JP2011181069A - プロセスモデルの高速同定および生成 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高速プロセスモデル同定技術は、比較的短期間でプロセス出力の初期応答からプロセス入力の変化までの積分ゲイン及びプロセス無駄時間の推定値を構築することで、プロセス入力とプロセス出力との間の動的関係を同定する。積分ゲインおよび無駄時間値が、多くの異なる種類のプロセスのいずれかに対して完全なプロセスモデルを生成するために使用される。これらプロセスモデルは、プロセスシミュレーションを実行するために非常に高速で使用することができるか又は制御目的で使用することができ、プロセスモデルを使用するかそれに依存するプロセス制御システムを従来よりもはるかに高速でオンライン化することができる。さらに、高速モデリング技術を使用したプロセスループを制御する制御装置が、低速プロセスの制御を実行する上で非常に有用である。
【選択図】図1
Description
と数学的に表現することができ、式中、
ΔMVは、操作された変数の変化であり、
ΔPV1は、期間ΔT1にわたるプロセス変数の変化であり、それは、操作された変数の有意な変化によって始められるプロセス変数の変化の直前に生じ、
ΔPV2は、期間ΔT2にわたるプロセス変数の最大変化であり、それは、操作された変数の有意な変化によって始められるプロセス変数の変化後に生じる。
概して、この計算は、これらの変数の範囲内の変化率として表現される、プロセス変数PVおよび操作された変数MVの変化を使用して行われる。
K0=ΔPV/ΔMV
として計算されてもよく、式中、
ΔMVは、操作された変数の変化であり、
ΔPVは、時間t0における初期値とプロセス変数の最終静止値との間のプロセス変数の総変化である。
この場合もやはり、この計算は、典型的には、これらの変数の範囲の割合として表現される、プロセス変数の変化ΔPVおよび操作された変数の変化ΔMVを使用して行われる。いずれの場合においても、図3に図示するように、支配的な負のフィードバックプロセス時定数τp −は、概して、プロセス変数PVの値の総変化の0.63倍として計算される(すなわち、0.63*ΔPV)。
Kp=Δ%PV/Δ%CO
として計算され、式中、
Δ%PVは、有意な期間にわたるプロセス変数の変化(パーセント)であり、
Δ%COは、パーセントで表された制御装置出力(すなわち、操作された変数)の変化である。
さらに、正のフィードバック時定数τp +は、典型的には、プロセス変数PVがΔ%PVの1.72倍に達するのにかかる時間として設定される。当然のことながら、ランナウェイプロセスでは、プロセスの不安定な性質のため、特徴テストのほとんどは、閉ループ制御状態で実行される。
Ki=(ΔPV2/ΔT2−ΔPV1/ΔT1)/ΔMV
として数学的に表現されてもよく、式中、
ΔT1およびΔT2は、ランプ速度を決定するための時間間隔であり、
ΔPV1およびΔPV2は、時間間隔ΔT1およびΔT2のそれぞれの間の測定されたプロセス変数(プロセス変数範囲の割合で)の最大変化であり、
ΔMVは、操作された変数範囲の割合での操作された変数の変化である。
ここで、ΔT1は、無駄時間の期間θpの終了前の任意の時間間隔であってもよく、ΔT2は、無駄時間の期間θpの終了後の任意の時間間隔であってもよいが、好ましくは、無駄時間の期間θpの終了直後または終了後間もなくである。さらに、ΔT1およびΔT2は、1つの無駄時間から6つの無駄時間等、プロセス応答時間と比較して、比較的短期間であってもよい。
Kp=PVo/MVo
として計算または近似することができ、式中、PVoおよびMVoは、操作された変数の変化の直前の、または該変化におけるプロセス変数および操作された変数の初期値である。当然のことながら、所望の場合、プロセスゲインを推定する他の方法が代わりに使用されてもよい。
τp −=Kp/Ki
τp +=Kp/Ki
として計算することができる。
式中、
Ki=積分ゲイン、
ΔPVmax=プロセス変数の観察された最大変化、
ΔCOmax=制御装置出力(例えば、操作された変数)の変化、
Δt=ΔPVmaxが測定される時間の変化
である。
である。
Claims (49)
- プロセスに対するプロセスモデルを生成する方法であって、
前記プロセス内のプロセス変数および操作された変数に関するプロセスデータを収集することと、
特定の期間内に生成される前記収集されたプロセスデータから、前記操作された変数の変化後の前記プロセス変数に関連付けられたランプ速度を決定することであって、前記特定の期間は、前記プロセスに関連付けられたプロセス応答時間よりも短く、前記プロセスに関連付けられた無駄時間の期間の少なくとも部分的に終了後である、ランプ速度を決定することと、
前記決定されたランプ速度を使用して、前記プロセスに対するプロセスモデルを生成することと、
を含む、方法。 - 前記収集されたプロセスデータから、前記プロセスに関連付けられたプロセス無駄時間を推定することをさらに含み、前記決定されたランプ速度を使用して前記プロセスモデルを生成することは、前記プロセスモデルを生成するために、前記決定されたプロセス無駄時間および前記決定されたランプ速度を使用することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記プロセス変数に関連付けられたランプ速度を決定することは、前記特定の期間にわたる前記プロセス変数の変化を決定することを含み、前記特定の期間の長さは、前記プロセスに対して推定されたプロセス無駄時間に関連する、請求項1に記載の方法。
- 前記特定の期間の前記長さは、前記推定されたプロセス無駄時間に等しい、請求項3に記載の方法。
- 前記特定の期間の前記長さは、前記推定されたプロセス無駄時間の倍数である、請求項3に記載の方法。
- 前記特定の期間は、前記無駄時間の期間の終了時に開始し、前記無駄時間の期間の終了後に、前記プロセス無駄時間の10倍以下の長さの時間、延長する、タイムフレーム内で生じる、請求項3に記載の方法。
- 前記決定されたランプ速度を使用して、前記プロセス用の前記プロセスモデルを生成することは、前記決定されたランプ速度から、前記プロセスに対する積分ゲインを決定することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記プロセスに対する積分ゲインを決定することは、前記操作された変数の前記変化に対する前記決定されたランプ速度の比を決定することを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記プロセスに対するプロセスモデルパラメータを決定するために、前記プロセスに対する前記積分ゲインを使用することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 前記プロセス応答時間の終了前に、前記プロセスの動作をシミュレートするために、前記プロセスモデルパラメータを使用することをさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 前記プロセス応答時間の終了前に、前記プロセスを制御するための制御パラメータを決定するために、前記プロセスモデルパラメータを使用することと、前記プロセスを制御するために前記制御パラメータを使用することとをさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 前記操作された変数の変化後の前記プロセス変数に関連付けられた前記ランプ速度を決定することは、前記特定の期間にわたる前記プロセス変数の変化を決定すること含む、請求項1に記載の方法。
- 前記収集されたプロセスデータから、前記プロセス無駄時間を推定することをさらに含み、前記特定の期間は、前記推定されたプロセス無駄時間に等しいか、またはその倍数である、請求項12に記載の方法。
- 前記操作された変数の変化後の前記プロセス変数に関連付けられた前記ランプ速度を決定することは、等しい長さの異なる期間にわたるプロセス変数ランプ速度の複数の値を決定することと、前記プロセス変数ランプ速度の前記複数の値の統計的基準として、前記ランプ速度を決定することと、を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記プロセス変数ランプ速度の前記複数の値の前記統計的基準は、前記プロセス変数ランプ速度の前記複数の値の最大値である、請求項14に記載の方法。
- 前記プロセス変数ランプ速度の前記複数の値の前記統計的基準は、前記プロセス変数ランプ速度の前記複数の値の平均値である、請求項14に記載の方法。
- プロセスの動作をシミュレートする方法であって、
前記プロセス内のプロセス変数および操作された変数に関するプロセスデータを収集することと、
前記収集されたプロセスデータから、前記操作された変数の変化後の前記プロセス変数に関連付けられたランプ速度を決定することと、
前記決定されたランプ速度を使用して、前記プロセスに対するプロセスモデルを生成することと、
前記プロセスが、前記操作された変数の前記変化に応答して定常状態に達するように制御される前に、前記プロセスモデルを使用して、前記プロセスの前記動作をシミュレートすることと、
を含む、方法。 - 前記プロセスが、前記操作された変数の前記変化に応答して定常状態に達するように制御される前に、前記プロセスを制御するプロセス制御装置に対する新しい1組の制御パラメータを決定するために、前記シミュレーションを使用することをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 前記プロセスが、前記操作された変数の前記変化に応答して定常状態に達するように制御される前に、前記プロセスを制御する前記プロセス制御装置に、前記新しい1組の制御パラメータを提供することと、前記操作された変数の前記変化に応答して定常状態に達するように、前記プロセスを制御するために、前記プロセス制御装置において前記新しい組の制御パラメータを使用することをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記収集されたプロセスデータから、前記プロセスに関連付けられた前記プロセス無駄時間を推定することをさらに含み、前記決定されたランプ速度を使用して、前記プロセスモデルを生成することは、前記プロセスモデルを生成するために、前記決定されたプロセス無駄時間および前記決定されたランプ速度を使用することを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記プロセス変数に関連付けられたランプ速度を決定することは、特定の期間にわたる前記プロセス変数の変化を決定することを含み、前記特定の期間の長さは、前記プロセス無駄時間に関連する、請求項17に記載の方法。
- 前記特定の期間の前記長さは、前記プロセス無駄時間に等しい、請求項21に記載の方法。
- 前記決定されたランプ速度を使用して、前記プロセスに対する前記プロセスモデルを生成することは、前記決定されたランプ速度から、前記プロセスに対する積分ゲインを決定することを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記プロセスに対する積分ゲインを決定することは、前記操作された変数の前記変化に対する前記決定されたランプ速度の比を決定することを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記操作された変数の変化後の前記プロセス変数に関連付けられた前記ランプ速度を決定することは、等しい長さの異なる期間にわたるプロセス変数ランプ速度の複数の値を決定することと、前記プロセス変数ランプ速度の前記複数の値の統計的基準として、前記ランプ速度を決定することとを含む、請求項17に記載の方法。
- 1組の制御パラメータを使用して、プロセス制御装置によって制御されているプロセスを制御する方法であって、
前記プロセス内のプロセス変数および操作された変数に関するプロセスデータを収集することと、
前記プロセスが、前記操作された変数の変化に応答して定常状態に達するように制御される前に、前記収集されたプロセスデータから、前記操作された変数の前記変化後の前記プロセス変数に関連付けられたランプ速度を決定することと、
前記決定されたランプ速度を使用して、前記プロセスに対するプロセスモデルを生成することと、
前記プロセスが、前記操作された変数の前記変化に応答して定常状態に達するように制御される前に、前記プロセス制御装置に対する新しい1組の制御パラメータを決定するために、前記プロセスモデルを使用することと、
前記プロセスが、前記操作された変数の前記変化に応答して定常状態に達するように制御される前に、前記プロセス制御装置に、前記新しい1組の制御パラメータを提供することと、
を含む、方法。 - 前記操作された変数の前記変化に応答して定常状態に達するように、前記プロセスを制御するために、前記プロセス制御装置における前記新しい1組の制御パラメータを使用することをさらに含む、請求項26に記載の方法。
- 前記収集されたプロセスデータから、前記プロセスに関連付けられた前記プロセス無駄時間を推定することをさらに含み、前記決定されたランプ速度を使用して、前記プロセスモデルを生成することは、前記プロセスモデルを生成するために、前記決定されたプロセス無駄時間および前記決定されたランプ速度を使用することを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記プロセス変数に関連付けられたランプ速度を決定することは、特定の期間にわたる前記プロセス変数の変化を決定することを含み、前記特定の期間の長さは、前記プロセス無駄時間に関連する、請求項26に記載の方法。
- 前記特定の期間の前記長さは、前記プロセス無駄時間に等しいか、または前記プロセス無駄時間の倍数である、請求項29に記載の方法。
- 前記決定されたランプ速度を使用して、前記プロセスに対する前記プロセスモデルを生成することは、前記決定されたランプ速度から、前記プロセスに対する積分ゲインを決定することを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記操作された変数の変化後の前記プロセス変数に関連付けられた前記ランプ速度を決定することは、等しい長さの異なる期間にわたるプロセス変数ランプ速度の複数の値を決定することと、前記プロセス変数ランプ速度の前記複数の値の統計的基準として、前記ランプ速度を決定することとを含む、請求項26に記載の方法。
- プロセスモデル生成システムであって、
プロセッサと、
オンラインプロセス内のプロセス変数および操作された変数に関するプロセスデータを収集するように前記プロセッサ上で作動する、コンピュータ可読媒体上に格納される、第1のルーチンと、
前記プロセスに関連付けられた前記プロセス応答時間よりも短い期間にわたる前記操作された変数の変化後の前記プロセス変数に関連付けられたランプ速度を決定するように前記プロセッサ上で作動する、前記コンピュータ可読媒体上に格納される、第2のルーチンと、
前記決定されたランプ速度を使用して、前記プロセスに対するプロセスモデルを生成する、前記コンピュータ可読媒体上に格納される、第3のルーチンと、
を備える、プロセスモデル生成システム。 - 前記収集されたプロセスデータから、前記プロセスに関連付けられた前記プロセス無駄時間を推定するように前記プロセッサ上で作動する、前記コンピュータ可読メモリ上に格納される、第4のルーチンをさらに含み、前記第2のルーチンは、前記ランプ速度を決定するために、前記推定されたプロセス無駄時間を使用する、請求項33に記載のプロセスモデル生成システム。
- 前記期間は、前記推定されたプロセス無駄時間に等しい、請求項34に記載のプロセスモデル生成システム。
- 前記期間は、前記推定されたプロセス無駄時間の倍数に等しい、請求項34に記載のプロセスモデル生成システム。
- 前記第3のルーチンは、前記決定されたランプ速度から、前記プロセスに対する積分ゲインを決定することによって、前記決定されたランプ速度を使用して、前記プロセスに対する前記プロセスモデルを生成する、請求項34に記載のプロセスモデル生成システム。
- 前記第2のルーチンは、等しい長さの異なる期間にわたるプロセス変数ランプ速度の複数の値を決定することによって、前記操作された変数の変化後の前記プロセス変数に関連付けられた前記ランプ速度を決定し、かつ前記プロセス変数ランプ速度の前記複数の値の統計的基準として、前記ランプ速度を決定する、請求項34に記載のプロセスモデル生成システム。
- プロセスとともに使用するためのプロセスモデリングシステムであって、
前記プロセス内のプロセス変数および操作された変数に関するプロセスデータを収集する、データ収集ユニットと、
前記収集されたプロセスデータから、前記プロセスに関連付けられた無駄時間を決定する、無駄時間ユニットと、
前記決定された無駄時間に関連する特定の期間内に生成される、前記収集されたプロセスデータから、前記操作された変数の変化後の前記プロセス変数に関連付けられたランプ速度を決定する、ランプユニットであって、前記特定の期間は、前記プロセスに関連付けられた前記プロセス応答時間よりも短い、ランプユニットと、
前記決定されたランプ速度を使用して、前記プロセスに対するプロセスモデルを生成する、モデリングユニットと、
を備える、プロセスモデリングシステム。 - 前記特定の期間は、前記決定された無駄時間に等しい、請求項39に記載のプロセスモデリングシステム。
- 前記特定の期間は、前記決定された無駄時間の倍数である、請求項39に記載のプロセスモデリングシステム。
- 前記ランプユニットは、前記特定の時間だけ前記収集されたプロセス変数を遅延させる、遅延ブロックと、前記現在のプロセス変数値と前記遅延ユニットによって遅延させられる前記プロセス変数値との間の差を示す差信号を決定する、加算器と、前記プロセス変数ランプ速度を生成するために、前記特定の時間によって前記差信号を除算する、除算器ユニットとを含む、請求項39に記載のプロセスモデリングシステム。
- 前記ランプユニットは、前記操作された変数の変化後の一連のプロセス変数ランプ速度をさらに決定し、前記プロセス変数ランプ速度を生成するために、前記一連のプロセス変数ランプ速度の統計的基準を決定する、統計ブロックをさらに含む、請求項42に記載のプロセスモデリングシステム。
- 前記統計ブロックは、前記プロセス変数ランプ速度として、前記一連のプロセス変数ランプ速度の最大値を決定する、請求項43に記載のプロセスモデリングシステム。
- 前記モデリングユニットは、前記決定されたプロセス変数ランプ速度から、前記プロセスに対する積分ゲインを決定することによって、前記前記プロセスに対するプロセスモデルを決定する、請求項43に記載のプロセスモデリングシステム。
- 前記モデリングユニットは、前記操作された変数の前記変化に対する前記決定されたプロセス変数ランプ速度の比を決定することによって、前記プロセスに対する前記積分ゲインを決定する、請求項45に記載のプロセスモデリングシステム。
- 前記プロセスの制御に使用するために、前記プロセスモデルから1つ以上の制御パラメータを決定する、チューニングユニットをさらに含む、請求項42に記載のプロセスモデリングシステム。
- 前記プロセスを制御する制御装置をさらに含み、前記チューニングユニットは、前記制御装置が、前記操作された変数の前記変化に応答して定常状態に達するように、前記プロセスを制御する前に、前記制御装置に前記制御パラメータを提供する、請求項47に記載のプロセスモデリングシステム。
- 前記プロセス応答時間の終了前に、前記プロセスの前記動作をシミュレートするために、前記プロセスモデルパラメータを使用する、シミュレーションユニットをさらに含む、請求項42に記載のプロセスモデリングシステム。
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