JP5536286B2 - 燃焼加熱炉の炉温の制御方法および制御装置 - Google Patents

燃焼加熱炉の炉温の制御方法および制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、精錬装置の分野に関し、具体的には、燃焼加熱炉の炉温を制御するための方法および制御装置に関する。
連続焼鈍のための水平炉は、比較的一般的な加熱炉であって、炉温をサブゾーンにおいて制御するように、炉内でストリップの進行方向に幾つかのゾーンに分割されている。炉温の測定精度は、製品の品質および性能に影響し、よって、炉温の精度は製品性能にとって極めて重要であり、炉温精度の低下は製品性能の欠格に直結する。バーナの出力は、通常の温度制御システムでは比較的高くなるように設計されることから、これにより、温度調整において比較的高い加熱遅れおよび熱慣性が誘発され、よって、安定状態では炉温曲線を定振幅と共に振動させ、かつ不安定状態では経過時間が長くなる。これらは、製品の性能および収量に極めて重大な影響を与える。炉温を制御するための従来方法は二重交差ＰＩＤ制御であり、これは、石炭ガスと空気との比率、並びに個々の比率間の転換によって炉温を制御する。この制御方法は、加熱遅れが比較的低いシステムには良好である。しかしながら、焼鈍炉における加熱遅れおよび熱慣性は比較的高いことが常であり、よって、炉温制御の困難さも比較的高い。また、ＰＩＤ制御方法に関しても、迅速な反応を追求し、かつ、安定性を追求する必要がある。迅速な反応が望まれれば、経過時間は短縮されるかもしれないが、行過ぎ量（オーバーシュート）は大きくなり、これにより、炉温の安定化は困難になる。安定性が望まれれば、炉温精度は高まるが、炉温の経過時間は確実にかなり長くなる。こうして、制御はジレンマに陥る。さらに、ＰＩＤ制御は、結局は安定的な調整方法であって、到来する物質および温度設定値の変更を事前に推定することができず、また、不安定状態における遅れに対する調整手段を多くは持たず、調整効果も十分ではない。したがって、不安定状態における遅れ制御を補うために、フィードフォワード制御を実行することが必要である。
本発明の目的は、上述の炉温制御に存在するこれらの問題点を克服することにあり、よって本発明は、燃焼加熱炉の炉温を制御するための方法および制御装置を提供する。
本発明の一態様によれば、燃焼加熱炉の炉温を制御するための方法は、
前記炉温を測定して、炉温フィードバック値を取得し、
前記炉温フィードバック値および炉温設定値に従って、前記炉温フィードバック値と前記炉温設定値との差を不一致値ＤＶ１として計算し、
単位時間における前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差、即ち、炉温変化勾配の値、を不一致値ＤＶ２として計算し、
燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖを前記燃焼ヒータマシンセットの速度調整器から取得すると共に、前記燃焼ヒータマシンセットの前記速度Ｖに従って、第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶを取得し、
前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差、即ち、前記不一致値ＤＶ１に従って、第２のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＴを取得し、
前記不一致値ＤＶ１および前記不一致値ＤＶ２に従って、ファジー制御規則を基にＰＩＤ制御パラメータを検索すると共に、前記ＰＩＤ制御パラメータに従って調整用制御パラメータＯＰ１を生成し、
最終制御出力値として、前記調整用制御パラメータＯＰ１を前記第１のマルチフィードフォワード成分ＦＦＶおよび前記第２のマルチフィードフォワード成分ＦＦＴと結合することにより、石炭ガスの流れを調整するためのバルブおよび空気の流れを調整するためのバルブを制御する。
本発明の別の態様によれば、燃焼加熱炉の炉温を制御するための装置は、
バーナに隣接して配置され、かつ、前記炉温を監視するために使用される熱電対であって、炉温フィードバック値を出力するためのアナログ−デジタル変換モジュールを有する熱電対と、
前記熱電対の前記アナログ−デジタル変換モジュールへ接続され、かつ、炉温の差を計算するためのモジュールであって、炉温設定値を保存すると共に、前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差を計算し、前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差を不一致値ＤＶ１として設定する、炉温の差を計算するためのモジュールと、
前記炉温の差を計算するためのモジュールへ接続され、かつ、炉温変化勾配を計算するためのモジュールであって、単位時間における前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差、即ち、前記炉温変化勾配の値、を不一致値ＤＶ２として計算し、設定する、炉温変化勾配を計算するためのモジュールと、
前記燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖを取得するために使用される、燃焼ヒータマシンセットの速度調整器と、
前記速度調整器へ接続され、前記燃焼ヒータマシンセットの前記速度に従って第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶを取得する、第１のマルチフィードフォワード・モジュールと、
前記炉温の差を計算するためのモジュールへ接続され、前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差、即ち、前記不一致値ＤＶ１に従って、第２のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＴを取得する、第２のマルチフィードフォワード・モジュールと、
前記炉温の差を計算するためのモジュールおよび前記炉温変化勾配を計算するためのモジュールへ接続されると共に、前記不一致値ＤＶ１および前記不一致値ＤＶ２に従ってファジー制御規則を基にＰＩＤ制御パラメータを検索し、前記ＰＩＤ制御パラメータに従って調整用制御パラメータＯＰ１を生成する、調整用制御パラメータを生成するためのモジュールと、
前記調整用制御パラメータを生成するためのモジュール、前記第１のマルチフィードフォワード・モジュールおよび前記第２のマルチフィードフォワード・モジュールへ接続され、前記調整用制御パラメータＯＰ１と前記第１のマルチフィードフォワード成分ＦＦＶおよび前記第２のマルチフィードフォワード成分ＦＦＴを結合することによって、最終制御出力値を生成する、流量コントローラと、
前記流量コントローラへ接続され、前記最終制御出力値に従って石炭ガスの流れを調整する、石炭ガスの流れを調整するためのバルブと、
前記流量コントローラへ接続され、現行の石炭ガスの流れを検出し、フィードバックする、石炭ガス流量検出器と、
前記流量コントローラへ接続され、前記最終制御出力値に従って空気の流れを調整する、空気の流れを調整するためのバルブと、
前記流量コントローラへ接続され、現行の空気の流れを検出し、フィードバックする、気流検出器と、
を備える。
本発明の制御方法および制御装置は、フォワードパスの伝達関数を確立することなくファジー制御アルゴリズムを利用し、これにより、極めて限定的な非線形性、時間変化および規則性を有さないシステムが、所定の適応容量および十分な速度を有する、という優位点を有する。したがって、これは、マシンセットの定常状態制御にとって、より優れたものである。マルチフィードフォワード制御は、到来する物質の状況および温度設定値を事前に予め判断するのに適している。したがって、本発明は、ファジー制御アルゴリズムを、連続焼鈍炉の炉温制御の特性に従って設計する。定常状態制御ではファジー制御が適し、かつ非定常状態制御ではマルチフィードフォワード制御が適する、という特性を利用するだけでなく、ファジー制御をマルチフォワード制御およびＰＩＤ制御と結合することにより、マルチフィードフォワード・ファジー制御システムが確立される。
本発明による、燃焼加熱炉の炉温を制御するための方法および制御装置の基本概念は、炉温の不一致値および炉温変化の傾向を、炉温変化値および炉温変化率に従って取得することができる、というものである。定常状態制御ではファジー制御が適し、かつ非定常状態制御ではフィードフォワード制御が適するという特性を備えるファジー制御アルゴリズムおよびファジー制御規則を設計することにより、異なるマルチフィードフォワード補正値およびファジー制御規則、並びにＰＩＤパラメータの異なる組み合わせが、異なる状況下で使用される。したがって、炉温の精度が向上されるように、大きな不一致において迅速に反応し、高速で調整しかつ経過時間を短縮し、かつ小さい不一致において調整動向を遅速し、行過ぎ量を減らしかつ炉温を迅速に安定させる。
図１は、本発明による、燃焼加熱炉の炉温を制御するための方法を示すフローチャートである。 図２は、本発明による、燃焼加熱炉の炉温を制御するための装置を示す構造図である。 図３は、本発明による、燃焼加熱炉の炉温を制御するための方法の基本制御論理を示す。
図１を参照すると、本発明により、下記のようなステップを含む、燃焼加熱炉の炉温を制御するための方法が開示されている。
Ｓ１０１。炉温を測定して、炉温フィードバック値を取得する。
Ｓ１０２。炉温フィードバック値および炉温設定値に従って、炉温設定値と炉温フィードバック値との差を不一致値ＤＶ１として計算する。ある実施形態において、炉温設定値と炉温フィードバック値との間の不一致値ＤＶ１は、ファジー制御部分集合（サブセット）へと設定される。ファジー制御部分集合は、Ｅ＝｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝＝｛マイナス（大）、マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）、プラス（大）｝＝｛−１８，−１２，−６，０，６，１２，１８｝である。即ち、不一致値ＤＶ１と部分集合｛−１８，−１２，−６，０，６，１２，１８｝との比較に従って、不一致値ＤＶ１は、部分集合｛マイナス（大）、マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）、プラス（大）｝に分類され、かつ｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝で表される。
Ｓ１０３。単位時間における、炉温設定値と炉温フィードバック値との差、即ち、炉温変化勾配の値、を不一致値ＤＶ２として計算する。ある実施形態において、不一致値ＤＶ２である炉温変化勾配の値は、ファジー制御部分集合へと設定される。ファジー制御部分集合は、ＥＣ＝｛ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ｝＝｛マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）｝＝｛−１．５，−１，０，１，１．５｝である。即ち、不一致値ＤＶ２と部分集合｛−１．５，−１，０，１，１．５｝との比較に従って、不一致値ＤＶ２は、部分集合｛マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）｝に分類され、かつ｛ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ｝で表される。
Ｓ１０４。燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖを、燃焼ヒータマシンセットの速度調整器から取得し、燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖに従って、第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶを取得する。ある実施形態において、このステップＳ１０４は、次のように実行される。即ち、第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶは、燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖに従って、下記テーブル１を基に取得されることが可能である。
Figure 0005536286
即ち、燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖの異なる範囲は、異なる第１のマルチフィードバック出力成分ＦＦＶに対応する。ＦＦＶ１からＦＦＶ７までが、一セットの設定用パラメータである。ある実施形態において、ＦＦＶの値は、ＦＦＶ１＝２、ＦＦＶ２＝３．５、ＦＦＶ３＝５、ＦＦＶ４＝６．５、ＦＦＶ５＝８、ＦＦＶ６＝１０、ＦＦＶ７＝１２、のように設定される。
Ｓ１０５。炉温設定値と炉温フィードバック値との差、即ち、不一致値ＤＶ１に従って、第２のマルチフィードフォワード出力成分を取得する。ある実施形態において、このステップＳ１０５は、次のように実行される。即ち、第２のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶは、炉温設定値と炉温フィードバック値との差ＤＶ１に従って、下記テーブル２を基に取得されることが可能である。
Figure 0005536286
即ち、炉温設定値と炉温フィードバック値との差ＤＶ１の異なる範囲は、異なる第２のマルチフィードバック出力成分ＦＦＴに対応する。ＦＦＴ１からＦＦＴ７までが、一セットの設定用パラメータである。ある実施形態において、ＦＦＴの値は、ＦＦＴ１＝６、ＦＦＴ２＝３、ＦＦＴ３＝１．５、ＦＦＴ４＝０．２、ＦＦＴ５＝−１．６、ＦＦＴ６＝−３．５、ＦＦＴ７＝−６、のように設定される。
Ｓ１０６。不一致値ＤＶ１およびＤＶ２に従って、ファジー制御規則を基にＰＩＤ制御パラメータを検索し、このＰＩＤ制御パラメータに従って調整用制御パラメータＯＰ１を生成する。ある実施形態において、ファジー制御規則は下記の通りである。
ファジー規則の結果は、ＤＶ１のファジー制御部分集合ＥおよびＤＶ２のファジー制御部分集合ＥＣに従って、下記テーブル３を基に取得される。
Figure 0005536286
ファジー規則の結果は、ＮＢ、ＮＭ、ＮＳ、ＺＥ、ＰＳ、ＰＭ、ＰＢを含み、ＰＩＤパラメータ基本値は、ファジー規則の結果に従って、下記テーブル４を基に取得される。
Figure 0005536286
ファジー規則の各結果は、一セットのパラメータＰ、ＩおよびＤの値、即ち、パラメータ基本値に対応し、Ｐ１からＰ７、Ｉ１からＩ７およびＤ１からＤ７は、全て、予め決められたパラメータ基本値である。ある実施形態において、ＰＩＤパラメータ基本値は、下記テーブル５のように設定される。
Figure 0005536286
ＰＩＤ制御パラメータは、ＰＩＤパラメータ基本値に従って、下記数式によって計算されることが可能である。
Figure 0005536286
数式において、ｋはｋ回目のサンプリングサイクルであり、Ｋｐは比例成分であり、ｅ（Ｋ）はｋ回目のサンプリングサイクルの不一致値であり、Ｋｉ＝ＫｐＴ／Ｔｉであり、Ｋｄ＝ＫｐＴｄ／Ｔであり、Ｔはサンプリングサイクルであり、Ｔｉは積分時間であり、Ｔｄは微分時間である。
調整用制御パラメータＯＰ１は、ＰＩＤ制御パラメータに従って取得されることが可能である。
Ｓ１０７。最終制御出力値として、調整用制御パラメータＯＰ１を第１のマルチフィードフォワード成分ＦＦＶおよび第２のマルチフィードフォワード成分ＦＦＴと結合することにより、石炭ガスの流れを調整するためのバルブおよび空気の流れを調整するためのバルブを制御する。
図２を参照すると、本発明はさらに、燃焼ヒータの炉温制御装置を開示している。この炉温制御装置は、熱電対（サーモカップル）２０１と、炉温の差を計算するためのモジュール２０２と、炉温変化勾配を計算するためのモジュール２０３と、燃焼ヒータマシンセットの速度調整器２０４と、第１のマルチフィードフォワード・モジュール２０５と、第２のマルチフィードフォワード・モジュール２０６と、調整用制御パラメータを生成するためのモジュール２０７と、流量コントローラ２０８と、石炭ガスの流れを調整するためのバルブ２０９と、石炭ガス流量検出器２１０と、空気の流れを調整するためのバルブ２１１と、気流検出器２１２と、を含む。
熱電対２０１は、バーナ２００に隣接して配置され、炉温を監視するために使用される。熱電対２０１は、炉温フィードバック値を出力するためにアナログ−デジタル変換モジュール２０１ｂを有する。
炉温の差を計算するためのモジュール２０２は、熱電対２０１のアナログ−デジタル変換モジュール２０１ｂへ接続されている。炉温の差を計算するためのモジュール２０２は、炉温設定値を保存している。炉温の差を計算するためのモジュール２０２は、炉温設定値と炉温フィードバック値との差を、炉温設定値および炉温フィードバック値を基に計算し、これらの差を不一致値ＤＶ１として設定する。ある実施形態において、炉温設定値と炉温フィードバック値との間の不一致値ＤＶ１は、ファジー制御部分集合へと設定される。ファジー制御部分集合は、Ｅ＝｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝＝｛マイナス（大）、マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）、プラス（大）｝＝｛−１８，−１２，−６，０，６，１２，１８｝である。即ち、不一致値ＤＶ１と部分集合｛−１８，−１２，−６，０，６，１２，１８｝との比較に従って、不一致値ＤＶ１は、部分集合｛マイナス（大）、マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）、プラス（大）｝に分類され、｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝で表される。
炉温変化勾配を計算するためのモジュール２０３は、炉温の差を計算するためのモジュール２０２へ接続されている。炉温変化勾配を計算するためのモジュール２０３は、単位時間における、炉温設定値と炉温フィードバック値との差、即ち、炉温変化勾配の値、を不一致値ＤＶ２として計算し、設定する。ある実施形態において、不一致値ＤＶ２である炉温変化勾配の値は、ファジー制御部分集合へと設定される。ファジー制御部分集合は、ＥＣ＝｛ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ｝＝｛マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）｝＝｛−１．５，−１，０，１，１．５｝である。即ち、不一致値ＤＶ２と部分集合｛−１．５，−１，０，１，１．５｝との比較に従って、不一致値ＤＶ２は、部分集合｛マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）｝に分類され、｛ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ｝で表される。
燃焼ヒータマシンセットの速度調整器２０４は、燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖを取得するために使用される。
速度調整器２０４へ接続される第１のマルチフィードフォワード・モジュール２０５は、燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖに従って第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶを取得する。ある実施形態において、第１のマルチフィードフォワード・モジュール２０５は、燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖに従って、下記テーブル１を基に第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶを取得する。
Figure 0005536286
即ち、燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖの異なる範囲は、異なる第１のマルチフィードバック出力成分ＦＦＶに対応する。ＦＦＶ１からＦＦＶ７までが、一セットの設定用パラメータである。ある実施形態において、ＦＦＶの値は、ＦＦＶ１＝２、ＦＦＶ２＝３．５、ＦＦＶ３＝５、ＦＦＶ４＝６．５、ＦＦＶ５＝８、ＦＦＶ６＝１０、ＦＦＶ７＝１２、のように設定される。
炉温の差を計算するためのモジュール２０２へ接続される第２のマルチフィードフォワード・モジュール２０６は、炉温設定値と炉温フィードバック値との差、即ち、不一致値ＤＶ１に従って、第２のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＴを取得する。ある実施形態において、第２のマルチフィードフォワード・モジュール２０６は、炉温設定値と炉温フィードバック値との差ＤＶ１に従って、下記テーブル２を基に第２のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶを取得する。
Figure 0005536286
即ち、炉温設定値と炉温フィードバック値との差ＤＶ１の異なる範囲は、異なる第２のマルチフィードバック出力成分ＦＦＴに対応する。ＦＦＴ１からＦＦＴ７までが、一セットの設定用パラメータである。ある実施形態において、ＦＦＴの値は、ＦＦＴ１＝６、ＦＦＴ２＝３、ＦＦＴ３＝１．５、ＦＦＴ４＝０．２、ＦＦＴ５＝−１．６、ＦＦＴ６＝−３．５、ＦＦＴ７＝−６、のように設定される。
炉温の差を計算するためのモジュール２０２および炉温変化勾配を計算するためのモジュール２０３へ接続される、調整用制御パラメータを生成するためのモジュール２０７は、不一致値ＤＶ１およびＤＶ２に従って、ファジー制御規則を基にＰＩＤ制御パラメータを検索し、ＰＩＤ制御パラメータに従って、調整用制御パラメータＯＰ１を生成する。ある実施形態において、ファジー制御規則は下記の通りである。
ファジー規則の結果は、ＤＶ１のファジー制御部分集合ＥおよびＤＶ２のファジー制御部分集合ＥＣに従って、下記テーブル３を基に取得される。
Figure 0005536286
ファジー規則の結果は、ＮＢ、ＮＭ、ＮＳ、ＺＥ、ＰＳ、ＰＭ、ＰＢを含み、ＰＩＤパラメータ基本値は、ファジー規則の結果に従って、下記テーブル４を基に取得される。
Figure 0005536286
ファジー規則の各結果は、パラメータＰ、ＩおよびＤの値の集合、即ち、パラメータ基本値に対応し、Ｐ１からＰ７、Ｉ１からＩ７およびＤ１からＤ７は、全て、予め決められたパラメータ基本値である。ある実施形態において、ＰＩＤパラメータ基本値は、下記テーブル５のように設定される。
Figure 0005536286
ＰＩＤ制御パラメータは、ＰＩＤパラメータ基本値に従って、下記数式によって計算されることが可能である。
Figure 0005536286
数式において、ｋはｋ回目のサンプリングサイクルであり、Ｋｐは比例成分であり、ｅ（Ｋ）はｋ回目のサンプリングサイクルの不一致値であり、Ｋｉ＝ＫｐＴ／Ｔｉであり、Ｋｄ＝ＫｐＴｄ／Ｔであり、Ｔはサンプリングサイクルであり、Ｔｉは積分時間であり、Ｔｄは微分時間である。
調整用制御パラメータを生成するためのモジュール２０７は、調整用制御パラメータＯＰ１をＰＩＤ制御パラメータに従って取得する。
調整用制御パラメータを生成するためのモジュール２０７、第１のマルチフィードフォワード・モジュール２０５および第２のマルチフィードフォワード・モジュール２０６へ接続される流量コントローラ２０８は、調整用制御パラメータＯＰ１を第１のマルチフィードフォワード成分ＦＦＶおよび第２のマルチフィードフォワード成分ＦＦＴと結合することによって、最終制御出力値を生成する。
流量コントローラ２０８へ接続される石炭ガスの流れを調整するためのバルブ２０９は、最終制御出力値に従って石炭ガスの流れを調整する。
流量コントローラ２０８へ接続される石炭ガス流量検出器２１０は、現行の石炭ガスの流れを検出し、フィードバックする。
流量コントローラ２０８へ接続される空気の流れを調整するためのバルブ２１１は、最終制御出力値に従って空気の流れを調整する。
流量コントローラ２０８へ接続される気流検出器２１２は、現行の空気の流れを検出し、フィードバックする。
本発明による、燃焼加熱炉の炉温を制御するための方法の基本論理は、炉温の不一致値および炉温変化の傾向を炉温変化値および炉温変化率に従って取得することができる。定常状態制御ではファジー制御が適し、非定常状態制御ではマルチフィードフォワード制御が適するという事実を基礎とするファジー制御規則によって、異なるマルチフィードフォワード補正値およびファジー制御規則、並びにＰＩＤパラメータの異なる組み合わせが、異なる状況下で使用される。そのため、大きな不一致において迅速に反応し、高速で調整し、かつ、経過時間を短縮すると共に、小さい不一致において調整動向を遅速し、行過ぎ量を減らし、かつ、炉温を迅速に安定させて、炉温の精度を向上できる。図３は、本発明による、燃焼加熱炉の炉温を制御するための方法の基本制御論理を示す。
本発明による、燃焼加熱炉の炉温を制御するための方法および制御装置の基本概念は、炉温の不一致値および炉温変化の傾向を炉温変化値および炉温変化率に従って取得することができる、というものである。定常状態制御ではファジー制御が適し、非定常状態制御ではフィードフォワード制御が適するという特性を備えるファジー制御アルゴリズムおよびファジー制御規則を設計することにより、異なるマルチフィードフォワード補正値およびファジー制御規則、並びにＰＩＤパラメータの異なる組み合わせが、異なる状況下で使用される。したがって、これは、大きな不一致において迅速に反応し、高速で調整し、かつ、経過時間を短縮すると共に、小さい不一致において調整動向を遅速し、行過ぎ量を減らし、かつ、炉温を迅速に安定させて、炉温の精度を向上できる。

Claims (10)

  1. 燃焼加熱炉の炉温を制御するための方法であって、
    前記炉温を測定して、炉温フィードバック値を取得し、
    前記炉温フィードバック値および炉温設定値に従って、前記炉温フィードバック値と前記炉温設定値との差を不一致値ＤＶ１として計算し、
    単位時間における前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差、即ち、炉温変化勾配の値、を不一致値ＤＶ２として計算し、
    燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖを前記燃焼ヒータマシンセットの速度調整器から取得すると共に、前記燃焼ヒータマシンセットの前記速度Ｖに従って、第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶを取得し、
    前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差、即ち、前記不一致値ＤＶ１に従って、第２のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＴを取得し、
    前記不一致値ＤＶ１および前記不一致値ＤＶ２に従って、ファジー制御規則を基にＰＩＤ制御パラメータを検索すると共に、前記ＰＩＤ制御パラメータに従って調整用制御パラメータＯＰ１を生成し、
    最終制御出力値として、前記調整用制御パラメータＯＰ１を前記第１のマルチフィードフォワード成分ＦＦＶおよび前記第２のマルチフィードフォワード成分ＦＦＴと結合することにより、石炭ガスの流れを調整するためのバルブおよび空気の流れを調整するためのバルブを制御する
    ことを特徴とする、方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、
    前記ファジー制御規則が、
    Ｅ＝｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝＝｛マイナス（大）、マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）、プラス（大）｝＝｛−１８，−１２，−６，０，６，１２，１８｝のように設定される、前記不一致値ＤＶ１のファジー制御部分集合Ｅと、
    ＥＣ＝｛ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ｝＝｛マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）｝＝｛−１．５，−１，０，１，１．５｝のように設定される、前記不一致値ＤＶ２のファジー制御部分集合ＥＣと、
    を含む、方法。
  3. 請求項２に記載の方法において、
    前記ファジー制御規則は、さらに、
    前記不一致値ＤＶ１のファジー制御部分集合Ｅおよび前記不一致値ＤＶ２のファジー制御部分集合ＥＣに従って、下記テーブル３を基にファジー規則の結果を取得し、
    前記ファジー規則の結果に従って、下記テーブル４を基にＰＩＤパラメータ基本値を取得し、前記ＰＩＤパラメータ基本値が、下記テーブル５のように設定され、
    前記ＰＩＤパラメータ基本値に従って、下記数式により、ＰＩＤ制御パラメータを計算し、下記数式において、ｋはｋ回目のサンプリングサイクルであり、Ｋｐは比例成分であり、ｅ（Ｋ）はｋ回目のサンプリングサイクルの不一致値であり、Ｋｉ＝ＫｐＴ／Ｔｉであり、Ｋｄ＝ＫｐＴｄ／Ｔであり、Ｔはサンプリングサイクルであり、Ｔｉは積分時間であり、Ｔｄは微分時間である
    ことを特徴とする、方法。

    Figure 0005536286
    Figure 0005536286
    Figure 0005536286
    Figure 0005536286
  4. 請求項１に記載の方法において、
    前記燃焼ヒータマシンセットの前記速度Ｖに従って、前記第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶを取得することには、
    前記燃焼ヒータマシンセットの前記速度Ｖに従って、下記テーブル１を基に前記第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶを取得することが含まれ、
    前記第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶの値が、ＦＦＶ１＝２、ＦＦＶ２＝３．５、ＦＦＶ３＝５、ＦＦＶ４＝６．５、ＦＦＶ５＝８、ＦＦＶ６＝１０、ＦＦＶ７＝１２、のように設定されることを特徴とする、方法。

    Figure 0005536286
  5. 請求項１に記載の方法において、
    前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差、即ち、前記不一致値ＤＶ１に従って前記第２のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＴを取得することには、
    前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差、即ち、前記不一致値ＤＶ１に従って、下記テーブル２を基に取得することが含まれ、
    前記ＦＦＴの値は、ＦＦＴ１＝６、ＦＦＴ２＝３、ＦＦＴ３＝１．５、ＦＦＴ４＝０．２、ＦＦＴ５＝−１．６、ＦＦＴ６＝−３．５、ＦＦＴ７＝−６、のように設定されることを特徴とする、方法。

    Figure 0005536286
  6. 燃焼加熱炉の炉温を制御するための装置であって、
    バーナに隣接して配置され、かつ、前記炉温を監視するために使用される熱電対であって、炉温フィードバック値を出力するためのアナログ−デジタル変換モジュールを有する熱電対と、
    前記熱電対の前記アナログ−デジタル変換モジュールへ接続され、かつ、炉温の差を計算するためのモジュールであって、炉温設定値を保存すると共に、前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差を計算し、前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差を不一致値ＤＶ１として設定する、炉温の差を計算するためのモジュールと、
    前記炉温の差を計算するためのモジュールへ接続され、かつ、炉温変化勾配を計算するためのモジュールであって、単位時間における前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差、即ち、前記炉温変化勾配の値、を不一致値ＤＶ２として計算し、設定する、炉温変化勾配を計算するためのモジュールと、
    前記燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖを取得するために使用される、燃焼ヒータマシンセットの速度調整器と、
    前記速度調整器へ接続され、前記燃焼ヒータマシンセットの前記速度に従って第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶを取得する、第１のマルチフィードフォワード・モジュールと、
    前記炉温の差を計算するためのモジュールへ接続され、前記炉温設定値と前記炉温フィードバック値との差、即ち、前記不一致値ＤＶ１に従って、第２のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＴを取得する、第２のマルチフィードフォワード・モジュールと、
    前記炉温の差を計算するためのモジュールおよび前記炉温変化勾配を計算するためのモジュールへ接続されると共に、前記不一致値ＤＶ１および前記不一致値ＤＶ２に従ってファジー制御規則を基にＰＩＤ制御パラメータを検索し、前記ＰＩＤ制御パラメータに従って調整用制御パラメータＯＰ１を生成する、調整用制御パラメータを生成するためのモジュールと、
    前記調整用制御パラメータを生成するためのモジュール、前記第１のマルチフィードフォワード・モジュールおよび前記第２のマルチフィードフォワード・モジュールへ接続され、前記調整用制御パラメータＯＰ１と前記第１のマルチフィードフォワード成分ＦＦＶおよび前記第２のマルチフィードフォワード成分ＦＦＴを結合することによって、最終制御出力値を生成する、流量コントローラと、
    前記流量コントローラへ接続され、前記最終制御出力値に従って石炭ガスの流れを調整する、石炭ガスの流れを調整するためのバルブと、
    前記流量コントローラへ接続され、現行の石炭ガスの流れを検出し、フィードバックする、石炭ガス流量検出器と、
    前記流量コントローラへ接続され、前記最終制御出力値に従って空気の流れを調整する、空気の流れを調整するためのバルブと、
    前記流量コントローラへ接続され、現行の空気の流れを検出し、フィードバックする、気流検出器と、
    を備えることを特徴とする、装置。
  7. 請求項６に記載の装置において、
    前記ファジー制御規則が、
    Ｅ＝｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝＝｛マイナス（大）、マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）、プラス（大）｝＝｛−１８，−１２，−６，０，６，１２，１８｝のように設定される、前記不一致値ＤＶ１のファジー制御部分集合Ｅと、
    ＥＣ＝｛ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ｝＝｛マイナス（中）、マイナス（小）、ゼロ、プラス（小）、プラス（中）｝＝｛−１．５，−１，０，１，１．５｝のように設定される、前記不一致値ＤＶ２のファジー制御部分集合ＥＣと、
    を含むことを特徴とする、装置。
  8. 請求項７に記載の装置において、
    前記ファジー制御規則は、さらに、
    前記不一致値ＤＶ１のファジー制御部分集合Ｅおよび前記不一致値ＤＶ２のファジー制御部分集合ＥＣに従って、下記テーブル３を基にファジー規則の結果を取得し、
    前記ファジー規則の結果に従って、下記テーブル４を基にＰＩＤパラメータ基本値を取得し、前記ＰＩＤパラメータ基本値が、下記テーブル５のように設定され、
    前記ＰＩＤパラメータ基本値に従って、下記数式により、ＰＩＤ制御パラメータを計算し、下記数式において、ｋはｋ回目のサンプリングサイクルであり、Ｋｐは比例成分であり、ｅ（Ｋ）はｋ回目のサンプリングサイクルの不一致値であり、Ｋｉ＝ＫｐＴ／Ｔｉであり、Ｋｄ＝ＫｐＴｄ／Ｔであり、Ｔはサンプリングサイクルであり、Ｔｉは積分時間であり、Ｔｄは微分時間である
    ことを特徴とする、装置。

    Figure 0005536286
    Figure 0005536286
    Figure 0005536286
    Figure 0005536286
  9. 請求項６に記載の装置において、
    前記第１のマルチフィードフォワード・モジュールは、前記燃焼ヒータマシンセットの速度Ｖに従って、下記テーブル１を基に前記第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶを取得し、
    前記第１のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＶの値が、ＦＦＶ１＝２、ＦＦＶ２＝３．５、ＦＦＶ３＝５、ＦＦＶ４＝６．５、ＦＦＶ５＝８、ＦＦＶ６＝１０、ＦＦＶ７＝１２、のように設定されることを特徴とする、装置。

    Figure 0005536286
  10. 請求項６に記載の装置において、
    前記第２のマルチフィードフォワード・モジュールは、前記炉温設定値と前記炉温フィードフォワード値との差ＤＶ１に従って、下記テーブル２を基に前記第２のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＴを取得し、
    前記第２のマルチフィードフォワード出力成分ＦＦＴの値が、ＦＦＴ１＝６、ＦＦＴ２＝３、ＦＦＴ３＝１．５、ＦＦＴ４＝０．２、ＦＦＴ５＝−１．６、ＦＦＴ６＝−３．５、ＦＦＴ７＝−６、のように設定されることを特徴とする、装置。

    Figure 0005536286
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