JP2875023B2 - 特に非線形の時変性のプロセスに対する調節装置 - Google Patents

特に非線形の時変性のプロセスに対する調節装置

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JP2875023B2
JP2875023B2 JP7503206A JP50320695A JP2875023B2 JP 2875023 B2 JP2875023 B2 JP 2875023B2 JP 7503206 A JP7503206 A JP 7503206A JP 50320695 A JP50320695 A JP 50320695A JP 2875023 B2 JP2875023 B2 JP 2875023B2
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リンツエンキルヒナー、エドウムント
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0265Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion
    • G05B13/0275Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion using fuzzy logic only

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は指令量と制御量との比較から操作量を求め得
る第1の調節器、特にPID調節器と、第2の調節器とを
有する非線形の時変性のプロセスに対する調節装置に関
する。
通常の調節器、たとえば線形PID調節器が実現のプロ
セスを調節するために使用されると、種々の問題が生じ
得る。特に非線形のプロセスでは線形調節器のパラメー
タはプロセスの1つの動作点に対してのみ最適である。
不連続的プロセスではプロセスの始動および停止の際に
変化する動作点が生ずる。その結果は線形調節器による
不満足な調節挙動であり得る。線形調節器に対しては同
じく、その挙動がたとえば変動する原料の質のような影
響により変化する時変性のプロセスが問題である。さら
に、多くのプロセスでは個々のプロセス量の間の交互作
用が存在する。通常の調節の際にはプロセスは一般にそ
れにもかかわらず一変数調節器を設けられる。この措置
により交互作用の無視のもとにそれぞれ個々のプロセス
量に対して多数の単一ループの調節ループが生ずる。特
定のプロセス状態ではこれにより調節が不満足な挙動を
招き、または不安定性さえ生じ得る。この問題を解決す
るため、いわゆるより高度の調節方法、たとえば適応調
節器、状態調節器またはモデルを使用する調節器による
調節方法が知られている。しかし、これらは実際には稀
にしか採用されない。なぜならば、それらの応用は広範
な論理的知識ならびにプロセスの数学モデル化の可能性
を前提とするからである。その際にかかる費用はしばし
ば非常に高い。一部は1つのプロセスを数学的に記述す
ることは不可能な場合もある。従って、実際には、しば
しば、経験に基づいてプロセス状態を認識し得るプラン
トオペレータが、所望のプロセス挙動が通常の調節によ
り保証されていないプロセスに手動で干渉しなければな
らない。その際に欠点は、プラントオペレータの経験の
相違により、または一人のプラントオペレータのその日
のコンディションにより再現性のないプロセス制御が行
われることである。
ハンスペータ プロイス、エドムント リンツエンキ
ルヒナ及びシユテフエン アレンダによる文献“ファジ
イ制御−自動化装置およびプロセス制御システムに対す
るツール支援の機能モジュール実現”“atp"34(1992)
第8号、第451〜460頁から、これらの問題を回避するた
め、通常の調節器を第2の調節器で補うことは知られて
いる。第2の調節器の出力はそこで、通常の調節器を必
要に応じて支援するため、操作量補正の役割をする。さ
らに、別の調節器により、通常のPID調節器のパラメー
タKpおよびTvが変化するプロセス動特性に適応させられ
る。この補助調節器の追加接続の際に不利な仕方で、操
作端の衝撃的負荷、従ってまたその急速な劣化に通じ得
る操作量の跳躍が生ずる。
本発明の課題は、特に非線形の時変性のプロセスに対
する複数の調節器を有する調節装置を、操作量の跳躍に
よる操作端の衝撃的負荷が回避されるように構成するこ
とである。
この課題を解決するため、本発明においては、非線形
の時変性のプロセスに対する調節装置であって、指令量
と制御量との比較から操作量を求め得る第1の調節器、
特に線形PID調節器と、第2の調節器とを有する調節装
置において、第1の調節器が切換入力端を介して作動形
式“追跡”または“調節”に切換可能であり、作動形式
“追跡”においては操作量が追跡入力端に与えられ得る
量により予め決定可能であり、作動形式“調節”への切
換の際操作量が第1の調節器のパラメータに相応して、
操作量の跳躍が生じないように設定され、第2の調節器
の出力が第1の調節器の追跡入力端に導かれており、特
定のプロセス状態において信号を発生するための装置が
設けられ、この信号は第1の調節器の切換入力端に導か
れ第1の調節器の作動形式を決定するものである。
第1の調節器の切換入力端に導かれその作動形式を決
定する信号は、不連続プロセスにおいて、第1の調節器
が準定常的な動作点の付近で作動形式“調節”で、プロ
セスの始動および停止の際には作動形式“追跡”で作動
させられるように発生させるのが好ましい。
第2の調節器はファジィ調節器とすることができる。
切換入力端に導かれる信号が第2の調節器のファジィ
調節器により発生させることができる。
指令量および制御量の他に別のプロセス量をファジィ
調節器に導くことができる。
本発明は、比較的わずかな費用により再現性のある全
自動的なプロセス制御が達成され、プラントオペレータ
による手動干渉がもはや必要でないという利点を有す
る。補助調節器としてファジィ調節器を使用することに
より、しばしば非常に費用のかかった問題のある非線形
または時変性のプロセスにおける正確な数学的モデルの
作成が省略され得る。本発明は、不連続的プロセスにお
いて特に有利に作用する。なぜならば、準定常的動作点
の付近では通常の調節器の利点が、またプロセスの始動
および停止の際には非線形調節器の利点が利用され得る
からである。本発明によれば、調節装置の無衝撃の切換
が達成される。
本発明による調節装置を有する調節ループのブロック
回路図を示す図面により以下に本発明ならびにその実施
例および利点を一層詳細に説明する。
通常の調節器1によりプロセス2に対する操作量yが
形成される。プロセス2で適当な測定変換器により制御
量xが検出され、この制御量は制御偏差xDを形成するた
め比較器3において指令量wから差し引かれる。この制
御偏差xDは再び調節器1に供給され、またそれによって
調節ループが閉じられる。調節器1は下記の2つの形式
で作動可能である。第一は、操作量yが調節器1の機能
によってのみ制御偏差xDに関係して決定される作動形式
“調節”、また第二は、操作量yが追跡入力端に与えら
れている量Nにより予め定められる作動形式“追跡”で
ある。この作動形式“追跡”では追跡入力端に与えられ
る量Nが操作量yとして用いられる。作動形式の切換の
ために、調節器1の切換入力端にかかる切換信号Sが用
いられる。両信号NおよびSは制御すべきプロセス2に
関連してファジィ調節器4により指令量w、制御量xお
よび別のプロセス量pから形成される。別のプロセス量
pは制御すべきプロセス2に含まれる種々の固有の量が
取り扱われる。調節器1が1つの定常的動作点の周りの
狭い範囲内で作用している間に、ファジィ調節器4によ
りプロセス2の始動および停止の際のプラントオペレー
タの経験的な政策が実現される。それにより全自動的な
再現性のあるプロセス制御が達成される。
ファジィ調節器の設計はおよそ3つの段階に分けられ
得る。即ち、入力/出力量の定義、所属関数の決定によ
る入力/出力量に対する言語学的値の定義、および所望
の政策を実現するための言語学的値の使用のもとでの調
節の定義である。プラントオペレータの経験的な政策を
ファジィ調節器4において実現し得るためには、先ずプ
ロセス量が求められ、それらの評価により手動干渉が必
要なプロセス状態が認識され得なくてはならない。これ
らはファジィ調節器4に対する入力量を成す。プロセス
状態の評価のために、計算(たとえば微分、複数のプロ
セス量の数学的論理演算、フィルタリング)により形成
され得る量が重要であれば、これらの計算は通常の前処
理として実現され、またその結果がファジィ調節器に入
力量として供給される。プロセス2への干渉のための量
は手動干渉が行われる調節器により与えられている。こ
れらの量はファジィ調節器4の出力量である。その後に
ファジィ調節器4のすべての入力/出力量に対して、手
動干渉が行われるプロセス状態の認識を可能にする値範
囲または操作量範囲がこれまでに行われた手動制御に相
応して分割され得る値範囲が求められる。これらの値範
囲に言語学的な概念、たとえば“小さい”、“中間的”
または“大きい”が対応付けられる。これまでに行われ
た経験的な政策が次いで、上の定義された入力/出力量
および値範囲の使用のもとに、それぞれファジィ調節器
4の入力量の値範囲に対する言語学的概念がアンド演算
またはオア演算により互いに演算される条件部分と、プ
ロセス2への所望の干渉が出力量の値範囲のおなじく言
語学的記号の使用のもとに記述される帰結部分とから成
っている調節の形態に記述される。これらの値範囲は入
力量のファジィ化または出力量のデファジィ化のために
所属関数の形態で鋭くない集合として実行される。調節
器1の作動形式を切換えるための切換信号Sは、その値
範囲が鋭い集合に相応する特殊な場合である。求められ
た経験的な政策はファジィ調節の形態で調節機構のなか
で実行される。
ファジィ調節から通常の調節への無衝撃の切換を保証
するため、通常の調節器1は切換の直後に最後にファジ
ィ調節器4から予め与えられた量Nを追跡入力端に操作
量yとして受け入れる。PID調節器ではこのことは、調
節器の積分部分が、xDの経過に相応して比例および微分
部分だけ補正されて、量Nに適応させられることにより
達成され得る。通常の調節からファジィ調節への移行
は、ファジィ調節器4において所属関数により決定され
る。所属関数としては、入力量のファジィ化及び出力量
のデファジィ化のためにファジィ調節器4において使用
される所属関数が取り扱われる。衝撃のない切換がここ
で移行範囲内の所属関数の最適化により行われ得る。こ
の最適化は、通常の調節によって最後に出力された操作
量yとできるだけ差の少ない量Nを作ることによって行
われる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−60666(JP,A) 特開 昭58−75209(JP,A) 特開 昭61−237103(JP,A) 特開 平2−8903(JP,A) 特開 平4−268601(JP,A) 特開 平4−14103(JP,A) 特開 平3−100702(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非線形の時変性のプロセス(2)に対する
    調節装置であって、指令量(w)と制御量(x)との比
    較から操作量(y)を求め得る第1の調節器(1)と、
    第2の調節器(4)とを有する調節装置において、 第1の調節器(1)は線形PID調節器として形成され、
    第2の調節器(4)はファジイ調節器として形成され、 第1の調節器(1)は切換入力端を介して作動形式“追
    跡”または“調節”に切換可能であり、作動形式“追
    跡”においては操作量(y)が追跡入力端に与えられ得
    る量(N)により予め決定可能であり、作動形式“調
    節”への切換の際操作量(y)が第1の調節器(1)の
    パラメータに相応して、操作量の跳躍が生じないように
    設定され、 第2の調節器(4)の出力が第1の調節器(1)の追跡
    入力端に導かれており、 特定のプロセス状態において第2の調節器(4)により
    信号(S)が発生せしめられ、この信号(S)は第1の
    調節器(1)の切換入力端に導かれ第1の調節器(1)
    の作動形式を決定するものであり、 不連続プロセスにおいて信号(S)が、第1の調節器
    (1)が準定常的な動作点の付近で作動形式“調節”
    で、プロセスの始動および停止の際には作動形式“追
    跡”で作動せしめられるように発生される ことを特徴とする調節装置。
  2. 【請求項2】指令量(w)および制御量(x)の他に別
    のプロセス量(p)が第2の調節器(4)に導かれるこ
    とを特徴とする請求項1記載の調節装置。
JP7503206A 1993-06-29 1994-06-20 特に非線形の時変性のプロセスに対する調節装置 Expired - Lifetime JP2875023B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE4321604A DE4321604A1 (de) 1993-06-29 1993-06-29 Regeleinrichtung, insbesondere für einen nichtlinearen, zeitvarianten Prozeß
DE4321604.8 1993-06-29

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JPH08506441A JPH08506441A (ja) 1996-07-09
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EP (1) EP0706680B1 (ja)
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AT (1) ATE150186T1 (ja)
DE (2) DE4321604A1 (ja)
ES (1) ES2098958T3 (ja)
WO (1) WO1995001589A1 (ja)

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