JP2020030538A

JP2020030538A - Plant control device

Info

Publication number: JP2020030538A
Application number: JP2018154880A
Authority: JP
Inventors: 健冨田; Takeshi Tomita; 佐野　健; Takeshi Sano; 健佐野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2020-02-27

Abstract

To suppress deterioration in responsiveness of a control output while improving the satisfaction of constraints on the control output.SOLUTION: The plant control device includes a target value calculation unit 2 for calculating a target value of a control output of a plant 6 based on a predetermined parameter of the plant, a reference governor 3 for correcting the target value to derive a final target value, and a feedback controller 5 for determining such a control input of the plant that the control output approaches the final target value. The reference governor calculates a correction amount of the target value and its correction start time so that the response of the control output and the satisfaction of constraints on the control output can be optimized.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明はプラント制御装置に関する。 The present invention relates to a plant control device.

制御対象であるプラントでは、制御出力が目標値に近付くようにフィードバック制御が行われる。しかしながら、実際の制御では、ハード又は制御上の制約に起因して、プラントの状態量に制約がある。斯かる制約を無視して制御系の設計が行われると、過渡応答の悪化や制御の不安定化が生じるおそれがある。 In the plant to be controlled, feedback control is performed so that the control output approaches the target value. However, in actual control, there are restrictions on the state quantity of the plant due to hardware or control restrictions. If the control system is designed ignoring such restrictions, the transient response may be deteriorated and the control may be unstable.

従来、制約充足性を改善するための手法としてリファレンスガバナが知られている。リファレンスガバナは、制約充足性を考慮し、プラントの所定のパラメータに基づいて算出される目標値を修正して制御出力の目標値を導出する。具体的には、リファレンスガバナは所定の目的関数の値が小さくなるように最適値探索を行うことによって目標値を導出する。 Conventionally, a reference governor is known as a technique for improving constraint satisfaction. The reference governor derives a control output target value by correcting a target value calculated based on a predetermined parameter of the plant in consideration of constraint sufficiency. Specifically, the reference governor derives a target value by performing an optimum value search so that the value of a predetermined objective function becomes small.

特開２０１６−０５１１９６号公報JP-A-2006-051196

特許文献１に記載のプラント制御装置では、目的関数が、目標値の修正量を表す項と、制約条件の充足度を表す項（ペナルティ関数）とを含む。しかしながら、斯かる目的関数には応答性を表す項が含まれていないため、目的関数の値を小さくしようとすると、制約条件の充足性が優先される傾向にある。この結果、目標値が修正されるタイミングが早くなりすぎ、制御出力の応答性が悪化するおそれがある。 In the plant control device described in Patent Literature 1, the objective function includes a term indicating a correction amount of a target value and a term (penalty function) indicating a degree of satisfaction of a constraint condition. However, since such an objective function does not include a term indicating responsiveness, if the value of the objective function is to be reduced, the satisfaction of the constraint condition tends to be given priority. As a result, the timing at which the target value is corrected is too early, and the response of the control output may be deteriorated.

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、制御出力に対する制約の充足性を高めつつ、制御出力の応答性の悪化を抑制することにある。 In view of the above-mentioned problem, an object of the present invention is to suppress the deterioration of the responsiveness of the control output while improving the satisfaction of the constraint on the control output.

上記課題を解決するために、本発明では、プラントの所定のパラメータに基づいて該プラントの制御出力の目標値を算出する目標値算出部と、前記目標値を修正して最終目標値を導出するリファレンスガバナと、前記制御出力が前記最終目標値に近付くように該プラントの制御入力を決定するフィードバックコントローラとを備える、プラント制御装置において、前記リファレンスガバナは、前記制御出力の応答性と該制御出力に対する制約の充足性とが最適化されるように前記目標値の修正量及び修正開始時期を算出することを特徴とする、プラント制御装置が提供される。 In order to solve the above problems, in the present invention, a target value calculation unit that calculates a target value of a control output of a plant based on a predetermined parameter of the plant, and derives a final target value by correcting the target value A plant control device comprising: a reference governor; and a feedback controller that determines a control input of the plant so that the control output approaches the final target value. A correction amount and a correction start time of the target value are calculated so as to optimize the satisfiability of the constraint on the plant control apparatus.

本発明によれば、制御出力に対する制約の充足性を高めつつ、制御出力の応答性の悪化を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sufficiency of the control output can be suppressed and the deterioration of the responsiveness of a control output can be suppressed.

図１は、本実施形態に係るプラント制御装置の目標値追従制御構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a target value tracking control structure of the plant control device according to the present embodiment. 図２は、図１の目標値追従制御構造を等価変形することによって得られるフィードフォワード制御構造を示す。FIG. 2 shows a feedforward control structure obtained by equivalently deforming the target value tracking control structure of FIG. 図３は、目標値の修正量及び修正開始時期を変化させたときの目標値到達時間を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the target value arrival time when the correction amount of the target value and the correction start time are changed. 図４は、目標値の修正量及び修正開始時期を変化させたときの超過量を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the excess amount when the correction amount of the target value and the correction start time are changed. 図５は、本実施形態における目標値の修正が行われた場合の制御出力のタイムチャートを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a time chart of the control output when the target value is corrected in the present embodiment. 図６は、本実施形態における目標値修正処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart illustrating a control routine of the target value correction processing in the present embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, similar components are denoted by the same reference numerals.

＜プラント制御装置＞
図１は、本実施形態に係るプラント制御装置の目標値追従制御構造を示す図である。プラント制御装置は、目標値算出部２、リファレンスガバナ（ＲＧ）３、比較部４及びフィードバックコントローラ５を備える。例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ）のようなマイコンがプラント制御装置として機能する。 <Plant control device>
FIG. 1 is a diagram showing a target value tracking control structure of the plant control device according to the present embodiment. The plant control device includes a target value calculation unit 2, a reference governor (RG) 3, a comparison unit 4, and a feedback controller 5. For example, a microcomputer such as an electronic control unit (ECU) functions as a plant control device.

図１において破線で囲まれた部分は、プラント６の制御出力ｘが最終目標値ｗに近付くようにフィードバック制御を行う閉ループシステム１０として機能する。閉ループシステム１０が設計済である場合、図１の目標値追従制御構造を等価変形することによって図２のフィードフォワード制御構造が得られる。 1 functions as a closed loop system 10 that performs feedback control so that the control output x of the plant 6 approaches the final target value w. When the closed loop system 10 has been designed, the feedforward control structure of FIG. 2 is obtained by equivalently deforming the target value tracking control structure of FIG.

比較部４は、最終目標値ｗから制御出力ｘを減算して偏差ｅ（＝ｗ−ｘ）を算出し、偏差ｅをフィードバックコントローラ５に入力する。最終目標値ｗはリファレンスガバナ３によって比較部４に入力され、制御出力ｘは、制御入力ｕ及び外生入力ｄが入力されるプラント６から出力される。外生入力ｄはプラント６の所定のパラメータである。 The comparison unit 4 calculates a deviation e (= w−x) by subtracting the control output x from the final target value w, and inputs the deviation e to the feedback controller 5. The final target value w is input to the comparison unit 4 by the reference governor 3, and the control output x is output from the plant 6 to which the control input u and the exogenous input d are input. The exogenous input d is a predetermined parameter of the plant 6.

フィードバックコントローラ５は、制御出力ｘが最終目標値ｗに近付くようにプラント６の制御入力ｕを決定する。すなわち、フィードバックコントローラ５は、偏差ｅがゼロに近付くように制御入力ｕを決定する。フィードバックコントローラ５では、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御等の公知の制御が用いられる。フィードバックコントローラ５は制御入力ｕをプラント６に入力する。また、状態フィードバックとして制御出力ｘがフィードバックコントローラ５に入力される。なお、制御出力ｘのフィードバックコントローラ５への入力は省略されてもよい。また、比較部４はフィードバックコントローラ５に組み込まれていてもよい。 The feedback controller 5 determines the control input u of the plant 6 so that the control output x approaches the final target value w. That is, the feedback controller 5 determines the control input u such that the deviation e approaches zero. In the feedback controller 5, known control such as PI control and PID control is used. The feedback controller 5 inputs a control input u to the plant 6. Further, a control output x is input to the feedback controller 5 as state feedback. The input of the control output x to the feedback controller 5 may be omitted. Further, the comparison unit 4 may be incorporated in the feedback controller 5.

上述したように、閉ループシステム１０では、制御出力ｘが最終目標値ｗに近付くようにフィードバック制御が行われる。しかしながら、実際の制御では、ハード又は制御上の制約に起因して、制御出力ｘに制約がある。このため、制約を考慮せずに算出された目標値が閉ループシステム１０に入力されると、制御出力ｘが制約に抵触し、過渡応答の悪化や制御の不安定化が生じるおそれがある。 As described above, in the closed loop system 10, the feedback control is performed so that the control output x approaches the final target value w. However, in actual control, there are restrictions on the control output x due to hardware or control restrictions. For this reason, if the target value calculated without considering the constraint is input to the closed loop system 10, the control output x may conflict with the constraint, and the transient response may be deteriorated or the control may be unstable.

そこで、本実施形態では、目標値算出部２及びリファレンスガバナ３を用いて制御出力ｘの最終目標値ｗが算出される。外生入力ｄが目標値算出部２に入力されると、目標値算出部２は、外生入力ｄに基づいて制御出力ｘの目標値ｒを算出し、目標値ｒをリファレンスガバナ３に出力する。例えば、目標値算出部２は、マップ又は計算式を用いて、外生入力ｄに基づいて目標値ｒを算出する。 Therefore, in the present embodiment, the final target value w of the control output x is calculated using the target value calculation unit 2 and the reference governor 3. When the exogenous input d is input to the target value calculation unit 2, the target value calculation unit 2 calculates a target value r of the control output x based on the exogenous input d, and outputs the target value r to the reference governor 3. I do. For example, the target value calculation unit 2 calculates the target value r based on the external input d using a map or a calculation formula.

リファレンスガバナ３は目標値ｒを修正して最終目標値ｗを導出する。このとき、制約条件の充足性を優先して目標値ｒが修正されると、修正のタイミングが早くなりすぎ、制御出力ｘの応答性が悪化するおそれがある。 The reference governor 3 corrects the target value r to derive a final target value w. At this time, if the target value r is corrected with priority given to the satisfaction of the constraint condition, the timing of the correction may be too early, and the responsiveness of the control output x may be deteriorated.

そこで、本実施形態では、リファレンスガバナ３は、制御出力ｘの応答性と制御出力ｘに対する制約の充足性とが最適化されるように目標値ｒの修正量及び修正開始時期を算出する。このことによって、制御出力ｘに対する制約の充足性を高めつつ、制御出力ｘの応答性の悪化を抑制することができる。 Therefore, in the present embodiment, the reference governor 3 calculates the correction amount and the correction start time of the target value r so that the response of the control output x and the satisfaction of the constraint on the control output x are optimized. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the responsiveness of the control output x while improving the satisfaction of the constraint on the control output x.

具体的には、リファレンスガバナ３は、制御出力ｘの応答性と制御出力ｘに対する制約の充足性とを考慮して定められた目的関数の値が小さくなるように最適値探索を行うことによって目標値ｒの修正量及び修正開始時期を算出する。本実施形態では、目的関数Ｊは下記式（１）によって表される。
Ｊ＝Ｔ²＋Ｓ²…（１） Specifically, the reference governor 3 performs the target value search by performing the optimal value search so that the value of the objective function determined in consideration of the response of the control output x and the satisfaction of the constraint on the control output x becomes small. The correction amount and the correction start time of the value r are calculated. In the present embodiment, the objective function J is represented by the following equation (1).
J = T ² + S ² (1)

目的関数Ｊは、制御出力ｘの応答性を表す第１ペナルティ関数Ｔと、制御出力ｘに対する制約の充足性を表す第２ペナルティ関数Ｓとを含む。具体的には、目的関数Ｊは第１ペナルティ関数Ｔの二乗と第２ペナルティ関数Ｓの二乗との和として構成される。 The objective function J includes a first penalty function T representing the response of the control output x and a second penalty function S representing the satisfaction of the constraint on the control output x. Specifically, the objective function J is configured as the sum of the square of the first penalty function T and the square of the second penalty function S.

第１ペナルティ関数Ｔは、制御出力ｘが目標値ｒに到達するまでの時間（以下、「目標値到達時間」という）である。第２ペナルティ関数Ｓは、制御出力ｘが制約値を超過する量（以下、「超過量」という）である。制約値が目標値ｒである場合、超過量は制御出力ｘのオーバーシュート量となる。なお、制約値は制御出力ｘの上限値又は下限値であってもよい。 The first penalty function T is a time until the control output x reaches the target value r (hereinafter, referred to as “target value arrival time”). The second penalty function S is an amount by which the control output x exceeds the constraint value (hereinafter, referred to as “excess amount”). When the constraint value is the target value r, the excess amount is the overshoot amount of the control output x. Note that the constraint value may be an upper limit value or a lower limit value of the control output x.

したがって、目的関数Ｊは、目標値到達時間と超過量とがペナルティとして目的関数Ｊに加算されるように構成されている。このため、目的関数Ｊは、目標値到達時間が短いほど、すなわち制御出力ｘの応答性が高いほど小さくなる。また、目的関数Ｊは、超過量が小さいほど、すなわち制御出力ｘに対する制約の充足度が高いほど小さくなる。 Therefore, the objective function J is configured such that the target value arrival time and the excess amount are added to the objective function J as a penalty. For this reason, the objective function J becomes smaller as the target value arrival time is shorter, that is, as the response of the control output x is higher. The objective function J becomes smaller as the excess amount is smaller, that is, as the degree of satisfaction of the constraint on the control output x is higher.

図３は、目標値ｒの修正量及び修正開始時期を変化させたときの目標値到達時間を示すグラフである。時刻ｔ０は、プラント６の状態が変化したことによって目標値ｒが変更された時刻を示す。時刻ｔ１は、目標値ｒが修正されなかった場合に制御出力ｘが目標値ｒに到達する時刻を示す。グラフに示された複数の曲線では目標値ｒの修正量が異なっており、図３のグラフでは、上側の曲線ほど、目標値ｒの修正量が大きい。 FIG. 3 is a graph showing the target value reaching time when the correction amount and the correction start time of the target value r are changed. Time t0 indicates a time when the target value r is changed due to a change in the state of the plant 6. Time t1 indicates a time when the control output x reaches the target value r when the target value r is not corrected. The correction amount of the target value r is different in the plurality of curves shown in the graph, and in the graph of FIG. 3, the correction amount of the target value r is larger in the upper curve.

図３のグラフから分かるように、目標値ｒの修正量が大きいほど、目標値到達時間が長くなる。また、時刻ｔ０に近い時刻又は時刻ｔ１に近い時刻に目標値ｒが修正された場合には、それ以外の時刻に目標値ｒが修正された場合に比べて、目標値ｒの修正が目標値到達時間に与える影響が小さくなる。 As can be seen from the graph of FIG. 3, the larger the amount of correction of the target value r, the longer the target value arrival time. In addition, when the target value r is corrected at a time close to the time t0 or at a time close to the time t1, the correction of the target value r is smaller than the correction of the target value r at other times. The effect on arrival time is reduced.

したがって、目標値到達時間は目標値ｒの修正量及び修正開始時期に応じて変化する。このため、第１ペナルティ関数Ｔは、目標値ｒの修正量及び修正開始時期を変数とする関数として表される。第１ペナルティ関数Ｔは、図３に示されるような曲線の形状を表すように作成される。図３に示されるような曲線の形状は、プラント６のモデルを用いたシミュレーション、実験等によって予め得られる。 Therefore, the target value arrival time changes according to the correction amount of the target value r and the correction start timing. For this reason, the first penalty function T is expressed as a function that uses the amount of correction of the target value r and the correction start time as variables. The first penalty function T is created so as to represent the shape of a curve as shown in FIG. The shape of the curve as shown in FIG. 3 is obtained in advance by simulation, experiment, or the like using a model of the plant 6.

図４は、目標値ｒの修正量及び修正開始時期を変化させたときの超過量を示すグラフである。時刻ｔ０は、プラント６の状態が変化したことによって目標値ｒが変更された時刻を示す。時刻ｔ１は、目標値ｒが修正されなかった場合に制御出力ｘが目標値ｒに到達する時刻を示す。グラフに示された複数の曲線では目標値ｒの修正量が異なっており、図４のグラフでは、下側の曲線ほど、目標値ｒの修正量が大きい。 FIG. 4 is a graph showing the amount of correction of the target value r and the amount of excess when the correction start time is changed. Time t0 indicates a time when the target value r is changed due to a change in the state of the plant 6. Time t1 indicates a time when the control output x reaches the target value r when the target value r is not corrected. The correction amount of the target value r is different in the plurality of curves shown in the graph. In the graph of FIG. 4, the lower the curve, the larger the correction amount of the target value r.

図４のグラフから分かるように、目標値ｒの修正量が大きいほど、超過量が小さくなる。また、時刻ｔ０に近い時刻又は時刻ｔ１に近い時刻に目標値ｒが修正された場合には、それ以外の時刻に目標値ｒが修正された場合に比べて、目標値ｒの修正が超過量に与える影響が小さくなる。 As can be seen from the graph of FIG. 4, the larger the correction amount of the target value r, the smaller the excess amount. Further, when the target value r is corrected at a time close to the time t0 or at a time close to the time t1, the correction of the target value r is larger than the correction of the target value r at other times. The effect on

したがって、超過量は目標値ｒの修正量及び修正開始時期に応じて変化する。このため、第２ペナルティ関数Ｓは、目標値ｒの修正量及び修正開始時期を変数とする関数として表される。第２ペナルティ関数Ｓは、図４に示されるような曲線の形状を表すように作成される。図４に示されるような曲線の形状は、プラント６のモデルを用いたシミュレーション、実験等によって予め得られる。 Therefore, the excess amount changes according to the correction amount of the target value r and the correction start timing. For this reason, the second penalty function S is represented as a function that uses the amount of correction of the target value r and the start time of correction as variables. The second penalty function S is created so as to represent the shape of a curve as shown in FIG. The shape of the curve as shown in FIG. 4 is obtained in advance by simulation, experiment, or the like using a model of the plant 6.

また、図３及び図４に示されるような曲線の形状は、プラント６の状態（制御出力ｘの現在値及び目標値ｒ、目標値ｒの現在の修正量等）に応じて変化する。すなわち、第１ペナルティ関数Ｔ及び第２ペナルティ関数Ｓはプラント６の状態に応じて変化する。このため、リファレンスガバナ３は、プラント６の状態毎の第１ペナルティ関数Ｔ及び第２ペナルティ関数Ｓを記憶し、プラント６の状態に応じて第１ペナルティ関数Ｔ及び第２ペナルティ関数Ｓを選択する。 The shapes of the curves as shown in FIGS. 3 and 4 change according to the state of the plant 6 (the current value and the target value r of the control output x, the current correction amount of the target value r, and the like). That is, the first penalty function T and the second penalty function S change according to the state of the plant 6. For this reason, the reference governor 3 stores the first penalty function T and the second penalty function S for each state of the plant 6, and selects the first penalty function T and the second penalty function S according to the state of the plant 6. .

なお、第１ペナルティ関数Ｔ及び第２ペナルティ関数Ｓは、それぞれ、目標値ｒの修正量及び修正開始時期に加えて、プラント６の状態を表すパラメータを変数として有していてもよい。この場合、プラント６の状態を表すパラメータを第１ペナルティ関数Ｔ及び第２ペナルティ関数Ｓの対応する変数に代入することによって、第１ペナルティ関数Ｔ及び第２ペナルティ関数Ｓは、プラント６の状態に応じた関数に設定される。 Note that the first penalty function T and the second penalty function S may each have a parameter representing the state of the plant 6 as a variable in addition to the correction amount and the correction start time of the target value r. In this case, the first penalty function T and the second penalty function S are changed to the state of the plant 6 by substituting the parameters representing the state of the plant 6 into the corresponding variables of the first penalty function T and the second penalty function S. The function is set accordingly.

図５は、本実施形態における目標値ｒの修正が行われた場合の制御出力ｘのタイムチャートを示す図である。この図では、目標値ｒが実線で示され、最終目標値ｗが一点鎖線で示され、制御出力ｘの実際の値が二点鎖線によって示される。また、目標値ｒが修正されなかった場合の制御出力ｘの実際の値が破線によって示される。 FIG. 5 is a diagram illustrating a time chart of the control output x when the target value r is corrected in the present embodiment. In this figure, the target value r is indicated by a solid line, the final target value w is indicated by a one-dot chain line, and the actual value of the control output x is indicated by a two-dot chain line. The actual value of the control output x when the target value r is not corrected is indicated by a broken line.

図５の例では、時刻ｔ１において、プラント６の状態が変化し、目標値ｒが大きくなっている。このとき、目的関数を用いて算出された修正開始時期が現在時刻よりも後であるため、目標値ｒは修正されない。このため、最終目標値ｗが目標値ｒに設定される。この結果、制御出力ｘの実際の値は目標値ｒに向かって迅速に上昇する。 In the example of FIG. 5, at time t1, the state of the plant 6 changes, and the target value r increases. At this time, since the correction start time calculated using the objective function is later than the current time, the target value r is not corrected. Therefore, the final target value w is set to the target value r. As a result, the actual value of the control output x rapidly increases toward the target value r.

その後、時刻ｔ２において、現在時刻が修正開始時期となり、目標値ｒが修正される。具体的には、最終目標値ｗが目標値ｒよりも小さくされる。この結果、制御出力ｘの実際の値の上昇速度が低下し、制御出力ｘの実際の値は時刻ｔ３において目標値ｒに達する。なお、図５の例では、時刻ｔ２の後、目標値ｒの修正量が徐々に小さくされる。 Thereafter, at time t2, the current time becomes the correction start time, and the target value r is corrected. Specifically, the final target value w is made smaller than the target value r. As a result, the rising speed of the actual value of the control output x decreases, and the actual value of the control output x reaches the target value r at time t3. In the example of FIG. 5, after the time t2, the correction amount of the target value r is gradually reduced.

図５から分かるように、本実施形態における目標値ｒの修正が行われた場合、目標値ｒが修正されない場合に比べて、超過量（図５の例ではオーバーシュート量）が大幅に小さくなる。また、本実施形態における目標値ｒの修正が行われた場合、目標値ｒが修正されない場合に比べて、目標値到達時間（図５における時刻ｔ１〜ｔ３）が僅かに長くなる。したがって、本実施形態では、制御出力ｘに対する制約の充足性を高めつつ、制御出力ｘの応答性の悪化を抑制することができる。 As can be seen from FIG. 5, when the target value r is corrected in the present embodiment, the excess amount (the amount of overshoot in the example of FIG. 5) is significantly smaller than when the target value r is not corrected. . Further, when the target value r is corrected in the present embodiment, the target value arrival time (time t1 to t3 in FIG. 5) is slightly longer than when the target value r is not corrected. Therefore, in the present embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the responsiveness of the control output x while improving the satisfaction of the constraint on the control output x.

＜目標値修正処理＞
以下、図６のフローチャートを参照して、上述した制御について詳細に説明する。図６は、本実施形態における目標値修正処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはプラント制御装置によって所定の実行間隔で実行される。 <Target value correction processing>
Hereinafter, the above-described control will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. FIG. 6 is a flowchart illustrating a control routine of the target value correction processing in the present embodiment. This control routine is executed by the plant control device at a predetermined execution interval.

最初に、ステップＳ１０１において、目標値算出部２は外生入力ｄを取得する。外生入力ｄはプラント６の所定のパラメータである。次いで、ステップＳ１０２において、目標値算出部２は、マップ又は計算式を用いて外生入力ｄに基づいて目標値ｒを算出する。 First, in step S101, the target value calculation unit 2 acquires an external input d. The exogenous input d is a predetermined parameter of the plant 6. Next, in step S102, the target value calculation unit 2 calculates a target value r based on the external input d using a map or a calculation formula.

次いで、ステップＳ１０３において、リファレンスガバナ３はプラント６の状態（制御出力ｘの現在値及び目標値ｒ、目標値ｒの現在の修正量等）を取得する。制御出力ｘの現在値は、センサ等の検出器によって検出され又は計算式等を用いて算出される。 Next, in step S103, the reference governor 3 acquires the state of the plant 6 (the current value and the target value r of the control output x, the current correction amount of the target value r, and the like). The current value of the control output x is detected by a detector such as a sensor or calculated using a calculation formula or the like.

次いで、ステップＳ１０４において、リファレンスガバナ３はプラント６の状態に基づいて目的関数を設定する。例えば、リファレンスガバナ３は、プラント６の状態に応じて、目的関数に用いられる第１ペナルティ関数Ｔ及び第２ペナルティ関数Ｓを選択する。なお、リファレンスガバナ３は、プラント６の状態を表すパラメータを第１ペナルティ関数Ｔ及び第２ペナルティ関数Ｓの対応する変数に代入してもよい。 Next, in step S104, the reference governor 3 sets an objective function based on the state of the plant 6. For example, the reference governor 3 selects the first penalty function T and the second penalty function S used for the objective function according to the state of the plant 6. Note that the reference governor 3 may substitute a parameter representing the state of the plant 6 into a variable corresponding to the first penalty function T and the second penalty function S.

次いで、ステップＳ１０５において、リファレンスガバナ３は、目的関数の値が小さくなるように最適値探索を行うことによって目標値ｒの修正量及び修正開始時期を算出する。例えば、リファレンスガバナ３は、目的関数の値が小さくなるように勾配法による最適値探索を行う。なお、目的関数の値が小さくなる修正量及び修正開始時期の組合せを導出できれば、勾配法以外の方法によって最適値探索が行われてもよい。 Next, in step S105, the reference governor 3 calculates a correction amount and a correction start time of the target value r by performing an optimum value search so as to reduce the value of the objective function. For example, the reference governor 3 performs an optimum value search by the gradient method so that the value of the objective function becomes small. If a combination of the correction amount and the correction start time at which the value of the objective function becomes small can be derived, the optimum value search may be performed by a method other than the gradient method.

次いで、ステップＳ１０６において、リファレンスガバナ３は、現在時刻が修正開始時期であるか否かを判定する。現在時刻が修正開始時期でないと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リファレンスガバナ３は、目標値ｒを修正することなく、目標値ｒを最終目標値ｗに設定する。 Next, in step S106, the reference governor 3 determines whether or not the current time is a correction start time. If it is determined that the current time is not the correction start time, the control routine ends. In this case, the reference governor 3 sets the target value r to the final target value w without correcting the target value r.

一方、ステップＳ１０６において現在時刻が修正開始時期であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、リファレンスガバナ３は、修正量だけ目標値ｒを修正し、修正後の目標値を最終目標値ｗに設定する。ステップＳ１０７の後、本制御ルーチンは終了する。 On the other hand, if it is determined in step S106 that the current time is the correction start time, the control routine proceeds to step S107. In step S107, the reference governor 3 corrects the target value r by the correction amount, and sets the corrected target value to the final target value w. After step S107, this control routine ends.

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。 The preferred embodiments according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.

例えば、目的関数Ｊは、下記式（２）、（３）又は（４）によって表されてもよい。
Ｊ＝Ｔ＋Ｓ…（２）
Ｊ＝ＡＴ＋ＢＳ…（３）
Ｊ＝ＡＴ²＋ＢＳ²…（４） For example, the objective function J may be represented by the following equation (2), (3) or (4).
J = T + S (2)
J = AT + BS ... (3)
J = AT ² + BS ² (4)

上記式（２）では、目的関数Ｊは第１ペナルティ関数Ｔと第２ペナルティ関数Ｓとの和として構成される。上記式（３）では、目的関数Ｊは、第１ペナルティ関数Ｔに係数Ａを乗算した値と、第２ペナルティ関数Ｓに係数Ｂを乗算した値との和として構成される。上記式（４）では、目的関数Ｊは、第１ペナルティ関数Ｔの二乗に係数Ａを乗算した値と、第２ペナルティ関数Ｓの二乗に係数Ｂを乗算した値との和として構成される。上記式（２）〜（４）においても、目的関数Ｊは、目標値到達時間が短いほど、すなわち制御出力ｘの応答性が高いほど小さくなる。また、目的関数Ｊは、超過量が小さいほど、すなわち制御出力ｘに対する制約の充足度が高いほど小さくなる。 In the above equation (2), the objective function J is configured as the sum of the first penalty function T and the second penalty function S. In the above equation (3), the objective function J is configured as the sum of a value obtained by multiplying the first penalty function T by the coefficient A and a value obtained by multiplying the second penalty function S by the coefficient B. In the above equation (4), the objective function J is configured as the sum of a value obtained by multiplying the square of the first penalty function T by the coefficient A and a value obtained by multiplying the square of the second penalty function S by the coefficient B. Also in the above equations (2) to (4), the objective function J becomes smaller as the target value arrival time is shorter, that is, as the response of the control output x is higher. The objective function J becomes smaller as the excess amount is smaller, that is, as the degree of satisfaction of the constraint on the control output x is higher.

また、本実施形態におけるプラント制御装置は、あらゆるプラントに適用可能である。例えば、プラント６がディーゼルエンジンであり、制御出力ｘが過給圧であってもよい。この場合、例えば、外生入力ｄは機関回転数及び燃料噴射量であり、制御入力ｕは、ターボチャージャのタービンに設けられた可変ノズルの開度である。 Further, the plant control device according to the present embodiment is applicable to any plant. For example, the plant 6 may be a diesel engine and the control output x may be a boost pressure. In this case, for example, the external input d is the engine speed and the fuel injection amount, and the control input u is the opening of a variable nozzle provided in the turbine of the turbocharger.

また、プラント６がディーゼルエンジンであり、制御出力ｘが過給圧及びＥＧＲ率であってもよい。この場合、例えば、外生入力ｄは機関回転数及び燃料噴射量であり、制御入力ｕは、可変ノズルの開度、スロットル弁の開度及びＥＧＲ弁の開度である。また、プラント６は、ガソリンエンジンのようなディーゼルエンジン以外の内燃機関、車両、工作機械、モータ等であってもよい。 Further, the plant 6 may be a diesel engine, and the control output x may be a supercharging pressure and an EGR rate. In this case, for example, the external input d is the engine speed and the fuel injection amount, and the control input u is the opening of the variable nozzle, the opening of the throttle valve, and the opening of the EGR valve. Further, the plant 6 may be an internal combustion engine other than a diesel engine such as a gasoline engine, a vehicle, a machine tool, a motor, or the like.

２目標値算出部
３リファレンスガバナ
５フィードバックコントローラ
６プラント 2 Target value calculation unit 3 Reference governor 5 Feedback controller 6 Plant

Claims

A target value calculation unit that calculates a target value of the control output of the plant based on a predetermined parameter of the plant,
A reference governor that modifies the target value to derive a final target value,
A feedback controller that determines a control input of the plant so that the control output approaches the final target value.
The plant control device, wherein the reference governor calculates a correction amount and a correction start time of the target value so that responsiveness of the control output and satisfaction of a constraint on the control output are optimized. .