JP3363449B2 - 構造化多重入力多重出力速度最適コントローラ - Google Patents
構造化多重入力多重出力速度最適コントローラInfo
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Description
ーラに関し、特に、一般に非線形時間可変予測コントロ
ーラに関し、特に速度最適制御(Rate Optimal Contr
ol、以下ROC)に基づくコントローラに関する。各々の
プラント出力は個別の設定値によって有効に制御される
と思われるので、これにより、オペレータの制御は向上
する。さらに、本発明は、相互結合を提示する数百の制
御ループを包含することができる強健な高性能制御系を
構築する単一化された組織的方式を教示する。
方式と呼ばれる第1の方式は下から上に向かって増分し
つつ制御系を設計する。個別のループから始めて、各プ
ロセス変数は単一入力単一出力(SISO)コントローラに
より駆動される閉ループを割当てられ、その設定値は変
数の目標値を表わしていた。プロセス変数の間には物理
的相互影響があるため、それらのループは互いに無関係
ではない。この相互結合を考慮しそこねると、コントロ
ーラの総合性能、ひいてはシステム性能が劣化する。そ
れらの結合の影響を低減させるために、最初の設計が合
格となった後にフィードフォワードリンクとカスケード
ループを特別な目的をもって追加する。多くの場合、適
切なシステム動作を得るためには、この手続きを何度か
繰り返す必要がある。さらに、この方式を使用するため
には、制御されるプロセスについての相当に専門的な制
御技術と徹底した知識が要求される。
に対する厳密な理論上の解決方法が存在していることを
示唆し、その方法を提供する最新の制御理論に基づいて
いる。この方法を使用すると、コントローラを設計して
いるときの目標となるプラントをプロセス変数の特性の
全てを確定することができる多重入力多重出力(MIMO)
システムとして取り扱うことが可能である。ところが、
この「テキストブック」方式はいくつかの重要な工学的
基準に適合しないため、商業的には実行できるものでは
なかった。第1に、数百のプロセス変数を伴うプラント
の場合、設計アルゴリズムは現在のハードウェアでは計
算処理しにくい。第2に、この方式に基づくコントロー
ラを増分方式で開発することはできず、また、モジュラ
ー設計又は分散形アーキテクチャも支援しない。
術は2つの欧州特許出願であり、その第1はOmron Tat
eisi Electronics Co.の「Time−Discrete Adaptive
Switching On−Off Controller」(EP−A−0 128
491)であり、第2は、Hitachi Ltd.の「Non−Interfe
red Control Method and Apparatus」(EP−A−0
328 678)である。Omronの場合、定常状態フェーズで動
作する一方の制御装置と、起動の際(又は設定値変化の
後に)動作する他の制御装置という2つの交互に動作す
る制御装置が、測定されるプロセス出力の結果と、現在
設定値入力とに従ってスイッチング装置により起動され
る。Omronの発明は、離散−時間線形プロセスモデルに
適用されるプロセス出力シーケンスの予測を使用する連
続−時間プロセスのスイッチング制御に関するものであ
り、上記の多重入力多重出力(MIMO)システム(第2の
方式)の欠点を伴うものである。Hitachiの場合は、複
数の操作量を有する制御対象全体を少なくとも1つの操
作量を有するいくつかの部分制御系(ブロック)に分割
すること、そして、それらのブロック相互間において非
干渉となるように制御することを教示するもので、その
ために補正制御量に基づいて対象物を制御するために、
他の部分制御系の影響をオフセットするように1つの部
分制御系における操作量に対する補正素子を追加してい
る。しかし、上記の多重入力多重出力のシステム(第2
の方式)の欠点をまだ伴うものである。
る。第1に、最新の方式の下で設計される真のMIMO最適
コントローラによって達成しうる期待制御性能と強健性
を得ようとしている。第2に、真のMIMOによっては可能
でない方法でユーザにプラント(又は他の制御されるシ
ステム)を制御させることができる内部構造を提供す
る。この内部構造は、さらに、プラント変数にユーザ指
定限界を課すものである。また、ここで教示するコント
ローラはモジュラー形式と分形計算方式を残しつつ増分
開発可能である。最後に、本発明によれば、コントロー
ラは様々なサンプリング速度を使用して、より大きな計
算効率を得ることができる。(サンプリング速度はユー
ザにより設定可能であるか、あるいは、自動的に制御下
にあるプロセスの必要条件に最も良く適合する速度に設
定されるべきである。) 本発明は、いくつかの多重入力単一出力(MISOと呼
ぶ)速度最適コントローラ(ROC)と、1つのMIMOサブ
システムを他の1つ又は複数のMISOサブシステムと通信
させ且つ協調させるためのネットワークとから構成され
ている構造化多重入力多重出力(SMIMOと略す)ROCであ
る。MISOは予測制御戦略を組込んでいることに注意すべ
きである。
いように保証するために、拘束モードで動作することが
できる。たとえば、本発明により制御されるプラント
は、比(y1(t):y2(t):…:yN(t))があらゆる
時間(t)について一定であるように制御されるいくつ
かのプロセス変数(y1,y2,…,yN)を有することができ
る。これは変数の1つをマスタとして指定し、その他の
変数をスレーブとして指定することによって実行される
のが好ましい。現時点で好ましい実施例では、マスタ変
数の選択は任意であり、与えられたアプリケーションに
おける利便性の問題である。たとえば、ボイラ制御にお
いては、燃料流量変数をマスタ値として指定することが
でき、一方、強制通風及び誘引通風をスレーブ変数とし
て指定する。
ロック線図である。
重入力多重出力速度最適コントローラのブロック線図で
ある。
単一出力速度最適コントローラのブロック線図である。
力多重出力速度最適コントローラのブロック線図であ
る。
(SISO ROC10)の一実施例のブロック線図である。こ
の実施例はユーザ制御目標入力端子100と、プラント制
御信号のシーケンスを生成する目標プロセッサ101と、
目標プロセッサの制御シーケンスを外乱プロセッサの制
御シーケンスと組合わせる加算器102と、102からの制御
シーケンスを112からの能動強健性制御シーケンスと組
合わせる別の加算器103とを有する。加算器103の出力
は、103から受信した制御シーケンスがユーザ定義制御
事項に違反しないように保証し、次にその監視済シーケ
ンスをプラント105へ送信する限界スーパバイザ104へ送
信される。限界スーパバイザ104が受信した制御シーケ
ンスを変更した場合、限界スーパバイザ104は外乱プロ
セッサ111と、能動強健性プロセッサ112と、能動強健性
フィードバックループモデル108と、外乱フィードバッ
クループモデル107とに実行された修正についてこの情
報を報知する(信号線104a)。プラント出力yは減算器
114へ送り出される。フィードフォワード経路モデル106
も目標入力を受信し(信号線100a)、期待プラント出力
を生成する。モデル106の出力は、期待外乱を生成する
外乱フィードバックループモデル107及び期待能動強健
性外乱を生成する能動強健性フィードバックループモデ
ル108の出力(108a及び107a)の和(109)と組合わされ
る。これは、期待能動強健性外乱と期待外乱を一体に組
合わせる加算器109によって実行される。別の加算器110
は加算器109から得られた信号を期待プラント出力(106
a)と組合わせる。減算器114である加算器は期待プラン
ト出力(110a)と、実際のプラント出力(y)との差を
表わす誤差信号を生成する。スイッチング装置又は他の
決定装置113は誤差信号が大きいか否かを判定し、大き
な誤差の値を表わす信号を外乱プロセッサ111と、外乱
フィードバックループモデル107とへ送信すると共に、
小さな誤差の値を表わす信号を能動強健性プロセッサ11
2と、能動強健性フィードバックループ108とへ送信す
る。外乱プロセッサ111はその入力に基づく修正のシー
ケンスを生成し、それらを加算器102へ送信する。能動
強健性プロセッサ112もその入力に基づく修正のシーケ
ンスを生成し、その修正を加算器103へ送信する。それ
らのプロセッサの一部又は全てをハードウェアで実現し
ても良く、あるいはソフトウェアで実現しても良いこと
に注意すべきである。ユーザ入力装置115は、このコン
トローラのプロセッサ、モデル及びスーパバイザの制御
法則、動作限界及びその他のパラメータのユーザ(又は
自動同調器)による変更を可能にするために設けられて
いる。図1の実線は、一般に制御信号経路を指示し、プ
ロセッサ又は限界スーパバイザを接続している点線はデ
ータ、プロセス又は制御情報に関わる経路を指示してい
ることに注意する。また、それらの経路やプロセッサを
ハードウェアで実現しても良く、あるいは汎用コンピュ
ータシステムのソフトウェア構成により実現しても良い
ことにも注意する。加算器及び減算器の実現のための方
法と装置は、アナログ信号とデジタル信号の双方につい
て良く知られている。プロセッサは、一般に、それらの
プロセッサの機能を記述する周知の方程式を実行するこ
とによって実現可能であると知られている。
ができる予測制御修正手続きを使用することに注意すべ
きである。この手続きの好ましい一実施例を次に簡単に
記載する。
ルゴリズムにより確定される最小長さをP0とするときに
P>=P0Pは予測範囲と呼ばれる整数(起動時に事前計
算されなければならない)であり、プラント搬送遅延
(もしあれば)及び制御下にあるプラントのモデルをd
>=0dとするときの現在制御シーケンスの過去の事前計
算された将来値: u0(k−d),...,...u0(k),...u0(k+P−1) (2.1) と、 y0(k+d),...,y0(k+P+d) (2.2) とを使用して、現在出力シーケンスの将来値を計算す
る。
制御法則(固定速度、固定持続時間又は他のユーザ定義
法則)を使用して、所望の将来出力シーケンスを計算す
る。
出力シーケンスである。
る。
シーケンスである(y(k)=y0(k)であるため、yk
(0)であることに注意する。
1...を見出す。
準(J)を次のように最小にする: 式中、 は理想修正出力シーケンスの代わりに実際の(A)修正
出力シーケンスであり、h(n),n=0,1...はプラント
モデルインパルス応答であり、 Δuk(n)=uk(n)−uk(n−1),n=0,1,...with uK(−1)=0 (2.7) 式中、0<=w<=1は理想修正出力シーケンスに従う
ことの正確度と、制御信号平滑さに関するコストとの間
のトレードオフである。
は別個であるので、wの値として何を選択しても安定し
た修正をもたらすことに注意する。w=0であれば、理
想修正出力の最良の近似が見出され、その結果、制御は
良質のものとなる。ところが、特に予測範囲が短い場合
には、大きく、おそらくは不規則な振動制御作用に関す
る犠牲は相当に大きくなりうる。これに対し、w=1で
あるときには、修正制御シーケンスはできる限り平滑で
あり、プラントに最も平滑な遷移を生じさせ、Pステッ
プのうちに定常状態に到達させる。0から1までの値を
選択することにより、ユーザは与えられたアプリケーシ
ョンに対してどの値が最も良く適しているかに従って、
制御の質とアクチュエータストレスとの間のトレードオ
フを設定できる。
式であっても良いということに注意すべきである。その
ような方程式は、たとえば、当業者には良く知られてい
るように、最小積分2乗誤差、最小積分絶対誤差などで
あっても良い。しかしながら、現時点では基準方程式2.
5の使用が好ましい。
ビート出力シーケンスを生成する。このプロセス出力シ
ーケンスは ykA(n)=yK(P+d) n≧P+d全体に対して
(2.8) とするykA(n),n=0,1...である。
プラントは安定したままであることを意味している。
変化rk(n)=rk,n=0,1...に応答して所定のプラント
について安定化コントローラにより生成されるものとし
て考えることができる。それは、ykA(n),n=0,1...
を線形コントローラにより安定して駆動される閉ループ
のステップ応答として解釈できることを示唆している。
(2.9) 6)現在制御値u(k)をネットワークプラント又は加
算手段に適用する。
明した手続きを繰り返す。
を含むいくつかの点で他の周知の方式とは異なってい
る。方程式(2.1)は所定のプラントの安定制御を実行
する現在制御シーケンスのサブシーケンスであると仮定
すると、(2.1)における現在値と将来値u0(k),u
0(k+1),...は時間k,k+1で目標の変化がなかった
場合には、予測コントローラによって生成されていたで
あろう。出力シーケンス(2.2)を閉ループ予測と呼
ぶ。その基礎を成す仮定は、予測コントローラが時間k
にあるときに、内部、外部共に安定している閉ループを
保証するであろうということを示唆する。(内部安定性
はコントローラ自体が不安定な制御シーケンスを生成し
ないことを意味している。外部安定性はコントローラが
プラントを安定状態に保持することを意味するが、これ
は必ず安定制御シーケンスによるものとは限らない。)
修正手続きは上記の7ステップ公式化で、主にステップ
4cの関係でプラントの安定性状態にかかわらず設計上は
安定している修正制御シーケンスを追加することによっ
て現在制御シーケンスを修正するので、この修正手続き
はこの安定性をそこなわない。閉ループ応答は予測コン
トローラ動作が修正された後にも安定したままである。
(k): u0(n)=u0(k),n>k を設定する閉ループ予測を方程式(2.1)の代わりに利
用する大半の予測方式とは異なっている。
でない初期条件を伴って実行されるプラントステップ応
答となることを意味しているであろう。プラントが不安
定であれば、この予測に基づく安定した修正であって
も、閉ループの安定性をそこなうこともありうるであろ
う。そのため、これまでに知られている一般的な予測制
御方式の中で、任意の不安定なプラントに対して安定す
ると推測される制御を実行できるものはない。
方向で多くの負担を強いる。本発明の現時点で好ましい
実施例においては、現在制御シーケンスの将来値をサン
プリング時点ごとに記憶、更新しなければならない。こ
れに反し、開ループ予測システムは制御シーケンス全体
を再計算する必要がない。
維持しなければならないかということが問題になる。任
意の時点におけるサブシーケンス(2.1)は(P−1)
個の将来値しか利用しないが、サンプリング時点のこの
「ウィンドウ」は時間の上で絶えず前へ進んでいる。従
って、修正(2.9)は制御シーケンスを無限に更新する
ことを要求する。現時点で好ましい実施例で実現される
1つの解決方法は、確定した(好ましくは少ない)数の
サンプリング時点の後に修正シーケンスを定常状態に到
達させることを要求するというものである。初期遷移を
経過したならば、その時点から前進方向へ同一の定常状
態値を使用する。この必要条件はステップ4で挙げた条
件とは無関係であるので、ここでその条件をステップ
「4d」として追加する: 4d.シーケンスuk(n),n=0,1,...はPステップデッド
ビートである これはuk(i)=uk(P)i>P全体に対して (2.
11)であることを意味している。
のオプションは、(2.11)がいくつかのプラントに対し
て不満足な閉ループ応答を生成する可能性がある場合に
使用するのに特に重要なオプションである。Pステップ
デッドビート性に固執しない別の交式化も可能である
が、ここではそれらの式を検討しない。
のもう1つの相違点に注目することは重要である。それ
は4cに記載した条件である。任意の時点kにおける修正
シーケンスを原則的に線形フィードバックコントローラ
によって生成可能にすることを要求することは、その結
果得られる予測コントローラが線形であるということを
示唆していない。その制約は、単に、最適化問題の解決
方法(2.5)のサーチを所定のプラントについて可能で
あるあらゆる安定制御に限定するだけである。
測範囲を離れた途端に抑制なく乱れることのないように
保証するために、デッドビート近似修正を使用する。こ
れはコントローラのパラメータ、特に予測範囲の長さを
同調することにより実行される。本発明では、修正出力
シーケンスのデッドビート性を明示して要求し、それを
安定性から引離す。その結果、安定性は固定速度又は固
定持続時間の法則に適合するように任意に選択できる予
測範囲の長さと関連していない。修正出力シーケンスを
デッドビートにするという必要条件を緩和することがで
き、代替方法を使用しても良いのであるが、ここではそ
れを詳細には検討しない。
送遅延を伴って又はそれを伴わずに制御するために、SI
SO ROCを使用することができる。好ましい実施例で
は、速度と持続時間は目標と全く同じようにオンライン
パラメータであり、任意の時点でそれらを変更できる。
これによって、ユーザはある1つの状態にリアルタイム
でどのようにして到達するかを確定できる。
又はデータ共用システムも実現することができる。コン
トローラの様々な動作を異なる方式で監督できる。第1
に、各々のプロセッサにおいて、スーパバイザはユーザ
定義基準のいずれにも違反していないことを確認するた
めに各シーケンス値を検査できる。たとえば、1つのシ
ーケンスの要素の中の1つがユーザが定義した上限に違
反している場合、個々の制御値がそれ以上違反状態とな
らないように、スーパバイザはシーケンス全体をスケー
ルダウンすることができる。第2に、制御値のシーケン
スごとの変化を監視するためにスーパバイザを採用する
ことも可能である。これは操作される変数の変化の速度
についてのユーザ定義限界を全く越えないことを保証す
るために実行される。
の組合わせによってプラントがユーザ定義値、すなわ
ち、ユーザが定義した速度を越えることのないように保
証するために、監視機能を採用することもできる。それ
ら2つのシーケンスの組合わせによってプラントがユー
ザ定義限界を越えるのであれば、プラントへ送信される
2つのシーケンスの組合わせの各要素を余剰状況が修正
されるまで同一の倍率でスケールダウンすることができ
る。尚、限界を越えるそれらの制御値の単純なクランピ
ングを予測制御アルゴリズムとして考えても良いが、そ
れによって、元来は安定化する制御シーケンスは不安定
化シーケンスに変わってしまうので、それは好ましくな
い。
す。相互結合ネットワーク201と、図3にさらに示すい
くつかのMISO ROCサブユニット2021...202n(サブユニ
ットをサブコントローラと呼んでも良い)とから構成さ
れるSMIMO ROCコントローラ50によってプラント205を
制御することができる。各MISO ROC202は1つの制御シ
ーケンスu1...unを生成するので、プラントの入力と同
じ数のMISO ROCサブユニットがある。各々のMISO ROC
は1つの特定のプラント出力(すなわち、y1...ynなど
のプロセス変数)を制御する必要があり、その目標
(r1...rn)はこのプラント出力に関わる目標値を指定
する。ところが、プラント変数は相互結合しているた
め、MISO ROCサブユニット2021...202nにより生成され
る制御シーケンスは典型的には2つ以上のプラント出力
に作用する。従って、どのサブユニット2021...202nが
特定のプラント出力を制御するかを決定するのはユーザ
の役割である。1つのサブユニット2021...202nとそれ
が選択するプラント出力との関係を主関係と呼ぶ。すな
わち、所定のMISO ROCサブユニット2021...202nにより
駆動されるプラント入力と、その目標入力に割当てられ
るプラント出力との間には主関係が存在しているのであ
る。前述の通り、大半のプラントは変数間の結合を示
す。これは、1つのプラント入力が一般には2つ以上の
出力に影響を及ぼすことを意味している。主関係以外の
入力とその影響を受ける出力との結合を干渉結合と呼
ぶ。プロセス変数のそれらの関係の全てを伝達関係によ
ってモデル化することができる。主入力とプラント入力
との対を形成して行くことは、当業者には良く知られて
いる任意手続きである。好ましい実施例では、入力に関
して最大の利得を有し且つ転送遅延の短い出力を主出力
であるとして選択したときに最も良い結果が得られる。
を受信したならば、相互結合ネットワーク201は各制御
シーケンスを制御されるプラント205の適正な入力端子
と、信号を受信すべく指定されている各MISO ROC202の
適正な入力端子とへ誘導する。一般に、全てとはいえな
いまでも、大半のプラント入力は各プラント出力に影響
を及ぼす。これは、各々のMISO ROC2021...nが他の全
てのMISO ROCサブユニット2021...nの出力(入力IXと
して示す)を受信すべきであることを示唆しているであ
ろう。これは効果を示すではあろうが、ごくわずかの最
強の干渉信号(UX)からの出力を相互結合ネットワーク
201を介して受信するだけであったとしても、好ましい
実施例は依然として良好な結果をもたらす。図2は可能
な相互結合ネットワークの一例を示していることに注意
すべきである。(UX信号については図4を参照してさら
に詳細に説明する。) 図3で論じるように、動作中、SMIMO ROC50はプラン
トがそれぞれ単一のMISOコントローラによって独立して
制御される複数の独立したSISOサブプラントの集合体で
あるという錯覚を与える相互に作用し合う変数の結合を
解除する。
トのいずれかをコンピュータを先に説明したプロセスを
経て1ステップずつ進行させることによって構成しても
良いことに注意すべきである。そのような構成をソフト
ウェアプロセッサと呼ぶことができる。それらのプロセ
ッサをソフトウェアの代わりにハードウェアで構成する
ことも可能であり、あるいは、当業者には良く知られて
いるようなハードウェア又はソフトウェアの何らかの組
合わせで構成できる。
ある。これは、他のMISOコントローラが制御されるプロ
セス変数に及ぼす干渉影響を補正するためにいくつかの
素子が追加されていることを除いて、図1に示すSISOと
同一である。それらの素子は相互結合ネットワークから
制御シーケンスを受信する干渉モデル3042...nを含み、
前記制御シーケンスがMISO202により制御されるプロセ
ス変数の及ぼす干渉影響を計算する。加算器3022...n-1
は、干渉モデル3042...nからの制御シーケンスについて
要素ごとの加算を実行するために使用される。所定の時
限における実際の干渉と、予測干渉との差は減算器303
によって確定される。減算器303は干渉予測子305(以下
に説明する)からの制御シーケンスを受け取り、全ての
干渉モデル304からの合計制御シーケンスをその制御シ
ーケンスから減算する。
(加算器))及び干渉プロセッサ306という2つの場所
へ送信される。減算器303から加算器110へ送信される制
御シーケンスは、外乱プロセッサがMISO202の受ける実
際の干渉と、干渉予測子305により計算される干渉との
差によって起こる外乱を処理しないことを保証する。
シーケンスをさらに受信する。受信した制御シーケンス
に基づき、干渉プロセッサ306は図1で説明した手続き
を利用して、他のMISO202によって起こる干渉をMISO202
の制御下にあるプロセス変数から取り除く制御シーケン
スを生成する。この制御シーケンスが生成されたなら
ば、それは加算器301へ送信され、そこで、加算器103に
より生成される制御シーケンスに加算される。次に、こ
の信号は干渉プロセッサ306の出力と(加算器603で)加
算されるときに限界スーパバイザ104へ送信される。
制御シーケンスをも受信する。受信した制御シーケンス
に基づいて、干渉予測子305は次の時点において他のMIS
Oから期待される干渉の予測である制御シーケンスを生
成する。干渉モデル304、予測子305及びプロセッサ306
は全て図1で簡単に説明した予測制御戦略を使用するこ
とを注意すべきである。
(RMIMO ROC)の線図である。これは、制御及び協調の
情報が相互結合ネットワーク201を介してその情報を要
求すると思われる各々のMISO ROC202nへも渡されると
いう点を除いて、図2で説明した構造に類似している。
この情報は送信されて、スーパバイザにより受信され
る。この結合はC1...nにより示されている。この場合に
も、図2で見られたように、信号UXは各サブコントロー
ラに戻される。UXはサブコントローラからのU1...Un又
はそれらの制御信号の何らかの組み合わせであれば良
い。UXは2021...nに戻されるC1...Cnと同じ情報を含む
ことに注意する。従って、サブコントローラ202がさら
に内部知能/容量を有しているのであれば、サブコント
ローラは「C」入力の利を得ずにこの情報を使用できる
であろう。現時点ではそれらのUX信号をC1...Cn信号と
共に戻し送信するのが好ましいが、これが要求されてい
るのではないことが見てとれる。
SO ROCがそれらの所望の制御修正の計算を終了した
後、各々のMISO ROCは修正がその特定のMISOに関して
定義されているユーザ定義制約に適合するか否かを知る
ために修正を検査する。図1で説明したように、MISO
ROCはその所望の修正がそれらの制約に違反しようとし
ていることを発見すると、違反を回避するように修正を
適切にスケールダウンする。次に、それらのスケーリン
グファクタをネットワーク201を通してMISO202nへ同報
通信される。第2の段階では、各MISOは実際のファクタ
として最小のスケーリングファクタとして取り上げ、そ
のファクタを適用して、実際の制御シーケンスを生成す
る。最小ファクタは全てのMISO ROC202nについて同一
であるので、それら全ては制御を同じ割合でスケーリン
グし、それにより所望の比を維持する。MISO ROCが採
用する予測ROCアルゴリズムは、閉ループが定常状態に
あるか又は過渡状態にあるかにかかわらず、どのサンプ
リング時点でも所望の比を保持するように保証する。
限される場合、全てのMISO ROC202nは強制的にその制
御シーケンスを共用するスケーリングファクタずつ縮小
する。操作される変数又はプロセス変数が予測範囲の中
でその上限又は下限に到達しないならば、コントローラ
はプラントをユーザ指定速度で駆動する。
ROC202nに対する制約として作用するために1つの特定
のMISOを選択することができる。これは、他のMISO202n
の修正をユーザが選択したMISO ROC202nの出力と設定
値によって制限することにより実行される。この場合、
ユーザが選択したMISO202nを「マスタ」と呼び、そのス
ケーリング信号を受信するその他のMISO202を「スレー
ブ」と呼ぶ。すなわち、この実施例によれば、プラント
205全体を1つのMISO ROC202nの設定値により制御でき
るのである。また、複数群のMISO ROC202nを各々のグ
ループが1つのマスタと、可能であれば1つ又は複数の
スレーブとを有するようなユーザ定義グループとして設
定できるということにも注意すべきである。
ザはマスタに関わる設定値及び制御法則と、スレーブに
関わる制御法則とを指定するだけで良い。各々のスレー
ブはマスタに対して、そのスレーブの動作を完全に確定
する比rのみを特徴としているので、スレーブは特定の
設定値を全く与えられない。マスタ変数の設定値、速度
/持続時間と、スレーブ変数の比とは、全て、ユーザが
コントローラを再同調せずにどの時点でも自由に変更で
きるパラメータである。どの変数をマスタとして選択す
るかということさえ、希望に応じて容易に変更できるで
あろう。
であろうが、この適用は続く添付の請求の範囲によって
のみ限定される。
Claims (18)
- 【請求項1】直接電子リンク又は直接光リンクを介し
て、あるいはヒューマンマシンインタフェースを介して
プラント(105/205)に接続し、前記プラントを制御す
るコンピュータシステムにおいて、 少なくとも2つのサブコントローラ(202)を備え、そ
れらのサブコントローラのそれぞれは、少なくとも3つ
の入力端子、すなわち、目標信号を受信する目標入力端
子(rx)と、制御されるプラントからの誤差信号(Cx)
を受信する誤差信号入力端子と、干渉信号(Ux)を受信
する干渉入力端子とを有していて、単一の制御信号出力
を発生し出力するものであり、それらのサブコントロー
ラの1つがマスタ変数用のサブコントローラとして選択
をされ、選択をされずに残されたサブコントローラは前
記マスタ変数用のサブコントローラに結合されており; 前記少なくとも2つのサブコントローラ(202)からの
前記制御信号出力を受信する相互結合手段(201)であ
って、前記各サブコントローラ(202)から出力される
単一の制御信号出力のそれぞれを受信する入力端子を有
し且つ受信したそれらの単一の制御信号出力を干渉信号
として前記サブコントローラへ送信する干渉出力端子を
有し、且つ、制御下にあるプラントへと複数の制御信号
を送信する制御出力端子を有している、相互結合手段
(201)を備え、 前記複数の制御信号はプラントの安定度条件とは無関係
に安定している ことを特徴とするコントローラ・システム。 - 【請求項2】直接電子リンク又は直接光リンクを介し
て、あるいはヒューマンマシンインタフェースを介して
プラント(105/205)に接続し、前記プラントを制御す
るコンピュータシステムにおいて、 少なくとも2つのサブコントローラ(202)を備え、そ
れらのサブコントローラのそれぞれは、少なくとも3つ
の入力端子、すなわち、目標信号を受信する目標入力端
子(rx)と、制御されるプラントからの誤差信号(Cx)
を受信する誤差信号入力端子と、干渉信号(Ux)を受信
する干渉入力端子とを有していて、単一の制御信号出力
を発生し出力するものであり、それらのサブコントロー
ラの1つがマスタ変数用のサブコントローラとして選択
をされ、選択をされずに残されたサブコントローラは前
記マスタ変数用のサブコントローラに結合されており; 制御下にあるプラントのモデルを含み、他のサブコント
ローラユニット(202)からの制御信号出力であるシー
ケンスを受信するための入力端子をそれぞれ有し、且
つ、受信したシーケンスが制御下にあるプラントに及ぼ
す影響を表わす出力信号のシーケンスをそれぞれ発生す
る1つ又は複数の干渉モデル(304)と; 前記1つ又は複数の干渉モデル(304)から発生のシー
ケンスを受信するための入力手段と、入力される2つの
シーケンスの要素ごとの合計をなすシーケンスを出力す
る出力手段とを有する干渉モデル合計ユニット(302)
と; 期待干渉とプラント(105/205)内に存在している干渉
との間の差を表わすシーケンスを受信する入力端子を有
し、出力として修正制御信号のシーケンスを発生する干
渉プロセッサ(306)と; 前記干渉プロセッサ(306)からの信号のシーケンスを
受信するための入力手段を有し且つ前記干渉プロセッサ
(306)が既に修正制御信号を発生している干渉信号を
表わす信号のシーケンスを発生する干渉予測子(305)
と; 前記干渉モデル合計ユニット(302)からのシーケンス
及び前記干渉予測子(305)からの信号のシーケンスを
受信するための入力手段と、入力される2つのシーケン
スの要素ごとの合計をなすシーケンスを出力する出力手
段とを有する干渉予測子合計ユニット(303)と; 前記干渉プロセッサ(306)から出力される前記修正制
御信号のシーケンスを受け、それに応じてその修正制御
信号を組み込み済みのプラント制御信号を生じる干渉プ
ロセッサ合計ユニットと; 前記少なくとも2つのサブコントローラ(202)からの
前記制御信号出力を受信する相互結合手段(201)であ
って、前記各サブコントローラ(202)から出力される
単一の制御信号出力のそれぞれを受信する入力端子を有
し且つ受信したそれらの単一の制御信号出力を干渉信号
として前記サブコントローラへ送信する干渉出力端子を
有し、且つ、制御下にあるプラントへと複数の制御信号
を送信する制御出力端子を有している、相互結合手段
(201)を備え、 前記複数の制御信号はプラントの安定度条件とは無関係
に安定している ことを特徴とするコントローラ・システム。 - 【請求項3】前記サブコントローラによって発生される
制御信号出力は、制御信号のシーケンスから構成されて
いることを特徴とする請求項1または2記載のコントロ
ーラ・システム。 - 【請求項4】前記干渉信号は干渉信号のシーケンスから
構成されていることを特徴とする請求項1または2記載
のコントローラ・システム。 - 【請求項5】前記サブコントローラ(202)はスケーリ
ングファクタ情報を前記相互結合手段へ送信する追加の
出力端子を有することを特徴とする請求項1または2記
載のコントローラ・システム。 - 【請求項6】前記サブコントローラ(202)は前記相互
結合手段からスケーリングファクタ情報を受信する追加
の入力端子を有することを特徴とする請求項1または2
記載のコントローラ・システム。 - 【請求項7】前記サブコントローラ(202)は出力され
る制御信号出力を、前記相互結合手段から受信したスケ
ーリングファクタを表わす値だけ縮小することができる
ことを特徴とする請求項1または2記載のコントローラ
・システム。 - 【請求項8】前記相互結合手段(201)は前記各サブコ
ントローラ(202)からスケーリングファクタ情報を受
信する入力端子を有することを特徴とする請求項1また
は2記載のコントローラ・システム。 - 【請求項9】前記相互結合手段(201)は前記各サブコ
ントローラ(202)へスケーリングファクタ情報を送信
する出力端子を有することを特徴とする請求項1または
2記載のコントローラ・システム。 - 【請求項10】前記相互結合手段(201)は前記各サブ
コントローラ(202)からスケーリングファクタ情報を
受信する入力端子と、前記各サブコントローラ(202)
へ前記スケーリングファクタ情報を送信する出力端子と
を有することを特徴とする請求項1または2記載のコン
トローラ・システム。 - 【請求項11】ユーザ(115)は前記相互結合手段(20
1)への入力のどれが出力されるかを確定することを特
徴とする請求項10記載のコントローラ・システム。 - 【請求項12】前記相互結合手段(201)は、全てのサ
ブコントローラへ送信するための正しいスケーリングフ
ァクタを所定の基準に基づいて確定する分類装置を具備
することを特徴とする請求項10記載のコントローラ・シ
ステム。 - 【請求項13】コントローラユニットを使用してプラン
ト(105/205)を制御する方法において、 (A)第1に: (i)コントローラ手段ごとに、制御されている変数を
識別する目標モデルを決める過程と; (ii)目標プロセッサ(101)、外乱プロセッサ(111)
及び干渉プロセッサ(306)に関わるユーザ定義制御法
則、あるいは3つのプロセッサ全てに関わる大域法則の
いずれかを選択する過程と; (B)次に任意の順序をもって: (i)ユーザ(115)にコントローラ手段ごとの設定値
を調整させる過程と; (ii)前記制御法則に従うプロセッサ手段を介してベー
スライン目標制御信号(UR)を発生する過程と; (iii)プロセッサ手段を介してプラント(105/205)か
らの出力(Y)と、目標モデルにより発生される期待出
力との偏差に基づくが、既に修正信号が発生されている
外乱を含まない外乱修正信号(UD)を発生する過程と; (iv) プロセッサ手段(306)を介して、その他のコ
ントローラ(202)が制御下にあるプロセスに及ぼす影
響に基づくが、既に修正信号が発生されている出力を含
まない干渉修正信号UIを発生する過程と; (C)次に、URと、UDと、UIとを組み合せて、制御法則
に違反しないように制御量に関わる固有安定制御信号を
生成する過程と; (D)次に、 (i)その制御信号を制御下にある変数へ伝送する過程
と; (ii)制御信号が干渉するような前記コントローラ(20
2)へ制御信号を伝送する過程と から成ることを特徴とする方法。 - 【請求項14】コントローラを使用してプラント(105/
205)を制御する方法において、 (A)第1に: (i)前記コントローラ手段ごとに、制御されている変
数を識別する目標モデルを決める過程と; (ii)目標プロセッサ、外乱プロセッサ及び干渉プロセ
ッサに関わるユーザ定義制御法則、あるいはコントロー
ラ手段全てに関わる大域法則を選択する過程と; (B)次に任意の順序で: (i)ユーザにコントローラ手段ごとに設定値を調整さ
せる過程と; (ii)各制御手段で前記制御法則に従うプロセッサ手段
を介してベースライン目標制御信号(UR)を発生する過
程と; (iii)各制御手段でプロセッサ手段を介してプラント
からの出力(Y)と、目標モデルにより発生される期待
出力との偏差に基づくが、既に修正信号が発生されてい
る外乱を含まない外乱修正信号(UD)を発生する過程
と; (iv) 各制御手段でプロセッサ手段を介して、その他
のコントローラが制御下にあるプロセスに及ぼす影響に
基づくが、既に修正信号が発生されている出力を含まな
い干渉修正信号(UI)を発生する過程と; (C)各制御手段でURと、UDと、UIとをスケーリングし
て、制御法則に違反しないように制御量に関わる固有安
定制御信号を生成する過程と; (D)各制御手段でスケーリング済ファクタを他の全て
の制御手段へ伝送する過程と; (E)UR,UD及びUIの組み合わせ信号を最小のスケーリ
ング済ファクタだけ縮小する過程と; (F)次に、 (i)制御信号を制御下にある変数へ伝送する過程と; (ii)制御信号が干渉するような前記制御手段へ制御信
号を伝送する過程と から成ることを特徴とする方法。 - 【請求項15】前記サブコントローラ(202)は: ユーザ制御設定値を示す目標信号を受信する目標入力端
子を有し、前記プラント(105)の出力信号(Y)によ
り示される状態を所望の状態へとユーザ定義経路に沿っ
て移行させることができるベースライン制御信号のシー
ケンスを発生する目標プロセッサ(101)と; 同様に前記目標信号を受信する入力端子を有し、前記ユ
ーザ定義経路に沿って任意の時点における前記プラント
の期待出力を表わす信号のシーケンスを発生し且つ出力
するフィードフォワード経路モデル(106)と; 実際のプラント出力と予測プラント出力との差を表わす
誤差信号のシーケンスを受信する入力端子を有し、制御
法則に基づいて修正制御信号のシーケンスを発生し且つ
出力する外乱プロセッサ(111)と; 実際のプラント出力と予測プラント出力との差を表わす
誤差信号のシーケンスを受信する入力端子を有し、外乱
プロセッサが既に処理し終わっている外乱を表わす信号
のシーケンスを出力として発生するフィードバックルー
プモデル(107/108)と; 前記フィードバックループモデル(107/108)の出力の
シーケンス、及び前記フィードフォワード経路モデル
(106)の出力のシーケンスの受信、並びに、期待干渉
とプラント内に存在している干渉との間の差を表わすシ
ーケンスの受信をするための入力端子と、これら3つの
シーケンスの要素ごとの合計出力のシーケンスを生成す
る出力手段とを有する目標モデル合計ユニット(110)
と; 前記目標モデル合計ユニットからの出力のシーケンスを
受信するための入力端子及びプラント(105/205)から
のプラント出力(Y)を受信するための入力端子と、当
該シーケンスの第1の項と前記プラント出力(Y)との
差から構成されている出力シーケンスを生成するための
出力手段とを有する外乱プロセッサ合計ユニット(11
4)と; 前記目標プロセッサ(101)及び前記外乱プロセッサ(1
11)からの出力シーケンスを受信するための入力端子
と、2つの入力シーケンスの要素ごとの合計から構成さ
れている出力シーケンスを生成する出力端子とを有する
目標プロセッサ合計ユニット(102)と; 制御下にあるプラントのモデルを含み、他のサブコント
ローラユニット(202)からの制御信号出力であるシー
ケンスを受信するための入力端子をそれぞれ有し、且
つ、受信したシーケンスが制御下にあるプラントに及ぼ
す影響を表わす出力信号のシーケンスをそれぞれ発生す
る1つ又は複数の干渉モデル(304)と; 前記1つ又は複数の干渉モデル(304)から発生のシー
ケンスを受信するための入力手段と、入力される2つの
シーケンスの要素ごとの合計をなすシーケンスを出力す
る出力手段とを有する干渉モデル合計ユニット(302)
と; 期待干渉とプラント(105/205)内に存在している干渉
との間の差を表わすシーケンスを受信する入力端子を有
し、出力として修正制御信号のシーケンスを発生する干
渉プロセッサ(306)と; 前記干渉プロセッサ(306)からの信号のシーケンスを
受信するための入力手段を有し且つ前記干渉プロセッサ
(306)が既に修正制御信号を発生している干渉信号を
表わす信号のシーケンスを発生する干渉予測子(305)
と; 前記干渉モデル合計ユニット(302)からのシーケンス
及び前記干渉予測子(305)からの信号のシーケンスを
受信するための入力手段と、入力される2つのシーケン
スの要素ごとの合計をなすシーケンスを出力する出力手
段とを有する干渉予測子合計ユニット(303)と; 前記目標プロセッサ合計ユニット(102)及び前記干渉
プロセッサ(306)からの出力シーケンスを受信するた
めの入力端子と、出力が2つの入力シーケンスの要素ご
との合計であるプラント制御シーケンスを出力する出力
手段とを有する、干渉プロセッサ合計ユニット(301)
とを具備し、 前記フィードバックループモデル(107/108)と前記外
乱プロセッサ(111)は、それらの入力を外乱プロセッ
サ合計ユニット(114)から獲得し、且つ、前記目標モ
デル合計ユニット(102)と前記干渉プロセッサ(306)
は、前記干渉予測子(305)から入力を獲得する ことを特徴とする請求項1記載のコントローラ・システ
ム。 - 【請求項16】前記干渉プロセッサ合計手段は出力シー
ケンスの各項を要素のうち1つ又は2つ以上がユーザ定
義限界を越えたときに同じ割合ずつ縮小することを特徴
とする請求項15記載のコントローラ・システム。 - 【請求項17】前記目標プロセッサ合計手段は外乱プロ
セッサ出力シーケンスの各項を、目標プロセッサシーケ
ンスと共に加算される要素のうち1つ又は2つ以上がユ
ーザ定義限界を越えると考えられるときに同じ割合ずつ
縮小することを特徴とする請求項15記載のコントローラ
・システム。 - 【請求項18】前記干渉プロセッサ合計手段は干渉プロ
セッサ出力シーケンスの各項を、目標プロセッサ合計手
段の出力シーケンスと共に加算される要素のうち1つ又
は2つ以上がユーザ定義限界を越えると考えられるとき
に同じ割合ずつ縮小することを特徴とする請求項15記載
のコントローラ・システム。
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