigung aus, und b drückt einen y-Achsenabschnitt aus); in dem dargestellten Beispiel ist b = 0 eingesetzt). Dementsprechend können die dargestellten Daten gehalten sein, oder die lineare Funktion kann gehalten sein.
Die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 erhält den Betriebsänderungsbetrag du(t), der der Korrekturzielabweichung e*(t) entspricht, die durch die Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 erhalten ist, durch Verwenden der dargestellten Daten, der vorstehenden linearen Funktion oder dergleichen.
In dem dargestellten Beispiel sind ferner ein oberer Grenzwert du_max und ein unterer Grenzwert du_min des Betriebsänderungsbetrags du enthalten. Deshalb gibt, wenn ein Betriebsänderungsbetrag du(t), der beispielsweise durch Verwenden der vorstehenden linearen Funktion berechnet ist, den oberen Grenzwert du_max übersteigt, die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 den oberen Grenzwert du_max aus. Wenn der Betriebsänderungsbetrag du(t) kleiner ist als der untere Grenzwert du_min, gibt die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 den unteren Grenzwert du_min aus.
Zusätzlich werden die dargestellten Daten oder die lineare Funktion im Voraus beliebig bestimmt, beispielsweise durch einen Entwickler, und werden in der Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 gehalten.
8 stellt ein spezifisches Beispiel eines Anlagenreaktionsmodells dar.
In diesem Beispiel, ähnlich dem vorstehenden Beispiel von 5, ist eine Funktion S(t), die eine Schrittreaktion (eine Übergangsfunktion) einer Anlage ist, als ein Beispiel eines Anlagenreaktionsmodells dargestellt.
In dem Beispiel von 8 ist ähnlich dem Beispiel von 5 eine inverse Reaktion zu einer frühen Zeit dargestellt, und eine Reaktion (der Steuerungsbetrag y), die zu einem festen Wert nach einem Überschwingen konvergiert, ist dargestellt. In Konvergenzwert, nämlich die vorstehende Abschlussverstärkung (S∞), in dem dargestellten Beispiel ist ”10”.
Ferner ist ein spezifisches Beispiel von Daten, die im Voraus durch die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 gehalten werden, in 9 dargestellt.
Dieses spezifische Beispiel stellt auch eine Beziehung zwischen der Korrekturzielabweichung e* und dem Betriebsänderungsbetrag du in Form einer linearen Funktion (du = a·e* + b) dar, ähnlich dem vorstehenden in 7 dargestellten spezifischen Beispiel. In dem dargestellten spezifischen Beispiel sind die Steigung a = 0,085 und der y-Achsenabschnitt b = 0 eingesetzt. Ferner sind auch der obere Grenzwert du_max und der untere Grenzwert du_min des Betriebsänderungsbetrags du eingestellt, ähnlich 7. In dem dargestellten Beispiel sind der oberer Grenzwert du_max = 5 und der untere Grenzwert du_min = –5 eingesetzt.
Wie vorstehend beschrieben kann die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 selbst die gleiche sein wie eine herkömmliche. Dementsprechend können die in 9 dargestellten Daten auch in der herkömmlichen Technik verwendet werden.
Die 10(a) und 11(a) stellen Simulationsergebnisse einer Zielwertreaktion (einer Änderung des Zielwerts r und des Steuerungsbetrags y) in einem Fall dar, in dem die in 9 dargestellten Daten verwendet werden. 10(a) stellt einen Fall in der vorliegenden Technik dar (beispielsweise der Konfiguration von 1), und 11(a) stellt einen herkömmlichen Fall zum Vergleich dar. Ein herkömmliches Beispiel stellt Integralsteuerung dar, und die vorliegende Technik basiert ebenfalls auf Integralsteuerung.
Beide 10(a) und 11(a) stellen einen Steuerungsbetrag y in einem Fall dar, in dem sich der Zielwert r wie dargestellt schrittweise ändert.
In dem herkömmlichen Fall endet die vorstehende Abschlussreaktionskorrektureinheit 11 nicht, die vorstehende Korrekturzielabweichung e* wird nicht erzeugt, und der vorstehende aktuelle Zielabweichungswert e₀(t) wird beispielsweise verwendet. Deshalb kann ein Steuerungsbetrag y(t) einem schrittweisen Zielwert r(t) folgen, wie in 11(a) dargestellt, weist jedoch einen größeren Überschwingbetrag auf.
Andererseits ist in dem Fall der vorliegenden Technik, wie in 10(a) dargestellt, ein Überschwingbetrag drastisch unterdrückt im Vergleich zu dem Fall in einer herkömmlichen Technologie, die in 11(a) dargestellt ist, und das zeigt, dass eine Steuerungsreaktion verbessert werden kann. Das liegt daran, dass die Korrekturzielabweichung e*(t) ein Signal ist, für das eine Amplitude um einen Betrag einer korrigierten Abschlussreaktion reduziert wird, im Vergleich mit dem aktuellen Zielabweichungswert e₀(t), wie in 10(b) dargestellt.
Zum Vergleich ist ein aktueller Zielabweichungswert e₀(t) in dem Fall der herkömmlichen Technologie in 11(b) dargestellt. Wie dargestellt weist der aktuelle Zielabweichungswert e₀(t) außerdem eine größere Änderung auf als in der vorliegenden Technik, die in 10(b) dargestellt ist. Das liegt daran, dass sich der Steuerungsbetrag y(t) in hohem Maße ändert.
In diesem Beispiel werden ein Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t), ein freier Reaktionsvorhersagewert y_nB(t) und ein Abschlussreaktionskorrekturwert y_n(t) berechnet, wie in 10(d) dargestellt. Die in 10(b) dargestellte Korrekturzielabweichung e*(t) wird durch Korrigieren eines aktuellen Zielabweichungswert e₀(t), der in 10(b) dargestellt ist, in Übereinstimmung mit dem berechneten Abschlussreaktionskorrekturwert y_n(t) erhalten.
Zusätzlich erzeugt in diesem Beispiel die Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 einen Betriebsänderungsbetrag du(t) unter Verwendung der Korrekturzielabweichung e*(t), die in 10(b) dargestellt ist, und deshalb ist eine Änderung eines Betriebsbetrags u(t) klein, wie in 10(c) dargestellt ist. Zum Vergleich sind ein Betriebsänderungsbetrag du(t) und ein Betriebsbetrag u(t) im Fall der herkömmlichen Technologie in 11(c) dargestellt. Wie aus dem Vergleich der 10(c) und 11(c) deutlich wird, ist eine Änderung des Betriebsbetrags u(t) in dem Fall dieser Technik kleiner als in der herkömmlichen Technologie.
Gemäß der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung sind die folgenden Effekte erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Restfehler einer Zielabweichung in der ausreichenden Zukunft gemäß eines vergangenen Betriebsänderungsbetrags du unter Verwendung eines Anlagenreaktionsmodells vorhergesagt, und ein Betriebsänderungsbetrag wird gemäß dem vorhergesagten Restfehler bestimmt. Anders formuliert wird eine notwendige minimale Änderung zu einem Betriebsbetrag addiert, während der Einfluss eines Betriebs in der Vergangenheit berücksichtigt wird. Dementsprechend kann Überschwingen unterdrückt werden. Steuerung mit einer hohen Präzision und einer hohen Stabilität basierend auf der Vorhersage einer Abschlussreaktion einer Anlage, wie vorstehend beschrieben, kann durch Verwenden einer einfachen Konfiguration (eines relativen kleinen Speichers und CPU-Betriebsmitteln) erreicht werden.
Alternativ im Vergleich mit einem herkömmlichen MPC-Steuerungssystems muss eine Optimierungsoperation wie z. B. ein quadratisches Programmierproblem, für jeden Steuerungszyklus nicht wiederholt werden, und Vorhersagesteuerung kann mit extrem hoher Geschwindigkeit und einem geringen Aufwand erreicht werden.
Im Hinblick auf das Vorstehende kann gesagt werden, dass gemäß der vorliegenden Erfindung Überschwingunterdrückung durch Verwenden einer einfachen Konfiguration (einer relativ kleinen Betriebslast) genau erreicht werden kann.
Ferner zeigt die vorliegende Erfindung Effekte, durch die eine installierte Steuerungsschleife einfach durch Ausführen von Veränderungen, die eine kleine Anzahl von Mannstunden erfordern, wie z. B. Hinzufügen eines Abschlussreaktionsvorhersageabschnitts, aktualisiert werden kann, und die Implementierung einfach auf Hardware mit beschränkten Rechenbetriebsmitteln, wie z. B. einem Thermoregulierer, einer programmierbaren Logik-Steuereinheit (PLC), einem verteilten Steuerungssystem (DCS) oder integrierter Steuerungsausrüstung ausgeführt werden kann.
Ein Unterschied zwischen einer Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel und herkömmlich bekannter Steuerung mit internem Modell ist nachstehend mit Bezug auf die 12 bis 14 beschrieben.
Zuerst ist in diesem Beispiel der Betrieb der Steuerungsvorrichtung unter Verwendung einer Übertragungsfunktion mit Bezug auf die 12 und 13 beschrieben.
Hier ist angenommen, dass eine tatsächliche Anlagen-Übertragungsfunktion P*(s) ist, ein Anlagenmodell P(s) ist, eine Steuereinheit K(s) ist, eine stetige Verstärkung einer Anlage P(0) ist, ein Steuerungsbetrag y(t) ist, ein Betriebsbetrag u(t) ist, ein Zielwert r(t) ist, eine Korrekturzielabweichung e*(t) ist, die vorstehende Abschlussreaktionsvorhersage y_nA(t) ist und die Vorhersage eines Steuerungsbetrags gemäß nur dem vergangenen Betriebsänderungsbetrag y_nB(t) ist. Die Konfiguration der Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel kann näherungsweise durch einen Übertragungsfunktionsblock von 12 ausgedrückt sein.
Hier kann angenommen werden, dass die vorstehende Steuereinheit K(s), die in 12 dargestellt ist, beispielsweise ”Betriebsänderungsbetragsberechnungseinheit 12 + Addierer 13” in 1 entspricht.
In 12 wird die Korrekturzielabweichung e* in die Steuereinheit K(s) eingegeben, und ein neuer Betriebsbetrag u(t) wird erzeugt und ausgegeben. Der Betriebsbetrag u(t) wird in die tatsächliche Anlagen-Übertragungsfunktion P*(s), das Anlagenmodell P(s) und die stetige Verstärkung P(0) eingegeben, die vorstehend beschrieben sind. Es kann angenommen werden, dass eine Ausgabe der tatsächlichen Anlagen-Übertragungsfunktion P*(s) ein Steuerungsbetrag y(t) ist, eine Ausgabe des Anlagenmodells P(s) die vorstehende freie Reaktionsvorhersage y_nB(t) ist und eine Ausgabe der stetigen Verstärkung P(0) die vorstehende Abschlussreaktionsvorhersage y_nA(t) ist.
Eine Differenz zwischen dem Steuerungsbetrag y(t) und der freien Reaktionsvorhersage y_nB(t) wird als ein Rückkopplungssignal zu der Abschlussreaktionsvorhersage y_nA(t) addiert. Eine Differenz zwischen einem Additionsergebnis und dem Zielwert r(t) wird als eine neue Korrekturzielabweichung e* in die Steuereinheit K(s) eingegeben.
Hier ist die Steuereinheit K(s) jedes Mal eine Operation zum Addieren eines Betriebsänderungsbetrags, und deshalb kann die Steuereinheit K(s) durch einen Integrator angenähert werden, wie nachstehend ausgedrückt.
[Ausdruck 8]

K(s) = k_I 1 / s

In diesem Ausdruck ist k_I eine Integrationsverstärkung.
Der Betrieb der Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel ist mit Bezug auf 13 genauer beschrieben.
Es ist angenommen, dass die tatsächliche Anlagen-Übertragungsfunktion P*(s) mit dem Anlagenmodell P(s) zusammenfällt. In diesem Fall ist y(t) = y_nB(t) eingesetzt, und deshalb wird das Rückkopplungssignal zu 0. Wenn eine lokale Schleife, die durch die Steuereinheit K(s) und die stetige Verstärkung P(0) der Anlage als eine Übertragungsfunktion F(s) angeordnet ist, die eine Eingabe/Ausgabe-Kennlinie von dem Zielwert r(t) zu dem Betriebsbetrag u(t) ausdrückt, wird die Übertragungsfunktion F(s) wie nachstehend berechnet. [Ausdruck 9]
Die Eingabe/Ausgabe-Kennlinie von dem Zielwert r(t) zu dem Steuerungsbetrag y(t) wird durch P(s)F(s) berechnet.
Hier wird eine 0-Grenze von P(s)F(s) wie nachstehend berechnet.
[Ausdruck 10]
Eine stetige Verstärkung einer geschlossenen Schleife wird zu 1, und dieses zeigt, dass Verfolgen eines endgültigen Zielwerts in einem stabilen Zustand erreicht wird. Dieses zeigt, dass Verfolgen eines Zielwerts zusätzlich zur Überschwingunterdrückung in der vorliegenden Technik erreicht werden kann.
14 stellt eine herkömmlicherweise bekannte Technik zur Steuerung mit internem Modell dar (siehe beispielsweise Seiten 88 bis 93 von Nichtpatentdokument 3).
In dem in 14 dargestellten Beispiel ist das Anlagenmodell P(s) parallel zu der tatsächlichen Anlagen-Übertragungsfunktion P*(s) angeordnet, eine Zielabweichung für eine Differenz einer Ausgabe zwischen ihnen wird berechnet, und ein Rückkopplungssignal wird ferner über die Steuereinheit Q(s) erzeugt.
Eine Ausgabe zu der Steuereinheit Q(s) entspricht dem vorstehenden aktuellen Zielabweichungswert e₀(t). Die Steuereinheit Q(s) erzeugt einen Betriebsbetrag u(t) gemäß dem aktuellen Zielabweichungswert e₀(t) und gibt ihn aus. Der Betriebsbetrag u(t) wird in die tatsächliche Anlagen-Übertragungsfunktion P*(s) und das Anlagenmodell P(s) eingegeben, die vorstehend beschrieben sind. Die Ausgabe der tatsächliche Anlagen-Übertragungsfunktion P*(s) ist ein Steuerungsbetrag y(t), und eine Ausgabe des Anlagenmodells P(s) ist der dargestellte y_M(t). Eine Differenz zwischen y_M(t) und dem Steuerungsbetrag y(t) wird rückgekoppelt. Und zwar wird eine Differenz zwischen dem Zielwert r(t) und einem Rückkopplungswert als der vorstehende aktuelle Zielabweichungswert e₀(t) in die Steuereinheit Q(s) eingegeben.
Eine Technik ist bekannt zum Konstruieren der vorstehenden Steuereinheit Q(s) in Übereinstimmung mit dem Kehrwert eines minimalen Phasenelements der tatsächlichen Anlagen-Übertragungsfunktion, und zwar ein inverses Modell einer Anlage, aus der ein instabiles Element entfernt ist. Zusätzlich ist eine Konstruktionstechnologie bekannt, in der nur dann, wenn die tatsächliche Anlagen-Übertragungsfunktion eine Funktion ist, die einfach ausgedrückt ist, wie z. B. ein primäres Verzögerungssystem, ein sekundäres Verzögerungssystem oder ein Integrationssystem, die tatsächliche Anlagen-Übertragungsfunktion in PID-Steuerung umgesetzt wird, die der Steuerung mit internem Modell äquivalent ist, durch geeignetes Umsetzen eines Blockdiagramms der Steuerung mit internem Modell, und ein PID-Parameter wird abgeleitet.
Wie vorstehend beschrieben ist eine Steuerung mit internem Modell eine Steuerungstechnik zum Erreichen, dass ein Steuerungsbetrag einen Zielwert zufriedenstellend verfolgt, durch Aufnehmen einer Anlagenmode in eine Steuerschleife und ferner Aufnehmen eines teilweise inversen Modells der Anlage.
Eine Näherungsoperation, die in den 12 und 13 dargestellt ist, der Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel ist ähnlich derjenigen von 14, es ist jedoch ein deutlicher Unterschied zwischen ihnen vorhanden, wie dargestellt. Es ist ein deutlicher Unterschied zwischen einem Steuerungsblock, der in 14 dargestellt ist, der herkömmlicherweise bekannten Steuerung mit internem Modell und einem Steuerungsblock, der in 12 dargestellt ist, der Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel vorhanden. Insbesondere ist der Steuerungsblock, der in 12 darstellt ist, in der vorliegenden Technik von einer Steuereinheit Q(s) mit internem Modell, die in 14 dargestellt ist, darin verschieden, dass der in 12 dargestellten Steuerungsblock in der vorliegenden Technik y_nA(t) enthält, der die vorstehende Abschlussreaktionsvorhersage ist.
Und zwar kann gemäß einem Blockdiagramm, das durch den Ausdruck der Übertragungsfunktion angenähert ist, angenommen werden, dass die Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel theoretisch einer Vorrichtung entspricht, zu der eine Funktion der vorstehenden Abschlussreaktionsvorhersage, zusätzlich zu einer Funktion der Steuerung mit internem Modell, ferner hinzugefügt ist, um Überschwingen zu unterdrücken.
Die Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel muss jedoch kein inverses Modell der tatsächlichen Anlagen-Übertragungsfunktion oder dergleichen verwenden, wie in der herkömmlicherweise bekannten Steuerung mit internem Modell, und die Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel kann einfach realisiert werden.
Zusätzlich kann die Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel ein Schrittreaktionsmodell verwenden, das eine beliebige Wellenform aufweist, wie vorstehend beschrieben. Deshalb, anders als die PID-Steuerung basierend auf der Steuerung mit internem Modell, kann die Steuerungsvorrichtung in diesem Beispiel auch einfach auf eine tatsächliche Anlage, die eine inverse Reaktion, Totzeit oder eine andere kubische Komponente oder Komponente höherer Ordnung enthält, angewandt werden.
Das vorstehende Anlagenreaktionsmodell ist nicht auf die vorstehende Schrittreaktion beschränkt, und kann beispielsweise ein Impulsreaktionsmodell, ein Übertragungsfunktionsmodell oder ein Zustandsraummodell sein.
Es kann außerdem gesagt werden, dass der Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA einem Änderungsbetrag von einem vergangenen Wert (y₁) zu einem Konvergenzwert (y_n + y₀) des Steuerungsbetrags y gemäß einer vergangenen Änderung in einem Betriebsbetrag zu der Gegenwart entspricht.
Es kann außerdem gesagt werden, dass der freie Reaktionsvorhersagewert y_nB einem Änderungsbetrag von einem vergangenen Wert (y₁) zu einem aktuellen Wert (y₀) des Steuerungsbetrags y gemäß einer vergangenen Änderung in einem Betriebsbetrag zu der Gegenwart entspricht.
Das vorstehende Anlagenreaktionsmodell ist nicht auf das vorstehende Beispiel der Impulsreaktionsmode beschränkt und kann beispielsweise ein Übertragungsfunktionsmodell oder eine Zustandsraummode sein.
Schließlich ist in 15 ein Verarbeitungsablaufplan der Steuerungsvorrichtung 1 dargestellt.
15(a) ist ein Verarbeitungsablaufplan insbesondere der Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10.
Hier enthält die Steuerungsvorrichtung 1 einen Betriebsprozessor 31 wie z. B. eine CPU/MPU, eine Speichervorrichtung 32 wie z. B. einen Datenspeicher und dergleichen, wie beispielsweise in 15(b) dargestellt. Ein vorgeschriebenes Anwendungsprogramm ist im Voraus in der vorstehenden Speichervorrichtung 32 gespeichert. Der Betriebsprozessor 31 führt das Anwendungsprogramm aus, so dass die vorstehenden verschiedenen Verarbeitungsfunktionen der Steuerungsvorrichtung 1 (insbesondere der Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 und der Steuerungsvorrichtung 1) realisiert sind, und die Verarbeitung in dem Ablaufplan von 15(a) realisiert ist.
Die Verarbeitung in dem Ablaufplan von 15(a) ist nachstehend beschrieben.
Die Verarbeitung wird in einem festen Zyklus ausgeführt (in diesem Beispiel wird die Verarbeitung in jedem vorstehend beschriebenen Zyklus Tc ausgeführt).
In jedem Zyklus Tc werden der vorstehende aktuelle Zielabweichungswert e₀ und ein aktueller Betriebsbetrag u0 in die Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 eingegeben. Wie vorstehend beschrieben ist ein vergangener Betriebsänderungsbetrag (Zeitreihendaten {du(t)}t eines vergangenen Betriebsänderungsbetrags zur Gegenwart) in der Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 gehalten. Das Anlagenreaktionsmodell (in diesem Beispiel die vorstehende Funktion S(t) einer Schrittreaktion einer Anlage und die vorstehende Abschlussverstärkung S(∞)) ist im Voraus in der Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 registriert.
Dementsprechend berechnet die Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 zuerst den vorstehenden Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t) durch Verwenden des vorstehenden vergangenen Betriebsänderungsbetrags und der vorstehenden Abschlussverstärkung S(∞) und dergleichen (Schritt S11). Ferner berechnet die Betriebsbetragsaktualisierungseinheit 10 den vorstehenden freien Reaktionsvorhersagewert y_nB(t) durch Verwenden des vorstehenden vergangenen Betriebsänderungsbetrags, der Funktion S(t) und dergleichen (Schritt S12). Die vorstehende Korrekturzielabweichung e*(t) wird durch Verwenden des berechneten Abschlussreaktionsvorhersagewert y_nA(t) und des freien Reaktionsvorhersagewerts y_nB(t) und der vorstehenden aktuellen Zielabweichungswert e₀ berechnet (Schritt S13).
Ein Betriebsänderungsbetrag du(t) wird gemäß der berechneten Korrekturzielabweichung e*(t) berechnet (Schritt S14).
Der berechnete Betriebsänderungsbetrag du(t) wird zu dem vorstehenden aktuellen Betriebsbetrag u0 addiert, so dass der nächste Betriebsbetrag u(t) bestimmt wird. Der nächste Betriebsbetrag u(t) wird in die Steuerungszielanlage 2 eingegeben.
Gemäß der Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung oder dergleichen kann Überschwingunterdrückung durch Verwenden einer einfachen Konfiguration genau erreicht werden.

Claims

Steuerungsvorrichtung, die einen Betriebsbetrag ausgibt, um eine Steuerungszielausrüstung zu steuern, und bewirkt, dass ein Steuerungsbetrag der Steuerungszielausrüstung einen beliebigen Zielwert verfolgt, wobei die Steuerungsvorrichtung umfasst: Zielabweichungsberechnungsmittel zum Erhalten einer Differenz zwischen dem Steuerungsbetrag und dem Zielwert als einen aktuellen Zielabweichungswert; Korrekturzielabweichungsberechnungsmittel zum Berechnen einer Korrekturzielabweichung in Übereinstimmung mit einem Anlagenreaktionsmodell, das im Voraus gehalten wird, dem aktuellen Zielabweichungswert und einem Änderungsbetrag des Betriebsbetrags; und Betriebsbetragsberechnungsmittel zum erneuten Bestimmen des Betriebsbetrags in Übereinstimmung mit der Korrekturzielabweichung, wobei die Korrekturzielabweichung eine Differenz zwischen einem Vorhersagewert eines Konvergenzwerts des Steuerungsbetrags gemäß einer vergangenen Änderung des Betriebsbetrags zu einer Gegenwart und dem Zielwert ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: Betriebsänderungsbetragsspeichermittel zum Speichern eines Betriebsänderungsbetrags, der ein Änderungsbetrag des Betriebsbetrags ist, wobei die Korrekturzielabweichungsberechnungsmittel die Korrekturzielabweichung in Übereinstimmung mit einem vergangenen Betriebsänderungsbetrag, der in den Betriebsänderungsbetragsspeichermitteln gespeichert ist, berechnen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: Zwischenberechnungswertspeichermittel zum Speichern eines Zwischenberechnungswerts in einem Prozess zum Berechnen einer Korrekturzielabweichung in den Korrekturzielabweichungsberechnungsmitteln, wobei die Korrekturzielabweichungsberechnungsmittel die Korrekturzielabweichung in Übereinstimmung mit einem vergangenen Zwischenberechnungswert, der in den Zwischenberechnungswertspeichermitteln gespeichert ist, berechnen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Anlagenreaktionsmodell eine Schrittreaktion ist, die im Voraus durch Verwenden der Steuerungszielausrüstung gemessen wird.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Anlagenreaktionsmodell eine Funktion der Schrittreaktion und einer Abschlussverstärkung ist, die ein Konvergenzwert der Schrittreaktion ist, und die Korrekturzielabweichungsberechnungsmittel einen Abschlussreaktionsvorhersagewert durch Verwenden der Abschlussverstärkung erhalten und außerdem einen freien Reaktionsvorhersagewert durch Verwenden der Funktion erhalten, einen Abschlussreaktionskorrekturwert erhalten, der eine Differenz zwischen dem Abschlussreaktionsvorhersagewert und dem freien Reaktionsvorhersagewert ist, und eine Differenz zwischen dem aktuellen Zielabweichungswert und dem Abschlussreaktionskorrekturwert als die Korrekturzielabweichung spezifizieren.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Abschlussreaktionsvorhersagewert einem Änderungsbetrag des Steuerungsbetrags von einem vergangenen Wert zu dem Konvergenzwert gemäß der vergangenen Änderung des Betriebsbetrags entspricht, und der freie Reaktionsvorhersagewert einem Änderungsbetrag des Steuerungsbetrags von der Vergangenheit zur Gegenwart gemäß der vergangenen Änderung des Betriebsbetrags entspricht.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei wenn die Funktion der Schrittreaktion S(t) ist, die Abschlussverstärkung S(a) ist, eine Anzahl von Dateneinheiten des Betriebsänderungsbetrags von der Vergangenheit zur Gegenwart A ist und ein Probenzyklus der Daten Tc ist, der Abschlussreaktionsvorhersagewert gemäß dem nachstehenden Ausdruck (1) berechnet wird: [Ausdruck 11]
der freie Reaktionsvorhersagewert gemäß dem nachstehenden Ausdruck (2) berechnet wird: [Ausdruck 12]
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Daten oder ein Ausdruck, die/der eine Zuordnungsbeziehung zwischen der Korrekturzielabweichung und dem Betriebsänderungsbetrag ausdrückt/ausdrücken im Voraus eingestellt und gespeichert sind/ist, und die Betriebsänderungsbetragsberechnungsmittel den Betriebsänderungsbetrag, der der Korrekturzielabweichung entspricht, die durch die Korrekturzielabweichungsberechnungsmittel berechnet ist, durch Verwenden der Daten oder des Ausdrucks erhält, die/der die Zuordnungsbeziehung ausdrückt/ausdrücken.
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Anlagenreaktionsmodell ein Impulsreaktionsmodell, ein Übertragungsfunktionsmodell oder ein Zustandsraummodell ist.
Programm zum Veranlassen, dass ein Computer einer Steuerungsvorrichtung, die einen Betriebsbetrag ausgibt, um Zielausrüstung zu steuern, und bewirkt, dass ein Steuerungsbetrag der Steuerungszielausrüstung einen beliebigen Zielwert verfolgt, funktioniert als: Zielabweichungsberechnungsmittel zum Erhalten einer Differenz zwischen dem Steuerungsbetrag und dem Zielwert als einen aktuellen Zielabweichungswert; Korrekturzielabweichungsberechnungsmittel zum Berechnen einer Korrekturzielabweichung in Übereinstimmung mit einem Anlagenreaktionsmodell, das im Voraus gehalten wird, dem aktuellen Zielabweichungswert und einem Änderungsbetrag des Betriebsbetrags; und Betriebsbetragsberechnungsmittel zum erneuten Bestimmen des Betriebsbetrags in Übereinstimmung mit der Korrekturzielabweichung.
Anlagensteuerungsverfahren, das sich auf eine Steuerungsvorrichtung bezieht, die einen Betriebsbetrag ausgibt, um eine Steuerungszielausrüstung zu steuern, und bewirkt, dass ein Steuerungsbetrag der Steuerungszielausrüstung einen beliebigen Zielwert verfolgt, wobei das Anlagensteuerungsverfahren umfasst: Erhalten einer Differenz zwischen dem Steuerungsbetrag und dem Zielwert als einen aktuellen Zielabweichungswert; Berechnen einer Korrekturzielabweichung in Übereinstimmung mit einem Anlagenreaktionsmodell, das im Voraus gehalten wird, dem aktuellen Zielabweichungswert und einem Änderungsbetrag des Betriebsbetrags, wobei die Korrekturzielabweichung eine Differenz zwischen einem Vorhersagewert eines Konvergenzwerts des Steuerungsbetrags gemäß einer vergangenen Änderung des Betriebsbetrags zu einer Gegenwart und dem Zielwert ist; und erneutes Bestimmen des Betriebsbetrags in Übereinstimmung mit der Korrekturzielabweichung.