JP6058970B2 - 制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
多くのケースで、高度制御は複数の状態観測値を取り込む多入力のアルゴリズムが採用されるのであるが、それゆえに演算量も大きくなる。そして、演算量が大きい(演算が集中的になる)高度制御は、演算機能がダウンするリスクも無視できないということになるので、高度制御のアルゴリズムを単独で実装するのは、リスクの高い計装ということになる。
したがって、高度制御とPID制御とを組み合わせたハイブリッド制御を実装することが好ましいが、高度制御とPID制御とを組み合わせる手法は実際には確立されておらず、高度制御の異常をPID制御で補うバックアップの技術や高度制御の誤差をPID制御で吸収する誤差吸収の技術は実現できていなかった。
また、本発明の制御装置の1構成例は、さらに、前記指標βが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例は、さらに、前記設定値SPの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御周期計数手段、前記処理周期計数手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例は、さらに、前記指標γが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例は、さらに、前記設定値SPの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御周期計数手段、前記非処理周期計数手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例は、さらに、前記指標βが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例は、さらに、前記設定値SPの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御時間計測手段、前記処理時間計測手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例は、さらに、前記指標γが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例は、さらに、前記設定値SPの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御時間計測手段、前記非処理時間計測手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とするものである。
発明者は、高度制御とPID制御とを組み合わせたハイブリッド制御を実現し、高度制御の異常をPID制御で補うバックアップの機能や高度制御の誤差をPID制御で吸収する誤差吸収の機能を実現することができる技術を提案した(特願2012−194955)。以下、この技術を先願技術と呼ぶ。
OL=MV1−α ・・・(1)
OH=MV1+α ・・・(2)
したがって、操作量上限値OHと操作量下限値OLとの差は2αになる。
そこで、発明者は、以下のような原理によれば、下位側のPID制御ループに与えられる操作量幅の妥当性に関する指標が得られることに想到した。
例えば、高度制御の操作量MV1と操作量幅αに基づき、MV1±αで決定した操作量下限値OLと操作量上限値OHにより、PID制御で算出された操作量MV2がリミット処理される範囲にある状況(MV2<OLあるいはMV2>OH)が多くなる場合には、設定されている操作量幅αが小さ過ぎる可能性がある。一方で、MV1±αで決定した操作量下限値OLと操作量上限値OHにより、PID制御で算出された操作量MV2がリミット処理されない範囲にある状況(OL<MV2<OH)が多くなる場合には、操作量幅αが大き過ぎる可能性がある。
また、発明者は、上記の指標β(比率M/Nあるいは比率S/T)に対し、適正と思われる範囲を規定し、この適正な範囲から外れる場合に、自動的に操作量幅αを修正することで、操作量幅αの妥当性を判断できると同時に、操作量幅αを妥当な状態に維持できることに想到した。
なお、リミット処理されていない制御周期の回数や制御時間の比率である指標γを用いる場合、操作量幅αに対する自動修正の操作は、指標βを用いる場合の操作量幅αに対する自動修正の操作と逆になる。
設定値SPの変更に伴う過渡状態では、高度制御とPID制御とで異なる制御動作になることが前提にあって、高度制御を適用するケースが多い。また、誤差吸収は、高度制御側の不備により発生する誤差を修正するのが目的であるが、この誤差とは、設定値SPと制御量PVが一致するべきであるときに発生する不備を意味するのであるから、定常状態(整定状態)が誤差吸収の対象になる。したがって、設定値SPの変更に伴う過渡状態は、指標β(あるいは指標γ)算出の対象から外すのが好ましい。具体的な方法としては、例えば設定値SP変更後の特定の時間帯においては、指標算出を停止するような方法がある。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態は、上記発明の原理1、発明の原理2、発明の原理3に対応するものである。本実施の形態においても、制御系全体の構成は先願技術と同様であるので、図1の符号を用いて説明する。本実施の形態の制御系は、高度制御演算部1と、温調計2と、SSR(Solidstate Relay)やSCR(Silicon Controlled Rectifier)などの電力調整器3とから構成される。なお、図1では、操作量MVの出力先である制御対象として電力調整器3を例に挙げているが、これに限るものではなく、バルブ等を制御対象としてもよい。
高度制御演算部1は、例えば高度制御演算により操作量MV1を算出する上位側制御演算部10と、上位側制御演算部10で算出された操作量MV1に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値OL、操作量上限値OHに変換する操作量変換部11と、操作量変換部11で得られた操作量下限値OL、操作量上限値OHを、温調計2の後述するリミット処理部で用いる値として設定する上下限値設定部12と、指標βの適正な範囲をβ≧ALとし、βがALよりも小さい場合は、操作量幅αを小さくするように修正する下限側評価修正部13と、指標βの適正な範囲をβ≦BHとし、βがBHよりも大きい場合は、操作量幅αを大きくするように修正する上限側評価修正部14とを有する。
MV1=ASP+BX1+CX2+DX3 ・・・(3)
式(3)において、SPは制御装置のオペレータによって設定される、制御対象の炉内温度に対する設定値、X1は操作量MV1を決定するために考慮すべき第1の状態量(例えば炉内圧力計測値)、X2は操作量MV1を決定するために考慮すべき第2の状態量(例えば炉内湿度計測値)、X3は操作量MV1を決定するために考慮すべき第3の状態量(例えば炉外周辺温度計測値)、A,B,C,Dは予め規定される1次多項式係数である。
OL=MV1−αL ・・・(4)
OH=MV1+αH ・・・(5)
式(4)、式(5)においてαLは予め規定された下限値用の操作量幅、αHは予め規定された上限値用の操作量幅である。操作量幅αLとαHは同じ値でもよいし、異なる値でもよい。
MV2=(100/Pb){1+(1/Tis)+Tds}(SP−PV)
・・・(6)
式(6)において、SPは制御対象の炉内温度に対する設定値であり、上位側制御演算部10が用いる値と同じである。PVは図示しない温度センサによって計測される制御対象の炉内温度計測値(制御量)、Pbは予め規定された比例帯、Tiは予め規定された積分時間、Tdは予め規定された微分時間、sはラプラス演算子である。
IF MV2<OL THEN MV2=OL ・・・(7)
IF MV2>OH THEN MV2=OH ・・・(8)
つまり、リミット処理部21は、操作量MV2が操作量下限値OLより小さい場合、操作量MV2=OLとし、操作量MV2が操作量上限値OHより大きい場合、操作量MV2=OHとする。
次に、指標算出停止部26は、例えば設定値SPが直前の値に対して所定の変更幅以上変更された場合に設定値SPが変更されたと判定し、現在の制御周期が設定値SPの変更を検出した後の特定の時間帯Qにあたる制御周期であれば(図4ステップS7においてYES)、制御周期計数部23、処理周期計数部24および指標算出部25の動作を停止させる(図4ステップS8)。ここで、特定の時間帯Qとは、例えば設定値SPが変更されてから所定の時間内の期間である。
IF β<AL THEN αL←0.95αL,αH←0.95αH ・・(9)
ここでは、操作量幅αL,αHをそれぞれ現在の値の0.95倍にする。
IF β>BH THEN αL←1.05αL,αH←1.05αH
・・・(10)
ここでは、操作量幅αL,αHをそれぞれ現在の値の1.05倍にする。
IF γ<AL THEN αL←1.05αL,αH←1.05αH
・・・(11)
上限側評価修正部14は、指標γが予め規定された適正範囲の上限値BHよりも大きい場合に、操作量幅αL,αHを小さくするように修正する。
IF γ>BH THEN αL←0.95αL,αH←0.95αH
・・・(12)
IF βL<AL THEN αL←0.95αL ・・・(13)
また、下限側評価修正部13は、指標βHが予め規定された適正範囲の下限値ALよりも小さい場合に、操作量幅αHを小さくするように修正する。
IF βH<AL THEN αH←0.95αH ・・・(14)
IF βL>BH THEN αL←1.05αL ・・・(15)
また、上限側評価修正部14は、指標βHが予め規定された適正範囲の上限値BHよりも大きい場合に、操作量幅αHを大きくするように修正する。
IF βH>BH THEN αH←1.05αH ・・・(16)
IF γL<AL THEN αL←1.05αL ・・・(17)
また、下限側評価修正部13は、指標γHが予め規定された適正範囲の下限値ALよりも小さい場合に、操作量幅αHを大きくするように修正する。
IF γH<AL THEN αH←1.05αH ・・・(18)
IF γL>BH THEN αL←0.95αL ・・・(19)
また、上限側評価修正部14は、指標γHが予め規定された適正範囲の上限値BHよりも大きい場合に、操作量幅αHを小さくするように修正する。
IF γH>BH THEN αH←0.95αH ・・・(20)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記発明の原理1、発明の原理2、発明の原理3に対応する別の例である。本実施の形態においても、制御系全体の構成は先願技術と同様であるので、図1の符号を用いて説明する。
図8のステップS1〜S6の処理は第1の実施の形態で説明したとおりである。
指標算出部25aは、制御時間計測部27が計測している制御時間の計測値が予め規定された値Tに到達すると(図8ステップS24においてYES)、非処理時間計測部28が計測している非処理時間の計測値S’と規定値Tとの比率S’/Tを指標γとして算出する(図8ステップS25)。
IF γ<AL’ THEN αL←1.05αL,αH←1.05αH
・・・(21)
IF γ>BH’ THEN αL←0.95αL,αH←0.95αH
・・・(22)
IF β<AL’ THEN αL←0.95αL,αH←0.95αH
・・・(23)
IF β>BH’ THEN αL←1.05αL,αH←1.05αH
・・・(24)
Claims (20)
- 高度制御演算により設定値SPから操作量MV1を算出する上位側制御演算手段と、
この上位側制御演算手段で算出された操作量MV1に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値OL、操作量上限値OHのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値OL、操作量上限値OHを前記操作量変換手段で算出された値に変更する上下限値設定手段と、
フィードバック制御演算により設定値SPから操作量MV2を算出する下位側制御演算手段と、
この下位側制御演算手段で算出された操作量MV2を操作量下限値OL以上で操作量上限値OH以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理手段と、
このリミット処理された操作量MV2を制御対象に出力する操作量出力手段と、
予め規定された制御周期の回数Nを数える制御周期計数手段と、
前記下位側制御演算手段で算出された操作量MV2が前記リミット処理手段によって制限された制御周期の回数Mを数える処理周期計数手段と、
この処理周期計数手段の計数結果に基づき、指標βを算出する指標算出手段とを備え、
前記指標算出手段で算出される指標βは比率M/Nであることを特徴とする制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
さらに、前記指標βが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
さらに、前記指標βが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の制御装置において、
さらに、前記設定値SPの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御周期計数手段、前記処理周期計数手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 高度制御演算により設定値SPから操作量MV1を算出する上位側制御演算手段と、
この上位側制御演算手段で算出された操作量MV1に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値OL、操作量上限値OHのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値OL、操作量上限値OHを前記操作量変換手段で算出された値に変更する上下限値設定手段と、
フィードバック制御演算により設定値SPから操作量MV2を算出する下位側制御演算手段と、
この下位側制御演算手段で算出された操作量MV2を操作量下限値OL以上で操作量上限値OH以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理手段と、
このリミット処理された操作量MV2を制御対象に出力する操作量出力手段と、
予め規定された制御周期の回数Nを数える制御周期計数手段と、
前記下位側制御演算手段で算出された操作量MV2が前記リミット処理手段によって制限されない制御周期の回数M’を数える非処理周期計数手段と、
この非処理周期計数手段の計数結果に基づき、指標γを算出する指標算出手段とを備え、
前記指標算出手段で算出される指標γは比率M’/Nであることを特徴とする制御装置。 - 請求項5記載の制御装置において、
さらに、前記指標γが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項5記載の制御装置において、
さらに、前記指標γが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項5乃至7のいずれか1項に記載の制御装置において、
さらに、前記設定値SPの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御周期計数手段、前記非処理周期計数手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 高度制御演算により設定値SPから操作量MV1を算出する上位側制御演算手段と、
この上位側制御演算手段で算出された操作量MV1に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値OL、操作量上限値OHのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値OL、操作量上限値OHを前記操作量変換手段で算出された値に変更する上下限値設定手段と、
フィードバック制御演算により設定値SPから操作量MV2を算出する下位側制御演算手段と、
この下位側制御演算手段で算出された操作量MV2を操作量下限値OL以上で操作量上限値OH以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理手段と、
このリミット処理された操作量MV2を制御対象に出力する操作量出力手段と、
予め規定された制御時間Tを計測する制御時間計測手段と、
前記下位側制御演算手段で算出された操作量MV2が前記リミット処理手段によって制限された制御時間Sを計測する処理時間計測手段と、
この処理時間計測手段の計測結果に基づき、指標βを算出する指標算出手段とを備え、
前記指標算出手段で算出される指標βは比率S/Tであることを特徴とする制御装置。 - 請求項9記載の制御装置において、
さらに、前記指標βが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項9記載の制御装置において、
さらに、前記指標βが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項9乃至11のいずれか1項に記載の制御装置において、
さらに、前記設定値SPの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御時間計測手段、前記処理時間計測手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 高度制御演算により設定値SPから操作量MV1を算出する上位側制御演算手段と、
この上位側制御演算手段で算出された操作量MV1に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値OL、操作量上限値OHのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値OL、操作量上限値OHを前記操作量変換手段で算出された値に変更する上下限値設定手段と、
フィードバック制御演算により設定値SPから操作量MV2を算出する下位側制御演算手段と、
この下位側制御演算手段で算出された操作量MV2を操作量下限値OL以上で操作量上限値OH以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理手段と、
このリミット処理された操作量MV2を制御対象に出力する操作量出力手段と、
予め規定された制御時間Tを計測する制御時間計測手段と、
前記下位側制御演算手段で算出された操作量MV2が前記リミット処理手段によって制限されない制御時間S’を計測する非処理時間計測手段と、
この非処理時間計測手段の計測結果に基づき、指標γを算出する指標算出手段とを備え、
前記指標算出手段で算出される指標γは比率S’/Tであることを特徴とする制御装置。 - 請求項13記載の制御装置において、
さらに、前記指標γが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項13記載の制御装置において、
さらに、前記指標γが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項13乃至15のいずれか1項に記載の制御装置において、
さらに、前記設定値SPの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御時間計測手段、前記非処理時間計測手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とする制御装置。 - 高度制御演算により設定値SPから操作量MV1を算出する上位側制御演算ステップと、
この上位側制御演算ステップで算出した操作量MV1に、予め規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値OL、操作量上限値OHのうち少なくとも一方を算出する操作量変換ステップと、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値OL、操作量上限値OHを前記操作量変換ステップで算出した値に変更する上下限値設定ステップと、
フィードバック制御演算により設定値SPから操作量MV2を算出する下位側制御演算ステップと、
この下位側制御演算ステップで算出した操作量MV2を操作量下限値OL以上で操作量上限値OH以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理ステップと、
このリミット処理した操作量MV2を制御対象に出力する操作量出力ステップと、
予め規定された制御周期の回数Nを数える制御周期計数ステップと、
前記下位側制御演算ステップで算出した操作量MV2が前記リミット処理ステップによって制限された制御周期の回数Mを数える処理周期計数ステップと、
この処理周期計数ステップの計数結果に基づき、指標βを算出する指標算出ステップとを含み、
前記指標算出ステップで算出する指標βは比率M/Nであることを特徴とする制御方法。 - 高度制御演算により設定値SPから操作量MV1を算出する上位側制御演算ステップと、
この上位側制御演算ステップで算出した操作量MV1に、予め規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値OL、操作量上限値OHのうち少なくとも一方を算出する操作量変換ステップと、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値OL、操作量上限値OHを前記操作量変換ステップで算出した値に変更する上下限値設定ステップと、
フィードバック制御演算により設定値SPから操作量MV2を算出する下位側制御演算ステップと、
この下位側制御演算ステップで算出した操作量MV2を操作量下限値OL以上で操作量上限値OH以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理ステップと、
このリミット処理した操作量MV2を制御対象に出力する操作量出力ステップと、
予め規定された制御周期の回数Nを数える制御周期計数ステップと、
前記下位側制御演算ステップで算出した操作量MV2が前記リミット処理ステップによって制限されない制御周期の回数M’を数える非処理周期計数ステップと、
この非処理周期計数ステップの計数結果に基づき、指標γを算出する指標算出ステップとを含み、
前記指標算出ステップで算出する指標γは比率M’/Nであることを特徴とする制御方法。 - 高度制御演算により設定値SPから操作量MV1を算出する上位側制御演算ステップと、
この上位側制御演算ステップで算出した操作量MV1に、予め規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値OL、操作量上限値OHのうち少なくとも一方を算出する操作量変換ステップと、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値OL、操作量上限値OHを前記操作量変換ステップで算出した値に変更する上下限値設定ステップと、
フィードバック制御演算により設定値SPから操作量MV2を算出する下位側制御演算ステップと、
この下位側制御演算ステップで算出した操作量MV2を操作量下限値OL以上で操作量上限値OH以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理ステップと、
このリミット処理した操作量MV2を制御対象に出力する操作量出力ステップと、
予め規定された制御時間Tを計測する制御時間計測ステップと、
前記下位側制御演算ステップで算出した操作量MV2が前記リミット処理ステップによって制限された制御時間Sを計測する処理時間計測ステップと、
この処理時間計測ステップの計測結果に基づき、指標βを算出する指標算出ステップとを含み、
前記指標算出ステップで算出する指標βは比率S/Tであることを特徴とする制御方法。 - 高度制御演算により設定値SPから操作量MV1を算出する上位側制御演算ステップと、
この上位側制御演算ステップで算出した操作量MV1に、予め規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値OL、操作量上限値OHのうち少なくとも一方を算出する操作量変換ステップと、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値OL、操作量上限値OHを前記操作量変換ステップで算出した値に変更する上下限値設定ステップと、
フィードバック制御演算により設定値SPから操作量MV2を算出する下位側制御演算ステップと、
この下位側制御演算ステップで算出した操作量MV2を操作量下限値OL以上で操作量上限値OH以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理ステップと、
このリミット処理した操作量MV2を制御対象に出力する操作量出力ステップと、
予め規定された制御時間Tを計測する制御時間計測ステップと、
前記下位側制御演算ステップで算出した操作量MV2が前記リミット処理ステップによって制限されない制御時間S’を計測する非処理時間計測ステップと、
この非処理時間計測ステップの計測結果に基づき、指標γを算出する指標算出ステップとを含み、
前記指標算出ステップで算出する指標γは比率S’/Tであることを特徴とする制御方法。
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