JP2023114204A - Control device, control method and program - Google Patents

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Abstract

To enable model predictive control on an edge device, at the same time, automatically adjust a control parameter required for the model predictive control and enable recovery of model identification.SOLUTION: A control device that outputs an amount of operation for a control target and causes an amount of control of the control target to follow a target value sequentially repeats in each predetermined control cycle: calculation of an estimated value of the model parameter by a model parameter estimation unit; calculation of a control parameter by a control parameter calculation unit; calculation of a target deviation by a target deviation calculation unit; calculation of the correction target deviation by a correction target deviation calculation unit; calculation of an amount of change in the amount of operation by an operation change amount calculation unit; and calculation of a new amount of operation by an operation amount calculation unit.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、制御装置、制御方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a control device, control method and program.

温調制御装置やPLC(Programmable Logic Controller)、DCS(Distributed Control System)等の制御装置、パーソナルコンピュータや組み込み制御機器上で実装される制御装置等が産業上広く利用されている。 Control devices such as temperature control devices, PLCs (Programmable Logic Controllers), DCSs (Distributed Control Systems), and control devices mounted on personal computers and built-in control devices are widely used in industry.

また、制御対象の制御量を目標値に追従させることを目的とする制御方式として、PID(Proportional-Integral-Differential)制御、モデル予測制御、内部モデル制御、LQG(Linear-Quadratic-Gaussian)制御、H2制御、H∞制御等の各種の制御方式が知られている。 In addition, PID (Proportional-Integral-Differential) control, model predictive control, internal model control, LQG (Linear-Quadratic-Gaussian) control, Various control methods such as H2 control and H∞ control are known.

モデル予測制御は、制御対象の状態空間モデルや将来の時間応答モデルを用いた最適化計算を逐次的に行うことで望ましい応答を得る方式であり、産業界で広く用いられている(例えば、非特許文献1)。例えば、オンラインで数値最適化アルゴリズムを実行する標準的なモデル予測制御の産業応用として、空調システムの制御等への応用が知られている(例えば、特許文献1)。 Model predictive control is a method of obtaining a desired response by sequentially performing optimization calculations using a state space model of the controlled object and a future time response model. Patent document 1). For example, as an industrial application of standard model predictive control that executes a numerical optimization algorithm online, application to control of an air conditioning system is known (for example, Patent Document 1).

また、現在に至るまでの過去の操作量の変化に応じた制御量の予測値と、目標値との差である補正目標偏差に基づいて新たな操作量を決定する制御装置が提案されている(例えば、特許文献2、特許文献3)。 Further, there has been proposed a control device that determines a new manipulated variable based on a corrected target deviation, which is the difference between a predicted value of the controlled variable according to changes in the manipulated variable in the past up to the present and a target value. (For example, Patent Document 2 and Patent Document 3).

また、線形予測モデルに対してパラメータ同定を行う手法として、逐次最小2乗法、すなわち、RLS(Recursive Least Squares)法やカルマンフィルタ法等が知られている(例えば、非特許文献2、非特許文献3)。 In addition, as a method of identifying parameters for a linear prediction model, a sequential least squares method, that is, a RLS (Recursive Least Squares) method, a Kalman filter method, etc. are known (for example, Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3 ).

更に、セルフチューニング方式によりPID制御のパラメータを決定する技術が知られている(例えば、非特許文献4、非特許文献5)。 Furthermore, techniques for determining PID control parameters by a self-tuning method are known (for example, Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5).

特開2015-108499号公報JP 2015-108499 A 国際公開第2016/092872号WO2016/092872 特開2020-21411号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-21411

ヤン M. マチエヨフスキー,「モデル予測制御 制約のもとでの最適制御」,東京電機大学出版局,2005Yang M. Matiejovsky, "Model Predictive Control: Optimal Control Under Constraints", Tokyo Denki University Press, 2005 足立 修一,「MATLABによる制御のためのシステム同定」,東京電機大学出版局,1996Shuichi Adachi, "System Identification for Control by MATLAB", Tokyo Denki University Press, 1996 足立 修一,「MATLABによる制御のための上級システム同定」,東京電機大学出版局,2004Shuichi Adachi, "Advanced System Identification for Control by MATLAB", Tokyo Denki University Press, 2004 山本 透,藤井 憲三,「実用化に向けたセルフチューニング制御系の設計」,電気学会論文誌D,123巻9号(2003)Toru Yamamoto, Kenzo Fujii, "Design of self-tuning control system for practical use", Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 123, No. 9 (2003) 山本 透,「セルフチューニング方式の新展開 一般化最小分散制御とPID制御」,計測と制御,40巻10号(2001)Toru Yamamoto, "New Development of Self-tuning Method Generalized Minimum Dispersion Control and PID Control", Instrumentation and Control, Vol.40, No.10 (2001)

非特許文献4、非特許文献5に記載されている技術は、比較的計算資源が乏しいエッジデバイス(例えば、PLC等の制御装置)上でパラメータのチューニングを実現し得る技術として有望であるが、以下のような課題がある。 The techniques described in Non-Patent Literature 4 and Non-Patent Literature 5 are promising as techniques that can realize parameter tuning on edge devices (for example, controllers such as PLCs) that have relatively scarce computational resources. There are the following issues.

・PID制御では3つのパラメータしか自由度がないため理想的な応答にマッチングできない場合がある。 ・Since PID control has only three parameters with a degree of freedom, it may not be possible to match the ideal response.

・一般化最小分散制御を用いる場合、予めプラント時定数を十分考慮した参照モデル関数を所与とする必要がある。 ・When using generalized minimum variance control, it is necessary to give a reference model function that fully considers the plant time constant in advance.

一方で、モデル予測制御は、プラント応答モデルに比較的自由度が高く、PID制御が苦手とするむだ時間の長いプラントや逆応答を有するプラントにも対応し得るが、以下のような課題がある。 On the other hand, model predictive control has a relatively high degree of freedom in the plant response model, and can handle plants with long dead times and plants with inverse responses that PID control is not good at, but it has the following problems. .

・モデルに基づく制御方式であるため、制御対象のモデルを予め同定する必要がある。 ・Because it is a model-based control method, it is necessary to identify the model of the controlled object in advance.

・このモデル同定と制御応答のエンジニアリング(例えば、制御ゲイン等の制御パラメータを決定するためのシミュレーションやデータ解析といった事前作業)とを比較的計算資源が乏しいエッジデバイス上で実行することは困難である。 ・It is difficult to perform this model identification and control response engineering (for example, preliminary work such as simulation and data analysis to determine control parameters such as control gain) on edge devices with relatively scarce computational resources. .

また、RLS法等よりモデル同定(モデルパラメータの学習(又は推定))を行う場合、以下のような課題がある。 In addition, when model identification (learning (or estimating) of model parameters) is performed by the RLS method or the like, there are the following problems.

・一般にモデル同定は非線形アルゴリズムであるため、モデルパラメータの初期値に結果が依存し、予期しない値に陥る場合がある。 ・Since model identification is generally a non-linear algorithm, the results depend on the initial values of the model parameters, and unexpected values may occur.

・学習の過程で、何等かの要因(例えば、外乱等)により学習状態が不安定になる場合がある。 - During the learning process, the learning state may become unstable due to some factor (for example, disturbance).

このため、モデルパラメータが予期しない値に陥ったり、学習状態が不安定になったりした場合に備えて、モデル同定をリカバリ可能とさせることが必要である。 Therefore, it is necessary to make model identification recoverable in case the model parameters fall into unexpected values or the learning state becomes unstable.

本発明の一実施形態は、上記の点に鑑みてなされたもので、エッジデバイス上でのモデル予測制御を可能にしつつ、モデル予測制御に必要な制御パラメータも自動調整し、かつ、モデル同定をリカバリ可能にすることを目的とする。 An embodiment of the present invention has been made in view of the above points, and enables model predictive control on an edge device, automatically adjusts control parameters necessary for model predictive control, and enables model identification. It is intended to be recoverable.

上記目的を達成するため、一実施形態に係る制御装置は、制御対象に対する操作量を出力し、前記制御対象の制御量を目標値に追従させる制御装置であって、前記制御量と前記操作量とに基づいて、前記制御対象のプラント応答モデルを表す関数であって、かつ、モデルパラメータが含まれる関数であるプラント応答関数の前記モデルパラメータの推定値を算出するように構成されているモデルパラメータ推定部と、前記プラント応答関数に基づいて、制御ゲインと先読み長とを含む制御パラメータを算出するように構成されている制御パラメータ算出部と、前記目標値と現在の制御量との差である目標偏差を算出するように構成されている目標偏差算出部と、前記プラント応答関数と現在に至るまでの過去の前記操作量の変化量とに基づいて、前記先読み長経過後における前記制御量の予測値により前記目標偏差を補正した補正目標偏差を算出するように構成されている補正目標偏差算出部と、前記補正目標偏差に対して前記制御ゲインを乗じて前記操作量の変化量を算出するように構成されている操作変化量算出部と、前記操作量の変化量と、現在の前記操作量とを加算して新たな操作量を算出するように構成されている操作量算出部と、所定のリセット信号の入力に応じて、前記モデルパラメータを初期化するように構成されているリセット処理部と、を有し、前記モデルパラメータ推定部による前記モデルパラメータの推定値の算出と、前記制御パラメータ算出部による前記制御パラメータの算出と、前記目標偏差算出部による前記目標偏差の算出と、前記補正目標偏差算出部による前記補正目標偏差の算出と、前記操作変化量算出部による前記操作量の変化量の算出と、前記操作量算出部による前記新たな操作量の算出とを所定の制御周期毎に逐次的に繰り返す。 In order to achieve the above object, a control device according to one embodiment outputs a manipulated variable to a controlled object and causes the controlled variable of the controlled object to follow a target value, wherein the controlled variable and the manipulated variable A model parameter configured to calculate an estimated value of the model parameter of the plant response function, which is a function representing the plant response model of the controlled object and a function including the model parameter, based on an estimation unit, a control parameter calculation unit configured to calculate control parameters including a control gain and a look-ahead length based on the plant response function, and a difference between the target value and the current control amount. a target deviation calculation unit configured to calculate a target deviation; and a calculation of the control amount after the look-ahead length has elapsed, based on the plant response function and the amount of change in the past manipulated variable up to the present time. a corrected target deviation calculating unit configured to calculate a corrected target deviation obtained by correcting the target deviation using a predicted value; and a change amount of the manipulated variable calculated by multiplying the corrected target deviation by the control gain. a manipulated variable calculation unit configured to calculate a new manipulated variable by adding the manipulated variable change amount and the current manipulated variable; a reset processing unit configured to initialize the model parameters in response to an input of a predetermined reset signal, wherein the model parameter estimation unit calculates estimated values of the model parameters; calculation of the control parameter by the parameter calculation unit; calculation of the target deviation by the target deviation calculation unit; calculation of the corrected target deviation by the corrected target deviation calculation unit; Calculation of the amount of change and calculation of the new manipulated variable by the manipulated variable calculator are sequentially repeated at each predetermined control cycle.

エッジデバイス上でのモデル予測制御を可能にしつつ、モデル予測制御に必要な制御パラメータも自動調整し、かつ、モデル同定をリカバリ可能にすることができる。 While enabling model predictive control on the edge device, it is also possible to automatically adjust the control parameters necessary for model predictive control and recover model identification.

本実施形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the control apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of functional composition of a control device concerning this embodiment. プラント応答関数の動作の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of operation|movement of a plant response function. プラント応答関数の計算処理の一例を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining an example of calculation processing of a plant response function; モデルパラメータの推定処理の一例を説明するためのフローチャートである。7 is a flowchart for explaining an example of model parameter estimation processing; 補正目標偏差計算部の動作の一例を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the operation of a correction target deviation calculator; リセット処理の一例を説明するためのフローチャートである。7 is a flowchart for explaining an example of reset processing; モデルパラメータ・共分散行列リセットの一例を説明するためのフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart for explaining an example of model parameter/covariance matrix resetting; FIG. 操作変化量計算部の動作の一例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the operation of an operation change amount calculator; 制御パラメータの計算処理の一例を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining an example of control parameter calculation processing; 実施例1における制御対象プラントのステップ応答を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a step response of a plant to be controlled in Example 1; 実施例1における制御応答を示す図(その1)である。FIG. 11 is a diagram (part 1) showing a control response in Example 1; 実施例1におけるモデルパラメータの推移を示す図(その1)である。FIG. 10 is a diagram (part 1) showing changes in model parameters in Example 1; 実施例1における制御パラメータの推移を示す図(その1)である。FIG. 10 is a diagram (part 1) showing changes in control parameters in the first embodiment; 実施例1における制御応答を示す図(その2)である。FIG. 2 is a diagram (part 2) showing a control response in Example 1; 実施例1におけるモデルパラメータの推移を示す図(その2)である。FIG. 10 is a diagram (part 2) showing changes in model parameters in the first embodiment; 実施例1における制御パラメータの推移を示す図(その2)である。FIG. 4 is a diagram (part 2) showing transition of control parameters in the first embodiment; 実施例1における制御応答を示す図(その3)である。3 is a diagram (3) showing a control response in Example 1. FIG. 実施例1におけるモデルパラメータの推移を示す図(その3)である。FIG. 10 is a diagram (part 3) showing changes in model parameters in Example 1; 実施例1における制御パラメータの推移を示す図(その3)である。FIG. 10 is a diagram (part 3) showing transitions of control parameters in the first embodiment; 実施例2における制御応答を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing control responses in Example 2; 実施例2におけるモデルパラメータの推移を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing changes in model parameters in Example 2; 実施例2における制御パラメータの推移を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing changes in control parameters in Example 2;

以下、本発明の一実施形態について説明する。以降では、任意のプラントを制御対象として、その目標値が与えられた場合に、モデル予測制御により制御量を目標値に追従させるための操作量を計算すると共に、モデル更新のためのモデルパラメータの推定とモデル予測制御に必要な制御パラメータの計算とを行い、かつ、モデル同定のリカバリが可能な制御装置10について説明する。ここで、本実施形態に係る制御装置10は、例えば、PC(パーソナルコンピュータ)等と比較して計算資源が乏しいエッジデバイス(PLCやDCS等)であることを想定する。なお、モデル同定とは、モデルパラメータを推定(又は学習と呼ばれもよい。)することである。 An embodiment of the present invention will be described below. In the following, given a target value for an arbitrary plant to be controlled, the manipulated variable for making the controlled variable follow the target value by model predictive control is calculated, and the model parameters for updating the model are calculated. A control device 10 that performs estimation and calculation of control parameters necessary for model predictive control and that is capable of recovering model identification will be described. Here, it is assumed that the control device 10 according to the present embodiment is, for example, an edge device (PLC, DCS, etc.) with less computational resources than a PC (personal computer) or the like. Note that model identification is estimating (or may be called learning) model parameters.

本実施形態に係る制御装置10は、任意の目標値rや制御対象プラント20の状態等を示す制御量y、制御対象プラント20のプラント応答モデル等に基づいて、当該制御対象プラント20に対する操作量uを計算すると共に、モデルパラメータの推定と制御パラメータの計算とを行う。そして、制御装置10は、この操作量uに応じた制御対象プラント20の制御量yを計測し、目標値rや制御量y、プラント応答モデル等に基づいて次の操作量uを計算すると共に、新たなモデルパラメータの推定と新たな制御パラメータの計算とを行う。このように、本実施形態に係る制御装置10は、制御量yを目標値rに追従させるための操作量uの計算と、プラント応答モデルのモデルパラメータの推定と、制御パラメータの計算とをオンライン実行中(つまり、制御対象プラント20の制御中)に繰り返し実行する。すなわち、本実施形態に係る制御装置10は、毎回のオンライン最適化計算を必要とせずにモデル予測制御を実現すると共に、それに必要な制御パラメータも自動で調整する。 The control device 10 according to the present embodiment is based on an arbitrary target value r, a controlled variable y that indicates the state of the controlled plant 20, a plant response model of the controlled plant 20, and the like. Calculating u as well as estimating model parameters and calculating control parameters. Then, the control device 10 measures the controlled variable y of the controlled plant 20 according to the manipulated variable u, and calculates the next manipulated variable u based on the target value r, the controlled variable y, the plant response model, and the like. , estimates new model parameters and calculates new control parameters. Thus, the control device 10 according to the present embodiment performs the calculation of the manipulated variable u for causing the controlled variable y to follow the target value r, the estimation of the model parameters of the plant response model, and the calculation of the control parameters online. It is repeatedly executed during execution (that is, during control of the controlled plant 20). That is, the control device 10 according to the present embodiment realizes model predictive control without requiring online optimization calculation each time, and automatically adjusts the control parameters necessary for it.

これにより、本実施形態に係る制御装置10は、比較的乏しい計算資源でもモデル予測制御による高い制御性能を実現しつつ、制御パラメータの調整に必要な作業を不要とすることができる。また、制御パラメータの調整作業(例えば、オフラインにおけるデータ解析やシミュレーション等のモデル予測制御に関するエンジニアリング作業)が不要となることで、それに要する時間・コストを削減することができる。 As a result, the control device 10 according to the present embodiment can achieve high control performance by model predictive control even with relatively scarce computational resources, and can eliminate the work required for adjusting control parameters. In addition, since control parameter adjustment work (for example, off-line data analysis, engineering work related to model predictive control such as simulation) is not required, it is possible to reduce the time and cost required for it.

また、制御対象プラント20の運用開始後は、プラント特性の季節変動や経年劣化等の継時的変化に追従したモデルパラメータを推定しつつ制御パラメータも自動で調整されるため、制御性能を安定して維持することができる。 In addition, after the start of operation of the plant 20 to be controlled, the control parameters are automatically adjusted while estimating the model parameters that follow the seasonal changes in the plant characteristics and the temporal changes such as aging deterioration, so that the control performance is stabilized. can be maintained.

更に、事前に調整された参照モデル関数が不要で、PID制御が苦手とするプラント(むだ時間の長いプラントや逆応答を有するプラント)にも対応し得るモデル予測制御を実現することができる。 Furthermore, it is possible to realize model predictive control that does not require a pre-adjusted reference model function and can handle plants that are not good at PID control (plants with long dead time or plants with inverse response).

上記に加えて、本実施形態に係る制御装置10は、モデル同定のリカバリ(つまり、モデルパラメータのリセット)を行うことができる。 In addition to the above, the control device 10 according to the present embodiment can recover model identification (that is, reset model parameters).

これにより、本実施形態に係る制御装置10は、例えば、モデルパラメータが予期しない値に陥ったり、何等かの要因(例えば、外乱等)により学習状態が不安定になったりした場合には、モデル同定をリカバリさせた上で、リカバリ後のモデルパラメータを初期値として、再度、モデル同定を行うことが可能となる。 As a result, the control device 10 according to the present embodiment, for example, when the model parameter falls into an unexpected value, or when the learning state becomes unstable due to some factor (for example, disturbance, etc.), the model After recovering the identification, it is possible to perform model identification again using the recovered model parameters as initial values.

なお、制御量yとしては、例えば、制御対象プラント20の温度、目標値rとしては、例えば、設定温度等が挙げられる。ただし、制御量y及び目標値rは、温度及び設定温度に限られず、制御対象プラント20における任意の制御量及び当該制御量の目標となる目標値を用いることができる。 The controlled variable y is, for example, the temperature of the controlled plant 20, and the target value r is, for example, the set temperature. However, the controlled variable y and the target value r are not limited to the temperature and the set temperature, and any controlled variable in the plant 20 to be controlled and the target target value of the controlled variable can be used.

<制御装置10のハードウェア構成>
まず、本実施形態に係る制御装置10のハードウェア構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る制御装置10のハードウェア構成の一例を示す図である。
<Hardware Configuration of Control Device 10>
First, the hardware configuration of the control device 10 according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an example of the hardware configuration of a control device 10 according to this embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係る制御装置10は、入力装置11と、表示装置12と、外部I/F13と、通信I/F14と、プロセッサ15と、メモリ装置16とを有する。これらの各ハードウェアは、それぞれがバス17を介して通信可能に接続される。 As shown in FIG. 1 , the control device 10 according to this embodiment has an input device 11 , a display device 12 , an external I/F 13 , a communication I/F 14 , a processor 15 and a memory device 16 . Each of these pieces of hardware is communicably connected via a bus 17 .

入力装置11は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、各種物理ボタン等である。表示装置12は、例えば、ディスプレイ、表示パネル等である。なお、制御装置10は、例えば、入力装置11及び表示装置12のうちの少なくとも一方を有していなくてもよい。 The input device 11 is, for example, a keyboard, mouse, touch panel, various physical buttons, and the like. The display device 12 is, for example, a display, a display panel, or the like. Note that the control device 10 may not have at least one of the input device 11 and the display device 12, for example.

外部I/F13は、記録媒体13a等の外部装置とのインタフェースである。記録媒体13aとしては、例えば、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disk)、SDメモリカード(Secure Digital memory card)、USB(Universal Serial Bus)メモリカード等が挙げられる。 The external I/F 13 is an interface with an external device such as the recording medium 13a. Examples of the recording medium 13a include a CD (Compact Disc), a DVD (Digital Versatile Disk), an SD memory card (Secure Digital memory card), a USB (Universal Serial Bus) memory card, and the like.

通信I/F14は、制御装置10を通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。プロセッサ15は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)等の各種演算装置である。メモリ装置16は、例えば、SSD(Solid State Drive)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等の各種記憶装置である。 Communication I/F 14 is an interface for connecting control device 10 to a communication network. The processor 15 is, for example, various arithmetic units such as a CPU (Central Processing Unit) and an MPU (Micro-Processing Unit). The memory device 16 is, for example, various storage devices such as SSD (Solid State Drive), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and flash memory.

なお、図1に示すハードウェア構成は一例であって、制御装置10は、他のハードウェア構成であってもよい。例えば、制御装置10は、複数のプロセッサ15や複数のメモリ装置16を有していてもよいし、図示したハードウェア以外の種々のハードウェアを有していてもよい。 Note that the hardware configuration shown in FIG. 1 is an example, and the control device 10 may have another hardware configuration. For example, the control device 10 may have a plurality of processors 15 and a plurality of memory devices 16, or may have various hardware other than the illustrated hardware.

<制御装置10の機能構成>
次に、本実施形態に係る制御装置10の機能構成について、図2を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係る制御装置10の機能構成の一例を示す図である。
<Functional Configuration of Control Device 10>
Next, the functional configuration of the control device 10 according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of the functional configuration of the control device 10 according to this embodiment.

図2に示すように、本実施形態に係る制御装置10は、モデルパラメータ推定部101と、計測部102と、差分器103と、操作量更新部104と、リセット処理部105と、タイマ106とを有する。これらは、例えば、制御装置10にインストールされた1以上のプログラムが、プロセッサ15等に実行させる処理により実現される。また、本実施形態に係る制御装置10は、予測時系列記憶部107を有する。予測時系列記憶部107は、例えば、制御装置10が有するメモリ装置16により実現される。 As shown in FIG. 2, the control device 10 according to the present embodiment includes a model parameter estimation unit 101, a measurement unit 102, a differentiator 103, an operation amount update unit 104, a reset processing unit 105, and a timer 106. have These are realized by, for example, one or more programs installed in the control device 10 causing the processor 15 or the like to execute processing. Further, the control device 10 according to this embodiment has a prediction time series storage unit 107 . The predicted time series storage unit 107 is implemented by, for example, the memory device 16 included in the control device 10 .

計測部102は、制御周期T毎に、制御対象プラント20の制御量yを計測(観測)する。そして、計測部102は、計測した制御量yの最新の値を、制御量現在値yとして出力する。なお、制御対象プラント20の制御量yは、操作量uと外乱vとに応じて決定される。外乱vとしては、例えば、制御量yが温度である場合には外気温の低下又は上昇等が挙げられる。 The measurement unit 102 measures (observes) the controlled variable y of the controlled plant 20 at each control cycle Tc . Then, the measurement unit 102 outputs the latest value of the measured control amount y as the control amount current value y0 . The controlled variable y of the controlled plant 20 is determined according to the manipulated variable u and the disturbance v. For example, when the controlled variable y is temperature, the disturbance v may be a drop or rise in the outside air temperature.

また、計測部102は、制御周期T毎に、操作量更新部104から出力された操作量uを取得(観測)し、取得した操作量uの最新の値を、操作量現在値uとして出力する。 In addition, the measurement unit 102 acquires (observes) the manipulated variable u output from the manipulated variable updating unit 104 at each control cycle Tc , and converts the latest value of the acquired manipulated variable u to the current manipulated variable u 0 output as

差分器103は、目標値rと、制御量現在値yとの差(偏差)を目標偏差eとして出力する。時刻tにおける目標偏差e(t)は、e(t)=r(t)-y(t)で計算される。なお、本実施形態では、目標値は一定、すなわち、r(t)=定数であるとする。 The differentiator 103 outputs the difference (deviation) between the target value r and the current controlled variable value y0 as the target deviation e0 . The target deviation e 0 (t) at time t is calculated by e 0 (t)=r(t)−y 0 (t). Note that in this embodiment, the target value is constant, that is, r(t)=constant.

操作量更新部104は、制御周期T毎に、制御対象プラント20に対する操作量uを出力する。ここで、操作量更新部104には、制御パラメータ計算部111と、補正目標偏差計算部112と、操作変化量計算部113と、加算器114とが含まれる。 The manipulated variable update unit 104 outputs the manipulated variable u for the controlled plant 20 every control cycle Tc . Here, the manipulated variable updater 104 includes a control parameter calculator 111 , a corrected target deviation calculator 112 , an manipulated variable calculator 113 , and an adder 114 .

制御パラメータ計算部111は、プラント応答関数{Sθ(t)}を入力して、制御パラメータとして制御ゲインkと先読み長Tとを計算し、制御ゲインkを操作変化量計算部113、先読み長Tを補正目標偏差計算部112にそれぞれ出力する。 The control parameter calculator 111 receives the plant response function {S θ (t)}, calculates the control gain k I and the look-ahead length T p as control parameters, and applies the control gain k I to the operation change amount calculator 113 . , and the look-ahead length Tp to the correction target deviation calculator 112, respectively.

補正目標偏差計算部112は、プラント応答関数{Sθ(t)}と、目標偏差e(t)と、過去の操作量uの変化量duの時系列データである操作変化量時系列{du(t)}と、先読み長Tとに基づいて、目標偏差e(t)を補正した補正目標偏差e(t)を計算する。このとき、補正目標偏差計算部112は、予測時系列記憶部107に記憶されている予測時系列(未来の或る時刻までの制御量yの予測値の時系列)を用いて、補正目標偏差e(t)を計算する。なお、補正目標偏差e(t)の計算方法の詳細については後述する。 The corrected target deviation calculator 112 calculates the plant response function {S θ (t)}, the target deviation e 0 (t), and the operation change amount time series { du(t)} and the look-ahead length T p , a corrected target deviation e * (t) is calculated by correcting the target deviation e 0 (t). At this time, the corrected target deviation calculation unit 112 uses the prediction time series (the time series of the predicted value of the control amount y up to a certain time in the future) stored in the prediction time series storage unit 107 to calculate the corrected target deviation Compute e * (t). The details of the calculation method of the corrected target deviation e * (t) will be described later.

操作変化量計算部113は、補正目標偏差e(t)と制御ゲインkとに基づいて、操作変化量du(t)を計算する。操作変化量計算部113は、例えば、du(t-3T)、du(t-2T)、du(t-T)という順序で操作変化量du(t)を算出し、出力する。なお、操作変化量duは、制御周期T毎に操作量uが変化した量である。 The operation change amount calculator 113 calculates the operation change amount du(t) based on the corrected target deviation e * (t) and the control gain kI . The manipulation change amount calculation unit 113 calculates and outputs the manipulation change amount du(t) in the order of du(t−3T c ), du(t−2T c ), and du(t−T c ), for example. The amount of change in operation du is the amount by which the amount of operation u changes in each control cycle Tc .

加算器114は、計測部102から出力された操作量現在値uと、操作変化量計算部113から出力された操作変化量duとを加算して、新たな操作量uを算出する。そして、加算器114は、この新たな操作量uを制御対象プラント20に出力する。新たな操作量uは、u(t)=u+du(t)=u(t-T)+du(t)で算出される。 The adder 114 adds the current value u 0 of the operation amount output from the measurement unit 102 and the operation change amount du output from the operation change amount calculation unit 113 to calculate a new operation amount us . The adder 114 then outputs this new manipulated variable u to the controlled plant 20 . A new manipulated variable u is calculated by u(t)=u 0 +du(t)=u(t−T c )+du(t).

モデルパラメータ推定部101は、制御周期T毎に、制御量現在値y(t)と操作量現在値u(t)とを入力し、プラント応答関数{Sθ(t)}のモデルパラメータの推定値θestを算出し、出力する。このモデルパラメータの推定値θ=θestは、プラント応答関数{Sθ(t)}に設定される。プラント応答関数{Sθ(t)}とはモデルパラメータθを含む関数であり、制御対象プラント20のプラント応答モデルである。以降では、プラント応答関数{Sθ(t)}に設定されているモデルパラメータθを「モデルパラメータ設定値θ」ともいう。なお、モデルパラメータの推定値θestを算出する際に、モデルパラメータの初期値θが入力されてもよい。 The model parameter estimating unit 101 inputs the current controlled variable value y 0 (t) and the current manipulated variable u 0 (t) for each control cycle T c , and calculates the model of the plant response function {S θ (t)}. Calculate and output the estimated value θ est of the parameter. This model parameter estimate θ=θ est is set to the plant response function {S θ (t)}. A plant response function {S θ (t)} is a function including a model parameter θ, and is a plant response model of the plant 20 to be controlled. Hereinafter, the model parameter θ set in the plant response function {S θ (t)} is also referred to as “model parameter set value θ”. Note that the initial value θ 0 of the model parameter may be input when calculating the estimated value θ est of the model parameter.

リセット処理部105は、リセット信号が入力されると、プラント応答関数{Sθ(t)}のモデルパラメータと予測時系列記憶部107に記憶されている予測時系列とをリセットする。これにより、モデル同定がリカバリされる。 The reset processing unit 105 resets the model parameters of the plant response function {S θ (t)} and the predicted time series stored in the predicted time series storage unit 107 when the reset signal is input. This recovers the model identification.

タイマ106は、制御周期T毎に、モデルパラメータ推定部101と計測部102と操作量更新部104とを動作させる。すなわち、タイマ106は、制御周期T毎に、モデルパラメータ推定部101と計測部102と操作量更新部104の動作トリガーとして動作する。制御周期Tは、制御対象プラント20を制御する周期のことであり、その値は予め設定される。 The timer 106 operates the model parameter estimating unit 101, the measuring unit 102, and the manipulated variable updating unit 104 every control cycle Tc . That is, the timer 106 operates as an operation trigger for the model parameter estimating unit 101, the measuring unit 102, and the manipulated variable updating unit 104 every control cycle Tc . The control period Tc is a period for controlling the plant 20 to be controlled, and its value is set in advance.

予測時系列記憶部107は、補正目標偏差計算部112によって計算された予測時系列(未来の或る時刻までの制御量yの予測値の時系列)を記憶する。 The predicted time series storage unit 107 stores the predicted time series calculated by the corrected target deviation calculator 112 (time series of predicted values of the controlled variable y up to a certain future time).

なお、本実施形態に係る制御装置10は、例えば、制御周期T毎に計算されたモデルパラメータや制御パラメータ(制御ゲイン、先読み長)を表示装置12に逐次表示させる表示制御部を有していてもよいし、これらのモデルパラメータや制御パラメータを通信ネットワークにより接続されるPC等といった端末の表示装置上に逐次表示させる表示制御部を有していてもよい。これにより、制御装置10のユーザや管理者(以降、「ユーザ等」とも表す。)は、モデルパラメータや制御パラメータのトレンドを知ることが可能となり、プラント応答モデルの同定具合や制御パラメータの調整具合を確認することができるようになる。また、プラント応答モデルに急激な変動が起きる場合にその兆候を発見することも可能となる。 Note that the control device 10 according to the present embodiment has a display control unit that causes the display device 12 to sequentially display, for example, model parameters and control parameters (control gain, look-ahead length) calculated for each control cycle Tc . Alternatively, it may have a display control unit that sequentially displays these model parameters and control parameters on a display device of a terminal such as a PC connected via a communication network. As a result, users and administrators of the control device 10 (hereinafter also referred to as “users, etc.”) can know the trend of model parameters and control parameters, and the identification state of the plant response model and the adjustment state of the control parameters. can be confirmed. In addition, it is also possible to find signs of sudden fluctuations in the plant response model.

<プラント応答関数{Sθ(t)}の動作>
次に、プラント応答関数{Sθ(t)}の動作について、図3を参照しながら説明する。図3は、プラント応答関数{Sθ(t)}の動作の一例を説明するための図である。
<Operation of plant response function {S θ (t)}>
Next, the operation of the plant response function {S θ (t)} will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of the plant response function {S θ (t)}.

図3に示すように、プラント応答関数{Sθ(t)}は、モデルパラメータ設定値θと時刻tとが入力されると、初期時刻0から時間t経過後の時刻tにおける単位ステップ応答Sθ(t)を出力する。なお、単位ステップ応答とは、操作量uを単位ステップ入力とした場合における応答(つまり、制御対象プラント20のプラント応答モデルの出力)のことである。 As shown in FIG. 3, the plant response function {S θ (t)} is a unit step response S Output θ (t). The unit step response is the response (that is, the output of the plant response model of the controlled plant 20) when the manipulated variable u is the unit step input.

<プラント応答関数{Sθ(t)}の計算>
次に、プラント応答関数{Sθ(t)}の単位ステップ応答Sθ(t)を計算する処理について、図4を参照しながら説明する。図4は、プラント応答関数{Sθ(t)}の計算処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図4では、モデルパラメータ設定値θと時刻tとが入力されたものとする。
<Calculation of plant response function {S θ (t)}>
Next, the process of calculating the unit step response S θ (t) of the plant response function {S θ (t)} will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart for explaining an example of calculation processing of the plant response function {S θ (t)}. In FIG. 4, it is assumed that the model parameter set value θ and the time t are input.

ここで、本実施形態では、プラント応答関数Sθ(t)の計算モデルとして、制御量yについては過去N点の自己回帰、操作量uについては現在値と過去M-1点の移動平均を用いたARMA(autoregressive moving average)モデルを採用した場合について説明する。なお、N及びMは、例えば、ユーザ等によって予め設定される。ただし、ARMAモデルは一例であって、これに限られるものではなく、例えば、ARMAXモデル等の他のモデルを採用してもよい。 Here, in this embodiment, as a calculation model of the plant response function S θ (t), autoregression of the past N points for the controlled variable y, and moving average of the current value and the past M−1 points for the manipulated variable u are used. A case where the used ARMA (autoregressive moving average) model is adopted will be described. Note that N and M are set in advance by, for example, a user or the like. However, the ARMA model is only an example, and the present invention is not limited to this. For example, other models such as the ARMAX model may be adopted.

このとき、モデルパラメータ設定値θを以下とする。 At this time, the model parameter setting value θ is set as follows.

θ=[-a,-a,・・・,-a,b,b,b,・・・,bM-1Τ
ここで、Τは転置を表す。
θ =[−a 1 ,−a 2 , . . . ,−a N ,b 0 ,b 1 ,b 2 , .
Here, T represents transposition.

モデルパラメータ設定値θの各要素は、以下に示すARMAモデルの係数である。 Each element of the model parameter setting value θ is a coefficient of the ARMA model shown below.

y(k)=-ay(k-1)-ay(k-2)-・・・-ay(k-N)+bu(k)+bu(k-1)+bu(k-2)+・・・+bM-1u(k-M+1)
ここで、kはインデックスであり、k=1から開始するものとする。なお、上記のARMAモデルは一例であって、例えば、過去L点(Lは予め設定された1以上の整数)の外乱vを考慮したモデルが用いられてもよい。
y(k)=-a 1 y(k-1)-a 2 y(k-2)-...-a N y(k-N)+b 0 u(k)+b 1 u(k-1) +b 2 u(k−2)+ . . . +b M−1 u(k−M+1)
where k is an index, starting from k=1. Note that the ARMA model described above is only an example, and for example, a model that considers the disturbance v of past L points (L is a preset integer equal to or greater than 1) may be used.

ステップS11:操作量更新部104は、時刻を表す変数をτ、インデックスkにおける状態ベクトルをφ(k)、制御量予測値をy(k)として、時刻τと状態ベクトルφ(0)と制御量予測値y(0)とを初期化する。 Step S11: The manipulated variable update unit 104 sets τ as a variable representing time, φ(k) as a state vector at index k, and y(k) as a predicted control amount value, and sets the time τ, the state vector φ(0), and the control Initialize the quantity prediction value y(0).

ここで、状態ベクトルφ(k)は、以下で表される。 Here, the state vector φ(k) is expressed as follows.

φ(k)=[y(k-1),y(k-2),・・・,y(k-N),u(k),u(k-1),u(k-2),・・・,u(k-M+1)]Τ
なお、例えば、過去L点の外乱vを考慮する場合には、状態ベクトルφ(k)を、y(k)及びu(k)に加えてL個の外乱v(k)を要素として持つ状態ベクトルに拡大すればよい。
φ(k)=[y(k-1), y(k-2), ..., y(kN), u(k), u(k-1), u(k-2), , u(k−M+1)] Τ
For example, when considering the disturbance v of L points in the past, the state vector φ(k) is a state having L disturbances v(k) as elements in addition to y(k) and u(k). Just expand it to a vector.

操作量更新部104は、例えば、τ=0及びy(0)=0と初期化すると共に、φ(0)=[0,0,・・・,0,1,0,0,・・・,0]Τと初期化する。すなわち、φ(0)は、φ(k)のu(k)に相当する要素のみ1、他の要素は0に初期化される。これは、単位ステップ応答を模擬する際の初期値として設定していることを意味する。 For example, the manipulated variable updating unit 104 initializes τ=0 and y(0)=0, and φ(0)=[0, 0, . , 0] T. That is, φ(0) is initialized to 1 only for the element corresponding to u(k) of φ(k) and to 0 for the other elements. This means that it is set as an initial value when simulating a unit step response.

ステップS12:次に、操作量更新部104は、制御量予測値y(k-1)と、状態ベクトルφ(k-1)とに基づいて、状態ベクトルφ(k)を更新する。操作量更新部104は、例えば、以下により状態ベクトルφ(k)を更新する。 Step S12: Next, the manipulated variable updating unit 104 updates the state vector φ(k) based on the control amount predicted value y(k−1) and the state vector φ(k−1). For example, the manipulated variable updating unit 104 updates the state vector φ(k) as follows.

φ(k)=[y(k-1),y(k-2),・・・,y(k-N),u(k),u(k-1),u(k-2),・・・,u(k-M+1)]Τ
このとき、y(k-1)には制御量予測値y(k-1)を設定し、u(k)には1を設定する。また、y(k-2),・・・,y(k-N)及びu(k-1),u(k-2),・・・,u(k-M+1)には、状態ベクトルφ(k-1)と同じ値を設定する(すなわち、状態ベクトルφ(k-1)に含まれるy(k-2),・・・,y(k-N)及びu(k-1),u(k-2),・・・,u(k-M+1)をそれぞれ設定する。)。
φ(k)=[y(k-1), y(k-2), ..., y(kN), u(k), u(k-1), u(k-2), , u(k−M+1)] Τ
At this time, the control amount prediction value y(k-1) is set to y(k-1), and 1 is set to u(k). , y(k-N) and u(k-1), u(k-2), . (k-1) (that is, y(k-2), ..., y(kN) and u(k-1), contained in the state vector φ(k-1) u(k−2), . . . , u(k−M+1) respectively).

ステップS13:次に、操作量更新部104は、モデルパラメータ設定値θと状態ベクトルφ(k)とに基づいて制御量予測値y(k)を計算する。操作量更新部104は、例えば、y(k)=φ(k)Τθにより制御量予測値y(k)を計算する。 Step S13: Next, the manipulated variable updating unit 104 calculates the controlled variable predicted value y(k) based on the model parameter setting value θ and the state vector φ(k). The manipulated variable updating unit 104 calculates the controlled variable predicted value y(k) by, for example, y(k)=φ(k) .

ステップS14:次に、操作量更新部104は、時刻τをτ+ΔTに更新すると共に、インデックスkをk+1に更新する。ここで、ΔTはARMAモデルの1ステップの時間幅を表す。プラント応答関数の時間刻みΔTは、制御周期Tに応じて変更することができる。ARMAモデルは離散モデルであるため、ΔT=Tとすることが好適である。 Step S14: Next, the manipulated variable updating unit 104 updates the time τ to τ+ΔT and updates the index k to k+1. Here, ΔT represents the time width of one step of the ARMA model. The time step ΔT of the plant response function can be changed according to the control cycle Tc . Since the ARMA model is a discrete model, it is preferable to set ΔT= Tc .

ステップS15:次に、操作量更新部104は、τ≧tであるか否かを判定する。そして、τ≧tであると判定されなかった場合(ステップS15でNO)、操作量更新部104は、ステップS12に戻る。これにより、τ≧tとなるまで、ステップS12~ステップS14が繰り返し実行される。 Step S15: Next, the manipulated variable updating unit 104 determines whether or not τ≧t. Then, if it is not determined that τ≧t (NO in step S15), the manipulated variable updating unit 104 returns to step S12. As a result, steps S12 to S14 are repeatedly executed until τ≧t.

一方で、τ≧tであると判定された場合(ステップS15でYES)、操作量更新部104は、処理を終了する。これにより、最終的に計算されたy(k)が単位ステップ応答Sθ(t)として得られる(つまり、Sθ(t)=y(k)が、ステップ応答関数{Sθ(t)}の時刻tにおける単位ステップ応答として計算される。)。 On the other hand, if it is determined that τ≧t (YES in step S15), the manipulated variable updating unit 104 terminates the process. This gives the final calculated y(k) as the unit step response S θ (t) (that is, S θ (t)=y(k) is the step response function {S θ (t)} is calculated as the unit step response at time t of ).

<モデルパラメータθの推定>
次に、プラント応答関数{Sθ(t)}のモデルパラメータθを推定する処理(つまり、モデルパラメータ推定値θestを算出する処理)について、図5を参照しながら説明する。図5は、モデルパラメータの推定処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図5では、制御量現在値yと操作量現在値uとが入力されたものとして、或るインデックスkにおけるモデルパラメータ推定値θestを算出する場合について説明する。また、制御量の1時刻前の値(つまり、現在の時刻をtとしたとき、y(t-T))を制御量前回値と呼び、y-1と表記することにする。なお、このインデックスkは、図4でプラント応答関数の計算に用いたインデックスkとは独立した値であり、モデルパラメータ推定処理の実行時インデックスを表す。
<Estimation of model parameter θ>
Next, the process of estimating the model parameter θ of the plant response function {S θ (t)} (that is, the process of calculating the model parameter estimated value θ est ) will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart for explaining an example of model parameter estimation processing. In FIG. 5, a case will be described in which the model parameter estimated value θ est at a certain index k is calculated assuming that the current controlled variable value y 0 and the manipulated variable current value u 0 are input. Also, the value of the control amount one time ago (that is, y 0 (t−T c ) when the current time is t) is called the control amount previous value and is denoted by y −1 . Note that this index k is a value independent of the index k used to calculate the plant response function in FIG. 4, and represents an index during model parameter estimation processing.

ステップS21:モデルパラメータ推定部101は、モデルパラメータ推定値θest(k)と共分散行列P(k)とを初期化するか否かを判定する。ここで、初期化すると判定される場合としては、例えば、モデルパラメータ推定値θestを初めて算出する場合(つまり、モデルパラメータ推定値θestの初回算出時)、ユーザ等により初期化指示が行われた場合等が挙げられる。 Step S21: The model parameter estimation unit 101 determines whether or not to initialize the model parameter estimated value θ est (k) and the covariance matrix P(k). Here, as a case where it is determined to be initialized, for example, when the model parameter estimated value θ est is calculated for the first time (that is, when the model parameter estimated value θ est is calculated for the first time), the user or the like issues an initialization instruction. and the like.

モデルパラメータ推定値θest(k)と共分散行列P(k)とを初期化すると判定した場合(ステップS21でYES)、モデルパラメータ推定部101は、ステップS22に進む。一方で、モデルパラメータ推定値θest(k)と共分散行列P(k)とを初期化すると判定しなかった場合(ステップS21でNO)、モデルパラメータ推定部101は、ステップS23に進む。 If it is determined to initialize the model parameter estimation value θ est (k) and the covariance matrix P(k) (YES in step S21), the model parameter estimation unit 101 proceeds to step S22. On the other hand, if it is determined not to initialize the model parameter estimated value θ est (k) and the covariance matrix P(k) (NO in step S21), the model parameter estimation unit 101 proceeds to step S23.

ステップS22:上記のステップS21でモデルパラメータ推定値θest(k)と共分散行列P(k)とを初期化すると判定された場合、モデルパラメータ推定部101は、k=0と初期化すると共に、θest(0)=θ及びP(0)=γI(ただし、γ>0)と初期化する。ここで、θとしては、既にプラント応答関数{Sθ(t)}に設定されているモデルパラメータ設定値θを用いてもよいし、ユーザ等が事前に想定した初期値を用いてもよいし、後述するリセット処理により得られたモデルパラメータ推定値θest=θest(k-1)を用いてもよい。また、Iとしては、単位行列としてもよいし、予め決められた任意の行列としてもよい。 Step S22: If it is determined in step S21 above to initialize the model parameter estimate θ est (k) and the covariance matrix P(k), the model parameter estimation unit 101 initializes k=0 and , θ est (0)=θ 0 and P(0)=γI (where γ>0). Here, as θ 0 , a model parameter setting value θ that has already been set in the plant response function {S θ (t)} may be used, or an initial value assumed in advance by a user or the like may be used. Alternatively, model parameter estimated values θ estest (k−1) obtained by reset processing, which will be described later, may be used. Also, I may be a unit matrix or any predetermined matrix.

ステップS23:モデルパラメータ推定部101は、状態ベクトルφ(k-1)と操作量現在値uと制御量前回値y-1とに基づいて、状態ベクトルφ(k)を更新する。すなわち、モデルパラメータ推定部101は、例えば、以下により状態ベクトルφ(k)を更新する。 Step S23: The model parameter estimator 101 updates the state vector φ(k) based on the state vector φ(k−1), the current value u 0 of the manipulated variable, and the previous value y −1 of the controlled variable. That is, model parameter estimating section 101 updates state vector φ(k) as follows, for example.

φ(k)=[y(k-1),y(k-2),・・・,y(k-N),u(k),u(k-1),u(k-2),・・・,u(k-M+1)]Τ
このとき、y(k-1)には制御量前回値y-1を設定し、u(k)には操作量現在値uを設定する。また、y(k-2),・・・,y(k-N)及びu(k-1),u(k-2),・・・,u(k-M+1)には、状態ベクトルφ(k-1)と同じ値を設定する(すなわち、状態ベクトルφ(k-1)に含まれるy(k-2),・・・,y(k-N)及びu(k-1),u(k-2),・・・,u(k-M+1)をそれぞれ設定する。)。
φ(k)=[y(k-1), y(k-2), ..., y(kN), u(k), u(k-1), u(k-2), , u(k−M+1)] Τ
At this time, y(k−1) is set to the previous controlled variable value y −1 , and u(k) is set to the current manipulated variable value u 0 . , y(k-N) and u(k-1), u(k-2), . (k-1) (that is, y(k-2), ..., y(kN) and u(k-1), contained in the state vector φ(k-1) u(k−2), . . . , u(k−M+1) respectively).

なお、例えば、過去L点の外乱vを考慮する場合には、上述したように、状態ベクトルφ(k)を、y(k)及びu(k)に加えてL個の外乱v(k)を要素として持つ状態ベクトルに拡大し、外乱に対する共分散行列とモデルパラメータの推定とを行うようにすればよい。 For example, when considering the disturbance v of L points in the past, as described above, the state vector φ(k) is added to y(k) and u(k), and L disturbances v(k) as elements, and estimate the covariance matrix and model parameters for the disturbance.

ステップS24:次に、モデルパラメータ推定部101は、モデルパラメータ推定値θest(k-1)と状態ベクトルφ(k)と制御量現在値yとに基づいて、予測誤差ε(k)を計算する。なお、モデルパラメータ推定値θest(k-1)は前回(つまり、k-1のとき)推定したモデルパラメータθの推定値である。 Step S24: Next, the model parameter estimating unit 101 calculates the prediction error ε(k) based on the model parameter estimated value θ est (k−1), the state vector φ(k), and the control amount current value y 0 . calculate. Note that the model parameter estimated value θ est (k−1) is the estimated value of the model parameter θ previously estimated (that is, at k−1).

モデルパラメータ推定部101は、例えば、以下により予測誤差ε(k)を計算する。 The model parameter estimation unit 101, for example, calculates the prediction error ε(k) as follows.

y(k)=y
ε(k)=y(k)-φ(k)Τθest(k-1)
ステップS25:次に、モデルパラメータ推定部101は、共分散行列P(k)を更新する。モデルパラメータ推定部101は、例えば、以下により共分散行列P(k)を更新する。
y(k)= y0
ε(k) =y(k)−φ(k) Τθest ( k−1)
Step S25: Next, the model parameter estimation unit 101 updates the covariance matrix P(k). Model parameter estimation section 101 updates covariance matrix P(k), for example, as follows.

Figure 2023114204000002
ここで、P(k-1)は前回(つまり、k-1のとき)得られた共分散行列である。また、λは0<λ≦1を取る忘却係数であり、予め設定された値である。忘却係数λは過去データを忘却するための係数であり、0に近いほど急激に過去データの影響が減少し、1に近いほど過去データの影響が保持される。
Figure 2023114204000002
where P(k-1) is the covariance matrix obtained last time (that is, at k-1). Also, λ is a forgetting coefficient that takes 0<λ≦1 and is a preset value. The forgetting coefficient λ is a coefficient for forgetting past data.

ステップS26:次に、モデルパラメータ推定部101は、モデルパラメータ推定値θestを更新するか否かを判定する。ここで、モデルパラメータ推定値θestを更新すると判定される場合としては、例えば、上記のステップS22での初期化時から所定の期間が経過するまでモデルパラメータ推定値θestが更新されなかった場合、ユーザ等により更新指示が行われた場合等が挙げられる。 Step S26: Next, the model parameter estimation unit 101 determines whether or not to update the model parameter estimated value θ est . Here, as a case where it is determined to update the model parameter estimated value θ est , for example, when the model parameter estimated value θ est has not been updated until a predetermined period has passed since the initialization in step S22. , a case where an update instruction is given by a user or the like.

モデルパラメータ推定値θestを更新すると判定した場合(ステップS26でYES)、モデルパラメータ推定部101は、ステップS27に進む。一方で、モデルパラメータ推定値θestを更新すると判定しなかった場合(ステップS26でNO)、モデルパラメータ推定部101は、θest(k)=θest(k-1)とした上で、ステップS27を実行せず、ステップS28に進む。 If it is determined to update the model parameter estimated value θ est (YES in step S26), the model parameter estimation unit 101 proceeds to step S27. On the other hand, if it is not determined to update the model parameter estimated value θ est (NO in step S26), the model parameter estimation unit 101 sets θ est (k)=θ est (k−1) and then step Without executing S27, the process proceeds to step S28.

ステップS27:上記のステップS26でモデルパラメータ推定値θestを更新すると判定された場合、モデルパラメータ推定部101は、モデルパラメータ推定値θest(k)を更新する。モデルパラメータ推定部101は、例えば、以下によりモデルパラメータ推定値θest(k)を更新する。 Step S27: If it is determined in step S26 to update the model parameter estimation value θ est , the model parameter estimation unit 101 updates the model parameter estimation value θ est (k). The model parameter estimating unit 101 updates the model parameter estimated value θ est (k), for example, as follows.

Figure 2023114204000003
ステップS28:そして、モデルパラメータ推定部101は、モデルパラメータ推定処理の実行時インデックスkをk+1に更新する。
Figure 2023114204000003
Step S28: Then, the model parameter estimation unit 101 updates the execution time index k of the model parameter estimation process to k+1.

<補正目標偏差計算部112の動作>
次に、補正目標偏差計算部112の動作について、図6を参照しながら説明する。図6は、補正目標偏差計算部112の動作の一例を説明するための図である。
<Operation of Correction Target Deviation Calculation Unit 112>
Next, the operation of the corrected target deviation calculator 112 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the operation of the corrected target deviation calculator 112. As shown in FIG.

図6に示すように、補正目標偏差計算部112は、プラント応答関数{Sθ(t)}と、目標偏差e(t)と、操作変化量時系列{du(t)}と、先読み長Tとが入力されると、制御量が過去の操作変化量によって現在時刻tからT経過後に変化すると予測される値を先読み応答補正値y(t)として算出する。なお、先読み長Tは制御パラメータ計算部111により計算される。 As shown in FIG. 6, the corrected target deviation calculator 112 calculates the plant response function {S θ (t)}, the target deviation e 0 (t), the operation variation time series {du(t)}, and the look-ahead When the length T p is input, a value that is predicted to change the control amount after the lapse of T p from the current time t is calculated as the look-ahead response correction value y n (t) due to the amount of change in the past operation. Note that the look-ahead length Tp is calculated by the control parameter calculator 111 .

そして、補正目標偏差計算部112は、先読み応答補正値y(t)により目標偏差e(t)を補正した補正目標偏差e(t)を出力する。ここで、補正目標偏差e(t)は、e(t)=r(t)-(y(t)+y(t))=e(t)-y(t)で計算される。そこで、以下、一例として、予測時系列記憶部107に記憶されている予測時系列を用いて、先読み応答補正値y(t)を計算する方法について説明する。 Then, the corrected target deviation calculator 112 outputs a corrected target deviation e * (t) obtained by correcting the target deviation e 0 (t) with the look-ahead response correction value y n (t). Here, the corrected target deviation e * (t) is calculated by e * (t)=r(t)-(y 0 (t)+y n (t))=e 0 (t)-y n (t) be done. Therefore, as an example, a method of calculating the look-ahead response correction value y n (t) using the predicted time series stored in the predicted time series storage unit 107 will be described below.

時刻tで予測した時刻sにおける制御量yの予測値を一般化予測値yn,C(s|t)と定義し、以下により計算する。 A predicted value of the controlled variable y at time s predicted at time t is defined as a generalized predicted value y n,C (s|t), which is calculated as follows.

Figure 2023114204000004
ここで、Mは、一般化予測値の計算に使用するモデルの長さ(モデル区間)である。
Figure 2023114204000004
where M is the length of the model (model interval) used to calculate the generalized predictor.

このとき、予測時系列記憶部107には、現在時刻をtとして、時刻t-Δtから未来の時刻t+Tまでの一般化予測値yn,C(s|t)が時系列として記憶されているものとする。すなわち、予測時系列記憶部107には、yn,C(t-Δt|t),yn,C(t|t),yn,C(t+Δt|t),・・・,yn,C(t+T|t)が記憶されているものとする。ここで、Tは予測時系列記憶部107に記憶される一般化予測値yn,Cの長さ(時系列長)を決める定数であり、T=NΔt(Nは、予め決められた任意の正の整数)と表されるものとする。また、Δtは予測間隔であり、Δt=Tであるものとする。 At this time, the prediction time series storage unit 107 stores the generalized prediction values y n,C (s|t) from the time t−Δt to the future time t+ Tb as a time series, where t is the current time. It is assumed that there is That is, the prediction time series storage unit 107 stores y n,C (t−Δt|t), y n,C (t|t), y n,C (t+Δt|t) , . Assume that C (t+T b |t) is stored. Here, T b is a constant that determines the length (time series length) of the generalized prediction values y n,C stored in the prediction time series storage unit 107, and T b =N 1 Δt (N 1 is any determined positive integer). Also, Δt is the prediction interval, and Δt= Tc .

一般化予測値yn,Cを用いると、操作変化量時系列{du(t)}のみによる先読み時刻t+Tにおける制御量yの予測値である先読み応答予測値yn,A(t)は、yn,A(t)=yn,C(t+T|t)となる。また、操作変化量時系列{du(t)}のみによる現在時刻tにおける制御量yの予測値である自由応答予測値yn,B(t)は、yn,B(t)=yn,C(t|t)となる。 When the generalized predicted value y n,C is used, the look-ahead response predicted value y n,A ( t), which is the predicted value of the control amount y at the look-ahead time t+T p based only on the operation change amount time series {du(t)}, is , y n,A (t)=y n,C (t+T p |t). Further, the free response prediction value y n,B (t), which is the prediction value of the control amount y at the current time t based only on the operation change amount time series {du(t)}, is y n,B (t)=y n , C (t|t).

一方で、先読み応答補正値y(t)は、y(t)=yn,A(t)-yn,B(t)と計算できる。このため、補正目標偏差計算部112は、予測時系列記憶部107を用いることで、少ない計算量と少ないメモリ量で補正目標偏差e(t)を計算することができる。 On the other hand, the look-ahead response correction value y n (t) can be calculated as y n (t)=y n,A (t)−y n,B (t). Therefore, by using the prediction time-series storage unit 107, the corrected target deviation calculator 112 can calculate the corrected target deviation e * (t) with a small amount of calculation and a small amount of memory.

ここで、予測時系列記憶部107は、新たな操作変化量du(t)が操作変化量計算部113によって算出される毎に、補正目標偏差計算部112によって更新される。以下、予測時系列記憶部107の更新方法の一例について説明する。 Here, the predicted time-series storage unit 107 is updated by the correction target deviation calculation unit 112 each time a new operation change amount du(t) is calculated by the operation change amount calculation unit 113 . An example of a method for updating the prediction time series storage unit 107 will be described below.

時刻tで予測したmΔt先における一般化予測値yn,C(t+mΔt|t)は、以下で表される。 A generalized predicted value y n,C (t+mΔt|t) ahead of mΔt predicted at time t is expressed as follows.

Figure 2023114204000005
このため、時刻t+Δtで予測したmΔt先における一般化予測値yn,C(t+Δt+mΔt|t+Δt)は、以下で表される。
Figure 2023114204000005
Therefore, the generalized predicted value y n,C (t+Δt+mΔt|t+Δt) after mΔt predicted at time t+Δt is expressed as follows.

Figure 2023114204000006
すなわち、時刻t+Δで予測したmΔt先における一般化予測値yn,C(t+Δt+mΔt|t+Δt)は、yn,C(t+Δt+mΔt|t+Δt)=S(mΔt)du(t+Δt)+yn,C(t+(m+1)Δt|t)となる。
Figure 2023114204000006
That is, the generalized prediction value y n,C (t+Δt+mΔt|t+Δt) ahead of mΔt predicted at time t+Δ is yn ,C (t+Δt+mΔt|t+Δt)=S(mΔt)du(t+Δt)+y n,C (t+( m+1) Δt|t).

したがって、時刻t+Δtで予測したmΔ先における一般化予測値yn,Cは、時刻tで予測した(m+1)Δt先の一般化予測値yn,Cに対して、時刻t+Δtにおける操作変化量du(t+Δ)による影響を加えた値として更新できる。なお、このような更新は、例えば、特許文献2や特許文献3に記載されている手法により行うことができる。 Therefore, the generalized predicted value y n , C after mΔpredicted at time t+Δt is the operation change amount du It can be updated as a value affected by (t+Δ). Note that such an update can be performed by the method described in Patent Document 2 or Patent Document 3, for example.

<リセット処理>
次に、プラント応答関数{Sθ(t)}のモデルパラメータと予測時系列記憶部107に記憶されている予測時系列とをリセットする処理について、図7を参照しながら説明する。図7は、リセット処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図7に示すリセット処理は、リセット信号がリセット処理部105に入力されると実行される。リセット信号は、例えば、ユーザや他のプログラム、他の機器等から入力される。以下では、リセット信号がリセット処理部105に入力されたものとする。
<Reset processing>
Next, processing for resetting the model parameters of the plant response function {S θ (t)} and the prediction time series stored in the prediction time series storage unit 107 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart for explaining an example of reset processing. Note that the reset processing shown in FIG. 7 is executed when a reset signal is input to the reset processing unit 105 . A reset signal is input from, for example, a user, another program, another device, or the like. It is assumed below that a reset signal is input to the reset processing unit 105 .

ステップS31:リセット処理部105は、リセット信号がONであるか否かを判定する。リセット信号がONであるとは、リセット信号が所定の値(例えば、「1」)を表す信号であることを意味する。一方で、リセット信号が所定の値以外を表す信号である場合、リセット信号がOFFであるという。なお、例えば、モデルパラメータθが予期しない値となった場合、モデルパラメータθの学習状態が不安定となった場合等に、ONを示すリセット信号がリセット処理部105に入力される。この他にも、例えば、非線形性等により制御性能が劣化し場合(つまり、目標値rと制御量yの乖離が大きくなった場合)等に、ONを示すリセット信号がリセット処理部105に入力されてもよい。又は、例えば、制御対象プラント20の運転モードの変化(例えば、仕込、反応、払出等といった運転モードの変化)に対応してONを示すリセット信号がリセット処理部105に入力されてもよいし、その他の何等かのロジックによってONを示すリセット信号がリセット処理部105に入力されてもよい。 Step S31: The reset processing unit 105 determines whether or not the reset signal is ON. The fact that the reset signal is ON means that the reset signal is a signal representing a predetermined value (for example, "1"). On the other hand, when the reset signal is a signal representing a value other than the predetermined value, the reset signal is said to be OFF. For example, when the model parameter θ becomes an unexpected value, or when the learning state of the model parameter θ becomes unstable, a reset signal indicating ON is input to the reset processing unit 105 . In addition, for example, when the control performance is degraded due to nonlinearity or the like (that is, when the divergence between the target value r and the control amount y becomes large), a reset signal indicating ON is input to the reset processing unit 105. may be Alternatively, for example, a reset signal indicating ON may be input to the reset processing unit 105 in response to a change in the operation mode of the controlled plant 20 (for example, a change in operation mode such as preparation, reaction, delivery, etc.), A reset signal indicating ON may be input to the reset processing unit 105 by some other logic.

リセット信号がONであると判定された場合(ステップS31でYES)、リセット処理部105は、ステップS32に進む。一方で、リセット信号がONであると判定しなかった場合(ステップS31でNO)、リセット処理部105は、何も行わずにリセット処理を終了する。 If it is determined that the reset signal is ON (YES in step S31), the reset processing unit 105 proceeds to step S32. On the other hand, if it is not determined that the reset signal is ON (NO in step S31), the reset processing unit 105 ends the reset processing without performing anything.

ステップS32:リセット処理部105は、モデルパラメータθ=θestと共分散行列Pをリセットする。すなわち、リセット処理部105は、モデルパラメータθと共分散行列Pのリセットをモデルパラメータ推定部101に指示する。なお、本ステップの詳細については後述する。 Step S32: The reset processing unit 105 resets the model parameter θ=θ est and the covariance matrix P. That is, the reset processing unit 105 instructs the model parameter estimation unit 101 to reset the model parameter θ and the covariance matrix P. Details of this step will be described later.

ステップS33:リセット処理部105は、予測時系列記憶部107に記憶されている予測時系列をリセットする。すなわち、リセット処理部105は、予測時系列記憶部107に記憶されている一般化予測値yn,C(t-Δt|t),yn,C(t|t),yn,C(t+Δt|t),・・・,yn,C(t+T|t)をすべて0に初期化する。これにより、現在時刻t以前の操作変化量duの影響が消去される。 Step S<b>33 : The reset processing unit 105 resets the predicted time series stored in the predicted time series storage unit 107 . That is, the reset processing unit 105 obtains the generalized prediction values y n,C (t−Δt|t), y n,C (t|t), y n,C ( t+Δt|t), . . . y n,C (t+T b |t) are all initialized to zero. As a result, the influence of the operation change amount du before the current time t is eliminated.

<モデルパラメータθと共分散行列Pのリセット>
図7のステップS32におけるモデルパラメータθ=θestと共分散行列Pをリセットする処理の詳細について、図8を参照しながら説明する。図8は、モデルパラメータ・共分散行列リセットの一例を説明するためのフローチャートである。なお、図8は、モデルパラメータθと共分散行列Pのリセットがリセット処理部105によって指示されたときに実行される。
<Reset of model parameter θ and covariance matrix P>
Details of the process of resetting the model parameter θ=θ est and the covariance matrix P in step S32 of FIG. 7 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart for explaining an example of model parameter/covariance matrix resetting. 8 is executed when the reset processing unit 105 instructs to reset the model parameter θ and the covariance matrix P. FIG.

ステップS41:モデルパラメータ推定部101は、θest(0)=0及びP(0)=γIと初期化する。なお、事前情報を用いないため、モデルパラメータ推定値θest(0)は零ベクトル、共分散行列P(0)は単位行列Iの係数γ倍(ただし、γ>0)に初期化される。なお、γは任意の正の値を用いることができるが、γの値を0に近い値にしておくと、初期のモデルパラメータ推定値の急変動を抑制することができる。 Step S41: The model parameter estimation unit 101 initializes θ est (0)=0 and P(0)=γI. Since no prior information is used, the model parameter estimate θ est (0) is initialized to a zero vector, and the covariance matrix P(0) is initialized to a factor γ times the identity matrix I (where γ>0). An arbitrary positive value can be used for γ, but if the value of γ is set to a value close to 0, sudden fluctuations in the initial model parameter estimated values can be suppressed.

ステップS42:次に、モデルパラメータ推定部101は、定常状態を表す状態ベクトルφ(0)を生成する。モデルパラメータ推定部101は、例えば、以下により定常状態を表す状態ベクトルφ(0)を生成する。 Step S42: Next, the model parameter estimator 101 generates a state vector φ(0) representing a steady state. The model parameter estimation unit 101, for example, generates a state vector φ(0) representing a steady state as follows.

φ(0)=[y,y,・・・,y,u,u,・・・,uΤ
すなわち、y(k-1),y(k-2),・・・,y(k-N)に相当する要素にyを設定すると共に、u(k),u(k-1),u(k-2),・・・,u(k-M+1)に相当する要素にuを設定する。これは、制御量現在値y及び操作量現在値uが定常値であるものとして、一定の状態が継続したと仮定し、図5のステップS23の状態ベクトル更新より状態ベクトルを生成したものである。以下、定常状態を表す状態ベクトルφ(0)を定常状態ベクトルともいう。
φ(0)= [ y 0 , y 0 , . . . , y 0 , u 0 , u 0 , .
That is, y0 is set to the elements corresponding to y(k-1), y(k-2), ..., y(kN), and u(k), u(k-1), Set u 0 to the elements corresponding to u(k−2), . . . , u(k−M+1). This is obtained by generating a state vector by updating the state vector in step S23 of FIG . is. The state vector φ(0) representing the steady state is hereinafter also referred to as the steady state vector.

ステップS43:次に、モデルパラメータ推定部101は、k=1と初期化する。なお、このインデックスkは、図4や図5で用いたインデックスkとは独立した値である。 Step S43: Next, the model parameter estimation unit 101 initializes k=1. Note that this index k is a value independent of the index k used in FIGS.

ステップS44:次に、モデルパラメータ推定部101は、k≧Kであるか否かを判定する。ここで、Kは予め設定された値である。 Step S44: Next, the model parameter estimation unit 101 determines whether or not k≧K. Here, K is a preset value.

k≧Kであると判定された場合(ステップS44でYES)、モデルパラメータ推定部101は、ステップS49に進む。一方で、k≧Kであると判定しなかった場合、モデルパラメータ推定部101は、ステップS45に進む。 If it is determined that k≧K (YES in step S44), the model parameter estimation unit 101 proceeds to step S49. On the other hand, if it is not determined that k≧K, the model parameter estimation unit 101 proceeds to step S45.

ステップS45:上記のステップS44でk≧Kであると判定されなかった場合、モデルパラメータ推定部101は、モデルパラメータ推定値θest(k-1)と定常状態ベクトルφ(0)と制御量現在値yとに基づいて、予測誤差ε(k)を計算する。なお、モデルパラメータ推定値θest(k-1)は前回(つまり、k-1のとき)推定したモデルパラメータθの推定値である。 Step S45: If k≧K is not determined in step S44, the model parameter estimation unit 101 calculates the model parameter estimated value θ est (k−1), the steady-state vector φ(0), and the current control amount. Calculate the prediction error ε(k) based on the value y 0 . Note that the model parameter estimated value θ est (k−1) is the estimated value of the model parameter θ previously estimated (that is, at k−1).

モデルパラメータ推定部101は、例えば、以下により予測誤差ε(k)を計算する。 The model parameter estimation unit 101, for example, calculates the prediction error ε(k) as follows.

y(0)=y
ε(k)=y(0)-φ(0)Τθest(k-1)
なお、リセット処理では定常状態の予測を行っているため、モデルパラメータ推定値θestのみがインデックスkに依存している。
y(0)= y0
ε(k)=y( 0)−φ(0) Τθest ( k−1)
It should be noted that since steady-state prediction is performed in the reset process, only the model parameter estimated value θ est depends on the index k.

ステップS46:次に、モデルパラメータ推定部101は、共分散行列P(k)を更新する。モデルパラメータ推定部101は、例えば、以下により共分散行列P(k)を更新する。 Step S46: Next, the model parameter estimation unit 101 updates the covariance matrix P(k). Model parameter estimation section 101 updates covariance matrix P(k), for example, as follows.

Figure 2023114204000007
ここで、P(k-1)は前回(つまり、k-1のとき)得られた共分散行列である。また、λは0<λ≦1を取る忘却係数であり、予め設定された値である。なお、忘却係数λは、図5のステップS25と同様の値を用いることが好適である。
Figure 2023114204000007
where P(k-1) is the covariance matrix obtained last time (that is, at k-1). Also, λ is a forgetting coefficient that takes 0<λ≦1 and is a preset value. Incidentally, it is preferable to use the same value as in step S25 of FIG. 5 as the forgetting factor λ.

ステップS47:次に、モデルパラメータ推定部101は、モデルパラメータ推定値θest(k)を更新する。モデルパラメータ推定部101は、例えば、以下によりモデルパラメータ推定値θest(k)を更新する。 Step S47: Next, the model parameter estimator 101 updates the model parameter estimated value θ est (k). The model parameter estimating unit 101 updates the model parameter estimated value θ est (k), for example, as follows.

Figure 2023114204000008
ステップS48:次に、モデルパラメータ推定部101は、インデックスkをk+1に更新する。これにより、k≧Kと判定されるまで、上記のステップS46~ステップS48が繰り返し実行され、その結果、モデルパラメータθが、定常状態ベクトルφ(0)に対するモデルパラメータ推定値θest(K-1)にリセットされることになる。
Figure 2023114204000008
Step S48: Next, the model parameter estimation unit 101 updates the index k to k+1. As a result, the above-described steps S46 to S48 are repeatedly executed until it is determined that k≧K, and as a result, the model parameter θ becomes the model parameter estimated value θ est (K−1 ) will be reset.

ステップS49:上記のステップS44でk≧Kであると判定された場合、モデルパラメータ推定部101は、共分散行列PをP(0)=γIと再初期化する。これは、リセット処理では定常状態ベクトルφ(0)に対するモデルパラメータ推定値θestを計算しているため、共分散行列Pは一般に正しい値ではなくなるので、再初期化を行っている。 Step S49: If k≧K is determined in step S44 above, the model parameter estimation unit 101 reinitializes the covariance matrix P to P(0)=γI. This is because the reset process calculates the model parameter estimated value θ est for the steady-state vector φ(0), so the covariance matrix P is generally not a correct value, so reinitialization is performed.

<操作変化量計算部113の動作>
次に、操作変化量計算部113の動作について、図9を参照しながら説明する。図9は、操作変化量計算部113の動作の一例を説明するための図である。
<Operation of Operation Variation Calculation Unit 113>
Next, the operation of the operation change amount calculation unit 113 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the operation of the operation change amount calculation unit 113. As shown in FIG.

図9に示すように、操作変化量計算部113は、補正目標偏差e(t)と制御ゲインkとが入力されると、この補正目標偏差e(t)に対して、制御パラメータ計算部111で計算された制御ゲインkを乗じて操作変化量du(t)を出力する。すなわち、操作変化量計算部113は、du(t)=k×e(t)により操作変化量du(t)を算出する。 As shown in FIG. 9, when the correction target deviation e * (t) and the control gain kI are input, the operation change amount calculation unit 113 calculates the control parameter It is multiplied by the control gain kI calculated by the calculator 111 to output the operation change amount du(t). That is, the operation change amount calculation unit 113 calculates the operation change amount du(t) by du(t)=k I ×e * (t).

ただし、補正目標偏差e(t)に対して制御ゲインkを乗じた結果が上限値dumaxを超える場合、操作変化量計算部113は、dumaxを操作変化量du(t)とする。同様に、補正目標偏差e(t)に対して制御ゲインkを乗じた結果が下限値duminを下回る場合、操作変化量計算部113は、duminを操作変化量du(t)とする。これにより、上下限範囲に対するリミッターを設けることができる。なお、操作量現在値uと操作変化量duとが加算器114によって加算された後の操作量uが所定の上下限範囲を逸脱しないように、dumax及びduminを都度設定してもよい。 However, if the result of multiplying the corrected target deviation e * (t) by the control gain kI exceeds the upper limit du max , the operation change amount calculator 113 sets du max to the operation change amount du(t). . Similarly, when the result of multiplying the corrected target deviation e * (t) by the control gain kI is below the lower limit value du min , the operation change amount calculation unit 113 regards du min as the operation change amount du(t). do. This makes it possible to provide a limiter for the upper and lower limits. It should be noted that du max and du min may be set each time so that the manipulated variable u obtained by adding the manipulated variable current value u0 and the manipulated variable amount du by the adder 114 does not deviate from the predetermined upper and lower limits. good.

<制御パラメータの計算>
次に、制御パラメータとして制御ゲインkと先読み長Tを計算する処理について、図10を参照しながら説明する。図10は、制御パラメータの計算処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図10では、プラント応答関数{Sθ(t)}に加えて、調整係数α,βが入力されたものとする。調整係数α,βは予め設定された値であり、0<α≦1,0<β≦1であることが好適である。
<Calculation of control parameters>
Next, processing for calculating the control gain kI and the look-ahead length Tp as control parameters will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart for explaining an example of control parameter calculation processing. In FIG. 10, it is assumed that the adjustment coefficients α and β are input in addition to the plant response function {S θ (t)}. The adjustment coefficients α and β are preset values, preferably 0<α≦1 and 0<β≦1.

ステップS51:制御パラメータ計算部111は、プラント応答関数{Sθ(t)}と調整係数βとに基づいて、先読み長Tを計算する。制御パラメータ計算部111は、プラント応答関数{Sθ(t)}を用いて、十分長い値として予め設定された最終時刻Tmaxのプラント応答関数値Sθ(Tmax)に対して調整係数βを乗じた値にプラント応答関数値が等しくなる時点を先読み長T時点とする。すなわち、制御パラメータ計算部111は、以下により先読み長Tを計算(探索)する。 Step S51: The control parameter calculator 111 calculates the look-ahead length T p based on the plant response function {S θ (t)} and the adjustment coefficient β. Using the plant response function {S θ (t)}, the control parameter calculator 111 calculates the adjustment coefficient β The time point at which the plant response function value becomes equal to the value obtained by multiplying by is the look-ahead length Tp time point. That is, the control parameter calculator 111 calculates (searches) the look-ahead length Tp as follows.

Find T,where Sθ(T)=β×Sθ(Tmax
なお、閉ループの応答が遅い場合には、調整係数βをより小さい値とすることで応答の早さを調整することができる。
Find T p , where S θ (T p ) = β x S θ (T max )
When the response of the closed loop is slow, the speed of the response can be adjusted by setting the adjustment coefficient β to a smaller value.

また、制御パラメータ計算部111は、先読み長T時点でのゲインgを以下により計算する。 Further, the control parameter calculator 111 calculates the gain gp at the look-ahead length Tp as follows.

=Sθ(T
このように、先読み長Tに基づいて制御ゲインgを計算する。これにより、例えば、制御対象プラント20のむだ時間と時定数が長い場合であっても、より早く応答させることが可能となる。
g p = S θ (T p )
Thus, the control gain gp is calculated based on the look-ahead length Tp . As a result, for example, even when the dead time and time constant of the controlled plant 20 are long, it is possible to respond more quickly.

なお、Tmaxは、プラント応答関数が収束するのに十分な値としてもよいし、メモリ上の制約等から定めた値であってもよい。又は、補正目標偏差計算部112で予測可能な期間の最大値をTmaxとしてもよい。 Note that T max may be a value that is sufficient for the plant response function to converge, or may be a value determined based on memory restrictions or the like. Alternatively, the maximum value of the period that can be predicted by the corrected target deviation calculator 112 may be set to Tmax .

ステップS52:そして、制御パラメータ計算部111は、先読み長T時点でのゲインgと調整係数αとに基づいて、制御ゲインkを計算する。制御パラメータ計算部111は、以下により制御ゲインkを計算する。 Step S52: Then, the control parameter calculator 111 calculates the control gain kI based on the gain gp and the adjustment coefficient α at the look-ahead length Tp . The control parameter calculator 111 calculates the control gain kI as follows.

=α×(1/g
すなわち、先読み長T時点でのゲインgの逆数に対して調整係数αを乗じた値を制御ゲインkとする。
k I =α×(1/g p )
That is, the control gain kI is obtained by multiplying the reciprocal of the gain gp at the look-ahead length Tp by the adjustment coefficient α.

なお、閉ループの応答でのオーバーシュートが多い場合には、調整係数αをより小さい値とすることでオーバーシュートの多さを調整することができる。 If there is a lot of overshoot in the closed-loop response, the amount of overshoot can be adjusted by setting the adjustment coefficient α to a smaller value.

<プラント応答モデルの拡張>
ARMAモデルやARMAXモデル等で表されるプラント応答モデルは、定常状態を表すオフセット項(定数項)を追加したモデルに拡張できる。
<Expansion of plant response model>
A plant response model represented by an ARMA model, an ARMAX model, or the like can be expanded to a model to which an offset term (constant term) representing a steady state is added.

例えば、ARMAモデルで表される場合、プラント応答モデルは、以下のようにオフセット項を持つモデルに拡張できる。 For example, when represented by an ARMA model, the plant response model can be extended to a model with an offset term as follows.

y(k)=-ay(k-1)-ay(k-2)-・・・-ay(k-N)+bu(k)+bu(k-1)+bu(k-2)+・・・+bM-1u(k-M+1)+c
ここで、cがオフセット項であり、制御対象プラント20の定常状態を表す。
y(k)=-a 1 y(k-1)-a 2 y(k-2)-...-a N y(k-N)+b 0 u(k)+b 1 u(k-1) +b 2 u(k−2)+ . . . +b M−1 u(k−M+1)+c
Here, c is an offset term and represents the steady state of the plant 20 to be controlled.

上記のようなオフセット項を持つプラント応答モデルを考える場合、モデルパラメータθの最後にオフセット項を追加すると共に、状態ベクトルφ(k)の最後にオフセット項に相当する要素として1を追加することで、本実施形態を同様に適用することが可能である。 When considering a plant response model with the above offset term, by adding an offset term to the end of the model parameter θ and adding 1 as an element corresponding to the offset term to the end of the state vector φ(k), , the present embodiment can be similarly applied.

例えば、上記のオフセット項を持つARMAモデルでプラント応答モデルが表される場合、モデルパラメータをθ=[-a,-a,・・・,-a,b,b,b,・・・,bM-1,c]Τとすると共、状態ベクトルをφ(k)=[y(k-1),y(k-2),・・・,y(k-N),u(k),u(k-1),u(k-2),・・・,u(k-M+1),1]Τとすればよい。 For example, when the plant response model is represented by the ARMA model with the above offset term, the model parameters are θ=[−a 1 , −a 2 , . , . , u(k), u(k−1), u(k−2), . . . , u(k−M+1), 1] τ .

これにより、制御量及び操作量がオフセットを持つ場合でも、そのオフセットを同時に推定することができる。 Thereby, even if the controlled variable and the manipulated variable have an offset, the offset can be estimated at the same time.

なお、図4でプラント応答関数{Sθ(t)}の単位ステップ応答Sθ(t)を計算する際には、モデルパラメータθ及び状態ベクトルφ(k)にそれぞれオフセット項及びそれに相当する要素を追加する必要はない。 When calculating the unit step response S θ (t) of the plant response function {S θ (t)} in FIG. need not be added.

<実施例1>
次に、実施例1について説明する。本実施例では、オフセット項を持つプラント応答モデルで表される制御対象プラント20を想定する。
<Example 1>
Next, Example 1 will be described. In this embodiment, a controlled plant 20 represented by a plant response model having an offset term is assumed.

本実施例における制御対象プラント20のプラント応答モデルは、kをインデックスとして、y(k)=θy(k-1)+θy(k-2)+θu(k)+θu(k-1)+θu(k-2)+θと表されるものとする。ここで、θがオフセット項である。 The plant response model of the plant 20 to be controlled in this embodiment is y(k)=θ 1 y(k−1)+θ 2 y(k−2)+θ 3 u(k)+θ 4 u( k−1)+θ 5 u(k−2)+θ 6 . where θ 6 is the offset term.

このとき、状態ベクトルはφ(k)=[y(k-1),y(k-2),u(k),u(k-1),u(k-2),1]Τと表され、モデルパラメータはθ(k)=[θ(k),θ(k),θ(k),θ(k),θ(k),θ(k)]Τと表される。オフセット項θを除くモデルパラメータの真値はθ(k)=[1.73,-0.737,-0.00185,0.00415,0.0117]Τであるものとする。また、制御量推定値をyestとすれば、制御量推定値はyest(k)=φ(k)Τθ(k-1)で計算される。 At this time, the state vector is expressed as φ(k)=[y(k-1), y(k-2), u(k), u(k-1), u(k-2), 1] T and the model parameters are expressed as θ(k)=[θ 1 (k), θ 2 (k), θ 3 (k), θ 4 (k), θ 5 (k), θ 6 (k)] T be done. Let the true values of the model parameters excluding the offset term θ6 be θ(k)=[1.73, −0.737, −0.00185, 0.00415, 0.0117] T . Also, if the controlled variable estimated value is y est , the controlled variable estimated value is calculated by y est (k)=φ(k) Τ θ(k−1).

本実施例における制御対象プラント20の単位ステップ応答を図11に示す。図11に示すように、単位ステップ応答は滑らかに増加する形状となっている。 FIG. 11 shows the unit step response of the controlled plant 20 in this embodiment. As shown in FIG. 11, the unit step response has a shape that increases smoothly.

また、操作量の上限を90、下限を0とした。調整係数はα=0.95,β=0.3とした。忘却係数はλ=0.95とした。 Also, the upper limit of the manipulated variable is 90, and the lower limit is 0. The adjustment coefficients were α=0.95 and β=0.3. The forgetting factor was set to λ=0.95.

以上の設定の下、制御周期T毎に、モデルパラメータ推定部101によるモデルパラメータθの推定と制御パラメータ計算部111による制御パラメータの計算とを行うと共に、操作量更新部104により算出された操作量uで制御対象プラント20を制御する実験を3つのケースで行った。 Under the above settings, the model parameter estimating unit 101 estimates the model parameter θ and the control parameter calculating unit 111 calculates the control parameter at each control cycle Tc . Experiments for controlling the controlled plant 20 with the quantity u were conducted in three cases.

(第1のケース)
第1のケースは、時刻t=0にONを示すリセット信号がリセット処理部105に入力されたケースである。
(first case)
The first case is a case in which a reset signal indicating ON is input to the reset processing unit 105 at time t=0.

本ケースにおける制御応答(目標値r及び制御量yとそのときの操作量u)を図12、モデルパラメータθの推移を図13、制御パラメータの推移を図14にそれぞれ示す。 FIG. 12 shows the control response (target value r, controlled variable y, and manipulated variable u at that time) in this case, FIG. 13 shows the transition of the model parameter .theta., and FIG. 14 shows the transition of the control parameter.

モデルパラメータθの推移では、時刻t=0にリセット処理が実行された後、目標値rが変化するタイミングでモデルパラメータが大きく変化している。また、それに伴い、制御パラメータkとTも変化している。制御応答においては、初期にオーバーシュートが見られるものの、制御量yは目標値rに追従しており、本実施形態に係る制御装置10による追従制御が十分に機能していることが確認できる。 In the transition of the model parameter θ, after the reset process is executed at time t=0, the model parameter changes significantly at the timing when the target value r changes. In addition, the control parameters kI and Tp also change accordingly. In the control response, although an overshoot is seen at the beginning, the controlled variable y follows the target value r, and it can be confirmed that the follow-up control by the control device 10 according to the present embodiment is sufficiently functioning.

(第2のケース)
第2のケースは、時刻t=0と時刻t=400にONを示すリセット信号がリセット処理部105に入力されたケースである。
(second case)
The second case is a case in which a reset signal indicating ON is input to the reset processing unit 105 at times t=0 and t=400.

本ケースにおける制御応答(目標値r及び制御量yとそのときの操作量u)を図15、モデルパラメータθの推移を図16、制御パラメータの推移を図17にそれぞれ示す。 FIG. 15 shows the control response (target value r, controlled variable y, and manipulated variable u at that time) in this case, FIG. 16 shows the transition of the model parameter .theta., and FIG. 17 shows the transition of the control parameter.

モデルパラメータθの推移では、時刻t=0と時刻t=400にリセット処理が実行されており、それに伴い制御パラメータも変化している。時刻t=400という制御途中でリセット処理が実行されているものの、制御量yは目標値rに追従しており、本実施形態に係る制御装置10による追従制御が十分に機能していることが確認できる。 In transition of the model parameter θ, the reset process is executed at time t=0 and time t=400, and the control parameter is changed accordingly. Although the reset process is executed during control at time t=400, the controlled variable y follows the target value r, indicating that the follow-up control by the control device 10 according to the present embodiment is sufficiently functioning. I can confirm.

(第3のケース)
第3のケースは、モデルパラメータθの初期値(t=0の値)を零ベクトルとして、時刻t=400にONを示すリセット信号がリセット処理部105に入力されたケースである。
(third case)
A third case is a case in which a reset signal indicating ON is input to the reset processing unit 105 at time t=400 with the initial value (at t=0) of the model parameter θ as the zero vector.

本ケースにおける制御応答(目標値r及び制御量yとそのときの操作量u)を図18、モデルパラメータθの推移を図19、制御パラメータの推移を図20にそれぞれ示す。 FIG. 18 shows the control response (target value r, controlled variable y, and manipulated variable u at that time) in this case, FIG. 19 shows the transition of the model parameter .theta., and FIG. 20 shows the transition of the control parameter.

時刻t=0では、モデルパラメータθが零ベクトルの状態から開始しており、制御応答を見ると制御量yと目標値rとの間にずれが見られる。これは、モデルパラメータθの初期値が真値とは遠い状態で推定されているため、予測精度が不十分なためである。 At time t=0, the model parameter θ starts from a zero vector state, and the control response reveals a deviation between the controlled variable y and the target value r. This is because the initial value of the model parameter θ is estimated far from the true value, resulting in insufficient prediction accuracy.

モデルパラメータθの推移では、時刻t=400にリセット処理が実行されており、それに伴い制御パラメータも変化している。リセット処理が実行された後は、制御量yは目標値rに追従しており、本実施形態に係る制御装置10による追従制御が十分に機能していることが確認できる。 In the transition of the model parameter θ, the reset process was executed at time t=400, and the control parameter also changed accordingly. After the reset process is executed, the controlled variable y follows the target value r, and it can be confirmed that the follow-up control by the control device 10 according to the present embodiment is sufficiently functioning.

<実施例2>
次に、実施例2について説明する。本実施例では、オフセット項を持たないプラント応答モデルで表される制御対象プラント20を想定する。
<Example 2>
Next, Example 2 will be described. In this embodiment, the plant 20 to be controlled is assumed to be represented by a plant response model that does not have an offset term.

本実施例における制御対象プラント20のプラント応答モデルは、kをインデックスとして、y(k)=θy(k-1)+θy(k-2)+θu(k)+θu(k-1)+θu(k-2)と表されるものとする。 The plant response model of the plant 20 to be controlled in this embodiment is y(k)=θ 1 y(k−1)+θ 2 y(k−2)+θ 3 u(k)+θ 4 u( k−1)+θ 5 u(k−2).

このとき、状態ベクトルはφ(k)=[y(k-1),y(k-2),u(k),u(k-1),u(k-2)]Τと表され、モデルパラメータはθ(k)=[θ(k),θ(k),θ(k),θ(k),θ(k)]Τと表される。その他の設定等に関しては実施例1と同様である。 At this time, the state vector is expressed as φ(k)=[y(k-1), y(k-2), u(k), u(k-1), u(k-2)] Τ , The model parameters are expressed as θ(k)=[θ 1 (k), θ 2 (k), θ 3 (k), θ 4 (k), θ 5 (k)] T . Other settings are the same as in the first embodiment.

以上の設定の下、制御周期T毎に、モデルパラメータ推定部101によるモデルパラメータθの推定と制御パラメータ計算部111による制御パラメータの計算とを行うと共に、操作量更新部104により算出された操作量uで制御対象プラント20を制御する実験を行った。 Under the above settings, the model parameter estimating unit 101 estimates the model parameter θ and the control parameter calculating unit 111 calculates the control parameter at each control cycle Tc . An experiment was conducted to control the controlled plant 20 with the quantity u.

本実験では、時刻t=0と時刻t=600にONを示すリセット信号がリセット処理部105に入力している。 In this experiment, a reset signal indicating ON is input to the reset processing unit 105 at time t=0 and time t=600.

本実験における制御応答(目標値r及び制御量yとそのときの操作量u)を図21、モデルパラメータθの推移を図22、制御パラメータの推移を図23にそれぞれ示す。 FIG. 21 shows the control response (target value r, controlled variable y, and manipulated variable u at that time) in this experiment, FIG. 22 shows the transition of the model parameter .theta., and FIG. 23 shows the transition of the control parameter.

モデルパラメータθの推移では、時刻t=0と時刻t=600にリセット処理が実行されており、それに伴い制御パラメータも変化している。時刻t=600という制御途中でリセット処理が実行されているものの、制御量yは目標値rに追従しており、また実施例1と比較して制御偏差のオフセットが改善しているため、本実施形態に係る制御装置10による追従制御が十分に機能していることが確認できる。 In transition of the model parameter θ, the reset process is executed at time t=0 and time t=600, and the control parameter is changed accordingly. Although the reset process is executed during control at time t=600, the controlled variable y follows the target value r, and the offset of the control deviation is improved compared to the first embodiment. It can be confirmed that the follow-up control by the control device 10 according to the embodiment functions sufficiently.

<まとめ>
以上の2つの実施例で説明したように、本実施形態に係る制御装置10は、例えば、モデルパラメータが予期しない値に陥ったり、何等かの要因により学習状態が不安定になったりした場合等に、リセット処理によってモデル同定のための学習を迅速にリカバリ(回復)させることができる。
<Summary>
As described in the above two examples, the control device 10 according to the present embodiment, for example, when the model parameter falls into an unexpected value, or when the learning state becomes unstable due to some factor, etc. In addition, reset processing can quickly recover learning for model identification.

その他にも、本実施形態に係る制御装置10によれば、以下の(1)~(3)を実現することができる。 In addition, the following (1) to (3) can be realized by the control device 10 according to the present embodiment.

(1)一貫したモデルパラメータθの初期値を与えることができる。これは、リセット処理により得られたモデルパラメータ推定値θest=θest(K-1)を初期値として用いることができるためである。 (1) A consistent initial value for the model parameter θ can be given. This is because the model parameter estimated value θ estest (K−1) obtained by the reset process can be used as the initial value.

(2)制御対象プラント20の非線形性(ただし、局所的には線形と見做せる非線形性)に対応することができる。これは、非線形性により制御性能が劣化した場合にONを示すリセット信号をリセット処理部105に入力し、モデルパラメータθ等をリセットできるためである。 (2) It is possible to deal with the nonlinearity of the controlled plant 20 (however, the nonlinearity that can be locally regarded as linear). This is because a reset signal indicating ON can be input to the reset processing unit 105 to reset the model parameter θ and the like when the control performance is degraded due to nonlinearity.

(3)制御対象プラント20の運転モードの変化に対応することができる。これは、運転モードの変化に対応してONを示すリセット信号をリセット処理部105に入力し、モデルパラメータθ等をリセットできるためである。 (3) It is possible to respond to changes in the operation mode of the controlled plant 20 . This is because the model parameter θ and the like can be reset by inputting a reset signal indicating ON corresponding to a change in the operation mode to the reset processing unit 105 .

本発明は、具体的に開示された上記の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から逸脱することなく、種々の変形や変更、既知の技術との組み合わせ等が可能である。 The present invention is not limited to the specifically disclosed embodiments described above, and various variations, modifications, combinations with known techniques, etc. are possible without departing from the scope of the claims. be.

10 制御装置
11 入力装置
12 表示装置
13 外部I/F
13a 記録媒体
14 通信I/F
15 プロセッサ
16 メモリ装置
17 バス
20 制御対象プラント
101 モデルパラメータ推定部
102 計測部
103 差分器
104 操作量更新部
105 リセット処理部
106 タイマ
107 予測時系列記憶部
111 制御パラメータ計算部
112 補正目標偏差計算部
113 操作変化量計算部
114 加算器
10 control device 11 input device 12 display device 13 external I/F
13a recording medium 14 communication I/F
15 processor 16 memory device 17 bus 20 plant to be controlled 101 model parameter estimating unit 102 measuring unit 103 differentiator 104 manipulated variable update unit 105 reset processing unit 106 timer 107 prediction time series storage unit 111 control parameter calculation unit 112 correction target deviation calculation unit 113 operation variation calculator 114 adder

Claims (10)

制御対象に対する操作量を出力し、前記制御対象の制御量を目標値に追従させる制御装置であって、
前記制御量と前記操作量とに基づいて、前記制御対象のプラント応答モデルを表す関数であって、かつ、モデルパラメータが含まれる関数であるプラント応答関数の前記モデルパラメータの推定値を算出するように構成されているモデルパラメータ推定部と、
前記プラント応答関数に基づいて、制御ゲインと先読み長とを含む制御パラメータを算出するように構成されている制御パラメータ算出部と、
前記目標値と現在の制御量との差である目標偏差を算出するように構成されている目標偏差算出部と、
前記プラント応答関数と現在に至るまでの過去の前記操作量の変化量とに基づいて、前記先読み長経過後における前記制御量の予測値により前記目標偏差を補正した補正目標偏差を算出するように構成されている補正目標偏差算出部と、
前記補正目標偏差に対して前記制御ゲインを乗じて前記操作量の変化量を算出するように構成されている操作変化量算出部と、
前記操作量の変化量と、現在の前記操作量とを加算して新たな操作量を算出するように構成されている操作量算出部と、
所定のリセット信号の入力に応じて、前記モデルパラメータを初期化するように構成されているリセット処理部と、
を有し、
前記モデルパラメータ推定部による前記モデルパラメータの推定値の算出と、前記制御パラメータ算出部による前記制御パラメータの算出と、前記目標偏差算出部による前記目標偏差の算出と、前記補正目標偏差算出部による前記補正目標偏差の算出と、前記操作変化量算出部による前記操作量の変化量の算出と、前記操作量算出部による前記新たな操作量の算出とを所定の制御周期毎に逐次的に繰り返す、制御装置。
A control device that outputs a manipulated variable for a controlled object and causes the controlled variable of the controlled object to follow a target value,
calculating an estimated value of the model parameter of the plant response function, which is a function that represents the plant response model of the controlled object and that includes model parameters, based on the controlled variable and the manipulated variable; a model parameter estimator comprising
a control parameter calculation unit configured to calculate control parameters including a control gain and a look-ahead length based on the plant response function;
a target deviation calculator configured to calculate a target deviation, which is a difference between the target value and the current controlled variable;
calculating a corrected target deviation in which the target deviation is corrected by the predicted value of the controlled variable after the look-ahead length has elapsed, based on the plant response function and the amount of change in the past manipulated variable up to the present A correction target deviation calculation unit configured,
an operation change amount calculation unit configured to calculate an amount of change in the operation amount by multiplying the correction target deviation by the control gain;
a manipulated variable calculation unit configured to calculate a new manipulated variable by adding the amount of change in the manipulated variable and the current manipulated variable;
a reset processing unit configured to initialize the model parameters in response to input of a predetermined reset signal;
has
Calculation of estimated values of the model parameters by the model parameter estimator, calculation of the control parameters by the control parameter calculator, calculation of the target deviation by the target deviation calculator, and calculation of the target deviation by the corrected target deviation calculator Calculation of a corrected target deviation, calculation of the amount of change in the manipulated variable by the manipulated variable calculator, and calculation of the new manipulated variable by the manipulated variable calculator are sequentially repeated for each predetermined control cycle. Control device.
前記補正目標偏差算出部は、
前記プラント応答関数と現在に至るまでの過去の前記操作量の変化量とに基づいて、将来の所定の時刻までの前記制御量の予測値を予測時系列として計算して記憶部に格納し、
前記記憶部に格納されている前記予測時系列に基づいて、前記先読み長経過後における前記制御量の予測値を計算して前記補正目標偏差を算出するように構成されており、
前記リセット処理部は、
前記モデルパラメータと前記記憶部に記憶されている前記予測時系列とを初期化するように構成されている、請求項1に記載の制御装置。
The corrected target deviation calculator,
calculating a predicted value of the controlled variable up to a predetermined time in the future as a predicted time series based on the plant response function and the amount of change in the manipulated variable in the past up to the present, and storing the predicted value in a storage unit;
The corrected target deviation is calculated by calculating a predicted value of the control amount after the look-ahead length has elapsed based on the predicted time series stored in the storage unit,
The reset processing unit
2. The control device according to claim 1, configured to initialize the model parameters and the prediction time series stored in the storage unit.
前記リセット処理部は、
前記予測時系列に含まれる各予測値を0に初期化するように構成されている、請求項2に記載の制御装置。
The reset processing unit
3. The control device according to claim 2, configured to initialize each prediction value included in the prediction time series to zero.
前記リセット処理部は、
ONを示すリセット信号が入力された場合に、前記モデルパラメータを初期化するように構成されている、請求項1乃至3の何れか一項に記載の制御装置。
The reset processing unit
4. The control device according to any one of claims 1 to 3, configured to initialize said model parameters when a reset signal indicating ON is input.
前記リセット処理部は、
前記リセット信号の入力に応じて、前記モデルパラメータを予め決められた初期値に設定した上で、現在の前記制御量と現在の前記操作量とが所定の期間継続したものとして前記モデルパラメータの推定値を前記モデルパラメータ推定部に算出させるように構成されている、請求項1乃至4の何れか一項に記載の制御装置。
The reset processing unit
After setting the model parameters to predetermined initial values in response to the input of the reset signal, the model parameters are estimated assuming that the current control amount and the current operation amount continue for a predetermined period. 5. The control device according to any one of claims 1 to 4, configured to cause the model parameter estimator to calculate the value.
前記プラント応答関数は、ARMAモデル又はARMAXモデルであり、
前記モデルパラメータ推定部は、
前記ARMAモデル又はARMAXモデルの係数を前記モデルパラメータとして前記推定値を算出するように構成されている、請求項1乃至5の何れか一項に記載の制御装置。
The plant response function is an ARMA model or an ARMAX model,
The model parameter estimator,
6. The control device according to any one of claims 1 to 5, configured to calculate said estimated value using coefficients of said ARMA model or ARMAX model as said model parameters.
前記プラント応答関数は、
前記制御対象の定常状態を表すオフセット項が含まれるモデルパラメータを持つ関数である、請求項1乃至6の何れか一項に記載の制御装置。
The plant response function is
7. The control device according to any one of claims 1 to 6, which is a function having model parameters including an offset term representing a steady state of said controlled object.
前記モデルパラメータ推定部は、
忘却要素を含む逐次最小2乗法に基づいて、共分散行列の推定と前記モデルパラメータの推定とを行うことで、前記モデルパラメータの推定値を算出するように構成されている、請求項1乃至7の何れか一項に記載の制御装置。
The model parameter estimator,
8. Estimated values of the model parameters are calculated by estimating a covariance matrix and estimating the model parameters based on a recursive least squares method including a forgetting element. The control device according to any one of 1.
制御対象に対する操作量を出力し、前記制御対象の制御量を目標値に追従させる制御装置が、
前記制御量と前記操作量とに基づいて、前記制御対象のプラント応答モデルを表す関数であって、かつ、モデルパラメータが含まれる関数であるプラント応答関数の前記モデルパラメータの推定値を算出するモデルパラメータ推定手順と、
前記プラント応答関数に基づいて、制御ゲインと先読み長とを含む制御パラメータを算出する制御パラメータ算出手順と、
前記目標値と現在の制御量との差である目標偏差を算出する目標偏差算出手順と、
前記プラント応答関数と現在に至るまでの過去の前記操作量の変化量とに基づいて、前記先読み長経過後における前記制御量の予測値により前記目標偏差を補正した補正目標偏差を算出する補正目標偏差算出手順と、
前記補正目標偏差に対して前記制御ゲインを乗じて前記操作量の変化量を算出する操作変化量算出手順と、
前記操作量の変化量と、現在の前記操作量とを加算して新たな操作量を算出する操作量算出手順と、
所定のリセット信号の入力に応じて、前記モデルパラメータを初期化するリセット処理手順と、
を実行し、
前記モデルパラメータ推定手順による前記モデルパラメータの推定値の算出と、前記制御パラメータ算出手順による前記制御パラメータの算出と、前記目標偏差算出手順による前記目標偏差の算出と、前記補正目標偏差算出手順による前記補正目標偏差の算出と、前記操作変化量算出手順による前記操作量の変化量の算出と、前記操作量算出手順による前記新たな操作量の算出とを所定の制御周期毎に逐次的に繰り返す、制御方法。
A control device that outputs a manipulated variable for a controlled object and causes the controlled variable of the controlled object to follow a target value,
A model for calculating estimated values of the model parameters of a plant response function, which is a function representing the plant response model of the controlled object and includes model parameters, based on the controlled variable and the manipulated variable. a parameter estimation procedure;
a control parameter calculation procedure for calculating control parameters including a control gain and a look-ahead length based on the plant response function;
a target deviation calculation procedure for calculating a target deviation that is the difference between the target value and the current controlled variable;
Correction target for calculating a correction target deviation obtained by correcting the target deviation by using the predicted value of the control amount after the look-ahead length has elapsed, based on the plant response function and the amount of change in the past operation amount up to the present time. a deviation calculation procedure;
an operation change amount calculation procedure for calculating an amount of change in the operation amount by multiplying the correction target deviation by the control gain;
a manipulated variable calculation procedure for calculating a new manipulated variable by adding the amount of change in the manipulated variable and the current manipulated variable;
a reset processing procedure for initializing the model parameters in response to input of a predetermined reset signal;
and run
calculation of the model parameter estimated value by the model parameter estimation procedure; calculation of the control parameter by the control parameter calculation procedure; calculation of the target deviation by the target deviation calculation procedure; Calculation of a corrected target deviation, calculation of the amount of change in the manipulated variable by the procedure for calculating the amount of operation change, and calculation of the new manipulated variable by the procedure for calculating the manipulated variable are sequentially repeated at each predetermined control cycle. control method.
制御対象に対する操作量を出力し、前記制御対象の制御量を目標値に追従させる制御装置に、
前記制御量と前記操作量とに基づいて、前記制御対象のプラント応答モデルを表す関数であって、かつ、モデルパラメータが含まれる関数であるプラント応答関数の前記モデルパラメータの推定値を算出するモデルパラメータ推定手順と、
前記プラント応答関数に基づいて、制御ゲインと先読み長とを含む制御パラメータを算出する制御パラメータ算出手順と、
前記目標値と現在の制御量との差である目標偏差を算出する目標偏差算出手順と、
前記プラント応答関数と現在に至るまでの過去の前記操作量の変化量とに基づいて、前記先読み長経過後における前記制御量の予測値により前記目標偏差を補正した補正目標偏差を算出する補正目標偏差算出手順と、
前記補正目標偏差に対して前記制御ゲインを乗じて前記操作量の変化量を算出する操作変化量算出手順と、
前記操作量の変化量と、現在の前記操作量とを加算して新たな操作量を算出する操作量算出手順と、
所定のリセット信号の入力に応じて、前記モデルパラメータを初期化するリセット処理手順と、
を実行させ、
前記モデルパラメータ推定手順による前記モデルパラメータの推定値の算出と、前記制御パラメータ算出手順による前記制御パラメータの算出と、前記目標偏差算出手順による前記目標偏差の算出と、前記補正目標偏差算出手順による前記補正目標偏差の算出と、前記操作変化量算出手順による前記操作量の変化量の算出と、前記操作量算出手順による前記新たな操作量の算出とを所定の制御周期毎に逐次的に繰り返させる、プログラム。
A control device that outputs a manipulated variable for a controlled object and causes the controlled variable of the controlled object to follow a target value,
A model for calculating estimated values of the model parameters of a plant response function, which is a function representing the plant response model of the controlled object and includes model parameters, based on the controlled variable and the manipulated variable. a parameter estimation procedure;
a control parameter calculation procedure for calculating control parameters including a control gain and a look-ahead length based on the plant response function;
a target deviation calculation procedure for calculating a target deviation that is the difference between the target value and the current controlled variable;
Correction target for calculating a correction target deviation obtained by correcting the target deviation by using the predicted value of the control amount after the look-ahead length has elapsed, based on the plant response function and the amount of change in the past operation amount up to the present time. a deviation calculation procedure;
an operation change amount calculation procedure for calculating an amount of change in the operation amount by multiplying the correction target deviation by the control gain;
a manipulated variable calculation procedure for calculating a new manipulated variable by adding the amount of change in the manipulated variable and the current manipulated variable;
a reset processing procedure for initializing the model parameters in response to input of a predetermined reset signal;
and
calculation of the model parameter estimated value by the model parameter estimation procedure; calculation of the control parameter by the control parameter calculation procedure; calculation of the target deviation by the target deviation calculation procedure; The calculation of the corrected target deviation, the calculation of the amount of change in the manipulated variable by the procedure for calculating the amount of operation change, and the calculation of the new manipulated variable by the procedure for calculating the manipulated variable are sequentially repeated for each predetermined control cycle. ,program.
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