JP6140427B2 - Model predictive control apparatus and method - Google Patents

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Description

本発明は、モデルを用いて制御対象を制御するモデル予測制御装置および方法に関する。   The present invention relates to a model predictive control apparatus and method for controlling a controlled object using a model.

モデル予測制御は、モデルを用いて制御変数の将来の応答を予測し、予測した応答が参照軌道や目標値に漸近するような操作変数を算出する制御方法である。モデル予測制御は、制御変数および操作変数に対する制約(上下限値)を直接扱えることが大きな特徴であり、プロセス産業など、変数の制約を考慮した制御が必要な制御対象で利用されている(非特許文献1,2参照)。   Model predictive control is a control method that predicts the future response of a control variable using a model, and calculates an operation variable that makes the predicted response asymptotic to a reference trajectory or a target value. Model predictive control is characterized by the ability to directly handle constraints (upper and lower limits) on control variables and manipulated variables, and is used in control industries that require control that takes variable constraints into account, such as the process industry. (See Patent Documents 1 and 2).

以下、1入力1出力のプロセスを制御対象とした場合を例にして、図7を用いてモデル予測制御について説明する。図7は、モデル予測制御を行うシステムの構成例を示す構成図である。このシステムは、制御対象プロセス701,データ収集部702,応答予測生成部703,目標値軌道生成部704,制約条件設定部705,操作変数演算部706を備える。以下では、制御対象プロセス701が出力する制御変数の時系列をy(k)で表し、制御対象プロセス701に対して出力される(制御対象プロセス701が入力する)操作変数の時系列をu(k)で表す。   Hereinafter, model predictive control will be described with reference to FIG. 7 taking a case where a process of 1 input and 1 output is a control target. FIG. 7 is a configuration diagram illustrating a configuration example of a system that performs model prediction control. This system includes a control target process 701, a data collection unit 702, a response prediction generation unit 703, a target value trajectory generation unit 704, a constraint condition setting unit 705, and an operation variable calculation unit 706. In the following, the time series of control variables output by the control target process 701 is represented by y (k), and the time series of operation variables output to the control target process 701 (input by the control target process 701) is u ( k).

データ収集部702は、制御対象プロセス701の制御変数および操作変数などのデータを収集する。また、データ収集部702は、外乱変数などのデータを収集する。   The data collection unit 702 collects data such as control variables and operation variables of the control target process 701. The data collection unit 702 collects data such as disturbance variables.

応答予測生成部703は、データ収集部702が収集したデータおよび過去に収集されたデータに基づいて、制御対象プロセス701の将来の応答を予測する。応答予測生成部703が予測して出力する将来応答は、例えば、「yf(k+1),yf(k+2),・・・,yf(k+Hp)」のような時系列データとなる。なお、区間[k+1,k+Hp]は、将来の応答を予測・評価する対象となる区間であり、予測ホライズンと呼ばれる。k+Hpは、予測ホライズンの終端点となる。予測ホライズンの区間の始点は、「k+1」以外にすることも多いが、ここでは、簡単のため、始点は「k+1」に統一する。   The response prediction generation unit 703 predicts a future response of the control target process 701 based on the data collected by the data collection unit 702 and the data collected in the past. The future response predicted and output by the response prediction generation unit 703 is time-series data such as “yf (k + 1), yf (k + 2),..., Yf (k + Hp)”, for example. The section [k + 1, k + Hp] is a section for which a future response is to be predicted / evaluated, and is called a predicted horizon. k + Hp is the end point of the predicted horizon. The start point of the predicted horizon section is often other than “k + 1”, but here, for simplicity, the start point is unified to “k + 1”.

目標値軌道生成部704は、制御変数の予測ホライズンにおける望ましい値の系列(目標値軌道)を生成する。例えば、目標値軌道生成部704は、目標値軌道として「yr(k+1),yr(k+2),・・・,yr(k+Hp)」を生成する。   The target value trajectory generation unit 704 generates a desired value series (target value trajectory) in the prediction horizon of the control variable. For example, the target value trajectory generation unit 704 generates “yr (k + 1), yr (k + 2),..., Yr (k + Hp)” as the target value trajectory.

モデル予測制御の特徴は、変数の制約を直接考慮できるところにある。この変数の制約が、制約条件設定部705により設定される。ここでは、操作変数の上限をuH(k),操作変数の下限をuL(k),制御変数の上限をyH(k),制御変数の下限をyL(k),操作変数の変化量の上限をΔuH(k),操作変数の変化量の下限をΔuL(k)と表す。また、ここでは、制約が、時刻kに依存する場合も考慮した表現をしているが、時刻によらず、一定の値としてもかまわない。なお、これらの制約(上下限値)は、ユーザが決めた値、もしくは、ユーザの操作に基づいて生成された値が制約条件設定部705に予め設定されている。また、例えば、ユーザが上下限を狭めるような制約を決定した場合、この制約をこのまま制約条件設定部705に設定するのではなく、現在の上下限値から徐々に新しい上下限に近づくように設定するなど、ユーザにより決定された値を、フィルタ等で加工してから設定してもよい。   The feature of model predictive control is that variable constraints can be directly considered. The constraint of this variable is set by the constraint condition setting unit 705. Here, the upper limit of the manipulated variable is uH (k), the lower limit of the manipulated variable is uL (k), the upper limit of the control variable is yH (k), the lower limit of the control variable is yL (k), and the upper limit of the change amount of the manipulated variable Is expressed as ΔuH (k), and the lower limit of the change amount of the manipulated variable is expressed as ΔuL (k). In addition, here, an expression is given in consideration of the case where the constraint depends on the time k. However, a constant value may be used regardless of the time. Note that, as these constraints (upper and lower limit values), values determined by the user or values generated based on user operations are set in the constraint condition setting unit 705 in advance. For example, when the user determines a constraint that narrows the upper and lower limits, the constraint is not set in the constraint condition setting unit 705 as it is, but is set so as to gradually approach the new upper and lower limits from the current upper and lower limit values. For example, the value determined by the user may be set after being processed by a filter or the like.

操作変数演算部706は、以下の目的に沿って、制御対象プロセス701に今後与える操作変数の時系列を算出する。   The operation variable calculator 706 calculates a time series of operation variables to be given to the controlled process 701 in the future in accordance with the following purpose.

・操作変数,操作変数の変化量,制御変数が、与えられた上限および下限の外に逸脱しない。
・制御変数の応答は、与えられた目標値軌道に可能な範囲で近づける。
・操作変数の変化量は、可能な範囲で小さくする。
• The manipulated variable, the amount of change in the manipulated variable, and the control variable do not deviate outside the given upper and lower limits.
• The response of the control variable is as close as possible to the given target value trajectory.
・ The amount of change in the manipulated variable should be as small as possible.

これらの目的に沿って、最適な操作変数の変化量「Δu(k),Δu(k+1),・・・,Δu(k+Hc)」を求める問題を、二次計画法として定式化する。Δu(k)は、u(k)の後退差分であり、「Δu(k)=u(k)−u(k−1)」で定義する。Δu(k)の系列が求まれば、1周期前の制御の操作変数u(k−1)に、求められたΔu(k)を加算することで、u(k)の系列が求まる。   In accordance with these objectives, the problem of obtaining the optimum manipulated variable variation “Δu (k), Δu (k + 1),..., Δu (k + Hc)” is formulated as a quadratic programming method. Δu (k) is a backward difference of u (k) and is defined by “Δu (k) = u (k) −u (k−1)”. If the sequence of Δu (k) is obtained, the sequence of u (k) is obtained by adding the obtained Δu (k) to the control variable u (k−1) of the control one cycle before.

なお、Δu(k)の系列を求める区間[k,k+Hc]を制御ホライズンと呼ぶ。制御ホライズンの終端k+Hcは、予測ホライズンの終端k+Hpより手前にする必要がある。   Note that the interval [k, k + Hc] for obtaining the sequence of Δu (k) is called a control horizon. The end point k + Hc of the control horizon needs to be before the end point k + Hp of the predicted horizon.

このようにして定式化された問題は、以下の式(1)に示されるものとなる。   The problem formulated in this way is as shown in the following formula (1).

Figure 0006140427
Figure 0006140427

ただし、「Δy(k+1),Δy(k+2),・・・,Δy(k+Hp)」は、「Δu(k+1),Δu(k+2),・・・,Δu(k+Hc)」を制御対象プロセス701に入力したときに、制御対象プロセス701の応答が変化する量である。また、q(i)およびr(i)は、評価関数の重み係数である。   However, “Δy (k + 1), Δy (k + 2),..., Δy (k + Hp)” is “Δu (k + 1), Δu (k + 2),. This is the amount by which the response of the control target process 701 changes when input. Further, q (i) and r (i) are weighting factors of the evaluation function.

最終的には、得られた時系列のうち、最初の値(u(k))が、制御対象プロセス701へと出力される。   Finally, the first value (u (k)) in the obtained time series is output to the control target process 701.

この演算により、制御変数を目標値に追従させ、また、外乱によって目標値から外れた制御変数を目標値に戻すといった制御を、自動的に行うことが可能となる。また、ここでは簡単のため、1入力1出力系で説明したが、多入力多出力系に拡張することも可能である。   By this calculation, it is possible to automatically perform control such that the control variable follows the target value and the control variable deviated from the target value due to disturbance is returned to the target value. Further, here, for the sake of simplicity, the description has been made on the 1-input 1-output system, but it can be extended to a multi-input multi-output system.

ここで、外乱が制御対象に与える影響を抑制することは、制御の目的の1つとして重要である。モデル予測制御において外乱を抑制する方法はいくつかあるが、この中の1つに、収集されたデータから外乱による制御変数応答の変化量を予測し、予測した変化の影響を抑制するような操作変数を算出する方法がある(非特許文献1参照)。   Here, it is important as one of the purposes of control to suppress the influence of disturbance on the control target. There are several methods for suppressing disturbances in model predictive control. One of these is an operation that predicts the amount of control variable response change due to disturbances from the collected data and suppresses the effects of the predicted changes. There is a method for calculating a variable (see Non-Patent Document 1).

非特許文献1の方法は、外乱を入力とし、制御変数を出力としたモデルを用意すれば、通常のモデル予測制御のアルゴリズムへ容易に組み込むことができる。この方法では、図8に示すように、外乱の影響を考慮した応答予測(a)と目標値(b)との差を解消し、目標値に一致するような操作変数を算出し、算出した操作変数で制御を行う。なお、図8の(c)は、外乱がない場合の応答予測である。   The method of Non-Patent Document 1 can be easily incorporated into a normal model predictive control algorithm if a model with disturbance as an input and a control variable as an output is prepared. In this method, as shown in FIG. 8, the difference between the response prediction (a) and the target value (b) in consideration of the influence of disturbance is eliminated, and an operation variable that matches the target value is calculated and calculated. Control with manipulated variables. In addition, (c) of FIG. 8 is the response prediction when there is no disturbance.

非特許文献1の方法を前述したシステムの例に適用する場合と前述した例との違いは、応答予測生成部703が予測する「yf(k+1),yf(k+2),・・・,yf(k+Hp)」が、外乱の影響が考慮されているものになるかどうかの違いである。更に、モデルの精度が高ければ、外乱が制御変数の応答に与える影響を正確に予測でき、外乱の影響をモデル予測制御によって除去できるので、外乱抑制性能も比較的良好となる。   The difference between the case where the method of Non-Patent Document 1 is applied to the above-described system example and the above-described example is that “yf (k + 1), yf (k + 2),..., Yf ( k + Hp) ”is the difference in whether the influence of disturbance is taken into consideration. Furthermore, if the accuracy of the model is high, the influence of the disturbance on the response of the control variable can be accurately predicted, and the influence of the disturbance can be removed by the model predictive control.

しかしながら、予測された外乱の影響を完全に除去するような制御系を構成することが、最善とは限らない。あえて、外乱の影響を完全に除去せずに制御することがある。例えば、特許文献1では、プロセスの出力とモデルによる予測値との差を、このまま測定不可外乱の推定値とせず、外乱フィルタを通して処理し、処理した結果を用いた応答予測を操作変数演算部への入力としている。   However, it is not always best to construct a control system that completely eliminates the influence of the predicted disturbance. Dare to control without completely removing the effects of disturbance. For example, in Patent Document 1, the difference between the output of the process and the predicted value by the model is not processed as an estimated value of the unmeasurable disturbance as it is, but is processed through the disturbance filter, and the response prediction using the processed result is sent to the manipulated variable calculator. As an input.

例えば、プロセスの出力とモデルによる予測値との差が、測定不可外乱の真値であり、この値が将来にわたって継続するのであれば、上述した外乱フィルタは必要ない。しかしながら、現実には、正確な外乱情報を得ることは困難なため、フィルタにより外乱推定値を平滑化する特許文献1の方法が、よい制御性能を示すことが多い。   For example, if the difference between the process output and the predicted value from the model is the true value of the unmeasurable disturbance, and this value will continue in the future, the disturbance filter described above is not necessary. However, in reality, since it is difficult to obtain accurate disturbance information, the method of Patent Document 1 that smoothes the disturbance estimated value using a filter often exhibits good control performance.

モデルを用いて外乱の影響を予測する構成の場合も同様のことが言える。精度が低いモデルを用いている場合に、外乱の影響を完全に除去しようとすると、外乱抑制性能はむしろ劣化し、制御対象に悪影響を及ぼす。また、モデルの精度が高い場合でも、操作変数が外乱を完全に抑制するように振る舞うことが好まれない場合がある。これは、外乱を完全に抑制する状態の操作変数の時系列は、制御周期毎の変化量が非常に大きくなることがあり、制御対象に負荷をかけることがあるためである。   The same can be said for a configuration in which the influence of disturbance is predicted using a model. When a model with low accuracy is used, if it is attempted to completely eliminate the influence of disturbance, the disturbance suppression performance is rather deteriorated, and the controlled object is adversely affected. In addition, even if the accuracy of the model is high, it may not be preferred that the manipulated variable behaves so as to completely suppress the disturbance. This is because, in the time series of the manipulated variables in a state in which the disturbance is completely suppressed, the amount of change for each control cycle may be very large, and a load may be applied to the controlled object.

このため、外乱の影響が多少残っても、操作変数がゆっくりと徐々に値を変化させるように振る舞う方が望まれることも少なくない。また、操作変数の振る舞いが穏やかであると、モデルの精度が低い場合でも、制御性能劣化や制御対象への悪影響が小さく済むという利点もある。   For this reason, even if some influence of disturbance remains, it is often desirable to behave so that the manipulated variable changes its value slowly and gradually. In addition, if the behavior of the manipulated variable is gentle, there is an advantage that even if the accuracy of the model is low, the deterioration of the control performance and the adverse effect on the control target can be reduced.

操作変数の振る舞いを穏やかにする方法の1つとして、外乱による制御変数応答の変化量を予測する際、モデルの応答をそのまま使うのではなく、フィルタなどにより応答予測の変化をなまして修正(外乱の影響をなだらかな変化に修正)して使う方法がある。この方法で得られる応答予測は、元の予測の速い動きを抑制し、または無視したものとなる。この方法では、実際に制御変数に表れる外乱の影響よりもゆっくりと変化する応答を仮定する。このように修正した上で、モデル予測制御の計算において、修正された応答予測に基づいて操作変数を求めるようにすれば、応答予測と目標値軌道との差異が元の差異よりも小さく、かつ、応答予測が滑らかなものとなるため、外乱抑制のための操作変数の振る舞いも比較的穏やかなものとなる。   As one of the methods to calm the behavior of the manipulated variable, when predicting the amount of change in the control variable response due to disturbance, the response of the model is not used as it is, but the response prediction change is smoothed with a filter etc. (disturbance There is a way to use it by correcting the influence of the to a gentle change. The response prediction obtained by this method suppresses or ignores the fast movement of the original prediction. This method assumes a response that changes more slowly than the effect of the disturbance that actually appears in the control variable. If the manipulated variable is obtained based on the corrected response prediction in the calculation of the model predictive control after such correction, the difference between the response prediction and the target value trajectory is smaller than the original difference, and Since the response prediction is smooth, the behavior of the manipulated variable for disturbance suppression is also relatively gentle.

以下、1入力1出力のプロセスを制御対象とした場合を例にして、図9を用いて応答予測の変化を修正して用いるモデル予測制御について説明する。図9は、応答予測の変化を修正してモデル予測制御を行うシステムの構成例を示す構成図である。このシステムは、制御対象プロセス701,データ収集部702,応答予測生成部703,目標値軌道生成部704,制約条件設定部705,操作変数演算部706,および応答予測修正部707を備える。このシステムでは、前述したモデル予測制御のシステムにおいて、新たに、応答予測生成部703と操作変数演算部706との間に、応答予測修正部707を備えている。   In the following, model predictive control used by correcting the change in response prediction will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a configuration example of a system that performs model prediction control by correcting a change in response prediction. This system includes a control target process 701, a data collection unit 702, a response prediction generation unit 703, a target value trajectory generation unit 704, a constraint condition setting unit 705, an operation variable calculation unit 706, and a response prediction correction unit 707. In this system, a response prediction correction unit 707 is newly provided between the response prediction generation unit 703 and the operation variable calculation unit 706 in the model prediction control system described above.

このシステムでは、応答予測生成部703が生成した応答予測yfを応答予測修正部707で修正し、修正した結果yf*を操作変数演算部706に渡すことで、操作変数の振る舞いを穏やかにするようにしている。応答予測修正部707では、応答予測生成部703が生成した将来応答の予測を、フィルタにかけるなどにより元の予測よりも滑らかにかつ変化の小さいものにしている。この方法では、図10に示すように、外乱の影響を考慮した応答予測(a)より上述したように修正した修正応答予測(a’)を生成する。そして、修正応答予測(a’)と目標値(b)との差を解消し、目標値(b)に一致するような操作変数を算出し、算出した操作変数で制御を行う。 In this system, the response prediction yf generated by the response prediction generation unit 703 is corrected by the response prediction correction unit 707, and the corrected result yf * is passed to the operation variable calculation unit 706, so that the behavior of the operation variable is moderated. I have to. In the response prediction correction unit 707, the prediction of the future response generated by the response prediction generation unit 703 is made smoother and smaller than the original prediction by applying a filter or the like. In this method, as shown in FIG. 10, the corrected response prediction (a ′) corrected as described above is generated from the response prediction (a) considering the influence of disturbance. Then, the difference between the corrected response prediction (a ′) and the target value (b) is eliminated, an operation variable that matches the target value (b) is calculated, and control is performed using the calculated operation variable.

特開平05−265514号公報JP 05-265514 A

Jan M. Msciejowski, 足立修一・菅野政明訳、「モデル予測制御−制約の下での最適制御−」、東京電機大学出版局、2005年。Jan M. Msciejowski, Translated by Shuichi Adachi and Masaaki Kanno, “Model Predictive Control: Optimal Control under Constraints”, Tokyo Denki University Press, 2005. S.Joe Qin, Thomas A. Badgwell, "A survey of industial model predictive control technology", Control Engineering Practice, vol.11, pp.733-764, 2003.S. Joe Qin, Thomas A. Badgwell, "A survey of industial model predictive control technology", Control Engineering Practice, vol.11, pp.733-764, 2003.

しかしながら、上述したように外乱の影響を考慮した応答予測を修正し、制御変数の応答予測をより緩やかに変化するように求めた場合、操作変数の変化量が増大して制御性能を劣化させてしまう場合が発生し、操作変数の振る舞いを穏やかにするという目的が達成できない場合があった。特に、制御変数の上限および下限の制約の幅を狭くしている場合、上述した問題が発生しやすい。   However, when the response prediction considering the influence of disturbance is corrected as described above and the response prediction of the control variable is determined to change more slowly, the amount of change in the manipulated variable increases and the control performance deteriorates. In some cases, the purpose of calming the behavior of the manipulated variable cannot be achieved. In particular, when the range of the upper and lower limits of the control variable is narrowed, the above-described problem is likely to occur.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、外乱の影響を考慮した応答予測を修正してより緩やかに変化する応答予測として制御変数を求めるようにしても、操作変数の変化量が増大するなどの制御性能の劣化が抑制できるようにすることを目的とする。   The present invention was made in order to solve the above problems, and even if the control variable is obtained as a response prediction that changes more slowly by correcting the response prediction in consideration of the influence of disturbance, It is an object of the present invention to make it possible to suppress deterioration in control performance such as an increase in the amount of change in manipulated variable.

本発明に係るモデル予測制御装置は、制御対象が制御に用いた操作変数,制御対象が出力する制御変数,および外乱情報を収集するデータ収集部と、データ収集部が収集した制御変数,操作変数,および外乱情報を含むデータに基づいて制御対象が将来出力する制御変数を予測して将来応答として出力する応答予測生成部と、応答予測生成部が出力した将来応答の時系列変化における外乱の影響をなだらかな変化に修正した修正将来応答を生成する応答予測修正部と、制御対象が将来出力する望ましい値の時系列からなる制御変数の目標値軌道を生成して出力する目標値軌道生成部と、制御対象が将来出力する制御変数の上限値および下限値を記憶する制約条件記憶部と、応答予測修正部より出力された修正将来応答が目標値軌道に近づくように制御対象が将来用いる操作変数を算出して制御対象に出力する操作変数演算部とを備え、修正将来応答の上限への許容範囲または下限への許容範囲のうち、応答予測修正部によって将来応答から上限または下限への本来の許容範囲よりも小さくなる方に対して許容範囲が小さくなることを抑制するように、将来応答または修正将来応答と上下限値の相対的な関係を修正する。 The model predictive control apparatus according to the present invention includes an operation variable used for control by a control target, a control variable output by the control target, a data collection unit that collects disturbance information, and a control variable and operation variable collected by the data collection unit. , And a response prediction generation unit that predicts a control variable to be output in the future based on data including disturbance information and outputs it as a future response, and the influence of disturbance on the time series change of the future response output by the response prediction generation unit A response prediction correction unit that generates a corrected future response that is corrected to a gentle change, and a target value trajectory generation unit that generates and outputs a target value trajectory of a control variable including a time series of desirable values that the control target will output in the future, and , The constraint condition storage unit that stores the upper and lower limits of the control variable that the control target will output in the future, and the corrected future response output from the response prediction correction unit approaches the target value trajectory. And an operation variable operator controlled object is output to the controlled object by calculating the manipulated variables to be used in the future, out of tolerance or tolerance to lower to the upper limit of the modified prospective response, response future by the response prediction correction unit The relative relationship between the future response or the corrected future response and the upper and lower limit values is corrected so as to suppress the allowable range from becoming smaller than the original allowable range from 1 to the upper limit or lower limit .

上記モデル予測制御装置において、応答予測生成部が予測した将来応答と、応答予測修正部が出力した第1の修正将来応答との少なくともいずれか一方に基づいて、応答予測生成部が予測した将来応答を修正した第2の修正将来応答と、制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正部を備え、相対制約修正部は、第2の修正将来応答と修正上限値および修正下限値とのが、第1の修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、第2の修正将来応答、修正上限値および修正下限値を算出するようにすればよい。 In the model prediction control device, the future response predicted by the response prediction generation unit based on at least one of the future response predicted by the response prediction generation unit and the first corrected future response output by the response prediction correction unit. A relative constraint correction unit that calculates and outputs a second corrected future response that is corrected, and a correction upper limit value and a correction lower limit value that are corrected upper limit values and lower limit values set in the constraint condition storage unit, The constraint correction unit may change the second corrected future response so that the difference between the second corrected future response and the correction upper limit value and the correction lower limit value is larger than the difference between the first corrected future response and the upper limit value and the lower limit value. The response, the correction upper limit value, and the correction lower limit value may be calculated.

上記モデル予測制御装置において、応答予測生成部が予測した将来応答に基づいて、制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正部を備え、相対制約修正部は、修正将来応答と制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値との差が、修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、修正上限値および修正下限値を算出するようにしてもよい。 In the model predictive control device, based on the future response predicted by the response prediction generation unit, the corrected upper limit value and the corrected lower limit value obtained by correcting the upper limit value and the lower limit value set in the constraint condition storage unit are calculated and output. with a relative constraint modification unit, relative constraint adjustment unit, the difference between the corrected upper limit value and the corrected lower limit that fixes the upper and lower limit values set in the corrected future response and the constraints storage unit, corrected future response The corrected upper limit value and the corrected lower limit value may be calculated so as to be larger than the difference between the upper limit value and the lower limit value.

上記モデル予測制御装置において、応答予測生成部が予測した将来応答に基づいて、応答予測生成部が予測した将来応答と、制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正部を備え、相対制約修正部は、応答予測生成部より出力された将来応答と制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とのが、修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、修正上限値および修正下限値を算出するようにしてもよい。 In the model predictive control device, based on the future response predicted by the response prediction generation unit, the future response predicted by the response prediction generation unit, and the upper limit value and the lower limit value set in the constraint condition storage unit are corrected. A relative constraint correction unit that calculates and outputs a value and a correction lower limit value, and the relative constraint correction unit outputs the future response output from the response prediction generation unit and the upper limit value and the lower limit value set in the constraint condition storage unit the difference between the corrected upper limit value and the corrected lower limit that fixes are modified so that Do greater than the difference between the future response and the upper limit value and the lower limit value, may be calculated correction upper limit value and the corrected lower limit value.

上記モデル予測制御装置において、応答予測生成部が予測した将来応答に基づいて、応答予測生成部が予測した将来応答を修正した第の修正将来応答と、制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値とを出力する相対制約修正部を備え、相対制約修正部は、第の修正将来応答と上限値および下限値とのが、修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、第の修正将来応答を算出するようにしてもよい。 In the model predictive control device, based on the future response predicted by the response prediction generation unit, a third corrected future response obtained by correcting the future response predicted by the response prediction generation unit, and an upper limit set in the constraint condition storage unit with a relative constraint modification unit for outputting the value and the lower limit, the relative constraint adjustment unit, the difference between the difference is corrected future response and the upper limit value and the lower limit value of the third modified prospective response and the upper limit value and the lower limit value The third modified future response may be calculated so as to be larger .

上記モデル予測制御装置において、操作変数演算部が、制御対象が将来用いる操作変数を算出するときに用いる許容範囲を、将来応答と上限値および下限値との関係による許容範囲より変更する緩和幅は、調整可能としてもよい。例えば、緩和幅は、制御対象が将来用いる操作変数を算出する区間で調整可能とすればよい。また、緩和幅は、制御対象の特性に基づいて調整してもよい。また、制御対象の特性は制御対象のステップ応答である   In the model predictive control apparatus, the manipulated variable calculation unit changes the allowable range used when calculating the operational variable to be used in the future by the control target from the allowable range based on the relationship between the future response and the upper limit value and the lower limit value. It may be adjustable. For example, the relaxation width may be adjustable in a section in which an operation variable used in the future by the control target is calculated. Further, the relaxation width may be adjusted based on the characteristics of the controlled object. Moreover, the characteristic of the controlled object is the step response of the controlled object

また、本発明に係るモデル予測制御装置方法は、制御対象が制御に用いた操作変数,制御対象が出力する制御変数,および外乱情報を収集するデータ収集ステップと、データ収集ステップで収集した制御変数,操作変数,および外乱情報を含むデータに基づいて制御対象が将来出力する制御変数を予測して将来応答として出力する応答予測生成ステップと、応答予測生成ステップで出力した将来応答の時系列変化における外乱の影響をなだらかな変化に修正した修正将来応答を生成する応答予測修正ステップと、制御対象が将来出力する望ましい値の時系列からなる制御変数の目標値軌道を生成して出力する目標値軌道生成ステップと、制御対象が将来出力する制御変数の上限値および下限値を記憶する制約条件記憶ステップと、応答予測修正ステップで出力された修正将来応答が目標値軌道に近づくように制御対象が将来用いる操作変数を算出して制御対象に出力する操作変数演算ステップとを備え、修正将来応答の上限への許容範囲または下限への許容範囲のうち、応答予測修正ステップによって将来応答から上限または下限への本来の許容範囲よりも小さくなる方に対して許容範囲が小さくなることを抑制するように、将来応答または修正将来応答と上下限値の相対的な関係を修正する。 The model predictive control apparatus method according to the present invention includes an operation variable used for control by a control object, a control variable output by the control object, a data collection step for collecting disturbance information, and a control variable collected in the data collection step. A response prediction generation step for predicting a control variable to be output in the future based on data including operation variables and disturbance information, and outputting as a future response, and a time series change of the future response output in the response prediction generation step. A response prediction correction step that generates a corrected future response in which the influence of disturbance has been corrected to a gentle change, and a target value trajectory that generates and outputs a target value trajectory of a control variable that consists of a time series of desired values that the controlled object will output in the future A generation step, a constraint condition storing step for storing the upper limit value and lower limit value of the control variable to be output in the future by the controlled object, and a response prediction correction And a manipulated variable calculating step modifying future response output in step is controlled object so as to approach the target value trajectory outputs to the controlled object is calculated and the operating variables used in the future, the permissible range of the upper limit of the modified prospective response or Future response or modified future so that the allowable range to the lower limit is suppressed by the response prediction correction step, which is smaller than the original allowable range from the future response to the upper limit or lower limit. Correct the relative relationship between response and upper and lower limits .

上記モデル予測制御方法において、応答予測生成ステップで予測された将来応答と、応答予測修正ステップで出力された第1の修正将来応答との少なくともいずれか一方に基づいて、応答予測生成ステップで予測された将来応答を修正した第2の修正将来応答と、制約条件記憶ステップで記憶された上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正ステップを備え、相対制約修正ステップでは、第2の修正将来応答と修正上限値および修正下限値とのが、第1の修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、第2の修正将来応答、修正上限値および修正下限値を算出するようにすればよい。 In the model predictive control method, the prediction is generated in the response prediction generation step based on at least one of the future response predicted in the response prediction generation step and the first corrected future response output in the response prediction correction step. A relative constraint correction step of calculating and outputting a second corrected future response in which the future response is corrected, and a correction upper limit value and a correction lower limit value in which the upper limit value and the lower limit value stored in the constraint condition storage step are corrected. In the relative constraint correction step, the second modified future response and the second upper limit value and the lower limit value are set such that the difference between the first corrected future response and the upper limit value and the lower limit value is larger than the second corrected future response. The corrected future response, the correction upper limit value, and the correction lower limit value may be calculated.

上記モデル予測制御方法において、応答予測生成ステップで予測された将来応答に基づいて、制約条件記憶ステップで記憶された上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正ステップを備え、相対制約修正ステップでは、修正将来応答と制約条件記憶ステップで記憶された上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値との差が、修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、修正上限値および修正下限値を算出するようにしてもよい。 In the model predictive control method, based on the future response predicted in the response prediction generation step, the corrected upper limit value and the corrected lower limit value obtained by correcting the upper limit value and the lower limit value stored in the constraint condition storage step are calculated and output. with a relative constraint correction step of, in a relative constraint correction step, the difference between the stored upper limit value and the modified modified the lower limit upper limit value and the corrected lower limit value corrected future response and constraint condition storing step, modified prospective response and The corrected upper limit value and the corrected lower limit value may be calculated so as to be larger than the difference between the upper limit value and the lower limit value.

上記モデル予測制御方法において、応答予測生成ステップで予測された将来応答に基づいて、応答予測生成ステップで予測された将来応答と、制約条件記憶ステップで記憶された上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正ステップを備え、相対制約修正ステップでは、応答予測生成ステップで出力された将来応答と制約条件記憶ステップで記憶された上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とのが、修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、修正上限値および修正下限値を算出するようにしてもよい。 In the model predictive control method described above, a modification in which the future response predicted in the response prediction generation step and the upper limit value and the lower limit value stored in the constraint condition storage step are corrected based on the future response predicted in the response prediction generation step. It has a relative constraint correction step that calculates and outputs an upper limit value and a corrected lower limit value. In the relative constraint correction step, the upper limit value and the lower limit value stored in the future response output in the response prediction generation step and the constraint condition storage step the difference between the corrected upper limit value and the corrected lower limit that fixes are modified so that Do greater than the difference between the future response and the upper limit value and the lower limit value, may be calculated correction upper limit value and the corrected lower limit value.

上記モデル予測制御方法において、応答予測生成ステップで予測された将来応答に基づいて、応答予測生成ステップで予測された将来応答を修正した第の修正将来応答と、制約条件記憶ステップで設定された上限値および下限値とを出力する相対制約修正ステップを備え、相対制約修正ステップでは、第の修正将来応答と上限値および下限値とのが、修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、第の修正将来応答を算出するようにしてもよい。 In the model predictive control method, the third modified future response obtained by correcting the future response predicted in the response prediction generation step based on the future response predicted in the response prediction generation step, and the constraint condition storage step are set. A relative constraint correction step for outputting an upper limit value and a lower limit value. In the relative constraint correction step, a difference between the third corrected future response and the upper limit value and the lower limit value is calculated as a difference between the corrected future response and the upper limit value and the lower limit value. The third modified future response may be calculated so as to be larger than the difference .

以上説明したことにより、本発明によれば、外乱の影響を考慮した応答予測を修正してより緩やかに変化する応答予測として制御変数を求めるようにしても、操作変数の変化量が増大するなどの制御性能の劣化が抑制できるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, even if the control variable is obtained as a response prediction that changes more slowly by correcting the response prediction considering the influence of disturbance, the amount of change in the manipulated variable increases. It is possible to obtain an excellent effect that the deterioration of the control performance can be suppressed.

図1は、時系列に変化する将来応答(a),修正将来応答(a’),目標値軌道(b),下限(d)の状態を例示する説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating states of future response (a), corrected future response (a ′), target value trajectory (b), and lower limit (d) that change in time series. 図2は、本発明の実施の形態1におけるモデル予測制御装置100の構成を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the model predictive control device 100 according to Embodiment 1 of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態1におけるモデル予測制御装置の動作(モデル予測制御方法)を説明するフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation (model prediction control method) of the model prediction control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態2におけるモデル予測制御装置200の構成を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of the model predictive control device 200 according to Embodiment 2 of the present invention. 図5は、本発明の実施の形態3におけるモデル予測制御装置300の構成を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing the configuration of the model predictive control apparatus 300 according to Embodiment 3 of the present invention. 図6は、本発明の実施の形態4におけるモデル予測制御装置400の構成を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing the configuration of the model prediction control device 400 according to Embodiment 4 of the present invention. 図7は、モデル予測制御を行うシステムの構成例を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram illustrating a configuration example of a system that performs model prediction control. 図8は、時系列に変化する将来応答(a),目標値軌道(b),外乱がない場合の応答予測(c)の状態を例示する説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating the state of future response (a) that changes in time series, target value trajectory (b), and response prediction (c) when there is no disturbance. 図9は、モデル予測制御を行うシステムの構成例を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a configuration example of a system that performs model prediction control. 図10は、時系列に変化する将来応答(a),修正将来応答(a’),目標値軌道(b),外乱がない場合の応答予測(c)の状態を例示する説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the state of future response (a) changing in time series, modified future response (a ′), target value trajectory (b), and response prediction (c) when there is no disturbance.

[原理]
はじめに、操作変数の変化量が増大するなどの制御性能の劣化が抑制できる効果が得られる本発明の原理について説明する。
[principle]
First, the principle of the present invention is described in which the effect of suppressing deterioration in control performance such as an increase in the change amount of the manipulated variable is obtained.

背景技術の欄で説明したように、モデル予測制御では、制御変数に2つのことが要求される。1つは、応答を目標値軌道に可能な範囲で近づけることであり、2つは、設定されている上限値,下限値の制約から外れないようにすることである。従来の技術では、応答予測を修正することで、応答を目標値(目標値軌道)に近づける作用が抑制されるように制御則を修正したものと捉えることができる。   As described in the background art section, in model predictive control, two control variables are required. One is to bring the response closer to the target value trajectory as much as possible, and the second is to prevent the response from exceeding the constraints of the set upper limit value and lower limit value. In the conventional technique, it can be considered that the control law is corrected by correcting the response prediction so that the action of bringing the response close to the target value (target value trajectory) is suppressed.

発明者は、応答予測と、応答(将来応答)に課せられた制約との関係が、応答を修正することでどのように変化するかを研究した。この研究の結果、応答を目標値に近づける作用を抑制するように応答を修正することで、制御対象が将来用いる操作変数の算出過程において、応答が上限値,下限値の制約を守るための動きが変化し、この変化の結果、操作変数の動きが過剰になる場合を明らかにした。   The inventor studied how the relationship between response prediction and the constraints imposed on the response (future response) changes by modifying the response. As a result of this research, by modifying the response so as to suppress the effect of bringing the response closer to the target value, the movement of the response to keep the upper limit and lower limit constraints in the calculation process of the manipulated variable that the controlled object will use in the future It has been clarified that the movement of the manipulated variable becomes excessive as a result of this change.

図1には、将来応答(a),修正将来応答(a’),目標値軌道(b),下限(d)を示している。外乱の影響も含めてモデルなどを用いて忠実に予測した将来応答(a)は、予測が正確であり、かつ操作変数の値を変更しなければ、実際の制御変数値が取るであろう値の変化を示している。修正将来応答(a’)は、操作変数の動きを押さえるため、意図的に改変している。また、目標値軌道(b)は、制御変数を可能な範囲で近づかせる対象である。また、下限(d)は、制御変数の下限であり、操作変数の算出過程で得られる制御変数が、この値より小さくならないようにする。   FIG. 1 shows a future response (a), a corrected future response (a ′), a target value trajectory (b), and a lower limit (d). The future response (a) predicted faithfully using a model including the influence of disturbance is a value that the actual control variable value will take if the prediction is accurate and the value of the manipulated variable is not changed. Shows changes. The modified future response (a ′) is intentionally modified to suppress the movement of the manipulated variable. In addition, the target value trajectory (b) is an object that brings the control variable closer to the possible extent. The lower limit (d) is the lower limit of the control variable, and prevents the control variable obtained in the process of calculating the manipulated variable from becoming smaller than this value.

図1において、将来応答(a)と下限(d)との差Δ1と、修正将来応答(a’)と下限(d)との差Δ2とを比較すると、差Δ2の方が小さい。これは、制御対象が将来用いる操作変数の算出過程において、操作変数の動きを抑制することを狙ったためである。   In FIG. 1, when the difference Δ1 between the future response (a) and the lower limit (d) is compared with the difference Δ2 between the corrected future response (a ′) and the lower limit (d), the difference Δ2 is smaller. This is because the movement of the operation variable is aimed to be suppressed in the process of calculating the operation variable to be used in the future by the controlled object.

ところで、制御対象が将来用いる操作変数の算出においては、制御変数の制約も影響する。図1において、算出の過程において、操作変数の値を変化させれば、将来応答(a)は変化する。ただし、この変化は、無制限に許容されるわけではなく、上限値・下限値の制約の範囲内であることが重要となる。例えば、図1において、下限(d)を下回るような将来応答が算出される結果は許容されない。言い換えると、制御変数の応答は、下限(d)まで変動することが許容される。この許容される範囲が広ければ、制御変数に限らず、操作変数の動きについても許容される範囲が広くなり、操作変数の算出が容易になる。   By the way, in the calculation of the manipulated variable to be used in the future by the controlled object, the restriction of the control variable also affects. In FIG. 1, if the value of the manipulated variable is changed in the calculation process, the future response (a) will change. However, this change is not allowed without limitation, and it is important that the change is within the limits of the upper limit value and the lower limit value. For example, in FIG. 1, a result of calculating a future response that falls below the lower limit (d) is not allowed. In other words, the response of the control variable is allowed to vary up to the lower limit (d). If this allowable range is wide, not only the control variable, but also the allowable range for the movement of the manipulated variable becomes wide, and the calculation of the manipulated variable becomes easy.

しかしながら、制御対象が将来用いる操作変数の算出に修正将来応答(a’)を用いる場合、上述した許容される範囲が変化する。図1に示す事例の場合、下限への許容範囲を示す差Δ1が、差Δ2へと小さくなる。一方で、上限への許容範囲(不図示)は、将来応答(a)の場合より広くなる。   However, when the corrected future response (a ′) is used to calculate the manipulated variable used in the future by the controlled object, the allowable range described above changes. In the case shown in FIG. 1, the difference Δ1 indicating the allowable range to the lower limit is reduced to the difference Δ2. On the other hand, the allowable range (not shown) to the upper limit becomes wider than that in the case of the future response (a).

この結果、制御対象が将来用いる操作変数の算出において、操作変数の動きとして許容される範囲が変化する。特に、制御変数を下限(d)に近づけるような挙動は、本来許容されるべき範囲より狭くなる。このため、操作変数の変化量が過剰になる場合がある。特に、設定されている上限・下限の幅(差)が小さい場合、修正将来応答(a’)を用いる場合でも上限値および下限値をそのまま用いると、本来許容されて然るべき範囲と、応答を修正したことにより変化した範囲との相対的な差異が大きくなるため、制御性能の劣化が顕著になる場合が発生する。   As a result, the range allowed as the movement of the operation variable changes in the calculation of the operation variable to be used in the future by the controlled object. In particular, the behavior that brings the control variable closer to the lower limit (d) is narrower than the originally acceptable range. For this reason, the change amount of the manipulated variable may become excessive. In particular, if the set upper / lower limit width (difference) is small, even if the corrected future response (a ') is used, if the upper limit and lower limit values are used as they are, the originally acceptable range and response will be corrected. As a result, the relative difference from the changed range becomes large, and the deterioration of the control performance may occur.

上述した問題を解消するためには、修正したことによる将来応答(修正将来応答)の上限値・下限値による許容範囲が小さくなるのを抑制すればよい。このために、例えば実施の形態1では、図2を用いて以下に説明するように、制約修正部106を新たに設け、第1の応答予測修正部103が将来応答を修正すると、許容範囲が小さくなる方の上下限値を修正し、本来の許容範囲と同等な許容範囲を確保する。このようにすることで、実際よりも小さくなった許容範囲に基づいたために不適切な操作変数を算出するような状況が抑制できる。   In order to solve the above-described problem, it is only necessary to suppress the allowable range based on the upper limit value / lower limit value of the future response (corrected future response) resulting from the correction from being reduced. For this reason, for example, in the first embodiment, as described below with reference to FIG. 2, when the constraint correction unit 106 is newly provided and the first response prediction correction unit 103 corrects the future response, the allowable range is The upper and lower limits of the smaller one are corrected to ensure an allowable range equivalent to the original allowable range. By doing so, it is possible to suppress a situation in which an inappropriate operation variable is calculated because it is based on an allowable range that is smaller than actual.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について説明する。図2は、本発明の実施の形態1におけるモデル予測制御装置100の構成を示す構成図である。このモデル予測制御装置100は、データ収集部101,応答予測生成部102,第1の応答予測修正部103,目標値軌道生成部104,制約条件設定部(制約条件記憶部)105,相対制約修正部106,および操作変数演算部107を備える。また、相対制約修正部106は、制約条件を修正する制約修正部161、および応答予測を修正する第2の応答予測修正部162を備える。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the model predictive control device 100 according to Embodiment 1 of the present invention. The model prediction control apparatus 100 includes a data collection unit 101, a response prediction generation unit 102, a first response prediction correction unit 103, a target value trajectory generation unit 104, a constraint condition setting unit (a constraint condition storage unit) 105, a relative constraint correction. Unit 106 and manipulated variable calculation unit 107. The relative constraint correction unit 106 includes a constraint correction unit 161 that corrects the constraint condition, and a second response prediction correction unit 162 that corrects the response prediction.

データ収集部101は、制御対象プロセス120が制御に用いた操作変数,制御対象プロセス120が出力する制御変数,および外乱情報を収集する。   The data collection unit 101 collects operation variables used by the control target process 120 for control, control variables output by the control target process 120, and disturbance information.

応答予測生成部102は、データ収集部101が収集した制御変数,操作変数,および外乱情報を含むデータに基づいて制御対象プロセス120が将来出力する制御変数を予測して将来応答として出力する。例えば、制御対象プロセス120が出力する制御変数の時系列をy(k)とすると、応答予測生成部102は、例えば、「yf(k+1),yf(k+2),・・・,yf(k+Hp)」のような時系列データを将来応答として出力する。   The response prediction generation unit 102 predicts a control variable to be output in the future by the control target process 120 based on data including the control variable, operation variable, and disturbance information collected by the data collection unit 101, and outputs it as a future response. For example, if the time series of the control variable output from the control target process 120 is y (k), the response prediction generation unit 102, for example, “yf (k + 1), yf (k + 2),..., Yf (k + Hp) ”Is output as a future response.

第1の応答予測修正部103は、応答予測生成部102が出力した将来応答の時系列変化における外乱の影響をなだらかな変化に修正した修正将来応答を生成する。例えば、第1の応答予測修正部103は、「y*f(k+1),y*f(k+2),・・・,y*f(k+Hp)」のような時系列データを修正将来応答として出力する。 The first response prediction correction unit 103 generates a corrected future response in which the influence of the disturbance in the time series change of the future response output from the response prediction generation unit 102 is corrected to a gentle change. For example, the first response prediction correction unit 103 outputs time series data such as “y * f (k + 1), y * f (k + 2),..., Y * f (k + Hp)” as a corrected future response. To do.

目標値軌道生成部104は、制御対象プロセス120が将来出力する望ましい値の時系列からなる制御変数の目標値軌道を生成して出力する。例えば、目標値軌道生成部104は、目標値軌道として例えば、「yr(k+1),yr(k+2),・・・,yr(k+Hp)」を生成する。   The target value trajectory generation unit 104 generates and outputs a target value trajectory of a control variable that includes a time series of desirable values that the control target process 120 will output in the future. For example, the target value trajectory generating unit 104 generates, for example, “yr (k + 1), yr (k + 2),..., Yr (k + Hp)” as the target value trajectory.

制約条件設定部105は、制御対象プロセス120が将来出力する(将来出力するものとして算出される)制御変数y(k)の上限値および下限値を記憶する。例えば、制御変数の上限をyH(k),制御変数の下限をyL(k)と表すと、制約条件設定部105には、「y(k+i)≧yL(k+i)」および「y(k+i)≦yH(k+i)」が設定されて記憶されている。なお、制約条件設定部105には、操作変数の上限値,下限値、操作変数の変化量の上限値,下限値なども設定・記憶されている。   The constraint condition setting unit 105 stores an upper limit value and a lower limit value of the control variable y (k) that the control target process 120 will output in the future (calculated as output in the future). For example, if the upper limit of the control variable is expressed as yH (k) and the lower limit of the control variable is expressed as yL (k), the constraint condition setting unit 105 has “y (k + i) ≧ yL (k + i)” and “y (k + i)”. ≦ yH (k + i) ”is set and stored. The constraint condition setting unit 105 also sets and stores an upper limit value and a lower limit value of the manipulated variable, an upper limit value and a lower limit value of the change amount of the manipulated variable.

上述したデータ収集部101,応答予測生成部102,目標値軌道生成部104,制約条件設定部105は、従来技術の場合と同様である。また、第1の応答予測修正部103は、従来技術の応答予測修正部と同様である。   The data collection unit 101, the response prediction generation unit 102, the target value trajectory generation unit 104, and the constraint condition setting unit 105 described above are the same as those in the related art. The first response prediction correction unit 103 is the same as the response prediction correction unit of the prior art.

相対制約修正部106は、応答予測生成部102が予測した将来応答と、第1の応答予測修正部103が出力した第1の修正将来応答との、少なくともいずれか一方に基づいて、応答予測生成部102が予測した将来応答を修正した第2の修正将来応答と、制約条件設定部105に設定(記憶)されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する。制約修正部161が、修正上限値および修正下限値を算出して出力し、第2の応答予測修正部162が、第2の修正将来応答を算出して出力する。相対制約修正部106は、第2の修正将来応答と修正上限値および修正下限値との関係が、将来応答と上限値および下限値との関係に対応する状態となるように、第2の修正将来応答、修正上限値および修正下限値を算出する。   The relative constraint correction unit 106 generates a response prediction based on at least one of the future response predicted by the response prediction generation unit 102 and the first corrected future response output by the first response prediction correction unit 103. The second modified future response obtained by correcting the future response predicted by the unit 102 and the corrected upper limit value and the corrected lower limit value obtained by correcting the upper limit value and the lower limit value set (stored) in the constraint condition setting unit 105 are calculated. Output. The constraint correction unit 161 calculates and outputs the correction upper limit value and the correction lower limit value, and the second response prediction correction unit 162 calculates and outputs the second correction future response. The relative constraint correction unit 106 performs the second correction so that the relationship between the second corrected future response, the correction upper limit value, and the correction lower limit value corresponds to the relationship between the future response, the upper limit value, and the lower limit value. The future response, the correction upper limit value and the correction lower limit value are calculated.

以下、相対制約修正部106の演算、すなわち、第2の修正将来応答と修正上限値および修正下限値との関係が、将来応答と上限値および下限値との関係に対応する状態となるような、第2の修正将来応答、修正上限値および修正下限値を算出する方法について、具体的に述べる。   Hereinafter, the calculation of the relative constraint correction unit 106, that is, the relationship between the second corrected future response and the correction upper limit value and the correction lower limit value corresponds to the relationship between the future response, the upper limit value, and the lower limit value. A method for calculating the second corrected future response, the correction upper limit value, and the correction lower limit value will be specifically described.

例として、原理の説明で用いた図1をもとに説明する。この例は、将来応答を修正することで、第1の修正将来応答と下限値との差が、修正前の将来応答と下限値との差よりも小さくなった例である。すなわち、第1の修正将来応答をy*f(k)とすると、以下の式(2)のような関係になっている。 As an example, a description will be given based on FIG. 1 used in the explanation of the principle. In this example, by correcting the future response, the difference between the first corrected future response and the lower limit value is smaller than the difference between the future response before correction and the lower limit value. That is, when the first corrected future response is y * f (k), the following relationship is established.

Figure 0006140427
Figure 0006140427

相対制約修正部106は,第2の修正将来応答と修正下限値との差が、少なくとも第1の修正将来応答と下限値との差よりは大きくなるように、将来応答と下限値を修正する。ここで、問題となっているのは第2の修正将来応答と修正下限値との差、すなわち、相対的な関係である。この差が第1の修正将来応答と下限値との差よりも大きくなるのであれば、将来応答と下限値のいずれか一方を修正するのでも、両方を修正するのでも良い。この演算を行う部分を相対制約修正部としたのは、上述したように、将来応答と上下限値の相対的な関係を修正することが目的だからである。   The relative constraint correcting unit 106 corrects the future response and the lower limit value so that the difference between the second corrected future response and the correction lower limit value is at least larger than the difference between the first corrected future response and the lower limit value. . Here, the problem is the difference between the second corrected future response and the correction lower limit value, that is, the relative relationship. If this difference is larger than the difference between the first corrected future response and the lower limit value, either the future response or the lower limit value may be corrected, or both may be corrected. The reason why the portion for performing this calculation is the relative constraint correction unit is that, as described above, the purpose is to correct the relative relationship between the future response and the upper and lower limit values.

相対制約修正部106の演算は,少なくとも、第2の修正将来応答と修正下限値との差が第1の修正将来応答と下限値との差よりは大きくなるようにする必要があるので、第2の修正将来応答をy#f(k),修正下限値をy#L(k)で表すと、最低限、以下の式(3)を満たすようにする必要がある。 The calculation of the relative constraint correction unit 106 needs to make at least the difference between the second corrected future response and the correction lower limit value larger than the difference between the first corrected future response and the lower limit value. When the modified future response of 2 is represented by y # f (k) and the modified lower limit value is represented by y # L (k), it is necessary to satisfy the following formula (3) at a minimum.

Figure 0006140427
Figure 0006140427

一般には、第2の修正将来応答と修正下限値との差は、修正前の将来応答と下限値との差と同一にするよう対応させることが好ましいので、以下の式(4)を満たすように修正するのが望ましい実施形態となる。   In general, the difference between the second corrected future response and the correction lower limit value is preferably made to correspond to the difference between the future response before correction and the lower limit value, so that the following equation (4) is satisfied. It is a desirable embodiment to be corrected to.

Figure 0006140427
Figure 0006140427

もちろん、式(3)を満たす限りであれば、式(4)の左辺を右辺よりも大きくし、また、小さくしても構わない。ただし、式(4)の左辺を小さくすると、本発明の効果は低下する。また、式(4)の左辺を大きくすることは、制御変数に対して本来の下限よりも更に緩い制約を設定することになるので、制御変数の制約維持という観点では性能劣化になる可能性がある。   Of course, as long as Expression (3) is satisfied, the left side of Expression (4) may be made larger or smaller than the right side. However, if the left side of Formula (4) is made small, the effect of this invention will fall. Also, increasing the left side of equation (4) sets a constraint that is more lenient than the original lower limit for the control variable, so there is a possibility of performance degradation in terms of maintaining the control variable constraint. is there.

ここまで、図1を用いて将来応答と下限値を修正する例で説明したが、この逆の場合、すなわち、上限値と第1の修正将来応答との差が、上限値と修正前の将来応答との差よりも小さくなった場合についても、将来応答と上限値を同様に修正することで対応できる。また、この修正は上限、下限のうち、第1の修正将来応答との差が修正前の将来応答との差より小さくなった方だけ行えばよい。第1の修正将来応答との差が修正前の将来応答との差よりも大きくなった方については、同様に修正することで、制御変数が制約を維持するという観点では性能が向上する可能性があるが、修正を行わなくても構わない。   So far, the example of correcting the future response and the lower limit value has been described with reference to FIG. 1, but in the opposite case, that is, the difference between the upper limit value and the first corrected future response is the upper limit value and the future before the correction. The case where the difference from the response becomes smaller can be dealt with by correcting the future response and the upper limit value in the same manner. Further, this correction may be performed only for the upper limit or the lower limit where the difference from the first corrected future response is smaller than the difference from the future response before the correction. If the difference from the first modified future response is larger than the difference from the future response before the modification, the modification may be performed in the same manner, and the performance may be improved from the viewpoint of maintaining the constraints on the control variable. There is no need to make corrections.

操作変数演算部107は、制御変数の変化量が相対制約修正部106より出力される第2の修正将来応答、修正上限値および修正下限値によって決まる範囲となる条件で、第1の応答予測修正部103より出力された修正将来応答が目標値軌道に近づくように制御対象プロセス120が将来用いる操作変数を算出して制御対象プロセス120に出力する。例えば、操作変数演算部107は、以下の目的に沿って、制御対象プロセス120に今後与える操作変数の時系列を算出する。   The manipulated variable calculation unit 107 performs the first response prediction correction under the condition that the change amount of the control variable is in a range determined by the second corrected future response output from the relative constraint correction unit 106, the correction upper limit value, and the correction lower limit value. The control target process 120 calculates an operation variable to be used in the future so that the corrected future response output from the unit 103 approaches the target value trajectory, and outputs it to the control target process 120. For example, the operation variable calculator 107 calculates a time series of operation variables to be given to the control target process 120 in the future in accordance with the following purpose.

・操作変数,操作変数の変化量,制御変数が、与えられた上限および下限の外に逸脱しない。
・制御変数の応答は、与えられた目標値軌道に可能な範囲で近づける。
・操作変数の変化量は、可能な範囲で小さくする。
• The manipulated variable, the amount of change in the manipulated variable, and the control variable do not deviate outside the given upper and lower limits.
• The response of the control variable is as close as possible to the given target value trajectory.
・ The amount of change in the manipulated variable should be as small as possible.

制御対象プロセス120に対して出力される(制御対象プロセス120が入力する)操作変数の時系列をu(k)とすると、上述した目的に沿って、操作変数演算部107は、最適な操作変数の変化量「Δu(k),Δu(k+1),・・・,Δu(k+Hc)」を求める問題を、二次計画法として以下の式(5)に示すように定式化する。   If the time series of operation variables output to the control target process 120 (input by the control target process 120) is u (k), the operation variable calculation unit 107 performs the optimal operation variable in accordance with the above-described purpose. The problem of obtaining the change amount “Δu (k), Δu (k + 1),..., Δu (k + Hc)” is formulated as a quadratic programming method as shown in the following equation (5).

Figure 0006140427
Figure 0006140427

Δu(k)は、u(k)の後退差分であり、「Δu(k)=u(k)−u(k−1)」で定義する。Δu(k)の系列が求まれば、1周期前の制御の操作変数u(k−1)に、求められたΔu(k)を加算することで、u(k)の系列が求まる。   Δu (k) is a backward difference of u (k) and is defined by “Δu (k) = u (k) −u (k−1)”. If the sequence of Δu (k) is obtained, the sequence of u (k) is obtained by adding the obtained Δu (k) to the control variable u (k−1) of the control one cycle before.

ところで、式(5)の最後の式を変形すると、以下の式(6)のようになる。この式(6)が示すように、修正下限値と第2の修正将来応答、修正上限値と第2の修正将来応答の差は、それぞれ制御変数の変化量に対する上下限値となる。すなわち、相対制約修正部での操作は制御変数の変化量に対する上下限値を修正していることと等価である。   By the way, when the last equation of equation (5) is modified, the following equation (6) is obtained. As shown in the equation (6), the difference between the corrected lower limit value and the second corrected future response, and the difference between the corrected upper limit value and the second corrected future response becomes the upper and lower limit values with respect to the change amount of the control variable. That is, the operation in the relative constraint correction unit is equivalent to correcting the upper and lower limit values for the change amount of the control variable.

Figure 0006140427
Figure 0006140427

次に、本発明の実施の形態1におけるモデル予測制御装置の動作(モデル予測制御方法)について、図3のフローチャートを用いて説明する。   Next, the operation (model prediction control method) of the model prediction control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described using the flowchart of FIG.

まず、ステップS101で、制御対象プロセス120が将来出力する(将来出力するものとして算出される)制御変数の上限値および下限値を制約条件設定部105に設定する。これにより、制約条件設定部105が、制御対象プロセス120が将来出力する制御変数の上限値および下限値を記憶する(制約条件設定ステップ)。次に、ステップS102で、目標値軌道生成部104が、制御対象プロセス120が将来出力する望ましい値の時系列からなる制御変数の目標値軌道を生成して出力する(目標値軌道生成ステップ)。   First, in step S <b> 101, the upper limit value and lower limit value of the control variable that the control target process 120 outputs in the future (calculated as output in the future) is set in the constraint condition setting unit 105. Thereby, the constraint condition setting unit 105 stores the upper limit value and the lower limit value of the control variable that the controlled process 120 will output in the future (constraint condition setting step). Next, in step S102, the target value trajectory generation unit 104 generates and outputs a target value trajectory of a control variable including a time series of desirable values that the control target process 120 will output in the future (target value trajectory generation step).

次に、ステップS103で、データ収集部101が、制御対象プロセス120が制御に用いた操作変数,制御対象プロセス120が出力する制御変数,および外乱情報を収集する(データ収集ステップ)。次いで、ステップS104で、応答予測生成部102が、データ収集部101が収集した制御変数,操作変数,および外乱情報を含むデータに基づいて制御対象プロセス120が将来出力する制御変数を予測して将来応答として出力する(応答予測生成ステップ)。   Next, in step S103, the data collection unit 101 collects operation variables used by the control target process 120 for control, control variables output by the control target process 120, and disturbance information (data collection step). Next, in step S104, the response prediction generation unit 102 predicts the control variable that the control target process 120 will output in the future based on the data including the control variable, the operation variable, and the disturbance information collected by the data collection unit 101. Output as a response (response prediction generation step).

次に、ステップS105で、応答予測生成部102が出力した将来応答の時系列変化における外乱の影響をなだらかな変化に修正した第1の修正将来応答を生成する(応答予測修正ステップ)。次に、ステップS106で、相対制約修正部106が、応答予測生成部102が出力した将来応答と第1の応答予測修正部103が出力した第1の修正将来応答の少なくとも一方に基づいて、応答予測生成部102から出力された将来応答を修正した第2の修正将来応答と、制約条件設定部105に設定されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する(相対制約修正ステップ)。このとき、相対制約修正部106は、第2の修正将来応答と修正上限値および修正下限値との関係が、将来応答と上限値および下限値との関係に対応する状態となるように、修正上限値および修正下限値を算出する。   Next, in step S105, a first corrected future response in which the influence of disturbance in the time series change of the future response output from the response prediction generation unit 102 is corrected to a gentle change is generated (response prediction correction step). Next, in step S106, the relative constraint correction unit 106 responds based on at least one of the future response output from the response prediction generation unit 102 and the first corrected future response output from the first response prediction correction unit 103. A second corrected future response that is corrected from the future response output from the prediction generation unit 102, and a corrected upper limit value and a corrected lower limit value that are corrected from the upper limit value and the lower limit value set in the constraint condition setting unit 105 are calculated. Output (relative constraint correction step). At this time, the relative constraint correction unit 106 corrects the relationship so that the relationship between the second corrected future response, the correction upper limit value, and the correction lower limit value corresponds to the relationship between the future response, the upper limit value, and the lower limit value. Calculate the upper limit and the corrected lower limit.

次に、ステップS107で、操作変数演算部107が、第1の応答予測修正部103より出力された修正将来応答が目標値軌道に近づくように制御対象プロセス120が将来用いる操作変数を算出する(操作変数演算ステップ)。制御変数が相対制約修正部106より出力された第2の修正将来応答,修正上限値および修正下限値の範囲となる条件で、上記算出を行う。この後、ステップS108で、操作変数演算部107が、算出した操作変数を制御対象プロセス120に対して出力する。   Next, in step S107, the operation variable calculation unit 107 calculates an operation variable to be used in the future by the control target process 120 so that the corrected future response output from the first response prediction correction unit 103 approaches the target value trajectory ( Manipulation variable calculation step). The above calculation is performed under the condition that the control variable falls within the range of the second corrected future response, the correction upper limit value, and the correction lower limit value output from the relative constraint correction unit 106. Thereafter, in step S108, the operation variable calculator 107 outputs the calculated operation variable to the control target process 120.

このように、実施の形態1によれば、応答予測生成部102が出力した将来応答と第1の応答予測修正部103が出力した第1の修正将来応答の修正量に基づいて、第2の修正将来応答と修正上限値および修正下限値との関係が、修正する前の将来応答と上限値および下限値との関係に対応する状態とした。この結果、外乱の影響を考慮した応答予測を修正し、制御変数の応答予測をより緩やかに変化するように求めても、操作変数の変化量が増大するなどの制御性能の劣化が抑制できるようになる。   Thus, according to the first embodiment, based on the future response output by the response prediction generation unit 102 and the correction amount of the first corrected future response output by the first response prediction correction unit 103, the second response The relationship between the corrected future response, the correction upper limit value, and the correction lower limit value corresponds to the relationship between the future response before correction and the upper limit value and the lower limit value. As a result, even if the response prediction considering the influence of disturbance is corrected and the response prediction of the control variable is determined to change more slowly, deterioration of the control performance such as an increase in the change amount of the manipulated variable can be suppressed. become.

なお、モデル予測制御装置は、例えば、CPUと主記憶装置と外部記憶装置とネットワーク接続装置となどを備えたコンピュータ機器であり、主記憶装置に展開されたプログラムによりCPUが動作することで、上述した各機能が実現される。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させるようにしてもよい。   The model predictive control device is, for example, a computer device including a CPU, a main storage device, an external storage device, a network connection device, and the like, and the CPU operates by a program developed in the main storage device. Each function is realized. Each function may be distributed among a plurality of computer devices.

[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について図4を用いて説明する。図4は、本発明の実施の形態2におけるモデル予測制御装置200の構成を示す構成図である。モデル予測制御装置200は、データ収集部101,応答予測生成部102,第1の応答予測修正部103,目標値軌道生成部104,制約条件設定部105,および操作変数演算部107を備える。また、モデル予測制御装置200は、相対制約修正部206を備え、相対制約修正部206は、制約条件を修正する制約修正部261を備える。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of the model predictive control device 200 according to Embodiment 2 of the present invention. The model prediction control apparatus 200 includes a data collection unit 101, a response prediction generation unit 102, a first response prediction correction unit 103, a target value trajectory generation unit 104, a constraint condition setting unit 105, and an operation variable calculation unit 107. The model prediction control apparatus 200 also includes a relative constraint correction unit 206, and the relative constraint correction unit 206 includes a constraint correction unit 261 that corrects the constraint condition.

実施の形態2では、前述した実施の形態1とは、相対制約修正部206が異なる。相対制約修正部206では、制約修正部261が上下限制約のみを修正し、前述した実施の形態1における第2の修正将来応答として第1の修正将来応答をそのまま出力する。このように、実施の形態2では、第1の修正将来応答と第2の修正将来応答とが同一であり、以下では、単に修正将来応答と記す。また、実施の形態2では、前述した実施の形態1とは相対制約修正部206,制約修正部261が異なるので、これらについて詳細に説明し、他の構成については説明を省略する。   In the second embodiment, the relative constraint correcting unit 206 is different from the above-described first embodiment. In the relative constraint correcting unit 206, the constraint correcting unit 261 corrects only the upper and lower limit constraints, and outputs the first modified future response as it is as the second modified future response in the first embodiment described above. As described above, in the second embodiment, the first modified future response and the second modified future response are the same, and hereinafter simply referred to as a modified future response. In the second embodiment, since the relative constraint correction unit 206 and the constraint correction unit 261 are different from the above-described first embodiment, these will be described in detail, and description of other configurations will be omitted.

相対制約修正部206(制約修正部261)は、修正将来応答と修正上限値および修正下限値との関係が、修正前の将来応答と上限値および下限値と対応するように、修正上限値および修正下限値を算出する。また、実施の形態1と同様に、修正将来応答と修正上限値および修正下限値との差は、少なくとも、修正将来応答と上限値および下限値の差より大きくなるようにする必要がある。   The relative constraint correction unit 206 (constraint correction unit 261) is configured so that the relationship between the corrected future response, the correction upper limit value, and the correction lower limit value corresponds to the future response before correction, the upper limit value, and the lower limit value. The correction lower limit value is calculated. Similarly to the first embodiment, the difference between the corrected future response and the correction upper limit value and the correction lower limit value needs to be at least larger than the difference between the corrected future response and the upper limit value and the lower limit value.

例えば、制約修正部261は、「y*f(k+i)+Δy(k+i)≧yL(k+i)」を「y*f(k+i)+Δy(k+i)≧yL(k+i)−α(i)max{0,yf(k+i)−y*f(k+1)}」と修正する。この結果、修正下限値はyL(k+i)−α(i)max{0,yf(k+i)−y*f(k+i)}となる。 For example, the constraint correction unit 261 changes “y * f (k + i) + Δy (k + i) ≧ yL (k + i)” to “y * f (k + i) + Δy (k + i) ≧ yL (k + i) −α (i) max {0 , Yf (k + i) −y * f (k + 1)} ”. As a result, the correction lower limit value is yL (k + i) −α (i) max {0, yf (k + i) −y * f (k + i)}.

また、制約修正部261は、「y*f(k+i)+Δy(k+i)≦yH(k+i)」を、「y*f(k+i)+Δy(k+i)≦yH(k+i)+β(i)max{0,y*f(k+i)−yf(k+1)}」と修正する。この結果、修正下限値は、yH(k+i)+β(i)max{0,y*f(k+i)−yf(k+i)}となる。なお、max{a,b}は、aとbの最大値(大きい方の値)を取る操作であり、α(i),β(i)は、α(i)>0,β(i)>0を満たすものとする。なお、操作変数に対する制約の修正は必要がない。 Further, the constraint correcting unit 261 sets “y * f (k + i) + Δy (k + i) ≦ yH (k + i)” to “y * f (k + i) + Δy (k + i) ≦ yH (k + i) + β (i) max {0 , Y * f (k + i) −yf (k + 1)} ”. As a result, the correction lower limit value is yH (k + i) + β (i) max {0, y * f (k + i) −yf (k + i)}. Note that max {a, b} is an operation for taking the maximum value (the larger value) of a and b, and α (i) and β (i) are α (i)> 0, β (i). It shall satisfy> 0. It is not necessary to modify the constraints on the manipulated variable.

上述したように修正する場合、α(i)およびβ(i)は、共に正であり、max{}の中は必ず0以上になるので、修正上限値または修正下限値のいずれかと修正将来応答との差が、修正しない場合に比較して必ず広くなる。また、yf(k+i)>y*f(k+i)であれば下限が広がり、yf(k+i)<y*f(k+i)であれば上限が広がるので、将来応答を修正したことによって許容範囲が狭くなった側を広げることになる。なお、許容範囲が狭くなった側と反対側,言い換えると許容範囲が広くなった側の制約を同様に広げることも可能であるが、この操作はしなくてもよい。 When correcting as described above, both α (i) and β (i) are positive, and the value in max {} is always 0 or more, so either the correction upper limit value or the correction lower limit value and the corrected future response The difference is always wider than when no correction is made. Further, if yf (k + i)> y * f (k + i), the lower limit is widened, and if yf (k + i) <y * f (k + i), the upper limit is widened. Will spread the side that became. Although it is possible to similarly widen the restrictions on the side opposite to the side where the allowable range is narrowed, in other words, the side where the allowable range is widened, this operation may not be performed.

次に、α(i)およびβ(i)について説明する。α(i)およびβ(i)の値は、0にすると、緩和の効果が全くないので、必ず正の値にする必要がある。修正していない将来応答と上限値および下限値との差(本来の許容範囲)を確保するのであれば、α(i)およびβ(i)を共に1に設定すればよい。これが標準的な設定値である。α(i)およびβ(i)を0から1の間の値にすると、設定した値に応じて緩和の効果が得られるが、1に設定した場合よりも効果が小さくなる。   Next, α (i) and β (i) will be described. If the values of α (i) and β (i) are set to 0, there is no relaxation effect, so it is necessary to make them positive. In order to secure a difference (original allowable range) between the uncorrected future response and the upper limit value and the lower limit value, both α (i) and β (i) may be set to 1. This is a standard setting value. When α (i) and β (i) are set to values between 0 and 1, a relaxation effect is obtained according to the set value, but the effect is smaller than when 1 is set.

なお、α(i)およびβ(i)を1以上に設定することも可能である。これは、本来の許容範囲よりも広い許容範囲を設定することになるため、一時的に制御変数が上限値・下限値の制約を外れることを許容することになる。このような設定については、制御対象が将来用いる操作変数の算出過程における操作変数の動きを抑制する効果が期待できるが、一方で、制御変数の過渡応答を劣化させる恐れもあるので、注意が必要である。   It is also possible to set α (i) and β (i) to 1 or more. This sets a permissible range wider than the original permissible range, and therefore temporarily allows the control variable to deviate from the upper limit / lower limit constraints. Such a setting can be expected to suppress the movement of the manipulated variable in the process of calculating the manipulated variable to be used in the future by the controlled object, but it must also be noted because it may degrade the transient response of the controlled variable. It is.

α(i)およびβ(i)は、iに依存しない定数であってもよく、また、iに依存して変化させてもよい。例えば、i=1では値を大きくし、iが大きくなるにつれて徐々に値を0に近づけるようにしてもよい。このようにすることで、直近では許容範囲を広く取った上で、将来は徐々に許容範囲を狭くしていくといった設定が可能となる。また、α(i)およびβ(i)は、固定値でもよく、可調整パラメータとしてもよい。   α (i) and β (i) may be constants that do not depend on i, or may vary depending on i. For example, the value may be increased when i = 1, and the value may gradually approach 0 as i increases. In this way, it is possible to set such that the allowable range is widened recently and the allowable range is gradually narrowed in the future. Α (i) and β (i) may be fixed values or may be adjustable parameters.

また、α(i)およびβ(i)は、制御対象の特性によって変化させるようにしてもよい。例えば、観測可能な外乱から制御変数までのステップ応答に大きなオーバーシュートやアンダーシュートが含まれているような場合は、許容範囲が狭くなったことによる影響を、より受けやすくなる可能性がある。このような場合に該当することが制御対象の特性から予想される場合は、α(i)およびβ(i)を標準的な値(1)より大きくすることで、本発明による効果をより確実に得られるようになるものと考えられる。   Further, α (i) and β (i) may be changed according to the characteristics of the controlled object. For example, when a large overshoot or undershoot is included in the step response from the observable disturbance to the control variable, it may be more easily affected by the narrowing of the allowable range. If it is predicted from the characteristics of the controlled object that this is the case, the effect of the present invention can be more reliably increased by making α (i) and β (i) larger than the standard value (1). It is thought that it will come to be obtained.

次に、操作変数演算部107の動作についてより詳細に説明する。操作変数演算部107の動作は、制約修正部261により修正された修正上限値および修正下限値を用いる以外は、従来技術と同様であり、例えば、以下の式(7)に示す定式化した問題を用いる。   Next, the operation of the manipulated variable calculation unit 107 will be described in detail. The operation of the operation variable calculation unit 107 is the same as that of the prior art except that the correction upper limit value and the correction lower limit value corrected by the constraint correction unit 261 are used. For example, the problem formulated in the following formula (7) Is used.

Figure 0006140427
Figure 0006140427

上述した問題を解くと、最適な操作変数変化量の時系列である「Δu(k+1),Δu(k+2),・・・,Δu(k+Hc)」が得られる。1制御周期前の操作変数値u(k−1)にΔu(k)を足した「u(k−1)+Δu(k)」が、現制御周期の操作変数値として制御対象プロセス120に出力される。この動作は、一般的なモデル予測制御と同様である。   Solving the above-described problem provides “Δu (k + 1), Δu (k + 2),..., Δu (k + Hc)” which is the time series of the optimum manipulated variable change amount. “U (k−1) + Δu (k)” obtained by adding Δu (k) to the operation variable value u (k−1) before one control cycle is output to the control target process 120 as the operation variable value of the current control cycle. Is done. This operation is the same as general model predictive control.

これらのことをまとめると、本発明は、データ収集部101と、応答予測生成部102と、第1の応答予測修正部103と、目標値軌道生成部104と、制約条件設定部105と、操作変数演算部107とによるモデル予測制御において、将来応答と上限値および下限値との関係に対応した状態の許容範囲で、修正将来応答が目標値軌道に近づくようにするところに特徴がある。   In summary, the present invention provides a data collection unit 101, a response prediction generation unit 102, a first response prediction correction unit 103, a target value trajectory generation unit 104, a constraint condition setting unit 105, an operation The model predictive control by the variable calculation unit 107 is characterized in that the corrected future response approaches the target value trajectory within an allowable range corresponding to the relationship between the future response and the upper limit value and the lower limit value.

[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態3について図5を用いて説明する。図5は、本発明の実施の形態3におけるモデル予測制御装置300の構成を示す構成図である。モデル予測制御装置300は、データ収集部101,応答予測生成部102,第1の応答予測修正部103,目標値軌道生成部104,制約条件設定部105,および操作変数演算部107を備える。また、モデル予測制御装置300は、相対制約修正部306を備え、相対制約修正部306は、制約条件を修正する制約修正部361を備える。
[Embodiment 3]
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a configuration diagram showing the configuration of the model predictive control apparatus 300 according to Embodiment 3 of the present invention. The model prediction control apparatus 300 includes a data collection unit 101, a response prediction generation unit 102, a first response prediction correction unit 103, a target value trajectory generation unit 104, a constraint condition setting unit 105, and an operation variable calculation unit 107. The model prediction control apparatus 300 includes a relative constraint correction unit 306, and the relative constraint correction unit 306 includes a constraint correction unit 361 that corrects the constraint condition.

実施の形態3では、相対制約修正部306(制約修正部361)における動作が、実施の形態2の相対制約修正部206と異なる。実施の形態3では、制約修正部361が、将来応答(第2の修正将来応答)と修正上限値および修正下限値との関係が、修正前の将来応答と上限値および下限値と対応するように、修正上限値および修正下限値を算出する。前述した実施の形態2との差異は、第2の修正将来応答として、修正前の将来応答をそのまま出力することである。他の構成は、前述した実施の形態と同様である。   In the third embodiment, the operation in the relative constraint correcting unit 306 (constraint correcting unit 361) is different from the relative constraint correcting unit 206 in the second embodiment. In the third embodiment, the constraint correction unit 361 causes the relationship between the future response (second corrected future response), the correction upper limit value, and the correction lower limit value to correspond to the future response before correction, the upper limit value, and the lower limit value. Then, the correction upper limit value and the correction lower limit value are calculated. The difference from the second embodiment described above is that the future response before correction is output as it is as the second corrected future response. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment.

例えば、制約修正部361は、下限値yL(k+i)をyL(k+i)−α(i)max{0,yf(k+i)−y*f(k+i)}に修正する。また、制約修正部361は、上限値yH(k+i)を、yH(k+i)+β(i)max{0,y*f(k+i)−yf(k+1)}に修正する。なお、α(i),β(i)の許容範囲が実施の形態2と異なることに注意を要する。α(i),β(i)はα(i)>−1,β(i)>−1を満たす必要がある。α(i),β(i)が−1の場合が、従来技術(相対制約修正部306が無い状態)に相当する。 For example, the constraint correction unit 361 corrects the lower limit value yL (k + i) to yL (k + i) −α (i) max {0, yf (k + i) −y * f (k + i)}. Further, the constraint correction unit 361 corrects the upper limit value yH (k + i) to yH (k + i) + β (i) max {0, y * f (k + i) −yf (k + 1)}. Note that the allowable ranges of α (i) and β (i) are different from those of the second embodiment. α (i) and β (i) must satisfy α (i)> − 1 and β (i)> − 1. The case where α (i) and β (i) are −1 corresponds to the prior art (the state where the relative constraint correcting unit 306 is not provided).

実施の形態3では、第2の修正将来応答と、制約修正部361で修正された制約は、操作変数演算部107に渡され、以下の式(8)で示される定式化により操作変数が算出される。   In the third embodiment, the second modified future response and the constraint modified by the constraint modification unit 361 are transferred to the manipulated variable computing unit 107, and the manipulated variable is calculated by the formulation shown by the following equation (8). Is done.

Figure 0006140427
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実施形態3の特別な例として、α(i),β(i)が0の場合がある。この場合は、第2の修正将来応答と修正上限値および修正下限値との関係が、自動的に将来応答と上限値および下限値との関係に一致する。また、第1の修正将来応答の値によって修正上限値、修正下限値が変わらないため、相対制約修正部306に送信する必要がない。この方法は相対制約修正部306の演算が単純になるという長所がある。ただし、α(i),β(i)が固定となるため、制御の振舞いを細かく調整することはできなくなる。   As a special example of the third embodiment, α (i) and β (i) may be 0. In this case, the relationship between the second corrected future response and the corrected upper limit value and the corrected lower limit value automatically matches the relationship between the future response and the upper limit value and the lower limit value. In addition, since the correction upper limit value and the correction lower limit value do not change depending on the value of the first corrected future response, there is no need to transmit to the relative constraint correction unit 306. This method has an advantage that the operation of the relative constraint correction unit 306 is simplified. However, since α (i) and β (i) are fixed, the control behavior cannot be finely adjusted.

[実施の形態4]
次に、本発明の実施の形態4について図6を用いて説明する。図6は、本発明の実施の形態4におけるモデル予測制御装置400の構成を示す構成図である。モデル予測制御装置400は、データ収集部101,応答予測生成部102,第1の応答予測修正部103,目標値軌道生成部104,制約条件設定部105,および操作変数演算部107を備える。また、モデル予測制御装置400は、相対制約修正部406を備え、相対制約修正部406は、応答予測を修正する第2の応答予測修正部462を備える。
[Embodiment 4]
Next, Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a configuration diagram showing the configuration of the model prediction control device 400 according to Embodiment 4 of the present invention. The model prediction control apparatus 400 includes a data collection unit 101, a response prediction generation unit 102, a first response prediction correction unit 103, a target value trajectory generation unit 104, a constraint condition setting unit 105, and an operation variable calculation unit 107. The model prediction control apparatus 400 includes a relative constraint correction unit 406, and the relative constraint correction unit 406 includes a second response prediction correction unit 462 that corrects the response prediction.

実施の形態4では、相対制約修正部406が、修正上限値および修正下限値として、上限値および下限値をそのまま出力する。以下、相対制約修正部406の演算について説明する。   In the fourth embodiment, the relative constraint correction unit 406 outputs the upper limit value and the lower limit value as they are as the correction upper limit value and the correction lower limit value. Hereinafter, the calculation of the relative constraint correction unit 406 will be described.

実施の形態2で示した上下限値修正の式は、右辺から左辺に移項すると、計算上はそれぞれ、「y*f(k+i)+α(i)max{0,yf(k+i)−y*f(k+1)}+Δy(k+i)≧yL(k+i)」および「y*f(k+i)−β(i)max{0,y*f(k+i)−yf(k+i)}+Δy(k+i)≦yH(k+i)」となる。これは、上限値および下限値を修正するのではなく、将来応答(第1修正将来応答)のみを修正したものと解釈できる。従って、例えば、操作変数演算部107において、修正将来応答と上限値および下限値との関係が、将来応答と上限値および下限値との関係に対応する状態に修正した修正将来応答を用いて操作変数を算出するようにしてもよい。 When the upper and lower limit correction formulas shown in the second embodiment are shifted from the right side to the left side, in calculation, “y * f (k + i) + α (i) max {0, yf (k + i) −y * f” respectively. (K + 1)} + Δy (k + i) ≧ yL (k + i) ”and“ y * f (k + i) −β (i) max {0, y * f (k + i) −yf (k + i)} + Δy (k + i) ≦ yH ( k + i) ". This can be interpreted as correcting only the future response (first corrected future response) rather than correcting the upper limit value and the lower limit value. Therefore, for example, in the operation variable calculation unit 107, the operation is performed using the corrected future response in which the relationship between the corrected future response and the upper limit value and the lower limit value is corrected to the state corresponding to the relationship between the future response and the upper limit value and the lower limit value. Variables may be calculated.

すなわち、第2の修正将来応答として、yf(k+i)>y*f(k+i)となるiについてはy*f(k+i)+α(i){yf(k+i)−y*f(k+1)}を、yf(k+i)<y*f(k+1)となるiについてはy*f(k+i)−β(i){y*f(k+i)−yf(k+i)}を出力する。yf(k+i)とy*f(k+i)が同じとなるiについては、y*f(k+i)をそのまま出力する。 That is, as a second modified future response, y * f (k + i) + α (i) {yf (k + i) −y * f (k + 1)} is set for i satisfying yf (k + i)> y * f (k + i). , Yf (k + i) <y * f (k + 1) is output as y * f (k + i) −β (i) {y * f (k + i) −yf (k + i)}. For i where yf (k + i) and y * f (k + i) are the same, y * f (k + i) is output as it is.

なお、実施形態4の場合は、修正将来応答と上下限値の間隔を広げた方と反対側については、第2の修正将来応答と上下限値の間隔が狭くなることになる。これは、上下限値を修正しないことによる。場合によってはこのことが制御性能劣化の要因となりうるので、注意を要する。   In the case of the fourth embodiment, the interval between the second corrected future response and the upper and lower limit values becomes narrower on the side opposite to the side where the interval between the corrected future response and the upper and lower limit values is widened. This is because the upper and lower limit values are not corrected. In some cases, this may be a cause of deterioration in control performance, so care must be taken.

この結果、本発明によれば、外乱の影響を考慮した応答予測を修正し、制御変数の応答予測をより緩やかに変化するように求めても、操作変数の変化量が増大するなどの制御性能の劣化が抑制できるようになる。   As a result, according to the present invention, even if the response prediction considering the influence of the disturbance is corrected and the response prediction of the control variable is determined so as to change more slowly, the control performance such that the change amount of the manipulated variable increases. It becomes possible to suppress the deterioration of.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態では、1入力1出力系を例に説明したが、これに限るものではなく、制約修正部の処理(演算)を制御変数毎に行うようにすれば、本発明を多入力多出力系に適用することができる。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, in the above-described embodiment, the description has been given by taking the one-input one-output system as an example. However, the present invention is not limited to this, and if the processing (calculation) of the constraint correction unit is performed for each control variable, the present invention will be described. It can be applied to a multi-input multi-output system.

101…データ収集部、102…応答予測生成部、103…第1の応答予測修正部、104…目標値軌道生成部、105…制約条件設定部、106…相対制約修正部、107…操作変数演算部、120…制御対象プロセス、161…制約修正部、162…第2の応答予測修正部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Data collection part, 102 ... Response prediction production | generation part, 103 ... 1st response prediction correction part, 104 ... Target value trajectory generation part, 105 ... Restriction condition setting part, 106 ... Relative restriction correction part, 107 ... Manipulation variable calculation , 120 ... Control target process, 161 ... Restriction correction unit, 162 ... Second response prediction correction unit.

Claims (14)

制御対象が制御に用いた操作変数,前記制御対象が出力する制御変数,および外乱情報を収集するデータ収集部と、
前記データ収集部が収集した制御変数,操作変数,および外乱情報を含むデータに基づいて前記制御対象が将来出力する制御変数を予測して将来応答として出力する応答予測生成部と、
前記応答予測生成部が出力した将来応答の時系列変化における外乱の影響をなだらかな変化に修正した修正将来応答を生成する応答予測修正部と、
前記制御対象が将来出力する望ましい値の時系列からなる制御変数の目標値軌道を生成して出力する目標値軌道生成部と、
前記制御対象が将来出力する制御変数の上限値および下限値を記憶する制約条件記憶部と、
前記応答予測修正部より出力された修正将来応答が前記目標値軌道に近づくように前記制御対象が将来用いる操作変数を算出して前記制御対象に出力する操作変数演算部と
を備え、
前記修正将来応答の上限への許容範囲または下限への許容範囲のうち、前記応答予測修正部によって前記将来応答から上限または下限への本来の許容範囲よりも小さくなる方に対して許容範囲が小さくなることを抑制するように、前記将来応答または前記修正将来応答と前記上下限値の相対的な関係を修正することを特徴とするモデル予測制御装置。
An operation variable used for control by the control object, a control variable output by the control object, and a data collection unit for collecting disturbance information;
A response prediction generation unit that predicts a control variable that the control target will output in the future based on data including control variables, operation variables, and disturbance information collected by the data collection unit, and outputs a future response;
A response prediction correction unit that generates a corrected future response in which the influence of disturbance in the time series change of the future response output by the response prediction generation unit is corrected to a gentle change;
A target value trajectory generator for generating and outputting a target value trajectory of a control variable consisting of a time series of desirable values to be output in the future by the control object;
A constraint storage unit that stores an upper limit value and a lower limit value of a control variable to be output in the future by the control target;
An operation variable calculation unit that calculates an operation variable used in the future by the control target so that the corrected future response output from the response prediction correction unit approaches the target value trajectory, and outputs the operation variable to the control target.
Of the allowable range to the upper limit or the lower limit of the corrected future response, the allowable range is smaller for the response prediction correction unit that is smaller than the original allowable range from the future response to the upper limit or the lower limit. The model predictive control device , wherein the relative relationship between the future response or the corrected future response and the upper and lower limit values is corrected so as to suppress the above .
請求項1記載のモデル予測制御装置において、
前記応答予測生成部が予測した将来応答と、前記応答予測修正部が出力した第1の修正将来応答との少なくともいずれか一方に基づいて、前記応答予測生成部が予測した将来応答を修正した第2の修正将来応答と、前記制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正部を備え、
前記相対制約修正部は、第2の修正将来応答と修正上限値および修正下限値とのが、前記第1の修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、第2の修正将来応答、修正上限値および修正下限値を算出することを特徴とするモデル予測制御装置。
The model predictive control apparatus according to claim 1,
Based on at least one of the future response predicted by the response prediction generation unit and the first corrected future response output by the response prediction correction unit, the future response predicted by the response prediction generation unit is corrected. And a relative constraint correction unit that calculates and outputs a corrected future response of 2 and a correction upper limit value and a correction lower limit value obtained by correcting the upper limit value and the lower limit value set in the constraint condition storage unit,
The relative constraint correction unit is configured so that the difference between the second corrected future response and the correction upper limit value and the correction lower limit value is larger than the difference between the first corrected future response and the upper limit value and the lower limit value. A model predictive control apparatus that calculates a corrected future response, a corrected upper limit value, and a corrected lower limit value.
請求項1記載のモデル予測制御装置において、
前記応答予測生成部が予測した将来応答に基づいて、前記制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正部を備え、
前記相対制約修正部は、前記修正将来応答と前記制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値との差が、前記修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、修正上限値および修正下限値を算出することを特徴とするモデル予測制御装置。
The model predictive control apparatus according to claim 1,
Relative constraint correction unit that calculates and outputs a correction upper limit value and a correction lower limit value obtained by correcting the upper limit value and the lower limit value set in the constraint condition storage unit based on a future response predicted by the response prediction generation unit With
The relative constraint adjustment unit, the difference between the upper limit value and the lower limit corrected upper limit value value Fixed and Fixed lower limit is set the corrected future response and the constraint condition storage unit, wherein the modified prospective response and the upper limit value and A model predictive control device that calculates a correction upper limit value and a correction lower limit value so as to be larger than a difference from the lower limit value.
請求項1記載のモデル予測制御装置において、
前記応答予測生成部が予測した将来応答に基づいて、前記応答予測生成部が予測した将来応答と、前記制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正部を備え、
前記相対制約修正部は、前記応答予測生成部より出力された将来応答と前記制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とのが、前記修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、修正上限値および修正下限値を算出することを特徴とするモデル予測制御装置。
The model predictive control apparatus according to claim 1,
Based on the future response predicted by the response prediction generation unit, the future response predicted by the response prediction generation unit, and the corrected upper limit value and the corrected lower limit value corrected by the upper limit value and the lower limit value set in the constraint condition storage unit A relative constraint correction unit that calculates and outputs a value,
The relative constraint adjustment unit, the difference between the upper limit value and the lower limit value modification upper limit value and the corrected lower limit that fixes set in the constraint condition storing unit and outputted future response from said response prediction generation section, wherein modified so that Do greater than the difference between the future response and the upper limit value and the lower limit value, the model predictive control system and calculates the corrected upper limit value and the corrected lower limit value.
請求項1記載のモデル予測制御装置において、
前記応答予測生成部が予測した将来応答に基づいて、前記応答予測生成部が予測した将来応答を修正した第の修正将来応答と、前記制約条件記憶部に設定されている上限値および下限値とを出力する相対制約修正部を備え、
前記相対制約修正部は、前記の修正将来応答と上限値および下限値とのが、前記修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、前記の修正将来応答を算出することを特徴とするモデル予測制御装置。
The model predictive control apparatus according to claim 1,
Based on the future response predicted by the response prediction generation unit, a third corrected future response in which the future response predicted by the response prediction generation unit is corrected, and an upper limit value and a lower limit value set in the constraint condition storage unit And a relative constraint correction unit that outputs
The relative constraint adjustment unit, the difference between the third modification future response and the upper limit value and the lower limit value, the so modified greater than the difference between the future response and the upper limit value and the lower limit value, the third modified prospective A model predictive control device characterized by calculating a response.
請求項1〜5のいずれか1項に記載のモデル予測制御装置において、
前記操作変数演算部が、前記制御対象が将来用いる操作変数を算出するときに用いる前記許容範囲を、前記将来応答と前記上限値および前記下限値との関係による許容範囲より変更する緩和幅は、調整可能とされていることを特徴とするモデル予測制御装置。
In the model predictive control apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The relaxation range in which the manipulated variable calculator changes the tolerance range used when calculating the manipulated variable to be used in the future by the controlled object from the tolerance range based on the relationship between the future response and the upper limit value and the lower limit value. A model predictive control device characterized by being adjustable.
請求項6記載のモデル予測制御装置において、
前記緩和幅は、前記制御対象が将来用いる操作変数を算出する区間で調整可能とされていることを特徴とするモデル予測制御装置。
The model predictive control apparatus according to claim 6, wherein
The model predictive control apparatus, wherein the relaxation range is adjustable in a section in which an operation variable to be used in the future by the control target is calculated.
請求項6または7記載のモデル予測制御装置において、
前記緩和幅は、前記制御対象の特性に基づいて調整することを特徴とするモデル予測制御装置。
The model predictive control apparatus according to claim 6 or 7,
The model predictive control apparatus, wherein the relaxation range is adjusted based on characteristics of the control target.
請求項8記載のモデル予測制御装置において、
前記制御対象の特性は制御対象のステップ応答であることを特徴とするモデル予測制御装置。
The model predictive control apparatus according to claim 8, wherein
The model predictive control apparatus, wherein the characteristic of the controlled object is a step response of the controlled object.
制御対象が制御に用いた操作変数,前記制御対象が出力する制御変数,および外乱情報を収集するデータ収集ステップと、
前記データ収集ステップで収集した制御変数,操作変数,および外乱情報を含むデータに基づいて前記制御対象が将来出力する制御変数を予測して将来応答として出力する応答予測生成ステップと、
前記応答予測生成ステップで出力した将来応答の時系列変化における外乱の影響をなだらかな変化に修正した修正将来応答を生成する応答予測修正ステップと、
前記制御対象が将来出力する望ましい値の時系列からなる制御変数の目標値軌道を生成して出力する目標値軌道生成ステップと、
前記制御対象が将来出力する制御変数の上限値および下限値を記憶する制約条件記憶ステップと、
前記応答予測修正ステップで出力された修正将来応答が前記目標値軌道に近づくように前記制御対象が将来用いる操作変数を算出して前記制御対象に出力する操作変数演算ステップと
を備え、
前記修正将来応答の上限への許容範囲または下限への許容範囲のうち、前記応答予測修正ステップによって前記将来応答から上限または下限への本来の許容範囲よりも小さくなる方に対して許容範囲が小さくなることを抑制するように、前記将来応答または前記修正将来応答と前記上下限値の相対的な関係を修正することを特徴とするモデル予測制御方法。
A data collection step for collecting operation variables used by the controlled object, control variables output by the controlled object, and disturbance information;
A response prediction generation step of predicting a control variable to be output in the future by the control object based on data including the control variable, operation variable, and disturbance information collected in the data collection step, and outputting as a future response;
A response prediction correction step for generating a corrected future response in which the influence of disturbance in the time series change of the future response output in the response prediction generation step is corrected to a gentle change;
A target value trajectory generating step for generating and outputting a target value trajectory of a control variable consisting of a time series of desirable values to be output in the future by the control object;
A constraint condition storing step of storing an upper limit value and a lower limit value of a control variable to be output in the future by the control object;
An operation variable calculation step for calculating an operation variable used in the future by the control object so that the corrected future response output in the response prediction correction step approaches the target value trajectory, and outputting the operation variable to the control object.
Of the allowable range to the upper limit or the lower limit of the corrected future response, the allowable range is smaller with respect to the one that becomes smaller than the original allowable range from the future response to the upper limit or the lower limit by the response prediction correction step. The model predictive control method is characterized by correcting a relative relationship between the future response or the corrected future response and the upper and lower limit values so as to suppress the above .
請求項10記載のモデル予測制御方法において、
前記応答予測生成ステップで予測された将来応答と、前記応答予測修正ステップで出力された第1の修正将来応答との少なくともいずれか一方に基づいて、前記応答予測生成ステップで予測された将来応答を修正した第2の修正将来応答と、前記制約条件記憶ステップで記憶された上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正ステップを備え、
前記相対制約修正ステップでは、第2の修正将来応答と修正上限値および修正下限値とのが、前記第1の修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、第2の修正将来応答、修正上限値および修正下限値を算出することを特徴とするモデル予測制御方法。
The model predictive control method according to claim 10, wherein
Based on at least one of the future response predicted in the response prediction generation step and the first corrected future response output in the response prediction correction step, the future response predicted in the response prediction generation step is determined. A relative constraint correction step of calculating and outputting the corrected second corrected future response and the corrected upper limit value and the corrected lower limit value obtained by correcting the upper limit value and the lower limit value stored in the constraint condition storing step;
In the relative constraint correction step, the second modified future response and the difference between the modified upper limit value and the modified lower limit value are larger than the difference between the first modified future response and the upper limit value and the lower limit value. A model predictive control method comprising: calculating a corrected future response, a corrected upper limit value, and a corrected lower limit value.
請求項10記載のモデル予測制御方法において、
前記応答予測生成ステップで予測された将来応答に基づいて、前記制約条件記憶ステップで記憶された上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正ステップを備え、
前記相対制約修正ステップでは、前記修正将来応答と前記制約条件記憶ステップで記憶された上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値との差が、前記修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、修正上限値および修正下限値を算出することを特徴とするモデル予測制御方法。
The model predictive control method according to claim 10, wherein
Relative constraint correction step of calculating and outputting a corrected upper limit value and a corrected lower limit value obtained by correcting the upper limit value and the lower limit value stored in the constraint condition storage step based on the future response predicted in the response prediction generation step With
In the relative constraint correction step, the difference between the upper limit value and the modified modified the lower limit upper limit value and the corrected lower limit value stored in the constraint condition storing step and the corrected future response, the modified prospective response and the upper limit value and lower limit A model predictive control method, wherein a correction upper limit value and a correction lower limit value are calculated so as to be larger than a difference from the value.
請求項10記載のモデル予測制御方法において、
前記応答予測生成ステップで予測された将来応答に基づいて、前記応答予測生成ステップで予測された将来応答と、前記制約条件記憶ステップで記憶された上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とを算出して出力する相対制約修正ステップを備え、
前記相対制約修正ステップでは、前記応答予測生成ステップで出力された将来応答と前記制約条件記憶ステップで記憶された上限値および下限値を修正した修正上限値および修正下限値とのが、前記修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、修正上限値および修正下限値を算出することを特徴とするモデル予測制御方法。
The model predictive control method according to claim 10, wherein
Based on the future response predicted in the response prediction generation step, the future response predicted in the response prediction generation step, the corrected upper limit value and the correction corrected by the upper limit value and the lower limit value stored in the constraint condition storage step A relative constraint correction step for calculating and outputting the lower limit value is provided.
The Relative constraints correction step, the difference between the response prediction generation upper limit value and modifying the corrected lower limit upper limit value and the corrected lower limit value stored outputted future response and in the constraint condition storing step in step, the modified model predictive control method characterized by calculating the so that Do greater than the difference between the future response and the upper limit value and the lower limit value, the correction upper limit value and corrected lower limit value.
請求項10記載のモデル予測制御方法において、
前記応答予測生成ステップで予測された将来応答に基づいて、前記応答予測生成ステップで予測された将来応答を修正した第の修正将来応答と、前記制約条件記憶ステップで設定された上限値および下限値とを出力する相対制約修正ステップを備え、
前記相対制約修正ステップでは、前記の修正将来応答と上限値および下限値とのが、前記修正将来応答と上限値および下限値との差より大きくなるように、前記の修正将来応答を算出することを特徴とするモデル予測制御方法。
The model predictive control method according to claim 10, wherein
Based on the future response predicted in the response prediction generation step, a third corrected future response in which the future response predicted in the response prediction generation step is corrected, and the upper limit value and the lower limit set in the constraint condition storage step A relative constraint correction step for outputting a value and
The Relative constraints correction step, the difference between the third modification future response and the upper limit value and the lower limit value, the so modified greater than the difference between the future response and the upper limit value and the lower limit value, the third modified prospective A model predictive control method characterized by calculating a response.
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