JP5176206B2 - プロセスの状態類似事例検索方法及びプロセスの制御方法 - Google Patents
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Description
Stenman, A., Gustafsson, F. and Ljung, L.: "Just In Time Models For Dynamical Systems", in Proc. 35th Conf. Decision and Control, Dec. 1115/1120 (1996) 牛田俊,木村英紀: "Just-In-Timeモデリング技術を用いた非線形システムの同定と制御", 計測と制御, Vol.44, No.2, 102/106 (2005) Bontempi,G., Bersini, H. and Birattari, M.: "The local paradigm for modeling and control from neuro-fuzzy to lazy learning, Fuzzy Sets and Systems", Vol.121, No.1, 59/72 (2001) Inoue, D. and Yamamoto, S.: "An Operation Support System based on Database-Driven On-Demand Predictive Control", in Proc. SICE Annual Conf., 2024/2027 (2004)
1) 予め大規模データベースにプロセスから得られる観測データを蓄積するステップ
2)大規模データベースから観測データを取得し、移動平均法を用いてノイズを削減するステップ
3)設定した周期に応じて観測データをサンプリングするステップ
4)プロセス変数ごとに時間を遅らせた変数を生成し、ステップワイズ法によって予測変数に対して寄与率の高い変数群に絞り込むステップ
5)絞り込まれたプロセス変数を前記時系列データベースに格納するステップ
6)要求点データと予測設定情報を取得するステップ
7)前記時系列データベースより観測データを取得するステップ
8)観測データの正規化を行うステップ
9)要求点データの正規化を行うステップ
10)要求点の近傍データを検索し、予め設定した数だけ近傍データを取得するステップ
11)得られた複数の近傍データから局所モデルを構成し、予測値を生成するステップ
12)予測の都度、構成した局所モデルは廃棄するステップ
JITモデリングにおける代表的な局所モデルには相加平均法や重み付き線形平均法(LWA)、重み付き局所回帰法(LWR)などが提案されている。
1.要求点データと予測設定情報を取得する。
1)「現在のプロセス状態値(時間遅れ変数値を含む)」と「制御変数の将来の目標値」を検索キーとして、データベースから過去事例データを検索する。ここで、検索キーに操作変数値は含まない。
対象データベースを熱反応炉の操業データとし、サンプリング間隔1分による約8ヶ月分のデータを利用した。操作量以外のデータに2時間の移動平均を施し、20分周期でデータのサンプリングを行った。予測対象は重要な操業指標である炉頂ガス温度とし、データの入力変数はステップワイズ法を用いて、6時間まで遅れさせた変数を含む1206変数の中から、炉頂ガス温度に対する寄与率の高い18変数を選択した。選択した変数群の一部を表1に示す。1時間後の炉頂ガス温度に関連する変数として、現在と140分前の炉頂ガス温度、20分前の炉内ガス圧力、160分前のボイラ主蒸気流量などの18変数が選択された。
要求点を2005年12月15日1時として炉頂ガス温度を予測した。要求点の近傍データセットから検索された過去事例データの炉頂ガス温度の結果を図3に示す。検索された過去事例データと重み付き線形平均法に基づいて求められた予測結果と実データを図4に示す。横軸は、0の位置を要求点時刻として過去の6時間から未来の6時間先までを表示している。縦軸は炉頂ガス温度を示す。
通常の操業データベースに基づく予測システムと平滑化(ノイズ削減)処理を具備した操業データベースに基づく本実施例の予測システムの予測精度の検証を行った。要求点を無作為に選択し、炉頂ガス温度の1時間後の予測を200回行い、実測値と予測値の相関を調べた。通常の予測システムの相関は図5(a)に示すように0.2783となり、十分な予測精度が得られていないことが確認されたのに対して、平滑化処理を具備した本実施例の予測システムの相関は図5(b)に示すように0.8204となり、実用上十分な予測精度が得られた。このように操業データベースに基づく予測システムに移動平均法による平滑化処理を具備することによって、通常の操業データベースに基づく予測システムでは実現できなかった高い予測精度を得ることができた。また、実用上十分な処理時間で予測処理が実施できた。
先に説明した図2のガイダンス方法を用いた予測制御シミュレーションの例を示す。制御対象を炉頂ガス温度とし、操作量を送風空気量1、送風酸素量、送風空気量2の3つとする。炉内温度の目標値をT℃とし、目標値へ制御するための3つの操作量を求める。上述のガイダンス方法を用いて、現在のプロセスの状態と類似し、かつ制御変数の将来の目標値に近い過去事例データの操作量を取得する。このときの操作量は現在の操作量との差(変化量)が制約の範囲内であることを前提条件として過去事例データを検索する。
Claims (3)
- 熱反応炉プロセスを対象とするプロセスの時系列データベースから過去のプロセスの状態類似事例を検索する方法であって、前記時系列データベースに蓄積される時系列データのプロセス変数値を炉頂ガス温度、炉内対象物レベル、耐火物温度、炉内ガス温度、炉内ガス圧力、炉内差圧から少なくとも1つ以上選択し、検索の前処理として、プロセスから得られる時系列データである観測データの追加更新がなされた場合に、下記1)から5)のステップを実施し、検索の要求の都度、下記6)から12)のステップを実施するプロセスの状態類似事例検索方法。
1) 予め大規模データベースにプロセスから得られる観測データを蓄積するステップ
2)大規模データベースから観測データを取得し、移動平均法を用いてノイズを削減するステップ
3)設定した周期に応じて観測データをサンプリングするステップ
4)プロセス変数ごとに時間を遅らせた変数を生成し、ステップワイズ法によって予測変数に対して寄与率の高い変数群に絞り込むステップ
5)絞り込まれたプロセス変数を前記時系列データベースに格納するステップ
6)要求点データと予測設定情報を取得するステップ
7)前記時系列データベースより観測データを取得するステップ
8)観測データの正規化を行うステップ
9)要求点データの正規化を行うステップ
10)要求点の近傍データを検索し、予め設定した数だけ近傍データを取得するステップ
11)得られた複数の近傍データから局所モデルを構成し、予測値を生成するステップ
12)予測の都度、構成した局所モデルは廃棄するステップ - 請求項1に記載のプロセスの状態類似事例検索方法に基づいてプロセスを制御する方法であって、現在および現在から時間を遅れさせた過去のプロセス変数値と将来のプロセス制御変数の目標値とを検索キーとして、前記検索方法で得られた過去のプロセスの状態類似事例の操作値を現在のプロセスの操作値とすることによって制御することを特徴とするプロセスの制御方法。
- 請求項2に記載のプロセスの制御方法において、下記のa)からf)のステップを実施してプロセスを制御することを特徴とするプロセスの制御方法。
a)「現在のプロセス状態値(時間遅れ変数値を含む)」と「制御変数の将来の目標値」を検索キーとして、前記時系列データベースから過去事例データを検索するステップ(ここで、検索キーに操作変数値は含まない)
b) 検索キーと最も類似した過去事例データを制御入力に利用する候補として1つ選択するステップ
c)選択した過去事例データから操作値を取得するステップ
d)取得した操作値と現在の操作値の差が制約範囲にあるかを判定するステップ
e)d)の判定がNoの場合は、次に検索キーと類似した過去事例データを候補として1つ選択し、d)の判定を行い、判定がYesとなるまで繰り返すステップ
f)d)の判定がYesの場合は、取得した操作値から制御入力値を決定するステップ
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