JP5580966B2 - Pid制御装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、制御系に強制的にオンオフ信号(外乱)を引加し、制御対象の応答波形を観察することによりPID定数を自動調整する制御装置が開示されている。
1.装置と、
前記装置から特性値、及びPID制御を行う制御特性値を測定する測定手段と、
測定した前記特性値及び制御特性値を記憶する記憶手段と、
測定した前記特性値及び制御特性値を用いて、所定時間先の制御特性値を予測する予測モデルを作成するモデル作成手段と、
前記予測モデルを用いて所定時間先の制御特性値を予測すると共に、少なくとも予測された制御特性値を用いて、2以上の評価関数Imを計算する計算手段と、
下記式(1)で表されるE RNN を最小化するように、PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定する決定手段と、
を備えたことを特徴とするPID制御装置。
前記計算手段は、各予測モデルを用いて対応する制御特性値を予測すると共に、少なくとも予測された前記制御特性値を用いて前記評価関数を計算し、
前記決定手段は、各制御特性値の前記比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定し、
前記制御手段は、前記決定手段により決定された比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdに基づいて、各制御特性値のPID制御を行うことを特徴とする上記1又は2に記載のPID制御装置。
前記測定手段は、新規特性値として新たに特性値及び制御特性値の少なくとも一方を測定し、
前記記憶手段は、前記新規特性値を記憶し、
前記計算手段は、前記新規特性値を用いて前記予測モデルにより新たに所定時間先の制御特性値を予測すると共に、少なくとも前記予測モデルにより予測された制御特性値を用いて新たに前記評価関数を計算し、
前記決定手段は、新たに計算した前記E RNN を最小化するように、新たに更新PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定し、
前記制御手段は、PID定数を前記更新PID定数の値に更新し、前記更新PID定数に基づいて、前記装置の制御特性値のPID制御を行う、
ことを特徴とする上記1〜5の何れか1項に記載のPID制御装置。
この装置としては、具体的に、プラントの全体や一部、特定の材料・物質の製造装置や処理装置、単一の装置や複数の装置が集合して構成されるプラント等を挙げることができるが、特にこれらの装置に限定されるわけではない。また、この装置としては例えば、石油精製プラントを挙げることができる。
次に、線形処理を行い、上記のようにして定義されたsk (2)をそのまま予測する予定の制御特性値とする。
まず、計算手段により計算された評価関数Iiを用いて、以下のようにsj (1)を定義する。
(A)測定手段は、新規特性値として新たに特性値及び制御特性値の少なくとも一方を測定する。
(B)記憶手段は、新規特性値を記憶する。
(C)計算手段は、新規特性値を用いて予測モデルにより新たに所定時間先の制御特性値を予測すると共に、予測モデルにより予測された制御特性値から新たに評価関数を計算し直す。
(D)決定手段は、新たに計算し直したE RNN を最小化するように、新たに更新PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定する。
(E)制御手段は、PID定数を更新PID定数の値に更新し、更新PID定数の値に基づいて、装置の制御特性値のPID制御を行う。
この装置においては、まず、図3のフローチャートに示されるように、上記式(1)、(11)〜(22)及び(26)〜(35)式の処理を行うことにより、予測モデルを作成すると共にPID定数を決定する(この処理過程は図6に示していない)。次に、予め入力した所定の更新時間が経過すると(S1)、測定手段は新規特性値として、新たに特性値及び制御特性値の少なくとも一方を測定する(S2)。そして、この新規特性値は、記憶手段に記憶される(S3)。
なお、このような更新は予め更新条件として入力した更新回数となるまで、PID定数の更新を繰り返す(S9)。
また、上記の更新時間が経過するたびに、各手段が以下の(A)〜(E)の流れの処理を行い、更新PID定数を決定する処理は、複数の制御特性値のPID定数に対して行っても良い。
PID制御を行うための装置として脱硫装置を、本発明のPID制御装置の中に組み込み、PID制御を行った。図8にこの脱硫装置の概略を示す。図8の脱硫装置内を原料及び生成物は下記のように流れる。
制御手段によるPID制御の伝達関数としては、上記式(9)の伝達関数を用いた。まず、最初に制御手段のPID定数の初期値として、比例ゲインKpを0.4、積分時間Tiを6分、微分時間Tdを0.5分、微分ゲインaを0.1とし、比例ゲインKp、積分時間Ti、微分時間Tdの最適化を行った。
(1)測定手段により、新規特性値として新たにバルブ12の開度と流量計13での流量を測定した。
(2)記憶手段により、上記新規特性値を記憶させた。
(3)計算手段では、上記のようにして決定した予測モデルに、上記新規特性値を代入することにより新たに0.5秒先の流量計13での流量を予測すると共に、予測モデルにより予測された流量から新たに評価関数を計算し直した。
(4)決定手段は、新たに計算し直したE RNN を最小化するように新たに更新PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定した。
(5)制御手段は、PID定数を更新PID定数の値に更新し、更新PID定数の値に基づいて、バルブ12の開度を制御することによって、流量計13での流量のPID制御を行った。
そして、上記(1)〜(5)の処理を合計で30回、行った。
バルブ19の開度を特性値、温度計14における温度を制御特性値とした以外は、上記(a)流量の制御と同様にして、温度計14における温度のPID制御を行った。この結果、流量と同様、更新回数が15回程度で各評価関数及び各PID定数も一定値に収束した。これらの結果から、本発明のPID制御装置は高精度で、PID定数のオートチューニングを行えることが分かる。
2 測定手段
3 記憶手段
4 モデル作成手段
5 計算手段
6 決定手段
7 制御手段
11 入口部
12 バルブ
13 流量計
14 温度計
15 加熱炉
16 反応塔
17 分離槽
18 ストリッパー
19 バルブ
Claims (7)
- 装置と、
前記装置から特性値、及びPID制御を行う制御特性値を測定する測定手段と、
測定した前記特性値及び制御特性値を記憶する記憶手段と、
測定した前記特性値及び制御特性値を用いて、所定時間先の制御特性値を予測する予測モデルを作成するモデル作成手段と、
前記予測モデルを用いて所定時間先の制御特性値を予測すると共に、少なくとも予測された制御特性値を用いて、2以上の評価関数Imを計算する計算手段と、
最急降下法に基づくバックプロパゲーション法により下記式(1)で表されるERNNを最小化するように、PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定する決定手段と、
を備え、
前記計算手段は、前記評価関数として、下記式(2)〜(5)で表される4つの関数を計算することを特徴とするPID制御装置。
- 前記装置が、石油精製プラントであることを特徴とする請求項1に記載のPID制御装置。
- 前記モデル作成手段は、互いに異なる種類の制御特性値を予測する2つ以上の前記予測モデルを作成し、
前記計算手段は、各予測モデルを用いて対応する制御特性値を予測すると共に、少なくとも予測された前記制御特性値を用いて前記評価関数を計算し、
前記決定手段は、各制御特性値の前記比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定し、
前記制御手段は、前記決定手段により決定された比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdに基づいて、各制御特性値のPID制御を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のPID制御装置。 - 前記制御特性値は、温度、流量及び圧力からなる群から選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のPID制御装置。
- 前記PID制御装置において、所定時間が経過するたびに、
前記測定手段は、新規特性値として新たに特性値及び制御特性値の少なくとも一方を測定し、
前記記憶手段は、前記新規特性値を記憶し、
前記計算手段は、前記新規特性値を用いて前記予測モデルにより新たに所定時間先の制御特性値を予測すると共に、少なくとも前記予測モデルにより予測された制御特性値を用いて新たに前記評価関数を計算し、
前記決定手段は、新たに計算した前記ERNNを最小化するように、新たに更新PID定数である比例ゲインKp、積分時間Ti、及び微分時間Tdを決定し、
前記制御手段は、PID定数を前記更新PID定数の値に更新し、前記更新PID定数に基づいて、前記装置の制御特性値のPID制御を行う、
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のPID制御装置。
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Family Applications (1)
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