JP2009015514A - Pid control device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To automatically adjust PID constants with high precision while operating a device even when device characteristics rapidly change, or a non-linear behavior is shown. <P>SOLUTION: This PID control device is provided with a device; a measurement means; a storage means; a model creation means for creating a prediction model; a calculation means for predicting a control characteristic value a prescribed time ahead by using the prediction model, and for calculating two or more evaluation functions I<SB>m</SB>by using predicted control characteristic value; a determination means for determining a proportional gain K<SB>p</SB>as a PID constant, an integration time T<SB>i</SB>, and a differential time T<SB>d</SB>in order to minimize the square sum E<SB>RNN</SB>of the evaluation function; and a control means for operating the PID control of the control characteristic value based on the PID constant. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、装置を稼働しながら、装置の制御特性値を高精度で制御可能なPID制御装置に関する。   The present invention relates to a PID control device capable of controlling a control characteristic value of a device with high accuracy while operating the device.

従来から、PID制御による産業装置の自動化制御が行われている。一般的に、この自動化制御は、下記式(1)で表される伝達関数にPID定数を入力することにより行われている。   Conventionally, automation control of industrial devices by PID control has been performed. Generally, this automation control is performed by inputting a PID constant to the transfer function represented by the following formula (1).

Figure 2009015514
Figure 2009015514

そして、一般的に、このPID定数としては、操業条件に応じた特定の値が入力されている。しかしながら、各PID定数を一定のままとすると、外乱や経時的な装置特性の変化などにより、装置のPID制御の精度が低下する場合があった。そして、このような場合には、外乱や装置特性の変化を反映したPID定数の調整を行う必要があった。   In general, a specific value corresponding to the operating condition is input as the PID constant. However, if each PID constant is kept constant, the accuracy of PID control of the apparatus may be reduced due to disturbances, changes in apparatus characteristics over time, and the like. In such a case, it is necessary to adjust the PID constant that reflects disturbances and changes in device characteristics.

そこで、近年、PID定数を自動的に調整することが可能な、PID制御装置が提案されている。
特許文献1には、制御系に強制的にオンオフ信号(外乱)を引加し、制御対象の応答波形を観察することによりPID定数を自動調整する制御装置が開示されている。
Therefore, in recent years, a PID control device capable of automatically adjusting the PID constant has been proposed.
Patent Document 1 discloses a control device that automatically adjusts a PID constant by forcibly applying an on / off signal (disturbance) to a control system and observing a response waveform of a control target.

特許文献2及び3には、制御系を通常条件で作動時に観察される偏差の振動波形を観察し、連続する振動波形の振幅比からPID定数の調整係数を求め、既定のPID定数にこの調整係数を乗ずることにより自動調整を行う制御装置が開示されている。   In Patent Documents 2 and 3, the vibration waveform of the deviation observed when the control system is operated under normal conditions is observed, the adjustment coefficient of the PID constant is obtained from the amplitude ratio of the continuous vibration waveform, and this adjustment is made to the predetermined PID constant. A control device that performs automatic adjustment by multiplying by a coefficient is disclosed.

特許文献4には、ステップ応答に基づき制御対象をモデル化し、この制御量と操作量、ゲイン/時定数比及び無駄時間に基づいて近似化した内部モデル制御によりPIDパラメータを調整する制御装置が開示されている。   Patent Document 4 discloses a control device that models a control target based on a step response and adjusts a PID parameter by internal model control approximated based on the control amount, operation amount, gain / time constant ratio, and dead time. Has been.

特許文献5には、PID定数のうち、積分ゲインのみを変化させた場合、及び比例ゲインのみを変化させた場合の限界振動の感度及び周期を測定することにより、それぞれ積分ゲイン及び比例ゲインを調整するパラメータの調整方法が開示されている。   In Patent Document 5, the integral gain and the proportional gain are adjusted by measuring the sensitivity and period of the limit vibration when only the integral gain is changed among the PID constants, and when only the proportional gain is changed. A method for adjusting the parameters is disclosed.

特許文献6には、立ち上がり時間、整定時間、ダンピング率、オーバーシュート量などにより適合度関数を定義し、この関数を遺伝的アルゴリズムにより最小化しつつPID利得を調節するPID制御装置が開示されている。
特開平3−3005号公報 特開平4−138501号公報 特開平4−84201号公報 特開平8−110802号公報 特開平7−281709号公報 特開平10−31503号公報
Patent Document 6 discloses a PID control device that defines a fitness function by rise time, settling time, damping rate, overshoot amount, etc., and adjusts the PID gain while minimizing this function by a genetic algorithm. .
JP-A-3-3005 Japanese Patent Laid-Open No. 4-138501 JP-A-4-84201 JP-A-8-110802 JP-A-7-281709 JP 10-31503 A

しかしながら、上記特許文献1〜6に記載のPID定数の調整方法では、制御対象となる装置特性が急激に変化する場合や、制御対象となる装置が非線形挙動を示す場合には、高精度でPID制御をす行うことが困難であった。また、上記特許文献1〜6に記載のPID定数の調節方法には、装置内に外乱を印加してその応答波形を利用するものがあり、このような調製方法ではPID定数の調整中には一旦、装置を停止させる必要があったり、オフラインでの調整が必要となる場合があった。   However, in the method for adjusting the PID constants described in Patent Documents 1 to 6, when the device characteristics to be controlled change abruptly or when the device to be controlled exhibits non-linear behavior, the PID constant is highly accurate. It was difficult to control. Moreover, in the adjustment method of the PID constant described in Patent Documents 1 to 6, there is a method in which a disturbance is applied in the apparatus and its response waveform is used. In such a preparation method, during the adjustment of the PID constant, There was a case where it was necessary to stop the apparatus once or to make an offline adjustment.

そこで、本発明者は上記課題を解決するため、鋭意、検討した。この結果、モデル作成手段により作成した予測モデルによって制御特性値を予測し、この予測した特性値から計算手段により評価関数Imを計算し、更に決定手段により評価関数の2乗和ERNNを最小化するようにPID定数を決定すれば良いことを発見した。そして、このように決定したPID定数に基づき、制御手段により装置のPID制御を行えば良いことを発見した。すなわち、本発明は、急激な装置特性の変化が起こったり非線形挙動を示す装置であっても、PID定数を自動調整して、高精度でPID制御が可能なPID制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present inventor has intensively studied in order to solve the above problems. As a result, the control characteristic value is predicted by the prediction model created by the model creation means, the evaluation function Im is calculated by the calculation means from the predicted characteristic value, and the square sum E RNN of the evaluation function is minimized by the decision means. It was discovered that the PID constant should be determined so that And based on the PID constant determined in this way, it discovered that the PID control of an apparatus should just be performed by a control means. That is, the present invention has an object to provide a PID control device capable of performing PID control with high accuracy by automatically adjusting a PID constant even if the device characteristics change suddenly or exhibits nonlinear behavior. And

上記課題を解決するため、本発明は、以下の構成を有することを特徴とする。
1.装置と、
前記装置から特性値、及びPID制御を行う制御特性値を測定する測定手段と、
測定した前記特性値及び制御特性値を記憶する記憶手段と、
測定した前記特性値及び制御特性値を用いて、所定時間先の制御特性値を予測する予測モデルを作成するモデル作成手段と、
前記予測モデルを用いて所定時間先の制御特性値を予測すると共に、少なくとも予測された制御特性値を用いて、2以上の評価関数Imを計算する計算手段と、
下記式(1)で表される評価関数の2乗和ERNNを最小化するように、PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定する決定手段と、
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.
1. Equipment,
Measuring means for measuring characteristic values and control characteristic values for performing PID control from the apparatus;
Storage means for storing the measured characteristic values and control characteristic values;
Model creation means for creating a prediction model for predicting a control characteristic value ahead of a predetermined time using the measured characteristic value and control characteristic value;
With predicting control characteristic value of the predetermined time later by using the prediction model, and calculating means for using at least predicted control characteristic value, calculating two or more evaluation function I m,
Determining means for determining a proportional gain K p , an integration time T i , and a derivative time T d that are PID constants so as to minimize the square sum E RNN of the evaluation function represented by the following formula (1):

Figure 2009015514
Figure 2009015514

前記決定手段により決定された前記比例ゲインKp、積分時間Ti及び微分時間Tdに基づいて、前記装置の、制御特性値のPID制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とするPID制御装置。
Control means for performing PID control of the control characteristic value of the device based on the proportional gain K p , the integration time T i and the differentiation time T d determined by the determination means;
A PID control device comprising:

2.前記装置が、石油精製プラントであることを特徴とする上記1に記載のPID制御装置。   2. 2. The PID control device according to 1 above, wherein the device is an oil refinery plant.

3.前記モデル作成手段は、互いに異なる種類の制御特性値を予測する2つ以上の前記予測モデルを作成し、
前記計算手段は、各予測モデルを用いて対応する制御特性値を予測すると共に、少なくとも予測された前記制御特性値を用いて前記評価関数を計算し、
前記決定手段は、各制御特性値の前記比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定し、
前記制御手段は、前記決定手段により決定された比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdに基づいて、各制御特性値のPID制御を行うことを特徴とする上記1又は2に記載のPID制御装置。
3. The model creation means creates two or more prediction models that predict different types of control characteristic values,
The calculation means predicts a corresponding control characteristic value using each prediction model, calculates the evaluation function using at least the predicted control characteristic value,
The determining means determines the proportional gain K p , integration time T i , and derivative time T d of each control characteristic value,
The control means performs PID control of each control characteristic value based on the proportional gain K p , the integration time T i , and the differential time T d determined by the determination means. The PID control device described.

4.前記制御特性値は、温度、流量及び圧力からなる群から選択された少なくとも一種であることを特徴とする上記1〜3の何れか1項に記載のPID制御装置。   4). 4. The PID control device according to any one of 1 to 3, wherein the control characteristic value is at least one selected from the group consisting of temperature, flow rate, and pressure.

5.前記計算手段は、前記評価関数として、下記式(2)〜(5)で表される4つの関数を計算することを特徴とする上記1〜4の何れか1項に記載のPID制御装置。   5). 5. The PID control apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit calculates four functions represented by the following formulas (2) to (5) as the evaluation function.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

6.前記PID制御装置において、所定時間が経過するたびに、
前記測定手段は、新規特性値として新たに特性値及び制御特性値の少なくとも一方を測定し、
前記記憶手段は、前記新規特性値を記憶し、
前記計算手段は、前記新規特性値を用いて前記予測モデルにより新たに所定時間先の制御特性値を予測すると共に、少なくとも前記予測モデルにより予測された制御特性値を用いて新たに前記評価関数を計算し、
前記決定手段は、新たに計算した評価関数Imの前記2乗和ERNNを最小化するように、新たに更新PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定し、
前記制御手段は、PID定数を前記更新PID定数の値に更新し、前記更新PID定数に基づいて、前記装置の制御特性値のPID制御を行う、
ことを特徴とする上記1〜5の何れか1項に記載のPID制御装置。
6). In the PID control device, every time a predetermined time elapses,
The measuring means newly measures at least one of a characteristic value and a control characteristic value as a new characteristic value,
The storage means stores the new characteristic value,
The calculation means predicts a new control characteristic value ahead of a predetermined time by the prediction model using the new characteristic value, and newly calculates the evaluation function using at least the control characteristic value predicted by the prediction model. Calculate
It said determining means, so as to minimize the square sum E RNN of the evaluation function I m which is newly calculated, but a newly updated PID constants proportional gain K p, integration time T i, and the derivative time T d Decide
The control means updates a PID constant to a value of the updated PID constant, and performs PID control of a control characteristic value of the device based on the updated PID constant.
6. The PID control device according to any one of 1 to 5 above.

7.前記計算手段は、前記評価関数の一部として、更に下記式(6)〜(8)で表される関数の計算を行うことを特徴とする上記6に記載のPID制御装置。   7. 7. The PID control apparatus according to 6, wherein the calculation unit further calculates a function represented by the following formulas (6) to (8) as a part of the evaluation function.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

8.前記制御手段による前記PID制御の伝達関数が、下記式(9)で表されることを特徴とする上記1〜7の何れか1項に記載のPID制御装置。   8). 8. The PID control device according to any one of 1 to 7, wherein a transfer function of the PID control by the control means is expressed by the following formula (9).

Figure 2009015514
Figure 2009015514

なお、本明細書において、「制御特性値」とは、予測モデルによって予測され、決定手段によって決定されたPID定数に基づき、目標値となるよう制御を行う特性値のことを表す。「制御特性値」は、この点において、測定手段によって測定されるが目標値となるよう制御を行わない「特性値」とは区別される。   In the present specification, the “control characteristic value” refers to a characteristic value that is controlled by the prediction model and is controlled to be a target value based on the PID constant determined by the determining unit. In this respect, the “control characteristic value” is distinguished from the “characteristic value” that is measured by the measuring means but is not controlled so as to be the target value.

本発明のPID制御装置は、装置特性が急激に変化したり、非線形挙動を示す装置であっても、装置を稼働させながら、自動的にPID定数を調整することができる。この結果、高精度で装置のPID制御を行うことができる。   The PID control device of the present invention can automatically adjust the PID constant while operating the device, even if the device characteristics change abruptly or exhibit non-linear behavior. As a result, the PID control of the apparatus can be performed with high accuracy.

本発明のPID制御装置は、装置、測定手段、記憶手段、モデル作成手段、計算手段、決定手段、制御手段を備える。図2は、本発明のPID制御装置の装置構成を模式的に表したものである。なお、図2中の矢印はデータ処理の方向を表している。   The PID control device of the present invention includes a device, a measurement unit, a storage unit, a model creation unit, a calculation unit, a determination unit, and a control unit. FIG. 2 schematically shows a device configuration of the PID control device of the present invention. In addition, the arrow in FIG. 2 represents the direction of data processing.

まず、測定手段2により装置1から特性値、及びPID制御を行う制御特性値を測定し、この測定した特性値及び制御特性値は記憶手段3内にデータとして記憶される。次に、モデル作成手段4により、測定した特性値及び制御特性値を用いて、現在よりも所定時間先の制御特性値を予測可能な予測モデルを作成する。このモデル作成手段4による予測モデルの作成は、ニューラルネットワークを用いて行うが、その具体的な処理方法としてはバック・プロパゲーション法(Back Propagation Method)を用いる。   First, a characteristic value and a control characteristic value for performing PID control are measured from the apparatus 1 by the measuring unit 2, and the measured characteristic value and control characteristic value are stored as data in the storage unit 3. Next, the model creation means 4 creates a prediction model that can predict a control characteristic value ahead of the current time by using the measured characteristic value and control characteristic value. The model creation means 4 creates a prediction model using a neural network. As a specific processing method thereof, a back propagation method (Back Propagation Method) is used.

そして、計算手段5では、測定した特性値、及び必要に応じて制御特性値を予測モデルに代入することにより所定時間先の制御特性値を予測する。また、これと同時に、少なくともこの予測された制御特性値を用いて評価関数を計算する。   Then, the calculation means 5 predicts the control characteristic value ahead of a predetermined time by substituting the measured characteristic value and, if necessary, the control characteristic value into the prediction model. At the same time, an evaluation function is calculated using at least the predicted control characteristic value.

次に、決定手段6では、この計算した評価関数の2乗和ERNNが最小となるように、PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定する。この決定手段6によるPID定数の決定は、RNN(リカレント・ニューラルネットワーク)を用いて行うが、その具体的な処理方法としてはバック・プロパゲーション法(Back Propagation Method)を用いる。そして、制御手段7では、このように決定されたPID定数に基づいて、装置の制御特性値をPID制御することが可能となる。 Next, the determining means 6 determines the proportional gain K p , the integration time T i , and the differential time T d that are PID constants so that the square sum E RNN of the calculated evaluation function is minimized. The PID constant is determined by the determining means 6 using an RNN (Recurrent Neural Network), and a back propagation method is used as a specific processing method. Then, the control means 7 can perform PID control of the control characteristic value of the apparatus based on the PID constant determined in this way.

このように本発明のPID制御装置では、予測モデルにより予測された制御特性値を用いて比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdの決定を行う。このため、実際に装置に対して外乱等の刺激を与えることなく、PID定数の最適化を行うことができる。この結果、装置の稼働時間の向上、生産性の向上を図ることができる。また、予測モデルの作成及びPID定数の決定に、それぞれニューラルネットワーク及びRNN(リカレント・ニューラルネットワーク)を用いているため、高精度で制御特性値のPID制御を行うことができる。 As described above, in the PID control apparatus of the present invention, the proportional gain K p , the integration time T i , and the differentiation time T d are determined using the control characteristic value predicted by the prediction model. For this reason, the PID constant can be optimized without actually giving a stimulus such as a disturbance to the apparatus. As a result, it is possible to improve the operation time and productivity of the apparatus. Further, since the neural network and the RNN (recurrent neural network) are used for the creation of the prediction model and the determination of the PID constant, respectively, the PID control of the control characteristic value can be performed with high accuracy.

以下、図3のフローチャートに従って、本発明のPID制御装置の各手段による処理内容について詳細に説明する。
この装置としては、具体的に、プラントの全体や一部、特定の材料・物質の製造装置や処理装置、単一の装置や複数の装置が集合して構成されるプラント等を挙げることができるが、特にこれらの装置に限定されるわけではない。また、この装置としては例えば、石油精製プラントを挙げることができる。
Hereinafter, according to the flowchart of FIG. 3, the processing content by each means of the PID control apparatus of this invention is demonstrated in detail.
Specific examples of the apparatus include a whole plant or a part of a plant, a manufacturing apparatus or a processing apparatus for a specific material / substance, a plant configured by a single apparatus or a plurality of apparatuses. However, it is not particularly limited to these devices. Moreover, as this apparatus, an oil refinery plant can be mentioned, for example.

また、この装置には、装置の内部状態や、装置内に供給される原料や装置から排出される生成物・処理物の状態・物性を表す1以上の特性値が存在する。この特性値としては、例えば、原料・生成物などの流体の流量、温度、圧力、これらの特性値を組み合わせて計算された特性値、これらの特性値に特別な演算処理を施した特性値などを挙げることができる。   Further, this apparatus has one or more characteristic values representing the internal state of the apparatus, the raw material supplied into the apparatus, the state / physical properties of the product / processed product discharged from the apparatus, and the like. As this characteristic value, for example, the flow rate, temperature, pressure, etc. of fluids such as raw materials and products, characteristic values calculated by combining these characteristic values, characteristic values obtained by performing special arithmetic processing on these characteristic values, etc. Can be mentioned.

まず、測定手段では、この装置の特性値、及び制御特性値を測定する(S1)。この測定する特性値、制御特性値の種類は1種類以上であれば良く、特性値、制御特性値は1種類であっても複数種であっても良いが、典型的には1種類の特性値、制御特性値を測定する。また、測定手段による1種類の特性値及び制御特性値の測定は、それぞれ装置内の1箇所で行っても、複数の箇所で行っても良い。この測定手段としては具体的には、温度センサー、圧力センサー、流量計などを挙げることができる。   First, the measuring means measures the characteristic value and the control characteristic value of this apparatus (S1). There may be one or more types of characteristic values and control characteristic values to be measured. The characteristic values and control characteristic values may be one type or plural types, but typically one type of characteristic value. Measure the value and control characteristic value. Further, the measurement of one kind of characteristic value and control characteristic value by the measuring means may be performed at one place in the apparatus or at a plurality of places. Specific examples of the measuring means include a temperature sensor, a pressure sensor, and a flow meter.

この測定手段は、予め入力した測定条件に従って、所定の条件で特性値及び制御特性値を測定できるようになっている。具体的には、測定手段は、装置内の特性値及び制御特性値を測定する位置、測定の時間間隔、測定のサンプリング数などを入力することにより、所望の条件で特性値及び制御特性値の測定を行うことができるようになっている。   This measuring means can measure the characteristic value and the control characteristic value under a predetermined condition according to the measurement condition inputted in advance. Specifically, the measuring means inputs the position of measuring the characteristic value and control characteristic value in the apparatus, the measurement time interval, the number of measurement samplings, etc. Measurement can be performed.

次に、記憶手段は、測定手段により測定された特性値及び制御特性値を記憶する(S2)。なお、記憶手段はオペレーターが必要とする特性値及び制御特性値のみを記憶し、不要な特性値及び制御特性値は削除できるようになっていても良い。この記憶手段は、各種処理を実行させるためのコンピュータプログラムが事前に格納されたハードウェアであれば良く、例えば、ROM(Read Only Memory)やHDD(Hard Disc Drive)、記憶装置に交換自在に装着されるCD(Compact Dics)−ROMやFD(Flexible Disc−cartridge)及びこれらの組み合わせ等で実施することが可能である。   Next, the storage means stores the characteristic value and the control characteristic value measured by the measuring means (S2). The storage means may store only characteristic values and control characteristic values required by the operator, and can delete unnecessary characteristic values and control characteristic values. The storage means may be hardware in which a computer program for executing various processes is stored in advance, for example, a ROM (Read Only Memory), a HDD (Hard Disc Drive), or a storage device that is replaceably mounted. It is possible to implement with a compact disc (CD) -ROM, a flexible disc-cartridge (FD) and a combination thereof.

モデル作成手段は、記憶手段に記憶された特性値及び制御特性値に基づいて、所定時間先の制御特性値を予測する予測モデルを作成する。この予測モデルの作成に用いる特性値は1種類であっても複数種であっても良いが、典型的には、1種類の特性値と制御特性値に基づいて予測モデルを作成する。   The model creating unit creates a prediction model for predicting a control characteristic value ahead of a predetermined time based on the characteristic value and the control characteristic value stored in the storage unit. One or more characteristic values may be used for creating this prediction model, but typically a prediction model is created based on one type of characteristic value and control characteristic value.

このモデル作成手段では、最急降下法に基づくバック・プロパゲーション法(Back Propagation Method)によって、所定時間先の制御特性値を予測する予測モデルを作成する。この最急降下法とは、ある適当な初期値から初めて繰り返し計算により最適な予測モデルを作成する計算方法である。以下に、この方法を詳細に説明する。   In this model creation means, a prediction model for predicting a control characteristic value ahead of a predetermined time is created by a back propagation method based on the steepest descent method. The steepest descent method is a calculation method for creating an optimum prediction model by iterative calculation for the first time from a certain appropriate initial value. This method will be described in detail below.

まず、予測モデルの作成に使用する特性値、及び必要に応じて使用する制御特性値の値をxi (1)(1≦i≦n1)とする。そして、このxi (1)(1≦i≦n1)及びx0 (1)から以下のようにsj (1)を定義する。なお、xi (1)(1≦i≦n1)には制御特性値を用いても、用いなくても良い。 First, let x i (1) (1 ≦ i ≦ n 1 ) be the characteristic value used to create the prediction model and the value of the control characteristic value used as necessary. Then, s j (1) is defined from x i (1) (1 ≦ i ≦ n 1 ) and x 0 (1) as follows. Note that a control characteristic value may or may not be used for x i (1) (1 ≦ i ≦ n 1 ).

Figure 2009015514
Figure 2009015514

なお、上式においてn1+1は、バック・プロパゲーション法における入力層の数に相当する。 In the above equation, n 1 +1 corresponds to the number of input layers in the back propagation method.

次に、このsj (1)を用いて以下のようにsk (2)を定義する。 Next, s k (2) is defined as follows using this s j (1) .

Figure 2009015514
Figure 2009015514

なお、上式においてn2+1は、バック・プロパゲーション法における中間層の数に相当する。
次に、線形処理を行い、上記のようにして定義されたsk (2)をそのまま予測する予定の制御特性値とする。
In the above equation, n 2 +1 corresponds to the number of intermediate layers in the back propagation method.
Next, linear processing is performed, and s k (2) defined as described above is set as a control characteristic value to be predicted as it is.

図4は、このバック・プロパゲーション法における上記式(11)〜(15)の処理を模式的に表したものである。まず、測定したn1個の特性値等xi (1)(1≦i≦n1)及び1個のx0 (1)対して、線形関数による線形処理をする。この線形処理では入力したxi (1)をそのまま使用することとなり、xi (1)が入力層となる。また、入力層の数はn1+1個となる。 FIG. 4 schematically shows the processing of the above formulas (11) to (15) in the back propagation method. First, linear processing using a linear function is performed on the measured n 1 characteristic values x i (1) (1 ≦ i ≦ n 1 ) and one x 0 (1) . In this linear processing, the input x i (1) is used as it is, and x i (1) becomes the input layer. The number of input layers is n 1 +1.

次に、入力した特性値xi (1)と結合荷重wji (1)を用いて、sj (1)を計算する。この後、このsj (1)を(15)式で表されるシグモイド関数に代入してxj (2)(1≦j≦n2)を計算する。このxj (2)(1≦j≦n2)及びx0 (2)が中間層となり、その層の数はn2+1個となる。次に、この計算したxj (2)と結合荷重wkj (2)を用いて、sk (2)を計算する。このsk (2)が出力層となり、その層の数は1個となる。そして、このsk (2)に対して線形関数による線形処理を施すことにより最終的に制御特性値を得る。なお、ここで、線形関数による線形処理では、sk (2)をそのまま制御特性値として使用することとなる。 Next, s j (1) is calculated using the input characteristic value x i (1) and the coupling load w ji (1) . Thereafter, x j (2) (1 ≦ j ≦ n 2 ) is calculated by substituting s j (1) into the sigmoid function expressed by the equation (15). These x j (2) (1 ≦ j ≦ n 2 ) and x 0 (2) are intermediate layers, and the number of layers is n 2 +1. Next, s k (2) is calculated using the calculated x j (2) and the coupling weight w kj (2) . This s k (2) is an output layer, and the number of layers is one. Then, a control characteristic value is finally obtained by performing linear processing using a linear function on s k (2) . Here, in linear processing using a linear function, s k (2) is used as it is as a control characteristic value.

更に、この予測モデルにより予測された時刻t1の制御特性値、時刻t1において測定手段により実際に測定した制御特性値をyとから、この予測値と実測値の誤差を下記のようにENEと定義する。 Further, from the control characteristic value predicted by the prediction model at time t 1 and the control characteristic value actually measured by the measuring means at time t 1 from y, the error between the predicted value and the actual measurement value is expressed as follows: It is defined as NE .

Figure 2009015514
Figure 2009015514

そして、バック・プロパゲーション法では,最急降下法により、この誤差ENEが最小となる最適な結合荷重wji (1)及びwkj (2)を求める。すなわち、結合荷重wji (1)及びwkj (2)については,適当な正の定数ηを学習係数とすると、その修正量Δwji (1)およびΔwkj (2)は、以下の通りとなる。 In the back-propagation method, optimum coupling loads w ji (1) and w kj (2) that minimize this error E NE are obtained by the steepest descent method. That is, with respect to the coupling weights w ji (1) and w kj (2) , if appropriate positive constants η are used as learning coefficients, the correction amounts Δw ji (1) and Δw kj (2) are as follows: Become.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

この時、新しいwji (1)およびwkj (2)は以下のように修正される。 At this time, the new w ji (1) and w kj (2) are modified as follows.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

ここで、∂ENE/∂wji (1)及び∂ENE/∂wkj (2)は、微分の連鎖律に基づき、以下のように計算される。 Here, ∂E NE / ∂w ji (1) and ∂E NE / ∂w kj (2) are calculated as follows based on the chain rule of differentiation.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

そして、wji (1)及びwkj (2)として予め初期値を入力し、上記式(21)及び(22)に基づき計算した∂ENE/∂wji (1)及び∂ENE/∂wkj (2)から、上記(17)〜(20)式に基づき、wji (1)及びwkj (2)を決定する。 Then, initial values are input in advance as w ji (1) and w kj (2) , and ∂E NE / ∂w ji (1) and ∂E NE / ∂ calculated based on the above formulas (21) and (22). From w kj (2) , w ji (1) and w kj (2) are determined based on the above equations (17) to (20).

次に、このように決定したwji (1)及びwkj (2)を初期値とし、時刻t1よりも一定の時間が進んだ時刻t2において上記と同様の処理を行いwji (1)及びwkj (2)を決定する。以降、t3、t4、t5・・・と時間を順次、進ませながら同様の処理を行い、t(n)の処理を行う際のwji (1)及びwkj (2)の初期値としてはt(n-1)の時に処理により決定されたwji (1)及びwkj (2)を用いる。 Then, thus determined w ji (1) and w kj (2) as an initial value, at time t 2 has advanced a predetermined time than the time t 1 performs the same processing as described above w ji (1 ) And w kj (2) are determined. Thereafter, the same processing is performed while the time is sequentially advanced with t 3 , t 4 , t 5 ..., And initial values of w ji (1) and w kj (2) when performing the processing of t (n). As values, w ji (1) and w kj (2) determined by the processing at t (n−1 ) are used.

このようにして予め定めた所定の回数だけ、繰り返し処理を行うことにより(S5)、最終的にwji (1)及びwkj (2)を決定して(S3)、予測モデルを作成することができる(S4)。なお、このwji (1)及びwkj (2)については、予め所定の方法によりwji (1)及びwkj (2)を初期値として決定した後、同じデータ範囲について繰り返し計算を行うことにより、決定しても良い。 In this way, by repeatedly performing a predetermined number of times (S5), finally determining w ji (1) and w kj (2) (S3) and creating a prediction model (S4). For w ji (1) and w kj (2) , after determining w ji (1) and w kj (2) as initial values by a predetermined method in advance, repeat calculation for the same data range. May be determined.

この作成された予測モデルでは、wji (1)及びwkj (2)が決定されているため、xi (1)のみが未知数となっており、xi (1)を入力すれば、所定時間先の制御特性値を予測することができるようになっている。なお、各処理((17)〜(22)式の処理)の繰り返し処理を行うごとに、使用するデータ(xi (1))の範囲は、異なるものとなる。 This created prediction model, because w ji (1) and w kj (2) is determined, only the x i (1) has become a unknown, by entering the x i (1), a predetermined The control characteristic value ahead of time can be predicted. In addition, the range of the data (x i (1) ) to be used is different each time the processes (the processes of equations (17) to (22)) are repeated.

また、予測モデルの作成に使用する特性値、制御特性値はその種類によってその値が大きく変化するため、正規化したものを予測モデルの作成に使用しても良い。この正規化の方法としては、例えば、以下の方法を挙げることができる。   Further, since the characteristic value and the control characteristic value used for creating the prediction model vary greatly depending on the type, the normalized value may be used for creating the prediction model. Examples of the normalization method include the following methods.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

このようにモデル作成手段により作成した予測モデルは、バック・プロパゲーション法を用いるため、高精度で所定時間先の制御特性値を予測することが可能となる。 Since the prediction model created by the model creation means uses the back propagation method, it is possible to predict the control characteristic value ahead of a predetermined time with high accuracy.

次に、計算手段では、予測モデルを用いて所定時間先の制御特性値を予測する(S6)と共に、少なくとも予測された制御特性値を用いて、評価関数を計算する(S7)。なお、この際、予測モデルの作成に使用した特性値、制御特性値を正規化した場合、評価関数を計算する際には正規化を外す処理を行う。この方法としては、具体的には以下の方法を挙げることができる。   Next, the calculation means predicts a control characteristic value ahead of a predetermined time using a prediction model (S6), and calculates an evaluation function using at least the predicted control characteristic value (S7). At this time, when the characteristic value and the control characteristic value used to create the prediction model are normalized, a process of removing the normalization is performed when calculating the evaluation function. Specific examples of this method include the following methods.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

この評価関数としては2つ以上を用いる必要があるが、制御特性値を予測(近似)可能なものであれば、その具体的な式の形は特に限定されない。また、この評価関数は少なくとも予測モデルにより予測した制御特性値を用いて計算するものであるが、この計算にはこれ以外の特性値や制御特性値の実測値を用いても良い。   Two or more evaluation functions need to be used, but the specific form of the expression is not particularly limited as long as the control characteristic value can be predicted (approximated). The evaluation function is calculated using at least the control characteristic value predicted by the prediction model. However, other characteristic values or actual measured values of the control characteristic value may be used for this calculation.

この評価関数としては、例えば、下記式(2)〜(5)で表される4つの関数であることが好ましい。下記式(2)〜(5)で表される評価関数は、特性値の挙動を高精度で近似することができる。また、装置として石油精製プラントのような制御特性値が複雑な挙動を示すものであっても高精度で近似できる。   For example, the evaluation functions are preferably four functions represented by the following formulas (2) to (5). The evaluation functions represented by the following formulas (2) to (5) can approximate the behavior of the characteristic value with high accuracy. Moreover, even if the control characteristic value as a device exhibits complicated behavior as in an oil refinery plant, it can be approximated with high accuracy.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

なお、上記T0は、制御特性値の目標値を変更するために、制御特性値に影響を及ぼす装置の操作条件を変更したため、制御特性値が変化し始める時間を表す。 Note that T 0 represents the time when the control characteristic value starts to change because the operating condition of the apparatus that affects the control characteristic value is changed in order to change the target value of the control characteristic value.

図1は、この評価関数I1、I2、I4の意義を表す図である。図1において、I1は変化前の制御特性値から制御特性値の目標値までの変化部分(グレーの部分の面積)、I2は制御特性値が目標値に達してからの目標値からの振動部分(グレーの部分の面積)、I4は制御特性値が目標値に達してから制御特性値が振動している時のその最大値と最小値の差を表す。すなわち、I1は応答の速応性についての評価、I2〜I4は応答の安定性についての評価を表している。従って、評価関数I1〜I4を用いた場合、これらの評価関数の2乗和ERNNを最小化するようにPID定数を決定することによって、高精度なPID制御が可能となる。 FIG. 1 is a diagram showing the significance of the evaluation functions I 1 , I 2 , and I 4 . In FIG. 1, I 1 is a change portion (area of a gray portion) from the control characteristic value before the change to the target value of the control characteristic value, and I 2 is a target value after the control characteristic value reaches the target value. The vibration part (the area of the gray part), I 4 , represents the difference between the maximum value and the minimum value when the control characteristic value oscillates after the control characteristic value reaches the target value. That is, I 1 represents an evaluation of response responsiveness, and I 2 to I 4 represent an evaluation of response stability. Therefore, when the evaluation functions I 1 to I 4 are used, highly accurate PID control is possible by determining the PID constant so as to minimize the square sum E RNN of these evaluation functions.

なお、この評価関数は、その計算に使用する制御特性値の値によって大きく変化するため、正規化したものを用いても良い。この正規化の方法としては、例えば、以下の方法を挙げることができる。   Since this evaluation function varies greatly depending on the value of the control characteristic value used for the calculation, a normalized one may be used. Examples of the normalization method include the following methods.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

次に、決定手段では、下記式(1)で表される評価関数の2乗和ERNNが最小値となるように、比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定する。 Next, the determining means determines the proportional gain K p , the integration time T i , and the differentiation time T d so that the square sum E RNN of the evaluation function represented by the following formula (1) becomes the minimum value. .

Figure 2009015514
Figure 2009015514

この比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdの決定は、上記モデル作成手段による予測モデルの作成と同様、最急降下法に基づくバック・プロパゲーション法(Back Propagation Method)によって行う。ただし、モデル作成手段での処理では、入力値として装置内で測定された特性値、及び必要に応じて制御特性値を用いたが、この決定手段による処理では入力値として評価関数による計算値を用いる点が異なる。また、モデル作成手段での処理では、所定回数の繰り返し計算を行うことにより随時、結合荷重wji (1)及びwkj (2)を修正して予測モデルを作成したが、決定手段による処理では結合荷重wji (1)及びwkj (2)の決定を1回、行うか、又は更新時間が経過するごとにwji (1)及びwkj (2)の決定を行う点が異なる。 The proportional gain K p , the integration time T i , and the derivative time T d are determined by the back propagation method based on the steepest descent method, similarly to the creation of the prediction model by the model creation means. However, in the processing by the model creation means, the characteristic value measured in the apparatus as the input value and the control characteristic value as necessary are used. However, in the processing by this determination means, the calculated value by the evaluation function is used as the input value. The point to use is different. In addition, in the processing by the model creation means, a prediction model was created by correcting the connection loads w ji (1) and w kj (2) as needed by performing a predetermined number of iterations. The difference is that the joint loads w ji (1) and w kj (2) are determined once, or w ji (1) and w kj (2) are determined every time the update time elapses.

以下に、決定手段による、ERNNを最小化する比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdの決定方法を詳細に示す。
まず、計算手段により計算された評価関数Iiを用いて、以下のようにsj (1)を定義する。
The method for determining the proportional gain K p , the integration time T i , and the differentiation time T d that minimizes E RNN by the determination means will be described in detail below.
First, s j (1) is defined as follows using the evaluation function I i calculated by the calculation means.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

なお、上式においてn1は、バック・プロパゲーション法における入力層の数に相当する。 In the above equation, n 1 corresponds to the number of input layers in the back propagation method.

次に、以下のようにsk (2)を定義する。 Next, s k (2) is defined as follows.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

なお、上式においてn2+1は、バック・プロパゲーション法における中間層の数に相当する。 In the above equation, n 2 +1 corresponds to the number of intermediate layers in the back propagation method.

そして、このsk (2)に対して線形関数による線形処理をすることにより最終的に3つのPID定数(比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Td:下記式(34)及び(35)ではg1=Kp(=s1 (2))、g2=Ti(=s2 (2))、g3=Td(=s3 (2))、として示す。)を得る。なお、ここで、線形関数による線形処理では、sk (2)をそのままPID定数gk(比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Td)として使用することとなる。 The s k (2) is linearly processed by a linear function to finally obtain three PID constants (proportional gain K p , integration time T i , and differentiation time T d : the following equation (34) and In (35), g 1 = K p (= s 1 (2) ), g 2 = T i (= s 2 (2) ), and g 3 = T d (= s 3 (2) ). Get. Here, in linear processing using a linear function, s k (2) is used as it is as the PID constant g k (proportional gain K p , integration time T i , and differentiation time T d ).

図5はこのバック・プロパゲーション法における上記式(26)〜(29)の処理を模式的に表したものである。まず、計算手段により計算したn1個の評価関数Iiに対して線形関数による線形処理をする。この線形処理では、入力した評価関数をそのまま使用することとなり、Iiが入力層でその層の数はn1個となる。 FIG. 5 schematically shows the processing of the above formulas (26) to (29) in the back propagation method. First, linear processing using a linear function is performed on n 1 evaluation functions I i calculated by the calculation means. In this linear processing, the input evaluation function is used as it is, and I i is an input layer, and the number of layers is n 1 .

次に、入力した評価関数Iiと結合荷重wji (1)を用いて、sj (1)を計算する。この後、このsj (1)を(29)式で表されるシグモイド関数に代入してxj (2)を計算する。このxj (2)が中間層となり、その層の数はn2+1個となる。次に、この計算したxj (2)と結合荷重wkj (2)を用いて、sk (2)(=gk)を計算する。このsk (2)(=gk)が出力層となり、その層の数は3個となる。そして、このsk (2)(=gk)に対して線形関数による線形処理をすることにより最終的に所定のPID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti及び微分時間Tdを得る。なお、ここで、線形関数による線形処理では、sk (2)(=gk)をそのままPID定数として使用することとなる。 Next, s j (1) is calculated using the input evaluation function I i and the coupling weight w ji (1) . Thereafter, x j (2) is calculated by substituting s j (1) into the sigmoid function expressed by the equation (29). This x j (2) is an intermediate layer, and the number of layers is n 2 +1. Next, s k (2) (= g k ) is calculated using the calculated x j (2) and the coupling weight w kj (2) . This s k (2) (= g k ) is an output layer, and the number of layers is three. Then, linear processing using a linear function is performed on this s k (2) (= g k ) to finally obtain a proportional gain K p , an integration time T i and a differentiation time T d which are predetermined PID constants. . Here, in linear processing using a linear function, s k (2) (= g k ) is used as it is as a PID constant.

なお、上記のようにPID定数を決定するためには、まず、モデル作成手段と同様にして、下記式中の、∂ERNN/∂wji (1)及び∂ERNN/∂wkj (2)を求める。 In order to determine the PID constant as described above, first, 同 様 E RNN / ∂w ji (1) and ∂E RNN / ∂w kj (2 )

Figure 2009015514
Figure 2009015514

この時、新しいwji (1)およびwkj (2)は以下のように修正される。 At this time, the new w ji (1) and w kj (2) are modified as follows.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

ここで、∂ERNN/∂wji (1)及び∂ERNN/∂wkj (2)は、微分の連鎖律に基づき、以下のように計算される。 Here, ∂E RNN / ∂w ji (1) and ∂E RNN / ∂w kj (2) are calculated as follows based on the chain rule of differentiation.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

なお、上記式(34)及び(35)中の、∂Im/∂g1については,初期値として予め制御手段に入力した比例ゲインKp[1]及びI[1]から、∂Im/∂g1=(I−I[1])/(Kp−Kp[1])として求めることができる。同様にして、∂Im/∂g2=(I−I[1])/(Ti−Ti[1])、∂Im/∂g3=(I−I[1])/(Td−Td[1])として求めることができる。なお、ここで、Ti[1]及びTd[1]は、それぞれ予め制御手段に入力した積分時間、微分時間を表す。また、k=1,2,又3であり、g1=Kp、g2=Ti、g3=Tdである。 In addition, ∂I m / ∂g 1 in the above formulas (34) and (35) is obtained from the proportional gains K p [1] and I [1] previously input to the control means as initial values, ∂I m / ∂g 1 = (I−I [1]) / (K p −K p [1]). Similarly, ∂I m / ∂g 2 = (I−I [1]) / (T i −T i [1]), ∂I m / ∂g 3 = (I−I [1]) / ( T d −T d [1]). Here, T i [1] and T d [1] represent the integration time and the differentiation time input to the control means in advance, respectively. In addition, k = 1, 2, and 3, g 1 = K p , g 2 = T i , and g 3 = T d .

そして、上記式(30)〜(35)に従って、最終的にwji (1)及びwkj (2)を決定することができる(S8)。また、このようにして決定したwji (1)及びwkj (2)から、最終的に比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを求めることができる(S9)。 Then, w ji (1) and w kj (2) can be finally determined according to the above formulas (30) to (35) (S8). Further, from the w ji (1) and w kj (2) determined in this way, the proportional gain K p , the integration time T i , and the differentiation time T d can be finally obtained (S9).

そして、制御手段では、このように決定した比例ゲインKp、積分時間Ti及び微分時間TdにPID定数を変更し、このPID定数に基づいて特性値を調節することにより、装置の制御特性値に対して目標値となるようにPID制御を行う。このように、目標の制御特性値を得るために実際に調節する条件は、典型的には、予測モデルの作成に使用した特性値となる。 Then, the control means changes the PID constant to the proportional gain K p , the integration time T i and the differentiation time T d determined as described above, and adjusts the characteristic value based on the PID constant, thereby controlling the control characteristics of the apparatus. PID control is performed so that the target value is reached. Thus, the conditions that are actually adjusted to obtain the target control characteristic value are typically the characteristic values used to create the prediction model.

なお、この際、PID定数の決定に使用した評価関数を正規化した場合には、求めたPID定数gkに対して正規化を外す処理を行う。具体的には、この正規化を外す方法としては、例えば、以下の方法を挙げることができる。 At this time, when the evaluation function used to determine the PID constant is normalized, a process of denormalizing the obtained PID constant g k is performed. Specifically, as a method of removing this normalization, for example, the following method can be cited.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

また、本発明のPID制御装置では、各手段はその機能を実現するように形成されていれば良く、例えば、所定の機能を発揮する専用のハードウェア、所定の機能がコンピュータプログラムにより付与されたものや、コンピュータプログラムにより各手段に実現された所定の機能及びこれらの組み合わせ等として実現することができる。   Further, in the PID control device of the present invention, each means only needs to be formed so as to realize its function. For example, dedicated hardware that exhibits a predetermined function, a predetermined function is given by a computer program Or a predetermined function realized by each means by a computer program, a combination thereof, or the like.

本発明のPID制御装置では、各手段は個々の独立した存在である必要はなく、複数の手段が1個の部材として形成されていること、ある手段が他の手段の一部であること、ある手段の一部と他の手段の一部とが重複していること等が可能である。   In the PID control apparatus of the present invention, each means does not need to be an individual independent entity, a plurality of means are formed as one member, and a certain means is a part of another means, It is possible that a part of one means and a part of another means overlap.

また、本発明のモデル作成手段、計算装置、及び決定手段は、コンピュータプログラムを読み取って対応する処理動作を実行できるハードウェアであれば良い。具体的には、CPU(Central Processing Unit)を主体として、これに、ROM、RAM(Random Access Memory)、I/F(Interface)ユニット等の各種デバイスが接続されたハードウェアなどで良い。   In addition, the model creation unit, the calculation device, and the determination unit of the present invention may be hardware that can read a computer program and execute a corresponding processing operation. Specifically, hardware including a CPU (Central Processing Unit) as a main body and various devices such as a ROM, a RAM (Random Access Memory), and an I / F (Interface) unit may be connected thereto.

本発明では、装置が、石油精製プラントであることが好ましい。石油精製プラントは、目標値の生産品質を保つために通常、何千もの制御ループを有している。また、複数の制御ループが干渉し合うため、従来の方法では、特性値の物理的な振る舞いを把握・モデル化するのは困難であると共に、途中でプラントを停止することも困難となっている。そこで、本発明の装置として石油精製プラントにニューラルネットワークを適用して予測モデルを作成し、この予測モデルを用いてPID定数を決定し、更にこのPID定数を用いてPID制御を行うことにより、高精度でプラントの制御特性値の制御を行うことができる。   In the present invention, the apparatus is preferably an oil refinery plant. An oil refinery plant typically has thousands of control loops to maintain a target production quality. In addition, since multiple control loops interfere with each other, it is difficult to grasp and model the physical behavior of the characteristic values with the conventional method, and it is also difficult to stop the plant halfway. . Therefore, by applying a neural network to an oil refinery plant as an apparatus of the present invention, a prediction model is created, a PID constant is determined using this prediction model, and further, PID control is performed using this PID constant, thereby increasing the The control characteristic value of the plant can be controlled with accuracy.

本発明のPID制御装置では、測定手段は、特性値と互いに異なる種類の制御特性値を測定することが好ましい。また、モデル作成手段が、互いに異なる種類の制御特性値を予測する2つ以上の予測モデルを作成することが好ましい。計算手段は、各予測モデルを用いて対応する制御特性値を予測すると共に、少なくとも予測された制御特性値を用いて、各予測モデルに対応する評価関数を計算することが好ましい。決定手段は、各制御特性値の比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定することが好ましい。また、制御手段は、決定手段により決定された比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdに基づいて各制御特性値の制御を行うことが好ましい。すなわち、この場合、各制御特性値ごとに予測モデルの作成、並びに上記式(1)、(11)〜(22)、及び(26)〜(35)で表される処理が行われることとなる。また、各制御特性値ごとに上記式(2)〜(9)、(23)〜(25)及び(36)の処理を行っても良い。 In the PID control device of the present invention, it is preferable that the measuring means measures a control characteristic value of a type different from the characteristic value. Further, it is preferable that the model creating means creates two or more prediction models for predicting different types of control characteristic values. Preferably, the calculation means predicts a corresponding control characteristic value using each prediction model, and calculates an evaluation function corresponding to each prediction model using at least the predicted control characteristic value. The determining means preferably determines the proportional gain K p , the integration time T i , and the derivative time T d of each control characteristic value. The control means preferably controls each control characteristic value based on the proportional gain K p , the integration time T i , and the differential time T d determined by the determination means. That is, in this case, the prediction model is created for each control characteristic value, and the processing represented by the above formulas (1), (11) to (22), and (26) to (35) is performed. . Moreover, you may perform the process of said Formula (2)-(9), (23)-(25), and (36) for every control characteristic value.

近年、使用される装置は大型化・複雑化しており、装置内で制御する制御特性値も2種類以上であることが多い。本発明では、このように大型且つ複雑な装置であっても、上記のように2種類以上の制御特性値のKp、Ti、及びTdを決定可能なように構成することにより、同時に複数の制御特性値の安定且つ高精度なPID制御が可能となる。 In recent years, devices used have become larger and more complicated, and there are often two or more types of control characteristic values controlled in the device. In the present invention, even in such a large and complicated apparatus, it is possible to determine two or more kinds of control characteristic values K p , T i , and T d as described above. A stable and highly accurate PID control of a plurality of control characteristic values becomes possible.

本発明では、目標値となるよう制御を行う制御特性値は、温度、流量及び圧力からなる群から選択された少なくとも一種の物性値であることが好ましい。これらの制御特性値は、装置内の特性や原料、生成物に大きな影響を与える基本量であり、これらの制御特性値を制御することによって、安定した装置や原料・生成物の制御が可能となる。   In the present invention, it is preferable that the control characteristic value for performing the control so as to be the target value is at least one physical property value selected from the group consisting of temperature, flow rate, and pressure. These control characteristic values are basic quantities that greatly affect the characteristics, raw materials, and products in the equipment. By controlling these control characteristic values, stable control of equipment, raw materials, and products is possible. Become.

本発明のPID制御装置は更新時間が経過するたびに、各手段が以下の(A)〜(E)の流れの処理を行うことが好ましい。
(A)測定手段は、新規特性値として新たに特性値及び制御特性値の少なくとも一方を測定する。
(B)記憶手段は、新規特性値を記憶する。
(C)計算手段は、新規特性値を用いて予測モデルにより新たに所定時間先の制御特性値を予測すると共に、予測モデルにより予測された制御特性値から新たに評価関数を計算し直す。
(D)決定手段は、新たに計算し直した評価関数Imの2乗和ERNNを最小化するように、新たに更新PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定する。
(E)制御手段は、PID定数を更新PID定数の値に更新し、更新PID定数の値に基づいて、装置の制御特性値のPID制御を行う。
In the PID control device of the present invention, it is preferable that each means performs processing of the following flows (A) to (E) each time the update time elapses.
(A) The measuring means newly measures at least one of the characteristic value and the control characteristic value as a new characteristic value.
(B) The storage means stores the new characteristic value.
(C) The calculation means predicts a new control characteristic value ahead of a predetermined time by the prediction model using the new characteristic value, and recalculates an evaluation function from the control characteristic value predicted by the prediction model.
(D) determining means, 2 a square sum E RNN to minimize a newly updated PID constants proportional gain K p, integration time T i, and derivative time of the evaluation function I m which re newly computed Determine Td .
(E) The control means updates the PID constant to the value of the updated PID constant, and performs PID control of the control characteristic value of the device based on the value of the updated PID constant.

図6は、このように所定時間ごとにPID定数を更新するPID制御装置の処理の流れを表すフローチャートである。
この装置においては、まず、図3のフローチャートに示されるように、上記式(1)、(11)〜(22)及び(26)〜(35)式の処理を行うことにより、予測モデルを作成すると共にPID定数を決定する(この処理過程は図6に示していない)。次に、予め入力した所定の更新時間が経過すると(S1)、測定手段は新規特性値として、新たに特性値及び制御特性値の少なくとも一方を測定する(S2)。そして、この新規特性値は、記憶手段に記憶される(S3)。
FIG. 6 is a flowchart showing the process flow of the PID control device that updates the PID constants at predetermined time intervals in this way.
In this apparatus, first, as shown in the flowchart of FIG. 3, a prediction model is created by performing the processing of the above formulas (1), (11) to (22) and (26) to (35). And determine the PID constant (this process is not shown in FIG. 6). Next, when a predetermined update time inputted in advance elapses (S1), the measuring unit newly measures at least one of the characteristic value and the control characteristic value as a new characteristic value (S2). The new characteristic value is stored in the storage means (S3).

次に、計算手段は、この新規特性値を用いて、予め作成した予測モデルにより制御特性値(予測値)を計算した(S4)のち、この制御特性値を用いて新たに評価関数を計算し直しなおす(S5)。なお、この際、評価関数としては、前回のPID定数の決定時に使用した評価関数を用いても、用いなくても良いが、安定した制御精度とするため、前回のPID定数の決定時に使用した評価関数を用いた方が好ましい。   Next, the calculation means calculates a control characteristic value (predicted value) using a prediction model created in advance using the new characteristic value (S4), and then calculates a new evaluation function using the control characteristic value. Correct again (S5). In this case, the evaluation function used at the time of determining the previous PID constant may or may not be used as the evaluation function, but it was used at the time of determining the previous PID constant in order to achieve stable control accuracy. It is preferable to use an evaluation function.

次に、決定手段は新たに計算し直した評価関数Imの2乗和ERNNを最小化するように新たに更新PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定する(S6,S7)。なお、この際、更新PID定数は、評価関数として新たに計算し直した評価関数を用い、上記式(34)及び(35)において、∂Im/∂g1=(I[N]−I[N−1])/(Kp[N]−Kp[N−1])、∂Im/∂g2=(I[N]−I[N−1])/(Ti[N]−Ti[N−1])、∂Im/∂g3=(I[N]−I[N−1])/(Td[N]−Td[N−1])として求める。そして、これ以外は、最初のPID定数を決定する処理(上記式(1)、(11)〜(22)及び(26)〜(35)式の処理)と同様の方法により、更新PID定数を決定する。なお、ここで、I[N]、Kp[N]、Ti[N]、Td[N]は、それぞれ今回(N回目)の更新時の評価関数、比例ゲイン、積分時間、微分時間を表す。また、I[N−1]、Kp[N−1]、Ti[N−1]、Td[N−1]は、それぞれ前回(N−1回目)の更新時の評価関数、比例ゲイン、積分時間、微分時間を表す。 Then, determination unit is newly updated PID constants so as to minimize the square sum E RNN of the evaluation function I m which re newly calculated proportional gain K p, integration time T i, and derivative time T d Is determined (S6, S7). At this time, as the updated PID constant, an evaluation function newly recalculated is used as the evaluation function, and in the above formulas (34) and (35), ∂I m / ∂g 1 = (I [N] −I [N−1]) / (K p [N] −K p [N−1]), ∂I m / ∂g 2 = (I [N] −I [N−1]) / (T i [N ] −T i [N−1]), ∂I m / ∂g 3 = (I [N] −I [N−1]) / (T d [N] −T d [N−1]) . Other than this, the updated PID constant is set by the same method as the process for determining the first PID constant (the processes of the above formulas (1), (11) to (22) and (26) to (35)). decide. Here, I [N], Kp [N], Ti [N], and Td [N] are the evaluation function, proportional gain, integration time, and derivative time at the time of updating (Nth time), respectively. Represents. Also, I [N-1], Kp [N-1], Ti [N-1], and Td [N-1] are the evaluation function and proportionality at the time of the previous (N-1) update, respectively. Represents gain, integration time, and derivative time.

そして、最終的に制御手段は、PID定数を更新PID定数の値に更新し(S7)、更新PID定数の値に基づいて装置の制御特性値の制御を行う。
なお、このような更新は予め更新条件として入力した更新回数となるまで、PID定数の更新を繰り返す(S9)。
Finally, the control means updates the PID constant to the updated PID constant value (S7), and controls the control characteristic value of the apparatus based on the updated PID constant value.
Such an update is repeated until the number of updates input in advance as the update condition is reached (S9).

本発明のPID制御装置は、このように所定時間ごとにPID定数を更新できるように構成することによって、長時間、装置を稼働した場合であっても、高精度で制御特性値を制御することが可能となる。また、外乱や装置の雰囲気環境の変化によって、装置特性が急激に変化した場合であっても、高精度で制御特性値を制御することができる。   By configuring the PID control device of the present invention so that the PID constant can be updated every predetermined time as described above, the control characteristic value can be controlled with high accuracy even when the device is operated for a long time. Is possible. In addition, even when the device characteristics change suddenly due to disturbances or changes in the atmospheric environment of the device, the control characteristic values can be controlled with high accuracy.

なお、PID定数の更新時間は、装置特性及び制御特性値の性質に合わせて、適宜、設定すれば良い。例えば、制御特性値が頻繁に変化する装置に関しては更新時間を短くし、制御特性値が安定している装置に関しては更新時間を長くすれば良い。また、予め一定時間、制御特性値を測定して、単位時間当たりの制御特性値の変化量から更新時間を決定しても良い。また、PID定数の更新回数は、装置の稼働期間に合わせて適宜、設定すれば良い。
また、上記の更新時間が経過するたびに、各手段が以下の(A)〜(E)の流れの処理を行い、更新PID定数を決定する処理は、複数の制御特性値のPID定数に対して行っても良い。
The update time of the PID constant may be set as appropriate in accordance with the properties of the device characteristics and control characteristic values. For example, the update time may be shortened for a device whose control characteristic value changes frequently, and the update time may be lengthened for a device whose control characteristic value is stable. Alternatively, the update time may be determined from the amount of change in the control characteristic value per unit time by measuring the control characteristic value in advance for a predetermined time. Further, the number of updates of the PID constant may be set as appropriate according to the operation period of the apparatus.
Further, each time the update time elapses, each means performs the following processes (A) to (E), and the process of determining the update PID constant is performed for the PID constants of a plurality of control characteristic values. You may go.

また、PID制御装置が所定時間ごとにPID定数を更新する場合、計算手段は評価関数の一部として、更に下記式(6)〜(8)で表される関数の計算を行うことが好ましい。   Further, when the PID control device updates the PID constant every predetermined time, it is preferable that the calculation means further calculates functions represented by the following formulas (6) to (8) as a part of the evaluation function.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

上記式(6)〜(8)の評価関数には、それぞれ1回目からN−1回目の更新により決定された各更新PID定数が含まれている。また、各更新PID定数には、更新回数が少ない時の更新PID定数ほど高次のd1(0<d1<1)を乗じたものとなっている。このため、上記式(6)〜(8)の評価関数は、前回の更新までの更新PID定数の履歴の影響を表すものであり、更新回数が多い更新時の更新PID定数ほど現在の更新PID定数への影響力が大きいものとなっている。このため、これらの評価関数を用いて、現在の更新PID定数を更新することにより、現在までの更新PID定数の履歴を反映した、より高精度な更新PID定数の決定が可能となる。 Each of the evaluation functions of the above formulas (6) to (8) includes each update PID constant determined by the first to (N-1) th update. Each update PID constant is multiplied by higher order d 1 (0 <d 1 <1) as the update PID constant when the number of updates is small. For this reason, the evaluation functions of the above formulas (6) to (8) represent the influence of the history of the update PID constants up to the previous update, and the update PID constants at the time of update with a larger number of updates are the current update PIDs. The influence on the constant is large. Therefore, by updating the current update PID constant using these evaluation functions, it is possible to determine the update PID constant with higher accuracy reflecting the history of the update PID constants up to now.

図7は、上記式(2)〜(5)及び(6)〜(8)の評価関数を用いて更新PID定数を決定する際の、決定手段による処理の過程を模式的に表したものである。この処理過程では、入力層として、評価関数I1〜I4に加えて、前回までに更新された更新PID定数の履歴をフィードバックし評価関数I5〜I7を用いている。このように更新するたびに前回までの履歴を評価関数I5〜I7としてフィードバックすることにより、高精度なPID制御が可能となる。なお、図7の処理では、これ以外は図5と同様の方法により処理を行う。 FIG. 7 schematically shows the process of the determination unit when determining the update PID constant using the evaluation functions of the above formulas (2) to (5) and (6) to (8). is there. In this process, in addition to the evaluation functions I 1 to I 4 , the history of updated PID constants updated up to the previous time is fed back and the evaluation functions I 5 to I 7 are used as input layers. As described above, the history up to the previous time is fed back as the evaluation functions I 5 to I 7 every time it is updated, thereby enabling highly accurate PID control. In the process of FIG. 7, the other processes are performed by the same method as in FIG.

本発明の制御手段による、装置の制御特性値のPID制御の伝達関数は、下記式(9)で表されることが好ましい。   The transfer function of PID control of the control characteristic value of the apparatus by the control means of the present invention is preferably represented by the following formula (9).

Figure 2009015514
Figure 2009015514

このような伝達関数を用いることにより、より高精度でPID制御を行うことができる。 By using such a transfer function, PID control can be performed with higher accuracy.

(実施例1)
PID制御を行うための装置として脱硫装置を、本発明のPID制御装置の中に組み込み、PID制御を行った。図8にこの脱硫装置の概略を示す。図8の脱硫装置内を原料及び生成物は下記のように流れる。
(Example 1)
A desulfurization apparatus was incorporated in the PID control apparatus of the present invention as an apparatus for performing PID control, and PID control was performed. FIG. 8 shows an outline of this desulfurization apparatus. The raw materials and products flow in the desulfurization apparatus of FIG. 8 as follows.

入口部11から原料油を供給し、これを昇圧した後、水素と混合する。そして、この混合組成物を加熱炉15に供給して所定の温度まで昇温した後、反応塔16に導入する。この反応塔16内では水素化反応による脱硫を行った後、気液混合物を冷却する。この後、更に分離槽17に導入して、ガスと油を分離する。次に、分離した油をストリッパー18に導き、硫化水素や同伴ガスを分離する。この後、水分を除去した後、最終生成物としてタンク(図示していない)へ導入する。   After the raw material oil is supplied from the inlet 11 and the pressure is increased, it is mixed with hydrogen. Then, this mixed composition is supplied to the heating furnace 15 and heated to a predetermined temperature, and then introduced into the reaction tower 16. In this reaction tower 16, after desulfurization by hydrogenation reaction, the gas-liquid mixture is cooled. Thereafter, it is further introduced into the separation tank 17 to separate the gas and oil. Next, the separated oil is guided to the stripper 18 to separate hydrogen sulfide and accompanying gas. Thereafter, after removing moisture, it is introduced into a tank (not shown) as a final product.

本実施例では、上記脱硫装置において、バルブ12及び19の開度を特性値とし、流量計13における流量及び温度計14における温度を、PID制御を行う制御特性値とした。そして、これらの流量及び温度は、バルブ12及び19の開度を制御することによって、PID制御を行った。なお、流量計13(測定手段)にはオリフィス流量計、温度計14(測定手段)には熱電対型温度計を使用した。   In this embodiment, in the desulfurization apparatus, the opening degree of the valves 12 and 19 is a characteristic value, and the flow rate in the flow meter 13 and the temperature in the thermometer 14 are control characteristic values for performing PID control. These flow rates and temperatures were subjected to PID control by controlling the opening degree of the valves 12 and 19. An orifice flow meter was used as the flow meter 13 (measuring means), and a thermocouple thermometer was used as the thermometer 14 (measuring means).

(a)流量のPID制御
制御手段によるPID制御の伝達関数としては、上記式(9)の伝達関数を用いた。まず、最初に制御手段のPID定数の初期値として、比例ゲインKpを0.4、積分時間Tiを6分、微分時間Tdを0.5分、微分ゲインaを0.1とし、比例ゲインKp、積分時間Ti、微分時間Tdの最適化を行った。
(A) PID control of flow rate The transfer function of the above equation (9) was used as the transfer function of PID control by the control means. First, as an initial value of the PID constant of the control means, the proportional gain K p is 0.4, the integration time T i is 6 minutes, the differential time T d is 0.5 minutes, and the differential gain a is 0.1. The proportional gain K p , integration time T i , and differentiation time T d were optimized.

図8の装置に対して、まず、測定手段により、1分ごとにバルブ12の開度(特性値)、流量計13での流量(制御特性値)を測定した後、これらの測定データの間に対してはスプライン関数による補間を行い0.5秒ごとのデータに修正した。そして、これらのデータを記憶手段に記憶させた。図9のyは、このようにして実際に測定及び補間をした、流量計13での流量(制御特性値)データの一部を表す図である。   For the apparatus shown in FIG. 8, first, the measurement means measures the opening degree (characteristic value) of the valve 12 and the flow rate (control characteristic value) at the flow meter 13 every minute. Was corrected to data every 0.5 seconds by interpolation with a spline function. And these data were memorize | stored in the memory | storage means. 9 is a diagram showing a part of flow rate (control characteristic value) data in the flow meter 13 actually measured and interpolated in this way.

次に、記憶させたデータのうち、所定時間から14分前までの1分おきのバルブ12の開度(特性値)15点、所定時間の10分前から1分前までの1分おきの流量計13での流量(制御特性値)を10点、用いて、モデル作成手段により、0.5秒先の流量計13での流量(制御特性値)を予測する予測モデルを作成した。この場合、モデル作成手段における入力層(上記式(11)のn1+1)は25、中間層(上記式(13)のn2+1)は15とした。 Next, among the stored data, the opening (characteristic value) of the valve 12 every 1 minute from the predetermined time to 14 minutes before, 15 points, every 1 minute from the 10 minutes before the predetermined time to 1 minute before Using 10 points of flow rate (control characteristic value) in the flow meter 13, a prediction model for predicting the flow rate (control characteristic value) in the flow meter 13 0.5 seconds ahead was created by the model creation means. In this case, the input layer (n 1 +1 in the above formula (11)) in the model creating means is 25, and the intermediate layer (n 2 +1 in the above formula (13)) is 15.

そして、図9の(A)の部分に関してwji (1)及びwkj (2)の決定を行う学習(wji (1)及びwkj (2)を決定する処理)を3000回、繰り返すことにより最終的にwji (1)及びwkj (2)を決定し、予測モデルを確定させた。 Then, w ji (1) with respect to the portion of FIG. 9 (A) and w kj (2) learning the determination of (w ji (1) and w kj (2) a process of determining a) the 3000 times, repeating Finally, w ji (1) and w kj (2) were determined, and the prediction model was confirmed.

次に、計算手段では、バルブ12の開度(特性値)と流量計13での流量(制御特性値)をデータとして用い、上記のように確定した予測モデルに代入することにより0.5秒先の流量計13での流量(制御特性値)を予測した。また、これと共に、下記式(2)〜(8)で表される評価関数を計算した。   Next, the calculation means uses the opening degree (characteristic value) of the valve 12 and the flow rate (control characteristic value) at the flow meter 13 as data, and substitutes them into the prediction model determined as described above for 0.5 seconds. The flow rate (control characteristic value) at the previous flow meter 13 was predicted. Moreover, the evaluation function represented by following formula (2)-(8) was calculated with this.

Figure 2009015514
Figure 2009015514

図10は、このようにして作成された予測モデルにより予測した流量計13での流量(制御特性値)と、実際に測定した流量計13での流量(制御特性値)を表したものである。図10の結果より、本発明のモデル作成手段により作成された予測モデルにより予測される曲線は、実測値の曲線とよく一致しており、高精度で流量計13での流量の変化を予測できていることが分かる。   FIG. 10 shows the flow rate (control characteristic value) in the flow meter 13 predicted by the prediction model created in this way, and the flow rate (control characteristic value) in the flow meter 13 actually measured. . From the result of FIG. 10, the curve predicted by the prediction model created by the model creation means of the present invention is in good agreement with the curve of the actual measurement value, and the change in the flow rate at the flow meter 13 can be predicted with high accuracy. I understand that

次に、上記のようにして決定した評価関数を用いて、上記式(1)で表される評価関数の2乗和ERNNを最小化するように、決定手段により、PID定数(比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Td)を決定した。この際、具体的には、上記式(1)〜(36)の処理を行った。また、この場合、入力層(上記式(26)のn1)は7、中間層(上記式(27)のn2+1)は5とした。そして、制御手段により、このように決定されたPID定数を用いて、バルブ12の開度を制御することによって、流量計13での流量のPID制御を行った。 Next, using the evaluation function determined as described above, the determination means uses a PID constant (proportional gain K) so as to minimize the square sum E RNN of the evaluation function represented by the above formula (1). p , integration time T i , and derivative time T d ) were determined. At this time, specifically, the processes of the above formulas (1) to (36) were performed. In this case, the input layer (n 1 in the above formula (26)) is 7 and the intermediate layer (n 2 +1 in the above formula (27)) is 5. And the PID control of the flow volume by the flowmeter 13 was performed by controlling the opening degree of the valve | bulb 12 using the PID constant determined in this way by the control means.

また、1分ごとに、以下の処理を行った。
(1)測定手段により、新規特性値として新たにバルブ12の開度と流量計13での流量を測定した。
(2)記憶手段により、上記新規特性値を記憶させた。
(3)計算手段では、上記のようにして決定した予測モデルに、上記新規特性値を代入することにより新たに0.5秒先の流量計13での流量を予測すると共に、予測モデルにより予測された流量から新たに評価関数を計算し直した。
(4)決定手段は、新たに計算し直した評価関数Imの2乗和ERNNを最小化するように新たに更新PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定した。
(5)制御手段は、PID定数を更新PID定数の値に更新し、更新PID定数の値に基づいて、バルブ12の開度を制御することによって、流量計13での流量のPID制御を行った。
そして、上記(1)〜(5)の処理を合計で30回、行った。
In addition, the following processing was performed every minute.
(1) The opening of the valve 12 and the flow rate at the flow meter 13 were newly measured as new characteristic values by the measuring means.
(2) The new characteristic value is stored by the storage means.
(3) The calculation means predicts the flow rate at the flow meter 13 0.5 seconds ahead by substituting the new characteristic value into the prediction model determined as described above, and also predicts it according to the prediction model. The evaluation function was recalculated from the calculated flow rate.
(4) determination means is a newly updated PID constants so as to minimize the square sum E RNN of the evaluation function I m which re newly calculated proportional gain K p, integration time T i, and derivative time T d was determined.
(5) The control means performs PID control of the flow rate at the flow meter 13 by updating the PID constant to the updated PID constant value and controlling the opening of the valve 12 based on the updated PID constant value. It was.
And the process of said (1)-(5) was performed 30 times in total.

図11及び12は、評価関数I1〜I4及びPID定数(比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Td)へのPID定数の更新回数の影響を表したものである。図11の結果では、評価関数によって一定値に収束する更新回数は異なっているが、更新回数が15回程度で各評価関数はほぼ一定値に収束していることが分かる。また、図12の結果からは、評価関数が一定値に収束する更新回数15回当たりで、各PID定数も一定値に収束していることが分かる。これらの結果から、本発明のPID制御装置は高精度で、PID定数のオートチューニングを行えることが分かる。 FIGS. 11 and 12 show the influence of the number of updates of the PID constant on the evaluation functions I 1 to I 4 and the PID constant (proportional gain K p , integration time T i , and derivative time T d ). In the result of FIG. 11, the number of updates that converges to a constant value varies depending on the evaluation function, but it can be seen that each evaluation function converges to a substantially constant value when the number of updates is about 15. Further, from the results of FIG. 12, it can be seen that each PID constant converges to a constant value after every 15 updates in which the evaluation function converges to a constant value. From these results, it can be seen that the PID control device of the present invention can perform automatic tuning of PID constants with high accuracy.

(b)温度の制御
バルブ19の開度を特性値、温度計14における温度を制御特性値とした以外は、上記(a)流量の制御と同様にして、温度計14における温度のPID制御を行った。この結果、流量と同様、更新回数が15回程度で各評価関数及び各PID定数も一定値に収束した。これらの結果から、本発明のPID制御装置は高精度で、PID定数のオートチューニングを行えることが分かる。
(B) Temperature control PID control of the temperature in the thermometer 14 is performed in the same manner as in the control of the flow rate (a) except that the opening of the valve 19 is a characteristic value and the temperature in the thermometer 14 is a control characteristic value. went. As a result, like the flow rate, the number of updates was about 15, and each evaluation function and each PID constant converged to a constant value. From these results, it can be seen that the PID control device of the present invention can perform automatic tuning of PID constants with high accuracy.

評価関数I1、I2及びI4の意義を表す図である。Is a diagram illustrating the meaning of the evaluation function I 1, I 2 and I 4. 本発明のPID制御装置の装置構成の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the apparatus structure of the PID control apparatus of this invention. 本発明のPID制御装置による処理過程の一例を表すフローチャートである。It is a flowchart showing an example of the process in the PID control apparatus of this invention. 本発明のPID制御装置のモデル作成手段による処理の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the process by the model preparation means of the PID control apparatus of this invention. 本発明のPID制御装置の決定手段による処理の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the process by the determination means of the PID control apparatus of this invention. 本発明のPID制御装置による処理過程の一例を表すフローチャートである。It is a flowchart showing an example of the process in the PID control apparatus of this invention. 本発明のPID制御装置の決定手段による処理の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the process by the determination means of the PID control apparatus of this invention. 実施例1でPID制御を行った装置を表す図である。3 is a diagram illustrating an apparatus that performs PID control in Embodiment 1. FIG. 実施例1の装置の流量の測定結果を表す図である。It is a figure showing the measurement result of the flow rate of the apparatus of Example 1. 実施例1の装置の流量の測定結果と、予測モデルによる予測結果を表す図である。It is a figure showing the measurement result of the flow rate of the apparatus of Example 1, and the prediction result by a prediction model. 実施例1の処理結果を表す図である。It is a figure showing the process result of Example 1. FIG. 実施例1の処理結果を表す図である。It is a figure showing the process result of Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 装置
2 測定手段
3 記憶手段
4 モデル作成手段
5 計算手段
6 決定手段
7 制御手段
11 入口部
12 バルブ
13 流量計
14 温度計
15 加熱炉
16 反応炉
17 分離槽
18 ストリッパー
19 バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Apparatus 2 Measuring means 3 Storage means 4 Model preparation means 5 Calculation means 6 Determination means 7 Control means 11 Inlet part 12 Valve 13 Flowmeter 14 Thermometer 15 Heating furnace 16 Reactor 17 Separation tank 18 Stripper 19 Valve

Claims (8)

装置と、
前記装置から特性値、及びPID制御を行う制御特性値を測定する測定手段と、
測定した前記特性値及び制御特性値を記憶する記憶手段と、
測定した前記特性値及び制御特性値を用いて、所定時間先の制御特性値を予測する予測モデルを作成するモデル作成手段と、
前記予測モデルを用いて所定時間先の制御特性値を予測すると共に、少なくとも予測された制御特性値を用いて、2以上の評価関数Imを計算する計算手段と、
下記式(1)で表される評価関数の2乗和ERNNを最小化するように、PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定する決定手段と、
Figure 2009015514
前記決定手段により決定された前記比例ゲインKp、積分時間Ti及び微分時間Tdに基づいて、前記装置の、制御特性値のPID制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とするPID制御装置。
Equipment,
Measuring means for measuring characteristic values and control characteristic values for performing PID control from the apparatus;
Storage means for storing the measured characteristic values and control characteristic values;
Model creation means for creating a prediction model for predicting a control characteristic value ahead of a predetermined time using the measured characteristic value and control characteristic value;
With predicting control characteristic value of the predetermined time later by using the prediction model, and calculating means for using at least predicted control characteristic value, calculating two or more evaluation function I m,
Determining means for determining a proportional gain K p , an integration time T i , and a derivative time T d that are PID constants so as to minimize the square sum E RNN of the evaluation function represented by the following formula (1):
Figure 2009015514
Control means for performing PID control of the control characteristic value of the device based on the proportional gain K p , the integration time T i and the differentiation time T d determined by the determination means;
A PID control device comprising:
前記装置が、石油精製プラントであることを特徴とする請求項1に記載のPID制御装置。   The PID control device according to claim 1, wherein the device is an oil refinery plant. 前記モデル作成手段は、互いに異なる種類の制御特性値を予測する2つ以上の前記予測モデルを作成し、
前記計算手段は、各予測モデルを用いて対応する制御特性値を予測すると共に、少なくとも予測された前記制御特性値を用いて前記評価関数を計算し、
前記決定手段は、各制御特性値の前記比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定し、
前記制御手段は、前記決定手段により決定された比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdに基づいて、各制御特性値のPID制御を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のPID制御装置。
The model creation means creates two or more prediction models that predict different types of control characteristic values,
The calculation means predicts a corresponding control characteristic value using each prediction model, calculates the evaluation function using at least the predicted control characteristic value,
The determining means determines the proportional gain K p , integration time T i , and derivative time T d of each control characteristic value,
The control means performs PID control of each control characteristic value based on the proportional gain K p , the integration time T i , and the differential time T d determined by the determination means. The PID control device described in 1.
前記制御特性値は、温度、流量及び圧力からなる群から選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のPID制御装置。   The PID control device according to claim 1, wherein the control characteristic value is at least one selected from the group consisting of temperature, flow rate, and pressure. 前記計算手段は、前記評価関数として、下記式(2)〜(5)で表される4つの関数を計算することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のPID制御装置。
Figure 2009015514
5. The PID control apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit calculates four functions represented by the following formulas (2) to (5) as the evaluation function. 6. .
Figure 2009015514
前記PID制御装置において、所定時間が経過するたびに、
前記測定手段は、新規特性値として新たに特性値及び制御特性値の少なくとも一方を測定し、
前記記憶手段は、前記新規特性値を記憶し、
前記計算手段は、前記新規特性値を用いて前記予測モデルにより新たに所定時間先の制御特性値を予測すると共に、少なくとも前記予測モデルにより予測された制御特性値を用いて新たに前記評価関数を計算し、
前記決定手段は、新たに計算した評価関数Imの前記2乗和ERNNを最小化するように、新たに更新PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定し、
前記制御手段は、PID定数を前記更新PID定数の値に更新し、前記更新PID定数に基づいて、前記装置の制御特性値のPID制御を行う、
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のPID制御装置。
In the PID control device, every time a predetermined time elapses,
The measuring means newly measures at least one of a characteristic value and a control characteristic value as a new characteristic value,
The storage means stores the new characteristic value,
The calculation means predicts a new control characteristic value ahead of a predetermined time by the prediction model using the new characteristic value, and newly calculates the evaluation function using at least the control characteristic value predicted by the prediction model. Calculate
It said determining means, so as to minimize the square sum E RNN of the evaluation function I m which is newly calculated, but a newly updated PID constants proportional gain K p, integration time T i, and the derivative time T d Decide
The control means updates a PID constant to a value of the updated PID constant, and performs PID control of a control characteristic value of the device based on the updated PID constant.
The PID control apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein
前記計算手段は、前記評価関数の一部として、更に下記式(6)〜(8)で表される関数の計算を行うことを特徴とする請求項6に記載のPID制御装置。
Figure 2009015514
The PID control apparatus according to claim 6, wherein the calculation unit further calculates a function represented by the following formulas (6) to (8) as a part of the evaluation function.
Figure 2009015514
前記制御手段による前記PID制御の伝達関数が、下記式(9)で表されることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載のPID制御装置。
Figure 2009015514
The PID control apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein a transfer function of the PID control by the control means is expressed by the following formula (9).
Figure 2009015514
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