JP2647217B2 - 複合制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プロセス制御等に用いる複合制御方法に関
し、特に、PID制御とファジィ制御を組合わせた複合制
御方法に関する。
し、特に、PID制御とファジィ制御を組合わせた複合制
御方法に関する。
［従来の技術］ 一般に、自動制御において必要とされる速応性と安定
性という要素は、相反する関係にある。
性という要素は、相反する関係にある。
最も一般的に用いられているPID制御においても、速
応性を求めるため制御系のゲインを高くすると、速応性
はよくなるもののハンチング現象等を起して安定性が悪
くなるという問題がある。
応性を求めるため制御系のゲインを高くすると、速応性
はよくなるもののハンチング現象等を起して安定性が悪
くなるという問題がある。
一方、近年種々の分野において、ファジィ理論の研究
が盛んに行なわれるようになり、自動制御の分野におい
ても応用研究が盛んに行なわれるようになってきた。
が盛んに行なわれるようになり、自動制御の分野におい
ても応用研究が盛んに行なわれるようになってきた。
このようなことから、PID制御とファジィ制御を組合
せた制御方法がいろいろと提案されており、特開昭62−
241004,同62−241005,同62−241006,同63−123102,同63
−247801及び「計装」1988 Vol.31,No.5 P11〜15,P21〜
25等において、PID制御における制御パラメータをファ
ジィ推論によって変化させる方法が提案されている。
せた制御方法がいろいろと提案されており、特開昭62−
241004,同62−241005,同62−241006,同63−123102,同63
−247801及び「計装」1988 Vol.31,No.5 P11〜15,P21〜
25等において、PID制御における制御パラメータをファ
ジィ推論によって変化させる方法が提案されている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、入力変数をファジィ推論制御によって
補正してPID制御のパラメータとし、このPID制御の出力
値のみを制御装置の出力値とする上記従来の制御方法
は、ファジィ推論におけるルールが複雑になり、実用化
がきわめて困難であるという問題があった。
補正してPID制御のパラメータとし、このPID制御の出力
値のみを制御装置の出力値とする上記従来の制御方法
は、ファジィ推論におけるルールが複雑になり、実用化
がきわめて困難であるという問題があった。
本発明は、上記の問題点にかんがみてなされたもの
で、PID制御による操作量をファジィ推論で演算した補
正量で補正することにより、ファジィ推論のルールが簡
単でしかも制御精度の良好な複合制御方法の提供を目的
とする。
で、PID制御による操作量をファジィ推論で演算した補
正量で補正することにより、ファジィ推論のルールが簡
単でしかも制御精度の良好な複合制御方法の提供を目的
とする。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明の複合制御方法は、PI
D制御とファジィ制御を用いた複合制御方法において、
制御対象からのデータにもとづいて非常用PID制御演算
を行なって操作量を求め、また、制御対象からのデータ
がファジィ用PID制御演算及びファジィ演算によって制
御可能な範囲内にあるか否かを判断し、制御可能な範囲
にある場合には、上記制御対象からのデータにもとづい
てファジィ用PID制御演算を行なって操作量を求めると
ともに、上記制御対象からのデータにもとづいてファジ
ィ演算を行なって補正量を求め、かつ、操作量を補正量
で補正して制御出力量とし、一方、制御対象からのデー
タがファジィ用PID制御及びファジィ演算によって制御
できない範囲の場合には、スイッチ部を切替えて、上記
非常用PID制御演算で求めた操作量を制御出力量とする
方法としてある。
D制御とファジィ制御を用いた複合制御方法において、
制御対象からのデータにもとづいて非常用PID制御演算
を行なって操作量を求め、また、制御対象からのデータ
がファジィ用PID制御演算及びファジィ演算によって制
御可能な範囲内にあるか否かを判断し、制御可能な範囲
にある場合には、上記制御対象からのデータにもとづい
てファジィ用PID制御演算を行なって操作量を求めると
ともに、上記制御対象からのデータにもとづいてファジ
ィ演算を行なって補正量を求め、かつ、操作量を補正量
で補正して制御出力量とし、一方、制御対象からのデー
タがファジィ用PID制御及びファジィ演算によって制御
できない範囲の場合には、スイッチ部を切替えて、上記
非常用PID制御演算で求めた操作量を制御出力量とする
方法としてある。
また、上記ファジィ演算中にファジィ演算結果に異常
をきたすような異常が有るか否かの判断を行ない、異常
がない場合には、ファジィ演算で求めた補正量によって
操作量の補正を行ない、異常が有る場合には、上記スイ
ッチ部を切替えて、上記非常用PID制御演算で求めた操
作量を制御出力量とする方法としてある。
をきたすような異常が有るか否かの判断を行ない、異常
がない場合には、ファジィ演算で求めた補正量によって
操作量の補正を行ない、異常が有る場合には、上記スイ
ッチ部を切替えて、上記非常用PID制御演算で求めた操
作量を制御出力量とする方法としてある。
［作用］ この複合制御方法によれば、制御対象が定常状態のと
きは、速応性と安定性の良い制御を行ない、制御対象が
異常状態のときには安定性を重視した制御を行なう。
きは、速応性と安定性の良い制御を行ない、制御対象が
異常状態のときには安定性を重視した制御を行なう。
また、ファジィ演算中に異常を検知したときにも安定
性を重視した制御を行なう。
性を重視した制御を行なう。
［実施例］ 以下、本発明の一実施例について図面を参照しつつ説
明する。
明する。
第１図は本方法を実施する制御系のブロック図を示
す。
す。
同図において、１は制御対象となるプロセスであり、
本実施例の場合は水素製造装置の原料加熱炉を制御対象
としている。２はセンサ部で、原料加熱炉１の出口温度
と排ガス温度を測定する。３は非常用PID制御演算部で
あり、速応性よりも安定性を重視したPIDの制御を行な
う。４はファジィ用PID制御演算部であり、安定性より
も速応性を重視したPID制御を行ない、この演算部のみ
の場合は、制御系がハンチングを生じる程度に速応性を
高くしてある。ただし、非常用PID制御演算部３と同一
の速応性，安定性であっても本発明への適用は可能であ
る。
本実施例の場合は水素製造装置の原料加熱炉を制御対象
としている。２はセンサ部で、原料加熱炉１の出口温度
と排ガス温度を測定する。３は非常用PID制御演算部で
あり、速応性よりも安定性を重視したPIDの制御を行な
う。４はファジィ用PID制御演算部であり、安定性より
も速応性を重視したPID制御を行ない、この演算部のみ
の場合は、制御系がハンチングを生じる程度に速応性を
高くしてある。ただし、非常用PID制御演算部３と同一
の速応性，安定性であっても本発明への適用は可能であ
る。
５はファジィ推論にもとづき補正量の演算を行なうフ
ァジィ演算部であり、上記ファジィ用PID制御演算部４
でプロセスを制御する際、プロセスの出力値が目標値よ
り外れないように、ファジィ推論を用いて補正量を計算
する。
ァジィ演算部であり、上記ファジィ用PID制御演算部４
でプロセスを制御する際、プロセスの出力値が目標値よ
り外れないように、ファジィ推論を用いて補正量を計算
する。
６は判断部であり、ファジィ用PID制御演算部４にお
いて演算した操作量と、ファジィ演算部５において求め
た補正量を加味（例えば、加算，積算等）して制御出力
量とする。
いて演算した操作量と、ファジィ演算部５において求め
た補正量を加味（例えば、加算，積算等）して制御出力
量とする。
７は第一の異常検知部であり、センサ部２で測定した
プロセスの出力値が予め設定した制御可能範囲から外れ
ている場合にスイッチ部９へ切換信号を送る。
プロセスの出力値が予め設定した制御可能範囲から外れ
ている場合にスイッチ部９へ切換信号を送る。
８は第二異常検知部であり、ファジィ演算部５で演算
を行なっている際に、ゼロで割る演算を生じた場合等に
異常を検知してスイッチ部９へ切換信号を送る。
を行なっている際に、ゼロで割る演算を生じた場合等に
異常を検知してスイッチ部９へ切換信号を送る。
スイッチ部９は、第一及び第二の異常検知部7,8から
の信号にもとづき、判断部６からの出力に変えて、非常
用PID制御演算部３からの出力を操作部10へ出力するよ
う切り替える。
の信号にもとづき、判断部６からの出力に変えて、非常
用PID制御演算部３からの出力を操作部10へ出力するよ
う切り替える。
操作部10は、スイッチ部９よりの出力にもとづいて、
プロセス１への入力量を調節する。
プロセス１への入力量を調節する。
次に、本発明の一実施例方法を第２図に示すフローチ
ャートにもとづいて説明する。
ャートにもとづいて説明する。
スイッチ部９を切り替えて判断部６からの信号を操作
部10へ送れるようにする。
部10へ送れるようにする。
センサ部２を介してプロセス１よりのデータを、非常
用PID制御演算部３及び第一異常検知部７に読み込む。
用PID制御演算部３及び第一異常検知部７に読み込む。
非常用PID制御演算部３によって非常時のPID制御演算
を行ない、操作量（操作部10への出力）を算出する。こ
の場合、例えば次式にもとづいて演算を行なう。
を行ない、操作量（操作部10への出力）を算出する。こ
の場合、例えば次式にもとづいて演算を行なう。
ここで、KP:比例感度 Y:操作量 TI:微分時間 Z:制御偏差 TD:積算時間 なお、上式は、（ ）内の第三項を省略したり、第二
項の積分範囲０〜ｔをｔ′〜ｔ（ｔ′はｔに、より近い
任意の時刻）等によって簡略化してもよい。
項の積分範囲０〜ｔをｔ′〜ｔ（ｔ′はｔに、より近い
任意の時刻）等によって簡略化してもよい。
第一異常検知部７で、センサ部２を介して読み込んだ
データに異常があるか否かの判断を行なう。すなわち、
読み込んだプロセスの出力値が、ファジイ用PID制御演
算及びファジイ演算によって制御できる状態であるか否
かを判断する。
データに異常があるか否かの判断を行なう。すなわち、
読み込んだプロセスの出力値が、ファジイ用PID制御演
算及びファジイ演算によって制御できる状態であるか否
かを判断する。
読み込んだデータに異常が有る場合には、第一異常検
知部７よりスイッチ部９に切替え信号を送り、非常用PI
D制御演算部３からの操作量を操作部10へ送るようにす
る。
知部７よりスイッチ部９に切替え信号を送り、非常用PI
D制御演算部３からの操作量を操作部10へ送るようにす
る。
すなわち、プロセス１の出力値がファジイ制御可能範
囲より外れている場合には、ファジィ用PID制御及びフ
ァジィ演算によらず、非常用PID制御によってプロセス
の制御を行なう。
囲より外れている場合には、ファジィ用PID制御及びフ
ァジィ演算によらず、非常用PID制御によってプロセス
の制御を行なう。
読み込んだデータに異常が無い場合には、ファジィ用
PID制御演算部４によってファジィ用のPID制御演算を行
ない操作量を算出する。
PID制御演算部４によってファジィ用のPID制御演算を行
ない操作量を算出する。
このファジィ用のPID制御は、速応性を高めるために
比例感度KP,微分時間TI,積算時間TDを適宜な値に設定し
てあるが、操作量の算出は非常用PID制御と同様、 の式によって行なわれる。ただし、上式が簡略化できる
ことは、上記の場合と同様である。
比例感度KP,微分時間TI,積算時間TDを適宜な値に設定し
てあるが、操作量の算出は非常用PID制御と同様、 の式によって行なわれる。ただし、上式が簡略化できる
ことは、上記の場合と同様である。
また、読み込んだデータに異常が無い場合には、ファ
ジィ演算部５において、補正量を求める。この場合のフ
ァジィ推論は次のようにして行なう。
ジィ演算部５において、補正量を求める。この場合のフ
ァジィ推論は次のようにして行なう。
水素製造装置の加熱炉制御を行なう本実施例の場合、
プロセス出力温度と設定値との偏差:T、今回測定した出
口温度と前回測定した出口温度との差:DT、今回測定し
た加熱炉排ガス温度と前回測定した加熱炉排ガス温度と
の差:DTF、燃料ガスコントロール弁開度操作量（ファジ
ィ用PID制御の出力値への補正値）:MVの大きさを定量的
に評価するため第３図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）
に示すようなメンバーシップ関数を定義する。
プロセス出力温度と設定値との偏差:T、今回測定した出
口温度と前回測定した出口温度との差:DT、今回測定し
た加熱炉排ガス温度と前回測定した加熱炉排ガス温度と
の差:DTF、燃料ガスコントロール弁開度操作量（ファジ
ィ用PID制御の出力値への補正値）:MVの大きさを定量的
に評価するため第３図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）
に示すようなメンバーシップ関数を定義する。
なお、第３図において、 PB:正の方向に大きい PS:正の方向に小さい NB:負の方向に大きい NS:負の方向に小さい Z :ゼロに近い を意味する。
上述したメンバーシップ関数を用いてルールを作成す
る例を示すと、 等となる。
る例を示すと、 等となる。
そして、このルールにもとづいて補正量を求める。
なお、ファジイ推論を用いる周期は一定でもよいが、
目標とする制御精度に応じて変更しあるいは可変とする
こともできる。
目標とする制御精度に応じて変更しあるいは可変とする
こともできる。
ファジィ推論により補正量を求める際に、ゼロで割る
演算が生じる等の異常の有無を第二異常検知部８でチェ
ックする。
演算が生じる等の異常の有無を第二異常検知部８でチェ
ックする。
ファジィ推論中に異常を検知すると、第二異常検知部
８はスイッチ９に切替え信号を送り、非常用PID制御演
算部３からの操作量を操作部10へ送るようにする。
８はスイッチ９に切替え信号を送り、非常用PID制御演
算部３からの操作量を操作部10へ送るようにする。
一方、ファジィ推論中に異常を検知しない場合は、判
断部６において、ファジィ用PID制御演算部４で算出し
た操作量に、ファジィ演算部５で求めた補正値を加算あ
るいは積算等して操作量の補正を行なう。
断部６において、ファジィ用PID制御演算部４で算出し
た操作量に、ファジィ演算部５で求めた補正値を加算あ
るいは積算等して操作量の補正を行なう。
スイッチ部９が判断部６側に切り替っているかどうか
確認する。
確認する。
スイッチ部９が判断部６側に切り替っている場合に
は、判断部６からの操作量信号を操作部10に出力し、プ
ロセスへの入力量を調節する。すなわち、本実施例の加
熱炉制御の場合は、操作部10である燃料ガス弁の開閉量
を判断部６からの信号で調節し、加熱炉へのガス供給量
を変化させる。
は、判断部６からの操作量信号を操作部10に出力し、プ
ロセスへの入力量を調節する。すなわち、本実施例の加
熱炉制御の場合は、操作部10である燃料ガス弁の開閉量
を判断部６からの信号で調節し、加熱炉へのガス供給量
を変化させる。
一方、スイッチ部９が判断部６側に切り替っていない
ときは、判断部６側に切り替えるか否か判別する。
ときは、判断部６側に切り替えるか否か判別する。
そして、異常信号が出力されておらず判断部６側に切
り替える必要がある場合には、スイッチ部９を判断部６
側に切り替えて、再度上述した方法を行なう。
り替える必要がある場合には、スイッチ部９を判断部６
側に切り替えて、再度上述した方法を行なう。
また、異常信号が出力されていて、スイッチ部９を判
断部６側に切り替える必要のない場合には、非常用PID
制御演算部３からの操作量信号を操作部10に出力してプ
ロセス１への入力量を調節する。
断部６側に切り替える必要のない場合には、非常用PID
制御演算部３からの操作量信号を操作部10に出力してプ
ロセス１への入力量を調節する。
このように、PID制御によって速応性をよくするとと
もに、速応性をよくしたために生じる不安定さをファジ
ィ制御によって補正することにより、速応性がよくしか
も安定した制御を行なうことが可能となる。
もに、速応性をよくしたために生じる不安定さをファジ
ィ制御によって補正することにより、速応性がよくしか
も安定した制御を行なうことが可能となる。
なお、本発明の複合制御方法は上記実施例に限定され
るものではなく、ファジィ制御によって速応性をよく
し、PID制御によって安定性をよくするようにした方
法、また、非常用PID制御とファジィ用PID制御を同一の
PID制御演算部で行なわせるようにした方法等をも包含
するものである。
るものではなく、ファジィ制御によって速応性をよく
し、PID制御によって安定性をよくするようにした方
法、また、非常用PID制御とファジィ用PID制御を同一の
PID制御演算部で行なわせるようにした方法等をも包含
するものである。
また本発明の複合制御方法は、上述した水素製造装置
の原料加熱炉以外の種々の制御対象に適用できる。
の原料加熱炉以外の種々の制御対象に適用できる。
［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、制御対象が定常状態の
ときは、速応性と安定性の良い制御を可能とし、制御対
象が異常状態のときには安定性を重視した制御を行なえ
る効果がある。
ときは、速応性と安定性の良い制御を可能とし、制御対
象が異常状態のときには安定性を重視した制御を行なえ
る効果がある。
また、ファジィ演算中に異常を検知したときにも異常
状態に対する安定性を重複した制御を行なうことが可能
となり、制御の安全性が高い。
状態に対する安定性を重複した制御を行なうことが可能
となり、制御の安全性が高い。
第１図は本発明方法を実施するための一制御系を示すブ
ロック図、第２図は本発明一実施例方法のフローチャー
ト、第３図（ａ）〜（ｄ）はメンバーシップ関数表を示
す。 1:プロセス、2:センサー部 3:非常用PID制御演算部 4:ファジィ用PID制御演算部 5:ファジィ演算部、6:判断部 7:第一異常検知部、8:第二異常検知部 9:スイッチ部、10:操作部
ロック図、第２図は本発明一実施例方法のフローチャー
ト、第３図（ａ）〜（ｄ）はメンバーシップ関数表を示
す。 1:プロセス、2:センサー部 3:非常用PID制御演算部 4:ファジィ用PID制御演算部 5:ファジィ演算部、6:判断部 7:第一異常検知部、8:第二異常検知部 9:スイッチ部、10:操作部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土橋 俊作 千葉県市原市姉崎海岸２番地１ 出光興 産株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−85602（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−35301（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−250103（ＪＰ，Ａ) システムと制御，28［10］（1984) Ｐ．597−604
Claims (2)
- 【請求項１】PID制御とファジィ制御を用いた複合制御
方法において、 制御対象からのデータにもとづいて非常用PID制御演算
を行なって操作量を求め、 また、制御対象からのデータがファジィ用PID制御演算
及びファジィ演算によって制御可能な範囲内にあるか否
かを判断し、 制御可能な範囲にある場合には、上記制御対象からのデ
ータにもとづいてファジィ用PID制御演算を行なって操
作量を求めるとともに、上記制御対象からのデータにも
とづいてファジィ演算を行なって補正量を求め、かつ、
操作量を補正量で補正して制御出力量とし、 一方、制御対象からのデータがファジィ用PID制御及び
ファジィ演算によって制御できない範囲の場合には、ス
イッチ部を切替えて、上記非常用PID制御演算で求めた
操作量を制御出力量とすることを特徴とした複合制御方
法。 - 【請求項２】上記ファジィ演算中にファジィ演算結果に
異常をきたすような異常が有るか否かの判断を行ない、 異常がない場合には、ファジィ演算で求めた補正量によ
って操作量の補正を行ない、 異常が有る場合には、上記スイッチ部を切替えて、上記
非常用PID制御演算で求めた操作量を制御出力量とする
請求項１記載の複合制御方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1343339A JP2647217B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 複合制御方法 |
| US07/634,757 US5214576A (en) | 1989-12-28 | 1990-12-27 | Compound control method for controlling a system |
| CA002033223A CA2033223C (en) | 1989-12-28 | 1990-12-27 | Compound control method for controlling a system |
| EP90125733A EP0435339B1 (en) | 1989-12-28 | 1990-12-28 | Compound control method for controlling a system |
| DE69029081T DE69029081T2 (de) | 1989-12-28 | 1990-12-28 | Hybridsteuerverfahren zum Steuern eines Systems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1343339A JP2647217B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 複合制御方法 |
Publications (2)
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