JP2000105760A - Device for analyzing vector variable block diagram - Google Patents

Device for analyzing vector variable block diagram

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JP2000105760A
JP2000105760A JP10273675A JP27367598A JP2000105760A JP 2000105760 A JP2000105760 A JP 2000105760A JP 10273675 A JP10273675 A JP 10273675A JP 27367598 A JP27367598 A JP 27367598A JP 2000105760 A JP2000105760 A JP 2000105760A
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JP
Japan
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variable
calculation
vector
model
scalar
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JP10273675A
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Masaya Tanuma
正也 田沼
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make stably and quickly performable the time response calculation of a vector variable block diagram. SOLUTION: The device for analyzing a vector variable block diagram is provided with a terminal means 2 having an input part and a display part and a calculating means 1 for performing input and output processing between it and the terminal means 2. The calculating means 1 is provided with a time response calculating part 8 for performing calculation by virtually inserting a sample holder between a scalar variable part and a vector variable part. Moreover, the calculating means 1 is provided with a block diagram data inputting part 3, pre-processing part 4 before time response calculation, calculation model for vector variable model generating part 5, input variable calculating part 6, calculation model for scalar variable model generating part 7, and output processing part 9.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ベクトル変数とス
カラー変数が混在するベクトル変数ブロック線図の時間
応答解析装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a time response analyzer for a vector variable block diagram in which vector variables and scalar variables coexist.

【0002】[0002]

【従来の技術】相互に影響する複数の制御変数を、その
関連を考慮して最適に制御する多変数制御系では、制御
の対象とする制御変数Yと制御を実行するための操作変
数の関係、つまり制御方式は次のように、一般に、ベク
トル変数を用いて記述される。
2. Description of the Related Art In a multivariable control system which optimally controls a plurality of control variables which influence each other in consideration of the relation, a relationship between a control variable Y to be controlled and an operation variable for executing the control is described. That is, the control method is generally described using a vector variable as follows.

【0003】[0003]

【数1】 (Equation 1)

【0004】図8は、ボイラについてのベクトル変数ブ
ロック線図の一例である。制御系の実装には、XAの推
定機構も必要であり、それを含めると図8の多変数制御
系で示されるようなベクトル変数を用いたブロック線図
での表現が設計者にとっては有用である。本発明は、こ
れをベクトル変数モデルと称する。ベクトル変数モデル
は、ベクトル変数の加減算、ベクトル変数と定数行列と
ベクトル変数の積など、いわゆる線形演算要素を用いて
制御系が表現される。
FIG. 8 is an example of a vector variable block diagram of a boiler. The implementation of the control system, estimator of X A is also necessary, useful to designers Including it representation in block diagram using vector variable as indicated by the multivariable control system of FIG. 8 It is. The present invention calls this a vector variable model. In a vector variable model, a control system is expressed using so-called linear operation elements such as addition and subtraction of a vector variable, and a product of a vector variable, a constant matrix, and a vector variable.

【0005】一方、図8の制御対象であるボイラの動的
挙動は、エネルギー収支式、連続の式、運動量保存式、
蒸気状態式で表現される。実際の解析では火炉、過熱器
などの構成機器を蒸気の流れ方向に分割し、その各区間
について4つの方程式を連立させる。このようなモデル
では、変数の個数が多いが直接関連するのは隣接区間の
変数である。しかし、その関係は複雑であり、解析には
非線形式が用いられることから、図8の右下図のように
各信号線が1つのスカラー変数に対応するスカラー変数
ブロック線図で表現する方が便利である。ここでは、こ
れをスカラー変数モデルと称し、スカラー変数モデルの
例を「SVM」と表す(図5に示したものと同じも
の)。
On the other hand, the dynamic behavior of the boiler to be controlled in FIG. 8 includes an energy balance equation, a continuous equation, a momentum conservation equation,
It is expressed by a vapor state formula. In an actual analysis, components such as a furnace and a superheater are divided in a steam flow direction, and four equations are simultaneously established for each section. In such a model, the number of variables is large, but directly related are variables in adjacent sections. However, since the relationship is complicated and a non-linear equation is used for the analysis, it is more convenient to represent each signal line with a scalar variable block diagram corresponding to one scalar variable as shown in the lower right diagram of FIG. It is. Here, this is referred to as a scalar variable model, and an example of the scalar variable model is represented as “ SVM ” (the same as that shown in FIG. 5).

【0006】スカラー変数モデルとベクトル変数モデル
は(ベクトル→スカラー)変換要素と(スカラ→ベクト
ル)変換要素を用いて接続する。
A scalar variable model and a vector variable model are connected using a (vector → scalar) conversion element and a (scalar → vector) conversion element.

【0007】本発明は、このようなベクトル変数モデル
とスカラー変数モデルの複合であるベクトル変数ブロッ
ク線図の時間応答解析装置を対象とする。
The present invention is directed to a time response analyzer for a vector variable block diagram which is a composite of such a vector variable model and a scalar variable model.

【0008】図9は、従来技術に係るベクトル変数ブロ
ック線図の解析装置を説明する説明図である。ベクトル
変数モデルは、積分要素および(ベクトル→スカラ)変
換要素を起点にして、信号を上流方向に偏導関数計算を
行うことにより、図9に示すような線形状態変数モデル
を導ける。その線形状態方程式に微分方程式の数値解
法、たとえば台形法を適用することにより、状態遷移方
程式が導出できる。
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a vector variable block diagram analyzer according to the prior art. In the vector variable model, a linear state variable model as shown in FIG. 9 can be derived by performing partial derivative calculation in the upstream direction of the signal starting from the integral element and the (vector → scalar) conversion element. A state transition equation can be derived by applying a numerical solution of a differential equation, for example, a trapezoidal method to the linear state equation.

【0009】一方、スカラー変数モデル(図9のスカラ
ー変数モデルの例も図5に示したものと同じで「SV
」である)は積分要素や1次遅れ要素などの動的要素
を起点として、信号を上流方向に辿り、偏導関数を用
い、微分方程式の数値計算法を適用することにより、1
動的要素毎に状態遷移方程式が求められる。
On the other hand, examples of scalar variable model of scalar variable model (Fig. 9 be the same as that shown in FIG. 5, "SV
M ”), starting from a dynamic element such as an integral element or a first-order lag element, tracing the signal in the upstream direction, using a partial derivative, and applying a numerical calculation method of a differential equation to obtain 1
A state transition equation is obtained for each dynamic element.

【0010】ベクトル変数ブロック線図では、(ベクト
ル→スカラ)変換要素および(スカラ→ベクトル)変換
要素によるベクトル変数モデルとスカラー変数モデルは
接合されているので、上記の図9の2種類の状態遷移方
程式は連立して解く必要があり、図9に示すように、1
つの計算モデルに統合する。この計算モデルである連立
方程式を各時間時間ステップ毎に解き、時間応答を求め
る。
In the vector variable block diagram, since the vector variable model and the scalar variable model by the (vector → scalar) conversion element and the (scalar → vector) conversion element are connected, the two types of state transition shown in FIG. The equations need to be solved simultaneously, and as shown in FIG.
Into one calculation model. The simultaneous equations, which are the calculation models, are solved for each time and time step, and the time response is obtained.

【0011】このような、計算方法により、ベクトル変
数ブロック線図の時間応答を安定に計算できるが、計算
モデルの次数が大きくなること、また係数行列T(k)
が密行列になることから連立方程式の高速計算法が適用
できず、計算時間が長くなる欠点を有している。たとえ
ば、ボイラの多変数制御系のシミュレーション500秒
を実行するのに、高速のワークステーションでも270
0秒要し、実時間の5倍以上となり、多くのケースにつ
いての検討が難しくなる。
With such a calculation method, the time response of the vector variable block diagram can be calculated stably, but the order of the calculation model becomes large, and the coefficient matrix T (k)
Is a dense matrix, so that a high-speed simultaneous equation calculation method cannot be applied, and the calculation time is long. For example, a simulation of a multivariable control system of a boiler requires 500 seconds to execute a simulation.
It takes 0 seconds, more than five times the real time, and it is difficult to study many cases.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ベクトル変数ブロック
線図の時間応答計算の問題点は、ベクトル変数モデルが
線形要素で構成され、その状態遷移式が定係数連立方程
式であるにも拘わらず、系全体の状態遷移方程式に組み
込まれると、各時間ステップ毎の係数が変わるため連立
方程式を各時間ステップで解くことが必要となり、計算
量が増大することである。これに対して、ベクトル変数
モデルとスカラー変数モデルを分離して計算できれば、
次の理由により、計算速度を大きく向上できる。
The problem of the time response calculation of the vector variable block diagram is that the vector variable model is composed of linear elements, and the state transition equation is a system of constant coefficients. When incorporated into the entire state transition equation, the coefficients at each time step change, so that simultaneous equations need to be solved at each time step, and the amount of calculation increases. On the other hand, if the vector variable model and the scalar variable model can be calculated separately,
The calculation speed can be greatly improved for the following reasons.

【0013】(a)ベクトル変数モデルの定係数状態遷
移方程式の係数行列の逆行列を予め、計算でき、各時間
ステップでの状態は行列の積演算のみで求められ、これ
は計算時間を大幅に短縮する。
(A) The inverse matrix of the coefficient matrix of the constant coefficient state transition equation of the vector variable model can be calculated in advance, and the state at each time step can be obtained only by the matrix product operation, which greatly reduces the calculation time. Shorten.

【0014】(b)スカラー変数モデルの係数は時間ス
テップ毎に変化するので連立方程式を各時間ステップ毎
に解く必要があるが、その次数が減少する。また係数行
列も大部分が零である疎行列となるので、連立方程式の
高速計算法が適用できる。
(B) Since the coefficients of the scalar variable model change at each time step, it is necessary to solve the simultaneous equations at each time step, but the order is reduced. In addition, since the coefficient matrix is also a sparse matrix in which most of the coefficient matrix is zero, a high-speed calculation method of simultaneous equations can be applied.

【0015】本発明の課題は、安定的にかつ高速にベク
トル変数ブロック線図の時間応答計算を行うことができ
ることである。
An object of the present invention is to be able to stably and quickly perform a time response calculation of a vector variable block diagram.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
本発明は、ベクトル変数とスカラー変数が混在するベク
トル変数ブロック線図の解析装置において、入力部およ
び表示部を有する端末手段と、該端末手段との間で入出
力処理が行われる計算手段とを備え、該計算手段は、ス
カラー変数部分とベクトル変数部分の間に仮想的にサン
プルホルダを挿入して計算する時間応答計算部を有して
なることである。
According to the present invention, there is provided an apparatus for analyzing a vector variable block diagram in which a vector variable and a scalar variable are mixed, comprising: a terminal having an input section and a display section; Calculating means for performing input / output processing with the means, the calculating means having a time response calculating unit for calculating by inserting a sample holder virtually between the scalar variable part and the vector variable part. It is to become.

【0017】さらに、上記ベクトル変数ブロック線図の
解析装置において、前記計算手段は、ブロック線図のデ
ータを入力するブロック線図データ入力部と、計算モデ
ルの生成を行うための前処理部と、ベクトル変数モデル
用計算モデルの生成部と、外部入力の出力値を計算する
入力変数計算部と、スカラー変数モデル用計算モデルの
生成部と、指定された変数の時系列変化を前記端末手段
に表示する出力処理部とを有してなることである。
Further, in the above-described apparatus for analyzing a vector variable block diagram, the calculating means includes a block diagram data input unit for inputting data of the block diagram, a preprocessing unit for generating a calculation model, A vector variable model calculation model generation unit, an input variable calculation unit for calculating an output value of an external input, a scalar variable model calculation model generation unit, and a time series change of a designated variable is displayed on the terminal means. And an output processing unit.

【0018】また、本発明は、スカラー変数部分とベク
トル変数部分の間に仮想的にサンプルホルダを挿入し時
間応答計算を行う演算を含んでなることである。
Further, the present invention includes an operation for virtually inserting a sample holder between a scalar variable portion and a vector variable portion and performing a time response calculation.

【0019】さらに、本発明は、前記時間応答計算の前
処理としてベクトル変数部分に関して状態変数モデルを
導出し、それを基に行列の積和演算により1時間ステッ
プ間の状態変化を計算できる状態遷移式を生成する演算
と、各時間ステップ毎にスカラー変数部分に関して偏導
関数の自動計算と微分方程式の陰解法を用いて安定に時
間応答を計算できる計算モデルを導出する演算と、サン
プルホルダからの出力を基にベクトル変数部分の状態遷
移方程式とスカラー変数部分の計算モデルを独立に計算
する演算とを含んでなることである。
Further, according to the present invention, as a pre-process of the time response calculation, a state variable model is derived for a vector variable portion, and a state transition between one hour steps can be calculated by a matrix-sum operation based on the model. An operation to generate an expression, an operation to derive a calculation model capable of stably calculating a time response using an automatic calculation of partial derivatives and an implicit solution of a differential equation for a scalar variable part at each time step, and an operation from a sample holder. The method includes a state transition equation for a vector variable part and an operation for independently calculating a calculation model for a scalar variable part based on the output.

【0020】図7は、従来技術と本発明についてのベク
トル変数ブロック線図の解析装置を説明する説明図であ
る。本発明は、2つの処理により構成される。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a vector variable block diagram analyzing apparatus according to the prior art and the present invention. The present invention is constituted by two processes.

【0021】 計算モデル生成:ベクトル変数モデル
とスカラー変数モデルの間に、ベクトル変数モデルで計
算された(ベクトル→スカラ)変換要素の出力値とスカ
ラー変数モデルで計算された(スカラ→ベクトル)変換
要素の出力値を1時間ステップ保持するサンプルホルダ
を、仮想的にベクトル変数モデルとスカラー変数モデル
の間に挿入する。
Generation of calculation model: between the vector variable model and the scalar variable model, the output value of the (vector → scalar) conversion element calculated by the vector variable model and the (scalar → vector) conversion element calculated by the scalar variable model Is virtually inserted between the vector variable model and the scalar variable model.

【0022】 時間応答計算:1時間計算ステップの
間は、サンプルホルダの出力は一定値を保持するので、
ベクトル変数モデルとスカラー変数モデルは各々、独立
に計算できる。ベクトル変数モデルでは、前処理で状態
遷移方程式の係数行列TVの逆行列TV~1を求めておき、
時間応答計算にあたっては、前時間ステップ(k)にお
ける動的要素および(スカラ→ベクトル)変換要素の出
力値から計算される独立項ZV(k+1)にTV~1を左か
ら掛けることにより、状態変数値X(k+1)つまり積
分要素の出力ベクトル値を求める。一方、スカラー変数
に関しては、kステップにおける動的変数、(k+1)
ステップの外部入力変数および(ベクトル→スカラ)変
換要素の出力値から求められるTS(k+1)、ZS(k
+1)から連立方程式TS(k+1)XS(k+1)=Z
S(k+1)を解き、XS(k+1)を求める。このよう
な2つの処理により、上記(a)、(b)の効果が得ら
れ、時間応答計算の高速化が実現できる。
Time response calculation: During the one-hour calculation step, the output of the sample holder holds a constant value,
The vector variable model and the scalar variable model can be calculated independently. In the vector variable model, the inverse matrix T V1 of the coefficient matrix T V of the state transition equation is obtained in preprocessing,
In the time response calculation, the independent term Z V (k + 1) calculated from the output value of the dynamic element and the (scalar → vector) conversion element in the previous time step (k) is multiplied by T V −1 from the left. The state variable value X (k + 1), that is, the output vector value of the integral element is obtained. On the other hand, for a scalar variable, a dynamic variable in k steps, (k + 1)
T S (k + 1) and Z S (k obtained from the external input variable of the step and the output value of the (vector → scalar) conversion element
+1) from the simultaneous equations T S (k + 1) X S (k + 1) = Z
Solve the S (k + 1), determine the X S (k + 1). By these two processes, the effects (a) and (b) described above can be obtained, and the time response calculation can be speeded up.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】図1は、本発明に係るベクトル変
数ブロック線図の解析装置の一実施形態を説明する線図
である。ベクトル変数ブロック線図の解析装置は、ワー
クステーションまたはパーソナルコンピュータ(PC)
などの計算機(計算手段)1と、データ入力や計算結果
のトレンドグラフ表示のための端末(端末手段)2とを
備える。計算機1は、ブロック線図データ入力部3、前
処理部4、ベクトル変数モデル用計算モデルの生成部
5、入力変数計算部6、スカラー変数モデル用計算モデ
ルの生成部7、時間応答計算部8および出力処理部9を
有する。以下に各処理部の処理内容を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a vector variable block diagram analyzing apparatus according to the present invention. The analysis device for the vector variable block diagram is a workstation or personal computer (PC)
(Calculation means) 1 and a terminal (terminal means) 2 for inputting data and displaying a trend graph of calculation results. The computer 1 includes a block diagram data input unit 3, a pre-processing unit 4, a vector variable model calculation model generation unit 5, an input variable calculation unit 6, a scalar variable model calculation model generation unit 7, and a time response calculation unit 8. And an output processing unit 9. The processing contents of each processing unit will be described below.

【0024】 ブロック線図データ入力部3 ベクトル変数ブロック線図の演算要素を以下のような形
式で表現する。
Block Diagram Data Input Unit 3 The operation elements of the vector variable block diagram are expressed in the following format.

【0025】変数名=関数名(入力変数1、……、入力
変数n$係数1、……、係数m) スカラー変数モデルでは、たとえば、2変数の加算は次
のように記述される。
Variable name = function name (input variable 1,..., Input variable n $ coefficient 1,..., Coefficient m) In a scalar variable model, for example, addition of two variables is described as follows.

【0026】 vS=ADD(viS1,viS2$) (1) ただし、vS:スカラー要素出力変数、viS1:入力
1、viS2:入力2 ベクトル変数モデルでも、2つのベクトル変数の加算は
同様に、表現できる。
V S = ADD (vi S1 , vi S2 $) (1) where v S : scalar element output variable, vi S1 : input 1, vi S2 : input 2 Even in a vector variable model, addition of two vector variables Can be similarly expressed.

【0027】 VV=VADD(ViV1,ViV2$) (2) ただし、VV:ベクトル要素出力変数、ViV1:入力
1、ViV2:入力2 ブロック線図データ入力部3では、これらのデータを読
み込み、内部で変数、演算要素、入力変数、係数より構
成される表に展開する。
V V = VADD (Vi V1 , Vi V2 $) (2) where V V : vector element output variable, Vi V1 : input 1, Vi V2 : input 2 In the block diagram data input unit 3, Reads data and develops it internally into a table consisting of variables, operation elements, input variables, and coefficients.

【0028】 前処理部4 前処理部4では、計算モデルの作成を効率よく行うた
め、以下の処理を行う。
Preprocessing Unit 4 The preprocessing unit 4 performs the following processing in order to efficiently create a calculation model.

【0029】(a)変数の高速識別のための、ハッシュ
法を用いた変数名(文字列)の変数番号への変換 (b)スカラー変数モデルの下流方向、上流方向への計
算順序づけ ・ステップ入力やランプ入力などの外部入力、積分や1
次遅れ要素などの動的要素、(ベクトル→スカラ)変換
要素を起点に、信号の下流方向に計算の順序を決定す
る。得られた計算順序は、加減乗除算などの代数要素つ
まり中間変数の出力値および出力の入力に関する要素偏
微分値の計算に用いられる。
(A) Conversion of variable names (character strings) to variable numbers using the hash method for high-speed identification of variables (b) Calculation order of downstream and upstream directions of scalar variable model Step input Input such as input and lamp input, integration and 1
The order of calculation is determined in the downstream direction of the signal, starting from the dynamic element such as the next delay element and the (vector → scalar) transformation element. The obtained calculation order is used for calculation of algebraic elements such as addition, subtraction, multiplication and division, that is, element partial differential values related to output values of intermediate variables and inputs of outputs.

【0030】・積分や1次遅れ要因などの動的要素、
(スカラ→ベクトル)変換要素を起点にして信号の流れ
と逆方向に計算順序を決定する。得られた計算順序は動
的要素の入力変数の動的変数、外部入力変数、(ベクト
ル→スカラ)変換要素に関する偏導関数計算に利用され
る。
Dynamic elements such as integral and primary delay factors,
(Scalar → vector) The calculation order is determined in the direction opposite to the signal flow with the conversion element as a starting point. The obtained calculation order is used for calculating the partial derivative of the dynamic variable of the input variable of the dynamic element, the external input variable, and the (vector → scalar) conversion element.

【0031】(c)ベクトル変数モデルの上流方向への
計算順序づけ (ベクトル→スカラ)変換要素、ベクトル積分要素を起
点として、信号の流れと逆方向に計算順序付けを行う。
これは、ベクトル変数モデルの状態方程式の導出に用い
られる。
(C) Calculation order in the upstream direction of the vector variable model The calculation order is performed in the direction opposite to the signal flow, starting from the (vector → scalar) conversion element and the vector integration element.
This is used for deriving the state equation of the vector variable model.

【0032】 ベクトル変数モデル用計算モデルの生
成部5 図2は、図1のベクトル変数モデル用計算モデルの生成
部の処理フローを示す線図である。図3は、ベクトル変
数モデルの一例を示す線図である。処理は次のステップ
で行う。
FIG. 2 is a diagram showing a processing flow of the vector variable model calculation model generation unit of FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a vector variable model. The processing is performed in the following steps.

【0033】(a)ステップ1(符号510):(ベク
トル→スカラ)変換要素または積分要素から未処理要素
を1個選択する。図3の5001をこの選択された1要
素とする。
(A) Step 1 (reference numeral 510): (vector → scalar) One unprocessed element is selected from a conversion element or an integration element. Let 5001 in FIG. 3 be the selected one element.

【0034】(b)ステップ2(符号520):信号を
逆方向に辿り、偏導関数計算を行う。この時、計算対象
となった要素のゲイン行列を左から掛けていく。図3に
計算の一部を示す。
(B) Step 2 (reference numeral 520): The signal is traced in the reverse direction, and the partial derivative is calculated. At this time, the gain matrix of the element to be calculated is multiplied from the left. FIG. 3 shows a part of the calculation.

【0035】(c)ステップ3(符号530):全ての
経路が積分要素または(スカラ→ベクトル)変換要素に
到着した時、選択した積分要素の状態変数式(部分状態
変数式)を作成する。図3に関しては、次の状態変数式
が得られる。
(C) Step 3 (reference numeral 530): When all the paths arrive at the integral element or the (scalar → vector) conversion element, a state variable expression (partial state variable expression) of the selected integral element is created. Referring to FIG. 3, the following state variable equation is obtained.

【0036】[0036]

【数2】 (Equation 2)

【0037】(ベクトル→スカラ)変換要素またはベク
トル動的要素は全て処理完了した時(符号540)に、
次のステップ4に進む。
(Vector → Scalar) When all the conversion elements or vector dynamic elements have been processed (reference numeral 540),
Proceed to the next step 4.

【0038】(d)ステップ4(符号550):微分方
程式の数値計算法を適用して、動的変数の1時間ステッ
プ後の状態を計算する状態遷移式を求める。図3の例で
は、ステップ3で求めた状態変数式に台形法を適用する
と、次式が導ける。
(D) Step 4 (reference numeral 550): A state transition formula for calculating the state of the dynamic variable after one hour step is obtained by applying a numerical calculation method of a differential equation. In the example of FIG. 3, when the trapezoidal method is applied to the state variable equation obtained in step 3, the following equation can be derived.

【0039】[0039]

【数3】 (Equation 3)

【0040】ただし、XV1(k+1):(k+1)ステ
ップのXV1、α:重み、h:時間刻み幅を表す。
[0040] However, X V1 (k + 1) :( k + 1) step of X V1, α: weight, h: represents the time step size.

【0041】上式のTVは、定数行列になるので、逆行
列を求め、k時点のXV1(k)、UV1(k)および(k
+1)時点のUV(k+1)からZV(k+1)が求まれ
ば、下式に示すように、行列の積演算により、XV(k
+1)が求められるようにしておく。
Since T V in the above equation is a constant matrix, an inverse matrix is obtained, and X V1 (k), U V1 (k) and (k
If Z V (k + 1) is obtained from U V (k + 1) at the point of time +1), X V (k
+1) is determined.

【0042】[0042]

【数4】 (Equation 4)

【0043】 入力変数計算部6 以下の処理部6、7、8、9は(計算期間)/(時間刻
み)回、繰り返す。外部入力変数計算部6は以下の処理
を行う。
Input Variable Calculation Unit 6 The following processing units 6, 7, 8, and 9 are repeated (calculation period) / (time increments) times. The external input variable calculator 6 performs the following processing.

【0044】(a)ステップ1:スカラー変数モデルの
ステップ入力、正弦波入力など時間のみに依存する外部
入力の出力値を計算する。
(A) Step 1: The output value of an external input that depends only on time, such as a step input of a scalar variable model and a sine wave input, is calculated.

【0045】(b)ステップ2:図7に示すように、本
実施形態ではベクトル変数モデルとスカラー変数モデル
の間に仮想的にサンプルホルダを設ける。つまり、計算
上、(スカラ→ベクトル)変換要素および(ベクトル→
スカラ)変換要素の出力値を1時間ステップの間、記憶
し、それらの値は変化しないとして処理する。
(B) Step 2: As shown in FIG. 7, in this embodiment, a sample holder is virtually provided between the vector variable model and the scalar variable model. In other words, in terms of calculation, the (scalar → vector) conversion element and the (vector →
(Scalar) The output values of the transform elements are stored for one hour steps, and their values are treated as unchanged.

【0046】 スカラー変数モデル用計算モデルの生
成部7 スカラー変数モデルの計算モデルの生成法を以下に示
す。
Generation Method 7 for Calculation Model for Scalar Variable Model A method for generating a calculation model for a scalar variable model is described below.

【0047】スカラー変数モデルの動的変数は、一般
に、以下の形式で表現できる。
The dynamic variables of the scalar variable model can be generally expressed in the following format.

【0048】[0048]

【数5】 (Equation 5)

【0049】ただし、xsi:動的要素の状態変数、
si:スカラー変数モデルへの外部入力((ベクトル→
スカラ)変換要素も含む)、Fsi:具体的な式は未知の
非線形関数 上式に微分方程式の数値計算法である台形法および非線
形方程式の数値計算方法であるニュートンラフソン法を
適用すると、次のような計算モデルが導ける。
Where x si is a state variable of a dynamic element,
u si : external input to the scalar variable model ((vector →
Scalar) Transformation element is included), F si : An unknown equation is an unknown non-linear function. A calculation model such as

【0050】[0050]

【数6】 (Equation 6)

【0051】xsi:動的要素の状態変数、Fsi:非線形
関数(未知) 上式を全てのxsiについて求め、それを連立させて解く
ことにより、xsi(k+1)が求まる。Fsiは未知であ
るが、xsiに関する偏導関数が求まれば、(8)式を生
成できる。
X si : a state variable of a dynamic element, F si : a non-linear function (unknown) x si (k + 1) is obtained by solving the above equation for all x si and solving them simultaneously. F si is unknown, but if the partial derivative with respect to x si is obtained, equation (8) can be generated.

【0052】図4は、図1のスカラー変数モデル用計算
モデルの生成部の処理フローを示す線図である。図5
は、スカラー変数モデルの一例(これを「SVM」と表
す)を示す線図である。ブロック線図からその偏導関数
および計算モデルを図4に示すような手順で導く。
FIG. 4 is a diagram showing the processing flow of the scalar variable model calculation model generation unit of FIG. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a scalar variable model (this is represented as “ SVM ”). The partial derivative and the calculation model are derived from the block diagram according to the procedure shown in FIG.

【0053】(a)ステップ1(符号710):動的変
数、外部入力変数および(ベクトル→スカラ)変換要素
の出力の記憶値を基に、信号の下流方向に計算を進め、
代数要素つまり中間要素の値および要素毎に要素偏微分
値を求める。
(A) Step 1 (symbol 710): Calculation is advanced in the downstream direction of the signal based on the stored values of the dynamic variables, external input variables and the output of the (vector → scalar) conversion element,
The value of the algebraic element, that is, the intermediate element and the element partial differential value for each element are obtained.

【0054】(b)ステップ2(符号720):動的要
素から未処理要素を1個選択する。たとえば、図5の積
分要素22を選択する。
(B) Step 2 (reference numeral 720): One unprocessed element is selected from the dynamic elements. For example, the integration element 22 in FIG. 5 is selected.

【0055】(c)ステップ3(符号730):選択さ
れた要素を出発点として、信号を上流方向に辿り、偏導
関数計算を進める。順序は、 要素22→21→20→19→18→22 (d)ステップ4(符号740):全ての経路が、動的
要素、外部入力または(ベクトル→スカラ)変換要素に
到達した時点で偏導関数計算を完了する。たとえば、要
素22を始点とする経路が、要素22に到着した時点で
∂ES22/∂xS 22が求まっている。(8)式にそれらの
偏導関数を代入し、計算モデルを生成する。
(C) Step 3 (reference numeral 730): Starting from the selected element as a starting point, trace the signal in the upstream direction and proceed with the partial derivative calculation. The order is as follows: element 22 → 21 → 20 → 19 → 18 → 22 (d) Step 4 (reference numeral 740): When all paths reach a dynamic element, an external input, or a (vector → scalar) transformation element, Complete the derivative calculation. For example, when a route starting from the element 22 arrives at the element 22, ∂E S22 / ∂x S 22 is determined. Substituting those partial derivatives into equation (8) generates a calculation model.

【0056】 時間応答計算部8 図6は、図1の時間応答計算部の処理フローを示す線図
である。時間応答計算は、図6の手順に従って、以下の
ステップで計算を進める。
Time Response Calculation Unit 8 FIG. 6 is a diagram showing a processing flow of the time response calculation unit in FIG. The time response calculation proceeds in the following steps according to the procedure of FIG.

【0057】(a)ステップ1(符号810):(スカ
ラ→ベクトル)変換要素の記憶値を用いて、(6)式の
独立項ZV(k+1)を求める。次にTV~1を用いて、
(6)式からベクトル変数モデルの(k+1)ステップ
の状態変数XV(k+1)を求める。さらに、積分要素
および(スカラ→ベクトル)変換要素を起点として、信
号の下流方向に計算を進め、(ベクトル→スカラ)変換
要素の値を求める。
(A) Step 1 (reference numeral 810): An independent term Z V (k + 1) in equation (6) is obtained by using the stored value of the (scalar → vector) conversion element. Next, using TV - 1
The state variable X V (k + 1) of the (k + 1) step of the vector variable model is obtained from the equation (6). Further, with the integration element and the (scalar → vector) conversion element as starting points, the calculation proceeds in the downstream direction of the signal to obtain the value of the (vector → scalar) conversion element.

【0058】(b)ステップ2(符号820):スカラ
ー変数ブロック線図の計算モデルを全動的要素について
連立させ、その連立方程式を解いて、新しい状態変数値
si(k+1)を求める。
(B) Step 2 (reference numeral 820): The calculation model of the scalar variable block diagram is simultaneously established for all dynamic elements, and the simultaneous equations are solved to obtain a new state variable value x si (k + 1).

【0059】(c)ステップ3(符号830):スカラ
ー変数モデルに関して、信号の下流方向に代数要素を計
算する。
(C) Step 3 (reference numeral 830): For a scalar variable model, calculate an algebraic element in the downstream direction of the signal.

【0060】 出力処理部9 指定された変数の時系列変化をトレンドグラフで、端末
手段2に表示する。
Output processing unit 9 The time series change of the designated variable is displayed on the terminal means 2 in a trend graph.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明のベクトル変数ブロック線図の解
析装置によれば、状態変数の次数が400程度の大規模
ベクトル変数ブロック線図の時間応答の計算時間が1/
10に短縮され、安定的にかつ高速にベクトル変数ブロ
ック線図の時間応答計算を行うことができる。
According to the vector variable block diagram analyzer of the present invention, the time required to calculate the time response of a large-scale vector variable block diagram whose order of a state variable is about 400 is 1 /.
10, the time response calculation of the vector variable block diagram can be performed stably and at high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るベクトル変数ブロック線図の解析
装置の一実施形態を説明する線図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of an apparatus for analyzing a vector variable block diagram according to the present invention.

【図2】図1のベクトル変数モデル用計算モデルの生成
部の処理フローを示す線図である。
FIG. 2 is a diagram showing a processing flow of a vector variable model calculation model generation unit of FIG. 1;

【図3】ベクトル変数モデルの一例を示す線図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a vector variable model.

【図4】図1のスカラー変数モデル用計算モデルの生成
部の処理フローを示す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing a processing flow of a generation unit of a calculation model for a scalar variable model in FIG. 1;

【図5】スカラー変数モデルの一例を示す線図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a scalar variable model.

【図6】図1の時間応答計算部の処理フローを示す線図
である。
FIG. 6 is a diagram showing a processing flow of a time response calculation unit in FIG. 1;

【図7】従来技術と本発明についてのベクトル変数ブロ
ック線図の解析装置を説明する説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an analysis device for a vector variable block diagram according to the related art and the present invention.

【図8】ボイラについてのベクトル変数ブロック線図の
一例である。
FIG. 8 is an example of a vector variable block diagram for a boiler.

【図9】従来技術に係るベクトル変数ブロック線図の解
析装置を説明する説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an apparatus for analyzing a vector variable block diagram according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 計算機(計算手段) 2 端末機(端末手段) 3 ブロック線図入力部 4 前処理部 5 ベクトル変数モデル用計算モデルの生成部 6 入力変数計算部 7 スカラー変数モデル用計算モデルの生成部 8 時間応答計算部 9 出力処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Computer (calculation means) 2 Terminal (terminal means) 3 Block diagram input part 4 Preprocessing part 5 Vector variable model calculation model generation part 6 Input variable calculation part 7 Scalar variable model calculation model generation part 8 hours Response calculation unit 9 Output processing unit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ベクトル変数とスカラー変数が混在する
ベクトル変数ブロック線図の解析装置において、入力部
および表示部を有する端末手段と、該端末手段との間で
入出力処理が行われる計算手段とを備え、該計算手段
は、スカラー変数部分とベクトル変数部分の間に仮想的
にサンプルホルダを挿入して計算する時間応答計算部を
有してなるベクトル変数ブロック線図の解析装置。
1. An apparatus for analyzing a vector variable block diagram in which vector variables and scalar variables coexist, comprising: a terminal unit having an input unit and a display unit; and a calculation unit for performing input / output processing between the terminal unit and the terminal unit. An apparatus for analyzing a vector variable block diagram, comprising: a time response calculator for virtually inserting a sample holder between a scalar variable part and a vector variable part for calculation.
【請求項2】 請求項1において、前記計算手段は、ブ
ロック線図のデータを入力するブロック線図データ入力
部と、計算モデルの生成を行うための前処理部と、ベク
トル変数モデル用計算モデルの生成部と、外部入力の出
力値を計算する入力変数計算部と、スカラー変数モデル
用計算モデルの生成部と、指定された変数の時系列変化
を前記端末手段に表示する出力処理部とを有してなるベ
クトル変数ブロック線図の解析装置。
2. A calculation system according to claim 1, wherein said calculation means includes a block diagram data input unit for inputting data of a block diagram, a preprocessing unit for generating a calculation model, and a calculation model for a vector variable model. A generation unit, an input variable calculation unit that calculates an output value of an external input, a generation unit of a calculation model for a scalar variable model, and an output processing unit that displays a time-series change of a specified variable on the terminal unit. An apparatus for analyzing a vector variable block diagram.
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