JP2024044583A - PLANT RESPONSE ESTIMATION APPARATUS, PLANT RESPONSE ESTIMATION METHOD, AND PROGRAM - Google Patents

PLANT RESPONSE ESTIMATION APPARATUS, PLANT RESPONSE ESTIMATION METHOD, AND PROGRAM Download PDF

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Abstract

【課題】操業中のプラントの運転データから応答モデルのパラメータを安定的に推定することができる技術を提供すること。【解決手段】本開示の一態様によるプラント応答推定装置は、制御対象プラントの運転データに基づいて、前記制御対象プラントのプラント応答モデルを表す関数のパラメータであるモデルパラメータの推定値を逐次的に計算するように構成されている推定計算部と、前記モデルパラメータの推定値を安定化した安定化モデルパラメータを計算するように構成されている安定化計算部と、前記モデルパラメータの推定値に基づいて、前記プラント応答モデルを表す関数により前記制御対象プラントの応答を計算するように構成されている応答計算部と、を有し、前記推定計算部は、前記運転データと、前回計算したモデルパラメータの推定値を前記安定化計算部によって安定化した安定化モデルパラメータとに基づいて、前記モデルパラメータの推定値を計算するように構成されている。【選択図】図2[Problem] To provide a technology capable of stably estimating parameters of a response model from operational data of a plant in operation. [Solution] A plant response estimation device according to one aspect of the present disclosure includes an estimation calculation unit configured to sequentially calculate, based on operational data of a controlled plant, estimates of model parameters, which are parameters of a function representing a plant response model of the controlled plant, a stabilization calculation unit configured to calculate stabilized model parameters obtained by stabilizing the estimates of the model parameters, and a response calculation unit configured to calculate a response of the controlled plant by the function representing the plant response model based on the estimates of the model parameters, and the estimation calculation unit is configured to calculate the estimates of the model parameters based on the operational data and the stabilized model parameters obtained by stabilizing the estimates of the model parameters calculated previously by the stabilization calculation unit. [Selected Figure] Figure 2

Description

本開示は、プラント応答推定装置、プラント応答推定方法、及びプログラムに関する。 The present disclosure relates to a plant response estimation device, a plant response estimation method, and a 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。 Controllers such as temperature control devices, programmable logic controllers (PLCs), distributed control systems (DCSs), and controllers implemented on personal computers and embedded 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, various control methods are known that aim to make the control amount of the controlled object follow a target value, such as PID (Proportional-Integral-Differential) control, model predictive control, internal model control, LQG (Linear-Quadratic-Gaussian) control, H2 control, and H∞ control.

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、特許文献1、非特許文献1)。このようなモデル予測制御等で用いられる線形予測モデルに関してそのモデルパラメータを推定(同定)する手法として、逐次最小2乗法(RLS法: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)。 Model predictive control is a method to obtain a desired response by sequentially performing optimization calculations using a state space model of the controlled object and a future time response model, and is widely used in industry (for example, patented Literature 1, Non-Patent Literature 1). Recursive least squares method (RLS method), Kalman filter method, etc. are known as methods for estimating (identifying) model parameters for linear predictive models used in such model predictive control, etc. (for example, , Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3).

なお、制御対象プラント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推定する技術も知られている(例えば、特許文献3)。 In addition, there is also a known technique for estimating model parameters that include an offset term that represents the steady state of the controlled plant (for example, Patent Document 3).

特開2020-21411号公報JP 2020-21411 A 特許第7047966号公報Patent No. 7047966

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. Maciejowski, “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 Using 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 Using MATLAB", Tokyo Denki University Press, 2004

逐次最小2乗法やカルマンフィルタ法は、操業中(運転中)のプラントのデータから逐次的にモデルパラメータを推定できる点で大変有益であるが、モデルパラメータの推定値が逐次的に更新されるため以下の2つの課題がある。 The iterative least squares method and the Kalman filter method are very useful in that they allow model parameters to be estimated sequentially from data of an operating (operating) plant, but since the estimated values of the model parameters are updated sequentially, the following There are two issues.

1つ目の課題は、真値に収束するまでの途中の段階ではモデルパラメータの推定値の信頼性が担保されないという点である。2つ目の課題は、真のモデルパラメータの次数が事前に未知であるため、推定対象のモデルパラメータが過剰な次数を持つ場合には多重共線性が生じ得るという点である。 The first problem is that the reliability of estimated values of model parameters is not guaranteed during the intermediate stage until convergence to the true value. The second problem is that since the degree of the true model parameter is unknown in advance, multicollinearity may occur if the model parameter to be estimated has an excessive degree.

上記の2つの課題により、例えば、本来安定であるはずのプラントに対して不安定極を持つようなモデルパラメータが途中で計算されたり、観測ノイズの影響によってモデルパラメータが大きく変動したり、多重共線性によって複数の局所最適解が生じたりする等といった不安定性が生じる恐れがある。 Due to the above two issues, for example, model parameters that have unstable poles for a plant that is supposed to be stable may be calculated midway through, model parameters may fluctuate greatly due to the influence of observation noise, or multiple There is a risk that instability may occur due to linearity, such as multiple locally optimal solutions.

オンラインでモデルパラメータの更新と制御対象の制御とを実現する場合、モデルパラメータの不安定性が制御に重要な影響を与えかねないため、収束途中におけるモデルパラメータの安定性を確保することは重要である。 When updating model parameters and controlling the controlled object online, it is important to ensure the stability of the model parameters during convergence, since instability of the model parameters can have a significant impact on the control.

本開示は、上記の点に鑑みてなされたもので、操業中のプラントの運転データから応答モデルのパラメータを安定的に推定することができる技術を提供する。 The present disclosure has been made in view of the above points, and provides a technique that can stably estimate parameters of a response model from operating data of a plant in operation.

本開示の一態様によるプラント応答推定装置は、制御対象プラントの運転データに基づいて、前記制御対象プラントのプラント応答モデルを表す関数のパラメータであるモデルパラメータの推定値を逐次的に計算するように構成されている推定計算部と、前記モデルパラメータの推定値を安定化した安定化モデルパラメータを計算するように構成されている安定化計算部と、前記モデルパラメータの推定値に基づいて、前記プラント応答モデルを表す関数により前記制御対象プラントの応答を計算するように構成されている応答計算部と、を有し、前記推定計算部は、前記運転データと、前回計算したモデルパラメータの推定値を前記安定化計算部によって安定化した安定化モデルパラメータとに基づいて、前記モデルパラメータの推定値を計算するように構成されている。 A plant response estimation device according to one aspect of the present disclosure includes an estimation calculation unit configured to sequentially calculate, based on operation data of a controlled plant, estimates of model parameters, which are parameters of a function representing a plant response model of the controlled plant; a stabilization calculation unit configured to calculate stabilized model parameters obtained by stabilizing the estimates of the model parameters; and a response calculation unit configured to calculate a response of the controlled plant using a function representing the plant response model based on the estimates of the model parameters, and the estimation calculation unit is configured to calculate an estimate of the model parameters based on the operation data and the stabilized model parameters obtained by stabilizing the estimates of the previously calculated model parameters by the stabilization calculation unit.

操業中のプラントの運転データから応答モデルのパラメータを安定的に推定することができる技術が提供される。 A technology is provided that can stably estimate response model parameters from operational data of an operating plant.

第一の実施形態に係るプラント応答推定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a plant response estimation device according to a first embodiment; FIG. 第一の実施形態に係るプラント応答推定装置の機能構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a plant response estimation apparatus according to a first embodiment. バッファ部の動作の一例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of a buffer section. モデルパラメータ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。11 is a flowchart illustrating an example of a model parameter estimation process. 安定化モデルパラメータ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。11 is a flowchart illustrating an example of a stabilization model parameter calculation process. ステップ応答計算部の動作の一例を説明するための図である。11 is a diagram for explaining an example of an operation of a step response calculation unit. FIG. ステップ応答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。11 is a flowchart illustrating an example of a step response calculation process. 第二の実施形態に係るプラント応答推定装置の機能構成の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a plant response estimation apparatus according to a second embodiment. パラメータ変換部の動作の一例を説明するための図である。11 is a diagram for explaining an example of an operation of a parameter conversion unit. FIG. 一実施例におけるプラントのステップ応答を説明するための図である。It is a figure for explaining the step response of a plant in one example. 一実施例で対象とするデータ1の一例を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an example of data 1 targeted in one embodiment. 一実施例におけるモデルパラメータの推定結果(安定化モデルパラメータ計算部なし)の一例を説明するための図(その1)である。FIG. 3 is a diagram (part 1) for explaining an example of a model parameter estimation result (without a stabilizing model parameter calculation unit) in one embodiment. 一実施例におけるモデル予測制御(安定化モデルパラメータ計算部なし)の制御結果の一例を説明するための図(その1)である。FIG. 3 is a diagram (part 1) for explaining an example of a control result of model predictive control (without a stabilizing model parameter calculation unit) in one embodiment. 一実施例におけるモデルパラメータの推定結果(安定化モデルパラメータ計算部あり)の一例を説明するための図(その1)である。FIG. 11 is a diagram (part 1) for explaining an example of a model parameter estimation result (with a stabilization model parameter calculation unit) in one embodiment. 一実施例におけるモデル予測制御(安定化モデルパラメータ計算部あり)の制御結果の一例を説明するための図(その1)である。FIG. 11 is a diagram (part 1) for explaining an example of a control result of the model predictive control (with a stabilization model parameter calculation unit) in one embodiment. 一実施例で対象とするデータ2の一例を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an example of data 2 that is a target in an embodiment. 一実施例におけるモデルパラメータの推定結果(安定化モデルパラメータ計算部なし)の一例を説明するための図(その2)である。FIG. 13 is a diagram (part 2) for explaining an example of a model parameter estimation result (without a stabilization model parameter calculation unit) in one embodiment. 一実施例におけるモデル予測制御(安定化モデルパラメータ計算部なし)の制御結果の一例を説明するための図(その2)である。FIG. 13 is a diagram (part 2) for explaining an example of a control result of the model predictive control (without a stabilization model parameter calculation unit) in one embodiment. 一実施例におけるモデルパラメータの推定結果(安定化モデルパラメータ計算部あり)の一例を説明するための図(その2)である。FIG. 13 is a diagram (part 2) for explaining an example of a model parameter estimation result (with a stabilization model parameter calculation unit) in one embodiment. 一実施例におけるモデル予測制御(安定化モデルパラメータ計算部あり)の制御結果の一例を説明するための図(その2)である。FIG. 13 is a diagram (part 2) for explaining an example of a control result of the model predictive control (with a stabilization model parameter calculation unit) in one embodiment.

以下、本発明の一実施形態について説明する。以下の各実施形態では、操業中のプラントの運転データから応答モデルのパラメータ(モデルパラメータ)を安定的に推定すると共に、そのパラメータによりプラント応答を推定することができるプラント応答推定装置10について説明する。なお、操業中とはプラントが正常に稼働し、通常の運転を行っている状態のことであり、例えば、オンライン中、運転中、運用中等と呼ばれてもよい。また、プラントとは1以上の機械、機器、装置等で構成される産業設備のことであり、プラント応答モデルを用いたモデル予測制御によって制御される制御対象である。プラントの具体例としては、例えば、石油化学プラント、食品プラント、鉄鋼プラント、発電プラント等といったものが挙げられるが、これらは一例であって、これらに限られるものではない。 An embodiment of the present invention will be described below. In each of the following embodiments, a plant response estimation device 10 that can stably estimate parameters of a response model (model parameters) from operating data of an operating plant and estimate a plant response using the parameters will be described. . Note that "in operation" refers to a state in which the plant is operating normally and is performing normal operation, and may also be called, for example, on-line, in operation, or in operation. Furthermore, a plant is an industrial facility composed of one or more machines, devices, devices, etc., and is a control target that is controlled by model predictive control using a plant response model. Specific examples of plants include, for example, petrochemical plants, food plants, steel plants, power generation plants, etc., but these are just examples and are not limited to these.

[第一の実施形態]
以下、第一の実施形態について説明する。
[First embodiment]
The first embodiment will be described below.

<プラント応答推定装置10のハードウェア構成例>
本実施形態に係るプラント応答推定装置10のハードウェア構成例を図1に示す。図1に示すように、本実施形態に係るプラント応答推定装置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。
<Hardware configuration example of the plant response estimation device 10>
An example of a hardware configuration of a plant response estimation device 10 according to this embodiment is shown in Fig. 1. As shown in Fig. 1, the plant response estimation 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 are connected to each other via a bus 17 so as to be able to communicate with each other.

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、プラント応答推定装置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, a mouse, a touch panel, various physical buttons, or the like. The display device 12 is, for example, a display, a display panel, or the like. Note that the plant response estimation device 10 may not include 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 a 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), and a USB (Universal Serial Bus) memory card.

通信I/F14は、プラント応答推定装置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)等の各種演算装置である。メモリ装置16は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、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 plant response estimation device 10 to a communication network. The processor 15 is, for example, various arithmetic devices such as a CPU (Central Processing Unit). The memory device 16 is, for example, various storage devices such as an HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a flash memory.

なお、図1に示すハードウェア構成は一例であって、プラント応答推定装置10はこれに限られるものではなく、他のハードウェア構成であってもよい。例えば、プラント応答推定装置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のうちの一部を有していなくてもよいし、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 plant response estimation device 10 is not limited to this, and may have other hardware configurations. For example, the plant response estimation device 10 may have multiple processors 15 and multiple memory devices 16, may not have some of the hardware shown in the figure, or may have various hardware other than the hardware shown in the figure.

<プラント応答推定装置10の機能構成例>
本実施形態に係るプラント応答推定装置10の機能構成例を図2に示す。図2に示すように、本実施形態に係るプラント応答推定装置10は、モデルパラメータ推定部101と、ステップ応答計算部102とを有する。これら各部は、例えば、プラント応答推定装置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。
<Example of functional configuration of plant response estimation device 10>
An example of a functional configuration of the plant response estimation device 10 according to this embodiment is shown in Fig. 2. As shown in Fig. 2, the plant response estimation device 10 according to this embodiment has a model parameter estimation unit 101 and a step response calculation unit 102. These units are realized, for example, by processing in which one or more programs installed in the plant response estimation device 10 are executed by a processor 15 or the like.

モデルパラメータ推定部101は、サンプリング周期Δ毎に、制御対象のプラント(又はその運転状態を計測するセンサ等の機器)から運転データの観測値(制御量y、操作量u及び外乱v)を受信し、そのサンプリング周期Δに応じて、プラント応答モデルのモデルパラメータを推定する。なお、運転データは、例えば、計測データや観測データ等と呼ばれてもよい。 The model parameter estimation unit 101 receives observed values of operation data (control variable y, operation variable u, and disturbance v) from the plant to be controlled (or an instrument such as a sensor that measures the operating state of the plant) for each sampling period Δ, and estimates model parameters of the plant response model according to the sampling period Δ. Note that the operation data may be called, for example, measurement data or observation data.

ここで、時刻をtとすれば制御量y、操作量u及び外乱vはそれぞれy(t)、u(t)及びv(t)と表され、各サンプリング時刻t(kはサンプリング時刻を表すインデックス)に関してtk+1-t=Δが成り立つ。なお、kは0以上の整数である。以下では、特に断らない限り、各サンプリング時刻tをそのインデックスkと同一視し、y(k)、u(k)及びv(k)とも表すことにする。 Here, if time is t, the controlled variable y, manipulated variable u, and disturbance v are represented as y(t), u(t), and v(t), respectively, and t k+1 - t k = Δ holds for each sampling time t k (k is an index representing the sampling time), where k is an integer equal to or greater than 0. In the following, unless otherwise specified, each sampling time t k will be regarded as the same as its index k, and will also be represented as y(k), u(k), and v(k).

また、以下では、プラント応答モデルは、パラメータθを持つプラント応答関数Sθ(t)で表されるものとして、パラメータθをモデルパラメータということにする。プラント応答モデルとしては様々なプラント応答関数Sθで表現されるモデルを採用することが可能であるが、以下では、主に、ARMAモデル(Autoregressive Moving Average Model)といった多項式モデルを想定する。プラント応答モデルがARMAモデル等といった多項式モデルである場合、モデルパラメータθはその多項式の係数を要素として持つベクトルとなる。なお、プラント応答モデルとしてARMAモデル以外の様々なモデルが採用可能であることは言うまでもない。 In the following, the plant response model is represented by a plant response function S θ (t) having a parameter θ, and the parameter θ is referred to as a model parameter. As the plant response model, various models represented by a plant response function S θ can be adopted, but in the following, a polynomial model such as an ARMA model (Autoregressive Moving Average Model) is mainly assumed. When the plant response model is a polynomial model such as an ARMA model, the model parameter θ is a vector having coefficients of the polynomial as elements. It goes without saying that various models other than the ARMA model can be adopted as the plant response model.

ステップ応答計算部102は、モデルパラメータ推定部101によって推定されたモデルパラメータ(以下、モデルパラメータ推定値ともいう。)θを用いて、与えられた時刻tにおけるプラントのステップ応答の推定値(以下、ステップ応答推定値ともいう。)Sθ(t)を計算する。なお、ステップ応答とは、操作量としてステップ信号がプラントに印加されたときの制御量のことである。 The step response calculation unit 102 calculates an estimate of the step response of the plant at a given time t (hereinafter also referred to as a step response estimate) S θ (t) by using the model parameter (hereinafter also referred to as a model parameter estimate) θ estimated by the model parameter estimation unit 101. Note that the step response is a controlled variable when a step signal is applied to the plant as a manipulated variable.

ここで、モデルパラメータ推定部101には、バッファ部111と、状態ベクトル変換部112と、逐次推定計算部113と、安定化モデルパラメータ計算部114とが含まれる。 Here, the model parameter estimation unit 101 includes a buffer unit 111, a state vector conversion unit 112, a sequential estimation calculation unit 113, and a stabilization model parameter calculation unit 114.

バッファ部111は、或る所定の期間における制御量y(k)、操作量u(k)及び外乱v(k)をメモリ装置16に蓄積(バッファ)する。状態ベクトル変換部112は、メモリ装置16にバッファされている制御量y(k)、操作量u(k)及び外乱v(k)の再サンプリングを行って、状態ベクトルと呼ぶベクトルを作成する。逐次推定計算部113は、状態ベクトルを用いて、RLS法により、プラント応答モデルのモデルパラメータを推定する。安定化モデルパラメータ計算部114は、モデルパラメータから安定化モデルパラメータを計算する。安定化モデルパラメータとは、モデルパラメータを或る統計量(例えば、自己回帰係数の平均値、移動平均係数の平均値等)により安定化したベクトルのことである。以下では、安定化モデルパラメータをθと表し、またサンプリング時刻tにおける安定化モデルパラメータをθ(k)と表す。 The buffer unit 111 accumulates (buffers) the controlled variable y(k), the manipulated variable u(k), and the disturbance v(k) in a certain predetermined period in the memory device 16. The state vector conversion unit 112 resamples the controlled variable y(k), the manipulated variable u(k), and the disturbance v(k) buffered in the memory device 16 to create a vector called a state vector. The sequential estimation calculation unit 113 estimates model parameters of the plant response model by the RLS method using the state vector. The stabilization model parameter calculation unit 114 calculates the stabilization model parameters from the model parameters. The stabilization model parameters are vectors in which the model parameters are stabilized by certain statistics (for example, the average value of the autoregressive coefficients, the average value of the moving average coefficients, etc.). Hereinafter, the stabilization model parameters are represented as θ S , and the stabilization model parameters at the sampling time t k are represented as θ S (k).

<バッファ部111の動作例>
サンプリング時刻tにおける制御量バッファをY(k)、操作量バッファをU(k)、外乱バッファをV(k)として、これらの各バッファは以下のベクトルで表されるものとする。
<Example of operation of buffer unit 111>
Assume that the control amount buffer at sampling time t k is Y(k), the operation amount buffer is U(k), and the disturbance buffer is V(k), and each of these buffers is represented by the following vector.

Figure 2024044583000002

すなわち、制御量バッファY(k)にはk-Bからkまでの制御量y、操作量バッファU(k)にはk-Bからkまでの操作量u、外乱バッファV(k)にはk-Bからkまでの外乱vがそれぞれ格納されているものとする。ここで、B、B及びBはそれぞれ0以上の整数であり、制御量バッファ、操作量バッファ及び外乱バッファの大きさを決めるパラメータである。これらのB、B及びBはメモリ装置16のサイズ等に応じて、適宜、その値が決定される。
Figure 2024044583000002

That is, the control amount buffer Y(k) stores the control amount y from k- B1 to k, the manipulated variable buffer U(k) stores the manipulated variable u from k- B2 to k, and the disturbance buffer V(k) stores the disturbance v from k- B3 to k. Here, B1 , B2 , and B3 are each integers equal to or greater than 0, and are parameters that determine the sizes of the control amount buffer, the manipulated variable buffer, and the disturbance buffer. The values of B1 , B2 , and B3 are determined appropriately depending on the size of the memory device 16, etc.

このとき、バッファ部111は、制御量y(k)、操作量u(k)及び外乱v(k)を受信すると、図3に示すように、制御量y(k)と制御量バッファY(k-1)から制御量バッファY(k)、操作量u(k)と操作量バッファU(k-1)から操作量バッファU(k)、外乱v(k)と外乱バッファV(k-1)から外乱バッファV(k)にそれぞれ更新する。 At this time, when the buffer section 111 receives the controlled variable y(k), the manipulated variable u(k), and the disturbance v(k), the buffer section 111 receives the controlled variable y(k) and the controlled variable buffer Y( k-1) to the control amount buffer Y(k), the manipulated variable u(k) and the manipulated variable buffer U(k-1) to the manipulated variable buffer U(k), the disturbance v(k) and the disturbance buffer V(k- 1) to the disturbance buffer V(k).

具体的には、バッファ部111は、制御量バッファY(k-1)に格納されているy(k-B-1)を削除した上で、新たに観測された制御量y(k)を格納することで、y(k-B)からy(k)までの制御量が格納された制御量バッファY(k)に更新する。同様に、バッファ部111は、操作量バッファU(k-1)に格納されている操作量u(k-B-1)を削除した上で、新たに観測された操作量u(k)を格納することで、u(k-B)からu(k)までの操作量が格納された操作量バッファU(k)に更新する。同様に、バッファ部111は、外乱バッファV(k-1)に格納されている外乱v(k-B-1)を削除した上で、新たに観測された外乱v(k)を格納することで、v(k-B)からv(k)までの外乱が格納された外乱バッファV(k)に更新する。 Specifically, the buffer unit 111 deletes y(k-B 1 -1) stored in the control amount buffer Y(k-1), and then deletes the newly observed control amount y(k). By storing , the control amount buffer Y(k) is updated to store the control amounts from y(k-B 1 ) to y(k). Similarly, the buffer unit 111 deletes the manipulated variable u(k-B 2 -1) stored in the manipulated variable buffer U(k-1), and then deletes the newly observed manipulated variable u(k). is updated to the manipulated variable buffer U(k) in which the manipulated variables from u(k-B 2 ) to u(k) are stored. Similarly, the buffer unit 111 deletes the disturbance v(k-B 3 -1) stored in the disturbance buffer V(k-1), and then stores the newly observed disturbance v(k). As a result, the disturbance buffer V(k) is updated to store the disturbances from v(k-B 3 ) to v(k).

<状態ベクトル変換部112の動作例>
再サンプリング周期をDとする。このとき、状態ベクトル変換部112は、制御量バッファY(k)、操作量バッファU(k)及び外乱バッファV(k)が更新されると、これらの各バッファY(k)、U(k)及びV(k)から再サンプリング周期Dで再サンプリングを行って、以下の再サンプリング制御量ベクトルY(k)、再サンプリング操作量ベクトルU(k)及び再サンプリング外乱ベクトルV(k)をそれぞれ作成する。
<Example of operation of state vector conversion unit 112>
Let D be the resampling period. At this time, when the control amount buffer Y(k), the operation amount buffer U(k), and the disturbance buffer V(k) are updated, the state vector conversion unit 112 converts each of these buffers Y(k) and U(k ) and V(k) at a resampling period D to obtain the following resampling control amount vector Y D (k), resampling manipulated variable vector U D (k), and resampling disturbance vector V D (k ) respectively.

Figure 2024044583000003
ここで、N、M及びLはプラント応答モデルに応じて決定されるパラメータ(具体的には、NはARMAモデルの制御量yに関する項の係数の数、Mは操作量uに関する項の係数の数+1、Lは外乱vに関する項の係数の数+1)である。また、再サンプリング制御量ベクトルY(k)ではARMAモデルにならい、現在のサンプリング時刻を表す要素y(k)がスキップされる(つまり、y(k)は再サンプリングされない。)。
Figure 2024044583000003
Here, N, M, and L are parameters determined according to the plant response model (specifically, N is the number of coefficients of the term related to the controlled variable y of the ARMA model, and M is the number of coefficients of the term related to the manipulated variable u). number + 1, L is the number of coefficients of the term related to the disturbance v + 1). Further, in the resampling control amount vector Y D (k), the element y(k) representing the current sampling time is skipped (that is, y(k) is not resampled), following the ARMA model.

なお、一般に、N、M及びLの値は大きい方が多様な表現が可能で、プラント応答の高精度な予測が期待できるが、モデルパラメータθの推定のために多くの計算資源やメモリ量が必要となる。 In general, larger values of N, M, and L allow for more diverse expressions and are expected to enable more accurate prediction of plant response, but they require more computational resources and memory to estimate the model parameter θ.

そして、状態ベクトル変換部112は、再サンプリング制御量ベクトルY(k)、再サンプリング操作量ベクトルU(k)及び再サンプリング外乱ベクトルV(k)から以下により状態ベクトルξ(k)を作成する。 Then, the state vector conversion unit 112 creates a state vector ξ(k) from the resampled control amount vector Y D (k), the resampled manipulated variable vector U D (k), and the resampled disturbance vector V D (k) as follows.

Figure 2024044583000004
すなわち、状態ベクトルξ(k)とは、Y(k)、U(k)及びV(k)の要素を持つベクトルのことである。これにより、再サンプリング制御量ベクトルY(k)、再サンプリング操作量ベクトルU(k)及び再サンプリング外乱ベクトルV(k)が状態ベクトルξ(k)に変換されたことになる。
Figure 2024044583000004
That is, the state vector ξ(k) is a vector having elements Y D (k), U D (k), and V D (k). As a result, the resampling control amount vector Y D (k), the resampling manipulated variable vector U D (k), and the resampling disturbance vector V D (k) are converted into the state vector ξ(k).

<逐次推定計算部113の動作例>
逐次推定計算部113は、状態ベクトルξ(k)が作成されると、この状態ベクトルξ(k)を用いて、モデルパラメータθの値を推定する。すなわち、逐次推定計算部113は、サンプリング時刻t毎に、逐次的にモデルパラメータθの値を推定する。
<Example of Operation of Sequential Estimation Calculation Unit 113>
When the state vector ξ(k) is generated, the recursive estimation calculation unit 113 uses the state vector ξ(k) to estimate the value of the model parameter θ. That is, the recursive estimation calculation unit 113 recursively estimates the value of the model parameter θ for each sampling time t k .

或るkに関してモデルパラメータθの値を推定する処理について、図4を参照しながら説明する。なお、以下では、サンプリング時刻tにおけるモデルパラメータθ又はその推定値をθ(k)とも表す。 The process of estimating the value of the model parameter θ with respect to a certain k will be explained with reference to FIG. Note that, hereinafter, the model parameter θ or its estimated value at the sampling time tk will also be expressed as θ(k).

ステップS101:まず、逐次推定計算部113は、モデルパラメータθと共分散行列P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、初回計算時(つまり、k=0のとき)、ユーザ等により初期化指示が行われたとき等が挙げられる。 Step S101: First, the sequential estimation calculation unit 113 determines whether to initialize the model parameter θ and the covariance matrix P. Here, cases in which it is determined that initialization is to be performed include, for example, at the time of first calculation (that is, when k=0), and when an initialization instruction is given by a user or the like.

モデルパラメータθと共分散行列Pとを初期化すると判定した場合(ステップS101でYES)、逐次推定計算部113は、ステップS102に進む。一方で、モデルパラメータθと共分散行列Pとを初期化すると判定しなかった場合(ステップS101でNO)、逐次推定計算部113は、ステップS103に進む。 If it is determined that the model parameters θ and the covariance matrix P are to be initialized (YES in step S101), the sequential estimation calculation unit 113 proceeds to step S102. On the other hand, if it is determined that the model parameters θ and the covariance matrix P are not to be initialized (NO in step S101), the sequential estimation calculation unit 113 proceeds to step S103.

ステップS102:逐次推定計算部113は、サンプリング時刻tのインデックスkをk=0に初期化すると共に、θ(0)=θ及びP(0)=Iと初期化する。ここで、θは予め設定されたモデルパラメータの初期値、Iは予め設定された任意の行列(例えば、単位行列等)である。 Step S102: The recursive estimation calculation unit 113 initializes an index k of a sampling time tk to k=0, and also initializes θ(0)= θ0 and P(0)=I, where θ0 is a preset initial value of a model parameter, and I is a preset arbitrary matrix (e.g., a unit matrix, etc.).

ステップS103:逐次推定計算部113は、安定化モデルパラメータ計算部114を呼び出して安定化モデルパラメータθ(k-1)を計算する。なお、安定化モデルパラメータθ(k-1)の計算方法については後述する。 Step S103: The sequential estimation calculation unit 113 calls the stabilization model parameter calculation unit 114 to calculate the stabilization model parameter θ S (k−1). Note that a method for calculating the stabilizing model parameter θ S (k−1) will be described later.

ステップS104:逐次推定計算部113は、安定化モデルパラメータθ(k-1)をモデルパラメータ推定値θ(k-1)に設定する。すなわち、逐次推定計算部113は、θ(k-1)←θ(k-1)とする。これは、モデルパラメータ推定値θ(k-1)を安定化モデルパラメータθ(k-1)に変換している、ということもできる。 Step S104: The sequential estimation calculation unit 113 sets the stabilized model parameter θ S (k−1) to the model parameter estimated value θ(k−1). That is, the sequential estimation calculation unit 113 sets θ(k-1)←θ S (k-1). This can also be said to be converting the model parameter estimate θ(k-1) into a stabilized model parameter θ S (k-1).

ステップS105:逐次推定計算部113は、モデルパラメータ推定値θ(k-1)と状態ベクトルξ(k)と制御量y(k)とを用いて、予測誤差ε(k)を計算する。予測誤差ε(k)は、例えば、ε(k)=y(k)-ξ(k)Τθ(k-1)により計算される。なお、Τは転置を表す。 Step S105: The sequential estimation calculation unit 113 calculates the prediction error ε(k) using the model parameter estimate θ(k−1), the state vector ξ(k), and the control amount y(k). The prediction error ε(k) is calculated, for example, by ε(k)=y(k)−ξ(k) T θ(k−1), where T represents the transpose.

ステップS106:逐次推定計算部113は、共分散行列P(k-1)を以下により更新して共分散行列P(k)を得る。 Step S106: The sequential estimation calculation unit 113 updates the covariance matrix P(k-1) as follows to obtain the covariance matrix P(k).

Figure 2024044583000005
ここで、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 2024044583000005
Here, λ is a forgetting coefficient satisfying 0<λ≦1, and is a preset value. The forgetting coefficient λ is a coefficient for forgetting past data, and the closer it is to 0, the more rapidly the influence of past data decreases, and the closer it is to 1, the more the influence of past data is retained.

ステップS107:そして、逐次推定計算部113は、モデルパラメータ推定値θ(k-1)を以下により更新してモデルパラメータ推定値θ(k)を得る。 Step S107: Then, the sequential estimation calculation unit 113 updates the model parameter estimate θ(k-1) as follows to obtain the model parameter estimate θ(k).

Figure 2024044583000006
これにより、サンプリング時刻tにおけるモデルパラメータ推定値θ(k)が得られる。
Figure 2024044583000006
As a result, the model parameter estimate θ(k) at the sampling time t k is obtained.

<安定化モデルパラメータ計算部114の動作例>
安定化モデルパラメータ計算部114は、逐次推定計算部113から呼び出されると、安定化モデルパラメータθ(k-1)を計算する。すなわち、安定化モデルパラメータ計算部114は、サンプリング時刻tで逐次推定計算部113から呼び出される毎に、モデルパラメータ推定値θ(k-1)から安定化モデルパラメータθ(k-1)を計算する。
<Example of Operation of Stabilization Model Parameter Calculation Unit 114>
The stabilization model parameter calculation unit 114 calculates the stabilization model parameter θ S (k-1) when called by the sequential estimation calculation unit 113. That is, every time the stabilization model parameter calculation unit 114 is called by the sequential estimation calculation unit 113 at sampling time t k , it calculates the stabilization model parameter θ S (k-1) from the model parameter estimate value θ(k-1).

或るサンプリング時刻tで逐次推定計算部113から呼び出されたときに、安定化モデルパラメータ計算部114が安定化モデルパラメータを計算する処理について、図5を参照しながら説明する。ただし、以下では、一例として、プラント応答モデルとしては以下のARMAモデルを想定する。 The process by which the stabilized model parameter calculation unit 114 calculates the stabilized model parameters when called by the sequential estimation calculation unit 113 at a certain sampling time tk will be described with reference to FIG. However, below, as an example, the following ARMA model is assumed as the plant response model.

y(k)=ay(k-1)+・・・+ay(k-N)+bu(k)+・・・+bu(k-M)
また、このとき、モデルパラメータ推定値θ(k-1)は以下で表される。
y(k)=a 1 y(k-1)+...+a N y(k-N)+b 0 u(k)+...+b M u(k-M)
Further, at this time, the model parameter estimated value θ(k-1) is expressed as follows.

θ(k-1)=[a,・・・,a,b,・・・,bΤ
ここで、Nは制御量yに関する次数、Mは操作量uに関する次数である。すなわち、上記のプラント応答モデルは(N,M)次のARMAモデルである。なお、a,・・・,aは自己回帰係数、Nは自己回帰係数の次数とも呼ばれる。また、b,・・・,bは移動平均係数、Mは移動平均係数の次数とも呼ばれる。
θ(k−1)=[a 1 , . . . , a N , b 0 , . . . , b M ] T
Here, N is the order of the controlled variable y, and M is the order of the manipulated variable u. That is, the above plant response model is an (N, M)-th order ARMA model. Note that a 1 , ..., a N are also called autoregressive coefficients, and N is also called the order of the autoregressive coefficients. Also, b 0 , ..., b M are also called moving average coefficients, and M is also called the order of the moving average coefficients.

ステップS201:まず、安定化モデルパラメータ計算部114は、重心化パラメータθを計算する。安定化モデルパラメータ計算部114は、自己回帰係数a,・・・,aの重心aと移動平均係数b,・・・,bの重心bとをそれぞれ計算した上で、モデルパラメータ推定値θ(k-1)の各自己回帰係数を重心a、各移動平均係数を重心bにそれぞれ置き換えたものを重心化パラメータθとする。すなわち、重心化パラメータθは以下で表される。 Step S201: First, the stabilization model parameter calculation unit 114 calculates the centroid parameter θ c . The stabilization model parameter calculation unit 114 calculates the centroid a c of the autoregressive coefficients a 1 , ..., a N and the centroid b c of the moving average coefficients b 0 , ..., b M , and then replaces each autoregressive coefficient of the model parameter estimate θ(k-1) with the centroid a c and each moving average coefficient with the centroid b c to obtain the centroid parameter θ c . That is, the centroid parameter θ c is expressed as follows.

θ=[a,・・・,a,b,・・・,bΤ
ここで、a=(a+・・・+a)/N、b=(b,・・・,b)/(M+1)である。
θ c = [ ac , ..., a c , b c , ..., b c ] T
Here, a c =(a 1 +...+a N )/N, and b c =(b 0 ,..., b M )/(M+1).

ステップS202:次に、安定化モデルパラメータ計算部114は、安定化モデルパラメータの候補となるパラメータ(以下、候補パラメータともいう。)計算する。安定化モデルパラメータ計算部114は、以下により候補パラメータθを計算する。 Step S202: Next, the stabilized model parameter calculation unit 114 calculates parameters that are candidates for stabilized model parameters (hereinafter also referred to as candidate parameters). The stabilized model parameter calculation unit 114 calculates the candidate parameter θ r as follows.

θ=(1-β)×θ(k-1)+β×θ
ここで、βは0<β≦1を取るブレンド係数であり、予め設定された値である。ブレンド係数βが1に近いほど候補パラメータθは重心化パラメータθに近づき、0に近いほど候補パラメータθはモデルパラメータ推定値θ(k-1)に近づく。
θr = (1-β) × θ(k-1) + β × θc
Here, β is a blending coefficient that satisfies 0<β≦1 and is a preset value. As the blending coefficient β approaches 1, the candidate parameter θr approaches the centroid parameter θc , and as the blending coefficient β approaches 0, the candidate parameter θr approaches the model parameter estimate θ(k−1).

ステップS203:次に、安定化モデルパラメータ計算部114は、2種類の予測誤差を計算する。すなわち、安定化モデルパラメータ計算部114は、モデルパラメータ推定値θ(k-1)を用いたときの予測誤差eと、候補パラメータθを用いたときの予測誤差eとをそれぞれ以下により計算する。 Step S203: Next, the stabilized model parameter calculation unit 114 calculates two types of prediction errors. That is, the stabilized model parameter calculation unit 114 calculates the prediction error e 0 when using the model parameter estimate θ(k-1) and the prediction error e r when using the candidate parameter θ r , respectively, as follows. calculate.

=y-ξ(k)Τθ(k-1)
=y-ξ(k)Τθ
ここで、yは制御量の現在値、すなわちy=y(k)である。また、ξ(k)は状態ベクトルである。すなわち、eは、モデルパラメータ推定値θ(k-1)を用いたときの制御量予測値と、制御量現在値との誤差を表している。同様に、eは、候補パラメータθを用いたときの制御量予測値と、制御量現在値との誤差を表している。
e 0 =y 0 -ξ(k) Τ θ(k-1)
e r =y 0 -ξ(k) Τ θ r
Here, y 0 is the current value of the controlled variable, ie, y 0 =y(k). Moreover, ξ(k) is a state vector. That is, e 0 represents the error between the predicted value of the controlled variable when using the model parameter estimated value θ(k-1) and the current controlled variable value. Similarly, e r represents the error between the predicted value of the control amount when using the candidate parameter θ r and the current value of the control amount.

ステップS204:次に、安定化モデルパラメータ計算部114は、予測誤差eの絶対値と予測誤差eの絶対値とを比較する。安定化モデルパラメータ計算部114は、例えば、予測誤差eの絶対値と予測誤差eの絶対値とを比較し、以下を満たすか否かを判定する。 Step S204: Next, the stabilization model parameter calculation unit 114 compares the absolute value of the prediction error e 0 with the absolute value of the prediction error e r . For example, the stabilization model parameter calculation unit 114 compares the absolute value of the prediction error e 0 with the absolute value of the prediction error e r , and determines whether the following is satisfied:

|e|<α|e
ここで、αは0<α≦1を取る比較係数であり、予め設定された値である。比較係数αは、候補パラメータθを用いたときの予測誤差eをどの程度厳しく評価するかを制御しており、0に近いほど、予測誤差eに対して予測誤差eの改善が顕著であることが要求される。
|e r |<α|e 0
Here, α is a comparison coefficient satisfying 0<α≦1, and is a preset value. The comparison coefficient α controls how strictly the prediction error e r is evaluated when using the candidate parameter θ r , and the closer it is to 0, the better the prediction error e r is improved relative to the prediction error e 0. It is required to be conspicuous.

上記の比較の結果、|e|<α|e|を満たす場合、安定化モデルパラメータ計算部114は、ステップS205に進む。一方で、|e|<α|e|を満たさない場合(つまり、|e|≧α|e|を満たす場合)、安定化モデルパラメータ計算部114は、ステップS206に進む。 As a result of the above comparison, if |e r |<α|e 0 | is satisfied, the stabilization model parameter calculation unit 114 proceeds to step S205. On the other hand, if |e r |<α|e 0 | is not satisfied (i.e., if |e r |≧α|e 0 | is satisfied), the stabilization model parameter calculation unit 114 proceeds to step S206.

ステップS205:|e|<α|e|を満たす場合、安定化モデルパラメータ計算部114は、候補パラメータθを安定化モデルパラメータθ(k-1)とする。すなわち、安定化モデルパラメータ計算部114は、θ(k-1)←θとする。 Step S205: If |e r |<α|e 0 | is satisfied, the stabilized model parameter calculation unit 114 sets the candidate parameter θ r to the stabilized model parameter θ S (k−1). That is, the stabilized model parameter calculation unit 114 sets θ S (k−1)←θ r .

ステップS206:|e|<α|e|を満たさない場合、安定化モデルパラメータ計算部114は、モデルパラメータ推定値θ(k-1)を安定化モデルパラメータθ(k-1)とする。すなわち、安定化モデルパラメータ計算部114は、θ(k-1)←θ(k-1)とする。 Step S206: If |e r |<α|e 0 | is not satisfied, the stabilization model parameter calculation unit 114 sets the model parameter estimate value θ(k-1) as the stabilization model parameter θ S (k-1). That is, the stabilization model parameter calculation unit 114 sets θ S (k-1)←θ(k-1).

なお、上記では、一例として、外乱を考慮していないが、外乱が存在する場合であっても同様に適用できることはいうまでもない。外乱を考慮する場合、例えば、ARMAモデルには外乱に関する移動平均モデルが追加され、その結果、モデルパラメータには外乱に関する自己回帰係数が追加される。 Note that although the above description does not take into account disturbances as an example, it goes without saying that the same application is possible even when disturbances exist. When considering disturbance, for example, a moving average model regarding the disturbance is added to the ARMA model, and as a result, an autoregressive coefficient regarding the disturbance is added to the model parameters.

また、上記では、一例として、自己回帰係数a,・・・,aの平均値をa、移動平均係数b,・・・,bの平均値をbとしたが、これに限られるものではない。aとして、自己回帰係数a,・・・,aから計算可能な任意の統計量を用いることが可能である。同様に、bとして、移動平均係数b,・・・,bから計算可能な任意の統計量を用いることが可能である。より一般には、次元毎に、その次元方向の係数から計算可能な任意の統計量を用いることが可能である。このような統計量としては、平均の他、例えば、加重平均、中央値、最頻値等といったものが挙げられる。 In the above, as an example, the average value of the autoregressive coefficients a 1 , ..., a N is a c , and the average value of the moving average coefficients b 0 , ..., b M is b c , but this is not limited to the above. Any statistic that can be calculated from the autoregressive coefficients a 1 , ..., a N can be used as a c . Similarly, any statistic that can be calculated from the moving average coefficients b 0 , ..., b M can be used as b c . More generally, any statistic that can be calculated from the coefficients in the dimensional direction can be used for each dimension. Examples of such statistics include the average, as well as the weighted average, the median, the mode, and the like.

<ステップ応答計算部102の動作例>
以下、ステップ応答の推定に用いられるモデルパラメータ推定値(つまり、プラント応答関数Sθに設定されるモデルパラメータ推定値)θ=θ(k)のことを「モデルパラメータ設定値θ」ともいう。また、以下では、簡単のため、ステップ信号として単位ステップ信号を想定する。
<Example of Operation of Step Response Calculation Unit 102>
Hereinafter, the model parameter estimate value θ=θ(k) used for estimating the step response (i.e., the model parameter estimate value set in the plant response function ) is also referred to as the “model parameter set value θ.” In addition, in the following, for simplicity, a unit step signal is assumed as the step signal.

ステップ応答計算部102は、図6に示すように、モデルパラメータ設定値θと時刻tとが与えられると、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)を計算する。なお、単位ステップ応答とは、操作量uとして単位ステップ信号を印加した場合における応答(つまり、制御対象プラントのプラント応答モデルの出力)のことである。 6 , when a model parameter setting value θ and a time t are given, the step response calculation unit 102 calculates a unit step response S θ (t) at time t after the time t has elapsed from the initial time 0. Note that the unit step response is a response when a unit step signal is applied as the manipulated variable u (i.e., the output of a plant response model of the controlled plant).

或る時刻tと或るモデルパラメータ設定値θとが与えられたときに、ステップ応答Sθ(t)を計算する処理について、図7を参照しながら説明する。ただし、以下では、一例として、プラント応答モデルとしては以下のARMAモデルを想定する。 A process for calculating a step response S θ (t) when a certain time t and a certain model parameter setting value θ are given will be described with reference to Fig. 7. In the following, the following ARMA model is assumed as a plant response model as an example.

y(k')=ay(k'-1)+・・・+ay(k'-N)+bu(k')+・・・+bu(k'-M)
また、このとき、インデックスk'における状態ベクトルφ(k')を以下で表すものとする。
y(k') = a 1 y(k'-1) + ... + a N y(k'-N) + b 0 u(k') + ... + b M u(k'-M)
In addition, in this case, the state vector φ(k′) at index k′ is expressed as follows.

φ(k')=[y(k'-1),y(k'-2),・・・,y(k'-N),u(k'),u(k'-1),・・・,u(k'-M)]Τ
なお、インデックスk'は、サンプリング時刻tのインデックスkと同じ値を取り得る変数であるが、本処理の中でのみ利用され、インデックスkとは独立に値が更新されることに留意されたい。
φ(k') = [y(k'-1), y(k'-2), ..., y(k'-N), u(k'), u(k'-1), . ..., u(k'-M)] T
Note that index k' is a variable that can take the same value as index k at sampling time tk , but it is used only in this process and its value is updated independently of index k. .

ステップS301:ステップ応答計算部102は、本処理の中でのみ利用する時刻を表すインデックスをτとして、τ=0、k'=0と初期化すると共に、状態ベクトルφ(0)を以下のように初期化する。 Step S301: The step response calculation unit 102 initializes τ=0, k'=0, with τ as an index representing a time used only in this process, and sets the state vector φ(0) as follows. Initialize to .

φ(0)=[0,0,・・・,0,1,0,・・・,0]Τ
すなわち、u(0)のみ1、それ以外の要素は0と状態ベクトルφ(0)を初期化する。これは、単位ステップ応答を模擬する際の初期値を表している。
φ(0)=[0,0,...,0,1,0,...,0] Τ
That is, the state vector φ(0) is initialized so that only u(0) is 1 and the other elements are 0. This represents the initial value when simulating a unit step response.

ステップS302:次に、ステップ応答計算部102は、y(k')=φ(k')Τθにより制御量予測値y(k')を計算する。 Step S302: Next, the step response calculation unit 102 calculates a controlled variable prediction value y(k') by y(k')=φ(k') T θ.

ステップS303:次に、ステップ応答計算部102は、制御量予測値y(k')を用いて、状態ベクトルφ(k')を、次のインデックスk'+1における状態ベクトルφ(k'+1)に更新する。このとき、ステップ応答計算部102は、状態ベクトルφ(k'+1)のy(k')には上記のステップS302で計算した制御量予測値y(k')を設定し、y(k'-N+1)~y(k'-1)には状態ベクトルφ(k')と同じ値を設定する。また、状態ベクトルφ(k'+1)のu(k'+1)には1を設定し、u(k'-M+1)~u(k')には状態ベクトルφ(k')と同じ値を設定する。 Step S303: Next, the step response calculation unit 102 converts the state vector φ(k') into the state vector φ(k'+1) at the next index k'+1 using the predicted control amount value y(k'). Update to. At this time, the step response calculation unit 102 sets the control amount predicted value y(k') calculated in step S302 above to y(k') of the state vector φ(k'+1), and sets y(k' -N+1) to y(k'-1) are set to the same values as the state vector φ(k'). In addition, u(k'+1) of state vector φ(k'+1) is set to 1, and u(k'-M+1) to u(k') are set to the same value as state vector φ(k'). Set.

ステップS304:次に、ステップ応答計算部102は、時刻τをτ+Δに更新すると共に、インデックスk'をk'+1に更新する。 Step S304: Next, the step response calculation unit 102 updates the time τ to τ+Δ and updates the index k' to k'+1.

ステップS305:次に、ステップ応答計算部102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S305でNO)、ステップ応答計算部102は、ステップS302に戻る。これにより、τ≧tとなるまで、ステップS302~ステップS304が繰り返し実行される。 Step S305: Next, the step response calculation unit 102 determines whether τ≧t. If it is not determined that τ≧t (NO in step S305), the step response calculation unit 102 returns to step S302. As a result, steps S302 to S304 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S305でYES)、ステップ応答計算部102は、処理を終了する。これにより、最終的に計算された制御量予測値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、プラント応答モデルの単位ステップ応答として得られる。)。 On the other hand, if it is determined that τ≧t (YES in step S305), the step response calculation unit 102 ends the process. As a result, the finally calculated controlled variable prediction value y(k′) is obtained as the unit step response S θ (t) (i.e., S θ (t)=y(k) is obtained as the unit step response of the plant response model).

[第二の実施形態]
以下、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、制御対象のプラント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対象とする。なお、プラント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とそれに関連する技術については、例えば、上記の特許文献3等を参照されたい。
[Second embodiment]
The second embodiment will be described below. In the second embodiment, model parameters including an offset term representing the steady state of a plant to be controlled are targeted. Note that for model parameters including an offset term representing the steady state of the plant and related techniques, please refer to, for example, the above-mentioned Patent Document 3.

具体的には、第二の実施形態では、プラント応答モデルとして以下のオフセット項が含まれるARMAXモデル(Autoregressive Moving Average Model with Exogenous Variables)を想定する。 Specifically, in the second embodiment, an ARMAX model (Autoregressive Moving Average Model with Exogenous Variables) including the following offset terms is assumed as a plant response model.

y(k)=ay(k-1)+・・・+ay(k-N)+bu(k)+・・・+bu(k-M)+c
ここで、cがオフセット項である。
y(k) = a 1 y(k-1) + ... + a N y(k-N) + b 0 u(k) + ... + b M u(k-M) + c 0
where c 0 is the offset term.

このとき、モデルパラメータ(及びその推定値)θは、以下で表されるモデルパラメータに拡大することができる。 At this time, the model parameter (and its estimated value) θ can be expanded to the model parameter expressed below.

θ=[a,・・・,a,b,・・・,b,cΤ
このモデルパラメータ(及びその推定値)θを「拡大モデルパラメータ」とも呼ぶ。
θ e = [a 1 , ..., a N , b 0 , ..., b M , c 0 ] T
This model parameter (and its estimated value) θ e is also called the “augmented model parameter”.

なお、第二の実施形態では、主に、第一の実施形態と相違点について説明し、第一の実施形態と同様としてよい箇所についてはその説明を省略する。 Note that in the second embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described, and descriptions of the parts that may be the same as in the first embodiment will be omitted.

<プラント応答推定装置10の機能構成例>
本実施形態に係るプラント応答推定装置10の機能構成例を図8に示す。図8に示すように、本実施形態に係るプラント応答推定装置10は、パラメータ変換部115がモデルパラメータ推定部101に含まれている点が第一の実施形態と異なる。
<Example of functional configuration of plant response estimation device 10>
FIG. 8 shows an example of the functional configuration of the plant response estimation device 10 according to this embodiment. As shown in FIG. 8, the plant response estimation device 10 according to the present embodiment differs from the first embodiment in that a parameter conversion section 115 is included in the model parameter estimation section 101.

パラメータ変換部115は、拡大モデルパラメータθをモデルパラメータθに変換する。 The parameter conversion unit 115 converts the expanded model parameter θ e into a model parameter θ.

<状態ベクトル変換部112の動作例>
状態ベクトル変換部112は、状態ベクトルを拡大した拡大状態ベクトルと呼ぶベクトルを作成する点が第一の実施形態と異なる。その他の点は第一の実施形態と同様としてよい。
<Example of operation of state vector conversion unit 112>
The state vector conversion unit 112 differs from the first embodiment in that it creates a vector called an expanded state vector, which is an expanded state vector. Other points may be the same as the first embodiment.

拡大状態ベクトルとは、状態ベクトルξ(k)をオフセット項に対応する要素を加えて拡大したものであり、以下で表される。 The expanded state vector is obtained by expanding the state vector ξ(k) by adding an element corresponding to the offset term, and is expressed as follows.

Figure 2024044583000007
最後の要素「1」がオフセット項に対応する要素である。
Figure 2024044583000007
The last element "1" is the element corresponding to the offset term.

<逐次推定計算部113の動作例>
逐次推定計算部113は、モデルパラメータθの代わりに拡大モデルパラメータθを用いる点、状態ベクトルξ(k)の代わりに拡大状態ベクトルξ(k)を用いる点が第一の実施形態と異なる。その他の点は第一の実施形態と同様としてよい。
<Example of Operation of Sequential Estimation Calculation Unit 113>
The recursive estimation calculation unit 113 differs from the first embodiment in that it uses an expanded model parameter θe instead of the model parameter θ, and uses an expanded state vector ξe (k) instead of the state vector ξ(k).

<安定化モデルパラメータ計算部114の動作例>
安定化モデルパラメータ計算部114は、モデルパラメータθの代わりに拡大モデルパラメータθを用いる点、状態ベクトルξ(k)の代わりに拡大状態ベクトルξ(k)を用いる点が第一の実施形態と異なる。その他の点は第一の実施形態と同様としてよい。
<Example of operation of stabilization model parameter calculation unit 114>
The stabilized model parameter calculation unit 114 uses the expanded model parameter θ e instead of the model parameter θ, and uses the expanded state vector ξ e (k) instead of the state vector ξ (k) in the first embodiment. different from. Other points may be the same as the first embodiment.

なお、上記のステップS201で重心化パラメータθを計算する際に、オフセット項は置き換えの対象外であることに留意されたい。すなわち、モデルパラメータ推定値θ(k-1)がθ(k-1)=[a,・・・,a,b,・・・,b,cΤである場合、重心化パラメータθはθ=[a,・・・,a,b,・・・,b,cΤとなる。 It should be noted that the offset term is not subject to replacement when calculating the centroidization parameter θ c in step S201 above. That is, when the model parameter estimate θ(k-1) is θ e (k-1)=[a 1 ,..., a N , b 0 ,..., b M , c 0 ] T , The centroiding parameter θ c becomes θ c =[ ac , . . . , ac , b c , . . . , b c , c 0 ] T.

<パラメータ変換部115の動作例>
以下、一例として、拡大モデルパラメータ推定値θ(k)は以下で表されるものとする。
<Example of Operation of Parameter Conversion Unit 115>
Hereinafter, as an example, the augmented model parameter estimate θ e (k) is expressed as follows:

θ(k)=[θ(k),θ(k),θ(k),θ(k)]Τ
ここで、θ(k)はサンプリング時刻tにおけるARMAXモデルの制御量yに関する項の係数を要素とするN次元ベクトル、θ(k)は操作量uに関する項の係数を要素とするM次元ベクトル、θ(k)は外乱vに関する項の係数を要素とするL次元ベクトル、θ(k)はオフセット項を表すスカラー値である。
θe (k)=[ θY (k), θU (k), θV (k), θC (k)] T
Here, θY (k) is an N-dimensional vector whose elements are the coefficients of the term related to the controlled variable y of the ARMAX model at sampling time tk , θU (k) is an M-dimensional vector whose elements are the coefficients of the term related to the manipulated variable u, θV (k) is an L-dimensional vector whose elements are the coefficients of the term related to the disturbance v, and θC (k) is a scalar value representing the offset term.

このとき、パラメータ変換部115は、拡大モデルパラメータ推定値θ(k)が得られると、図9に示すように、θ(k)を除いたベクトルに変換することで、モデルパラメータ推定値θ(k)を得る。これにより、以下のモデルパラメータ推定値が得られる。 In this case, when the parameter conversion unit 115 obtains the augmented model parameter estimate θ e (k), it converts it into a vector excluding θ C (k) as shown in Fig. 9 to obtain the model parameter estimate θ(k). As a result, the following model parameter estimate is obtained.

θ(k)=[θ(k),θ(k),θ(k)]Τ
このように、制御対象プラントのステップ応答を推定する際には、拡大モデルパラメータ推定値θ(k)からθ(k)を除くことで、モデルパラメータ推定値θ(k)が得られる。この理由は、上記の特許文献1に記載されている通り、制御量yの変化量に対してオフセット項は影響しないためである。
θ(k)=[θ Y (k), θ U (k), θ V (k)] Τ
In this way, when estimating the step response of the controlled plant, the model parameter estimate θ(k) is obtained by removing θ C (k) from the expanded model parameter estimate θ e (k). The reason for this is that, as described in Patent Document 1, the offset term does not affect the amount of change in the control amount y.

[実施例]
以下、一実施例について説明する。本実施例では、第二の実施形態に係るプラント応答推定装置10によりモデルパラメータとステップ応答を推定した。
[Example]
An example will be described below. In this example, model parameters and a step response are estimated by the plant response estimation device 10 according to the second embodiment.

制御対象プラントのプラント応答モデルとしては、以下のARMAXモデルを採用した。 The following ARMAX model was adopted as the plant response model for the plant to be controlled.

y(k)=ay(k-1)+ay(k-2)+bu(k)+bu(k-1)+bu(k-2)+c
すなわち、制御量yに関する2次元の要素と、操作量uに関する3次元の要素と、オフセット項とを有するARMAXモデルを採用した。
y(k)=a 1 y(k-1)+a 2 y(k-2)+b 0 u(k)+b 1 u(k-1)+b 2 u(k-2)+c 0
That is, an ARMAX model having a two-dimensional element related to the controlled amount y, a three-dimensional element related to the manipulated variable u, and an offset term was adopted.

このとき、拡大状態ベクトルξ(k)は以下で表される。 In this case, the extended state vector ξ e (k) is expressed as follows.

ξ(k)=[y(k-1),y(k-2),u(k),u(k-1),u(k-2),1]Τ
また、拡大モデルパラメータθは以下で表される。
ξ e (k) = [y (k-1), y (k-2), u (k), u (k-1), u (k-2), 1] T
Moreover, the enlarged model parameter θ e is expressed as follows.

θ(k)=[a(k),a(k),b(k),b(k),b(k),c(k)]Τ
制御量の予測値(以下、これをyestとも表す。)は以下で表される。
θ e (k) = [a 1 (k), a 2 (k), b 0 (k), b 1 (k), b 2 (k), c 0 (k)] Τ
The predicted value of the control amount (hereinafter also referred to as y est ) is expressed as follows.

est(k)=ξ(k)Τθ(k-1)
ここで、本実施例における制御対象プラントのステップ応答は、図10に示すようなものであるとする。なお、rは目標値、yは制御量、uは操作量、vは外乱を表す。また、本実施例では、再サンプリング周期D=2、忘却係数λ=0.999、比較係数α=0.9とした。
y est (k)=ξ e (k) Τ θ e (k-1)
Here, it is assumed that the step response of the plant to be controlled in this embodiment is as shown in FIG. Note that r represents the target value, y represents the controlled amount, u represents the manipulated amount, and v represents the disturbance. Further, in this embodiment, the resampling period D=2, the forgetting coefficient λ=0.999, and the comparison coefficient α=0.9.

このとき、本実施例では、2つのデータ(後述するデータ1、データ2)をそれぞれ用いて、モデルパラメータとステップ応答を推定した。 In this embodiment, two pieces of data (data 1 and data 2 described below) were used to estimate the model parameters and step response.

・データ1を用いた場合
制御対象プラントをPID制御で制御したデータ1を図11に示す。このとき、安定化モデルパラメータ計算部114を利用しないでモデルパラメータを推定した結果とモデル予測制御の制御結果とをそれぞれ図12及び図13に示す。また、第二の実施形態に係るプラント応答推定装置10によりモデルパラメータを推定した結果とモデル予測制御の制御結果とをそれぞれ図14及び図15に示す。図12及び図14では、モデルパラメータのa、a、b、b、bを時系列で示している。図12(安定化モデルパラメータ計算部114なし)と図14(安定化モデルパラメータ計算部114あり)とを比較すると、自己回帰係数a、aは安定化モデルパラメータ計算部114ありの方が重心に近く、移動平均係数b、b、bは安定化モデルパラメータ計算部114ありの方が重心に近いことがわかる。一方で、図13(安定化モデルパラメータ計算部114なし)と図15(安定化モデルパラメータ計算部114あり)とを比較すると、大きな違いはなく、安定化モデルパラメータ計算部114によって制御性能の劣化は生じていないことがわかる。
When data 1 is used Data 1 obtained by controlling the controlled plant by PID control is shown in FIG. 11. In this case, the result of estimating the model parameters without using the stabilization model parameter calculation unit 114 and the control result of the model predictive control are shown in FIG. 12 and FIG. 13, respectively. Also, the result of estimating the model parameters by the plant response estimation device 10 according to the second embodiment and the control result of the model predictive control are shown in FIG. 14 and FIG. 15, respectively. In FIG. 12 and FIG. 14, the model parameters a 1 , a 2 , b 0 , b 1 , and b 2 are shown in time series. Comparing FIG. 12 (without the stabilization model parameter calculation unit 114) with FIG. 14 (with the stabilization model parameter calculation unit 114), it can be seen that the autoregressive coefficients a 1 and a 2 are closer to the center of gravity in the case with the stabilization model parameter calculation unit 114, and the moving average coefficients b 0 , b 1 , and b 2 are closer to the center of gravity in the case with the stabilization model parameter calculation unit 114. On the other hand, when comparing FIG. 13 (without the stabilization model parameter calculation unit 114) with FIG. 15 (with the stabilization model parameter calculation unit 114), it is found that there is no significant difference, and that the stabilization model parameter calculation unit 114 does not cause any degradation in control performance.

・データ2を用いた場合
制御対象プラントをPID制御で制御したデータ2を図16に示す。データ2では、制御量yに観測ノイズが加わっており、その結果、操作量uにもノイズが加わっている。なお、ノイズの影響以外はデータ1とデータ2とで条件は同一である。このとき、安定化モデルパラメータ計算部114を利用しないでモデルパラメータを推定した結果とモデル予測制御の制御結果とをそれぞれ図17及び図18に示す。また、第二の実施形態に係るプラント応答推定装置10によりモデルパラメータを推定した結果とモデル予測制御の制御結果とをそれぞれ図19及び図20に示す。図17及び図19では、モデルパラメータのa、a、b、b、bを時系列で示している。図17(安定化モデルパラメータ計算部114なし)と図19(安定化モデルパラメータ計算部114あり)とを比較すると、自己回帰係数a、aは安定化モデルパラメータ計算部114ありの方が重心に近く、移動平均係数b、b、bは安定化モデルパラメータ計算部114ありの方が重心に近いことがわかる。また、安定化モデルパラメータ計算部114なしの場合(図17)では、自己回帰係数a、aが徐々に互いに離れた値となっていくが、安定化モデルパラメータ計算部114ありの場合(図19)では、その動きが抑制できていることがわかる。すなわち、ノイズのあるデータ2ではノイズによって自己回帰係数及び移動平均係数が重心から離れた値で推定されるが、安定化モデルパラメータ計算部114によって重心から離れる動きが抑制できている。
- When using data 2 Data 2 obtained by controlling the plant to be controlled using PID control is shown in FIG. 16. In data 2, observation noise is added to the controlled variable y, and as a result, noise is also added to the manipulated variable u. Note that the conditions for data 1 and data 2 are the same except for the influence of noise. At this time, the results of estimating the model parameters without using the stabilizing model parameter calculation unit 114 and the control results of the model predictive control are shown in FIGS. 17 and 18, respectively. Further, the results of estimating model parameters by the plant response estimating device 10 according to the second embodiment and the control results of model predictive control are shown in FIGS. 19 and 20, respectively. In FIGS. 17 and 19, model parameters a 1 , a 2 , b 0 , b 1 , and b 2 are shown in time series. Comparing FIG. 17 (without the stabilizing model parameter calculating section 114) and FIG. 19 (with the stabilizing model parameter calculating section 114), the autoregressive coefficients a 1 and a 2 are better with the stabilizing model parameter calculating section 114. It can be seen that the moving average coefficients b 0 , b 1 , and b 2 are closer to the center of gravity when the stabilizing model parameter calculation unit 114 is present. Furthermore, in the case without the stabilizing model parameter calculation unit 114 (FIG. 17), the autoregressive coefficients a 1 and a 2 gradually become values that are far apart from each other, but in the case with the stabilization model parameter calculation unit 114 ( In Fig. 19), it can be seen that the movement can be suppressed. That is, in the noisy data 2, the autoregressive coefficient and the moving average coefficient are estimated to be values far from the center of gravity due to the noise, but the stabilization model parameter calculation unit 114 can suppress the movement away from the center of gravity.

一方で、図18(安定化モデルパラメータ計算部114なし)と図20(安定化モデルパラメータ計算部114あり)とを比較すると、図18では操作量uが比較的鋭く変化している。これに対して、図20では、上記のような鋭い変化は少なく、ノイズのないデータ1での制御結果(図15)の応答波形と比較的良く似た結果となっている。したがって、安定化モデルパラメータ計算部114により、ノイズの影響を抑制しており、モデル予測制御の安定化に寄与しているといえる。 On the other hand, comparing FIG. 18 (without the stabilization model parameter calculation unit 114) with FIG. 20 (with the stabilization model parameter calculation unit 114), the manipulated variable u changes relatively sharply in FIG. 18. In contrast, in FIG. 20, there are fewer sharp changes like those described above, and the result is relatively similar to the response waveform of the control result for noise-free data 1 (FIG. 15). Therefore, it can be said that the stabilization model parameter calculation unit 114 suppresses the effects of noise and contributes to the stabilization of model predictive control.

[まとめ]
以上のように、第一及び第二の実施形態に係るプラント応答推定装置10は、操業中のプラントの運転データからプラント応答モデルのモデルパラメータを安定的に推定することができる。すなわち、重心化パラメータによってモデルパラメータの推定には重心方向に推定されるような力が働くため、例えば、図17のように、a、aが徐々に互いに離れた値となっていく、というような動き(つまり、モデルパラメータが発散するような動き)を抑制することが可能となり、その結果、モデルパラメータを安定的に推定することが可能となる。これにより、真値に収束するまでの途中の段階でもモデルパラメータ推定値の信頼性が担保され、上記の1つ目の課題が解決される。このため、第一及び第二の実施形態に係るプラント応答推定装置10によれば、推定したモデルパラメータを制御(例えば、モデル予測制御)に容易に用いることが可能となる。
[summary]
As described above, the plant response estimation device 10 according to the first and second embodiments can stably estimate the model parameters of the plant response model from the operation data of the plant during operation. That is, since the centering parameter exerts a force on the estimation of the model parameters in the center of gravity direction, it is possible to suppress, for example, a movement in which a1 and a2 gradually become values farther apart from each other (i.e., a movement in which the model parameters diverge) as shown in FIG. 17, and as a result, it is possible to stably estimate the model parameters. This ensures the reliability of the model parameter estimates even in the middle stage until the convergence to the true value, and the first problem described above is solved. Therefore, according to the plant response estimation device 10 according to the first and second embodiments, it is possible to easily use the estimated model parameters for control (e.g., model predictive control).

また、第一及び第二の実施形態に係るプラント応答推定装置10では、モデルパラメータの次数が未知であり、必要以上に高い次数が設定された場合であっても、重心方向に推定されるような力が働くため、重心に近いモデルパラメータが推定されやすくなり、多重共線性等の高次数に由来する問題を回避することができるようになる。これにより、上記の2つ目の課題が解決される。 In addition, in the plant response estimation device 10 according to the first and second embodiments, even if the order of the model parameters is unknown and an order higher than necessary is set, a force acts to estimate the model parameters in the direction of the center of gravity, making it easier to estimate model parameters close to the center of gravity, and making it possible to avoid problems resulting from high orders such as multicollinearity. This solves the second problem mentioned above.

更に、第一及び第二の実施形態に係るプラント応答推定装置10では、安定化モデルパラメータ計算部114にて現状のモデルパラメータを用いた場合の予測誤差と候補パラメータを用いた場合の予測誤差とを比較し、予測精度が改善する場合にのみ候補パラメータを安定化モデルパラメータとして採用する。このため、予測精度の改善も期待できる。 Furthermore, in the plant response estimation device 10 according to the first and second embodiments, the stabilization model parameter calculation unit 114 compares the prediction error when the current model parameters are used with the prediction error when the candidate parameters are used, and adopts the candidate parameters as stabilization model parameters only if the prediction accuracy improves. Therefore, an improvement in prediction accuracy can also be expected.

加えて、第一及び第二の実施形態に係るプラント応答推定装置10では、観測値に対するノイズに対してもモデルパラメータ推定値が安定するため、ノイズの影響を抑制した推定が可能となる。 In addition, in the plant response estimation device 10 according to the first and second embodiments, the model parameter estimates are stable even in the presence of noise in the observed values, making it possible to perform estimation with the effects of noise suppressed.

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 above-described specifically disclosed embodiments, and various modifications and changes, combinations with known techniques, etc. can be made without departing from the scope of the claims. be.

10 プラント応答推定装置
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
101 モデルパラメータ推定部
102 ステップ応答計算部
111 バッファ部
112 状態ベクトル変換部
113 逐次推定計算部
114 安定化モデルパラメータ計算部
115 パラメータ変換部
10 Plant response estimation 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 101 Model parameter estimation section 102 Step response calculation section 111 Buffer section 112 State vector conversion section 113 Sequential estimation calculation section 114 Stabilized model parameter calculation section 115 Parameter conversion section

Claims (8)

制御対象プラントの運転データに基づいて、前記制御対象プラントのプラント応答モデルを表す関数のパラメータであるモデルパラメータの推定値を逐次的に計算するように構成されている推定計算部と、
前記モデルパラメータの推定値を安定化した安定化モデルパラメータを計算するように構成されている安定化計算部と、
前記モデルパラメータの推定値に基づいて、前記プラント応答モデルを表す関数により前記制御対象プラントの応答を計算するように構成されている応答計算部と、
を有し、
前記推定計算部は、
前記運転データと、前回計算したモデルパラメータの推定値を前記安定化計算部によって安定化した安定化モデルパラメータとに基づいて、前記モデルパラメータの推定値を計算するように構成されている、プラント応答推定装置。
an estimation calculation unit configured to sequentially calculate, based on operation data of a controlled plant, estimates of model parameters, which are parameters of a function representing a plant response model of the controlled plant;
a stabilization calculation unit configured to calculate stabilized model parameters by stabilizing the estimates of the model parameters;
a response calculation unit configured to calculate a response of the controlled plant using a function representing the plant response model based on the estimated values of the model parameters;
having
The estimation calculation unit is
a plant response estimation device configured to calculate an estimate of the model parameter based on the operation data and a stabilized model parameter obtained by stabilizing a previously calculated estimate of the model parameter by the stabilization calculation unit.
前記安定化計算部は、
前記モデルパラメータの推定値を表すベクトルの各要素から所定の統計量を計算し、前記統計量により前記モデルパラメータの推定値を安定化した安定化モデルパラメータを計算するように構成されている、請求項1に記載のプラント応答推定装置。
The stabilization calculation unit
2. The plant response estimation device according to claim 1, configured to calculate a predetermined statistic from each element of a vector representing the estimated value of the model parameter, and to calculate a stabilized model parameter by stabilizing the estimated value of the model parameter using the statistic.
前記プラント応答モデルは多項式モデルであり、
前記安定化計算部は、
前記多項式モデルの次元毎に、前記モデルパラメータの推定値を表すベクトルの各要素のうち、前記次元方向の要素から前記統計量を計算し、
前記次元毎に、前記次元方向の要素を前記統計量で置換した第1のパラメータを計算し、
前記第1のパラメータと前記モデルパラメータとを所定の比率で混合した第2のパラメータを計算し、
前記第2のパラメータを用いて前記制御対象プラントの応答を予測したときの第1の予測誤差が、前記モデルパラメータを用いて前記制御対象プラントの応答を予測したときの第2の予測誤差よりも所定以上改善している場合は前記第2のパラメータを前記安定化モデルパラメータとし、前記第1の予測誤差が前記第2の予測誤差よりも所定以上改善していない場合は前記モデルパラメータを前記安定化モデルパラメータとする、ように構成されている、請求項2に記載のプラント応答推定装置。
the plant response model is a polynomial model;
The stabilization calculation unit
calculating the statistics from elements in the dimension direction among the elements of a vector representing the estimated values of the model parameters for each dimension of the polynomial model;
calculating a first parameter by replacing an element in the dimension direction with the statistic for each dimension;
Calculating second parameters by mixing the first parameters and the model parameters in a predetermined ratio;
3. The plant response estimation device according to claim 2, configured to: when a first prediction error when predicting a response of the controlled plant using the second parameter is improved by a predetermined amount or more than a second prediction error when predicting a response of the controlled plant using the model parameter, the second parameter is set as the stabilization model parameter; and when the first prediction error is not improved by the predetermined amount or more than the second prediction error, the model parameter is set as the stabilization model parameter.
前記多項式モデルは、ARMAモデル又はARMAXモデルであり、
前記モデルパラメータは、前記ARMAモデル又はARMAXモデルの係数を要素とするベクトルで表される、請求項3に記載のプラント応答推定装置。
the polynomial model is an ARMA model or an ARMAX model;
4. The plant response estimation device according to claim 3, wherein the model parameters are expressed as vectors having coefficients of the ARMA model or the ARMAX model as elements.
前記安定化計算部は、
前記ARMAモデル又はARMAXモデルの自己回帰係数の平均値を表す第1の重心と、前記ARMAモデル又はARMAXモデルの移動平均係数の平均値を表す第2の重心とを前記統計量として計算し、
前記自己回帰係数を前記第1の重心、前記移動平均係数を前記第2の重心でそれぞれ置換することで、前記第2のパラメータを計算する、ように構成されている、請求項4に記載のプラント応答推定装置。
The stabilization calculation section includes:
Calculating a first centroid representing the average value of the autoregressive coefficient of the ARMA model or ARMAX model and a second centroid representing the average value of the moving average coefficient of the ARMA model or ARMAX model as the statistic,
5. The second parameter is calculated by replacing the autoregressive coefficient with the first center of gravity and the moving average coefficient with the second center of gravity, respectively. Plant response estimation device.
前記ARMAモデル又はARMAXモデルには、前記制御対象プラントの定常状態を表すオフセット項が含まれる、請求項4又は5に記載のプラント応答推定装置。 The plant response estimation device according to claim 4 or 5, wherein the ARMA model or the ARMAX model includes an offset term that represents a steady state of the controlled plant. 制御対象プラントの運転データに基づいて、前記制御対象プラントのプラント応答モデルを表す関数のパラメータであるモデルパラメータの推定値を逐次的に計算する推定計算手順と、
前記モデルパラメータの推定値を安定化した安定化モデルパラメータを計算する安定化計算手順と、
前記モデルパラメータの推定値に基づいて、前記プラント応答モデルを表す関数により前記制御対象プラントの応答を計算する応答計算手順と、
をコンピュータが実行し、
前記推定計算手順は、
前記運転データと、前回計算したモデルパラメータの推定値を前記安定化計算手順によって安定化した安定化モデルパラメータとに基づいて、前記モデルパラメータの推定値を計算する、プラント応答推定方法。
an estimation calculation procedure for sequentially calculating estimated values of model parameters, which are parameters of a function representing a plant response model of a controlled plant, based on operation data of the controlled plant;
a stabilization calculation step for calculating stabilized model parameters by stabilizing the estimated values of the model parameters;
a response calculation step of calculating a response of the controlled plant using a function representing the plant response model based on the estimated values of the model parameters;
The computer executes
The estimation calculation procedure includes:
the plant response estimation method further comprising: calculating an estimated value of the model parameter based on the operating data and a stabilized model parameter obtained by stabilizing an estimated value of a previously calculated model parameter through the stabilization calculation procedure;
制御対象プラントの運転データに基づいて、前記制御対象プラントのプラント応答モデルを表す関数のパラメータであるモデルパラメータの推定値を逐次的に計算する推定計算手順と、
前記モデルパラメータの推定値を安定化した安定化モデルパラメータを計算する安定化計算手順と、
前記モデルパラメータの推定値に基づいて、前記プラント応答モデルを表す関数により前記制御対象プラントの応答を計算する応答計算手順と、
をコンピュータに実行させ、
前記推定計算手順は、
前記運転データと、前回計算したモデルパラメータの推定値を前記安定化計算手順によって安定化した安定化モデルパラメータとに基づいて、前記モデルパラメータの推定値を計算する、プログラム。
an estimation calculation procedure for sequentially calculating estimated values of model parameters, which are parameters of a function representing a plant response model of a controlled plant, based on operation data of the controlled plant;
a stabilization calculation step for calculating stabilized model parameters by stabilizing the estimated values of the model parameters;
a response calculation step of calculating a response of the controlled plant using a function representing the plant response model based on the estimated values of the model parameters;
Run the following on your computer:
The estimation calculation procedure includes:
a program for calculating an estimated value of the model parameter based on the operating data and a stabilized model parameter obtained by stabilizing an estimated value of a previously calculated model parameter through the stabilization calculation procedure;
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