JP6165585B2 - Control gain optimization system for plant controller - Google Patents

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本発明は、プラントの制御装置を構成するPID制御器に対し、要求される制御特性が得られるように制御ゲインの最適値を評価し、評価した値を制御装置に設定する機能を有したプラント制御装置の制御ゲイン最適化システムを対象とする。   The present invention relates to a PID controller that constitutes a control device of a plant, a plant having a function of evaluating an optimum value of a control gain so as to obtain a required control characteristic and setting the evaluated value in the control device. The target is a control gain optimization system of a control device.

火力発電プラント、特に、ボイラプラントでは、ボイラ出口蒸気である主蒸気温度の変動を抑制し、温度設定値を増加させる試みが行われている。主蒸気温度の設定値は、設計時に材料の耐熱性を基に評価されるが、プラントに生じる温度変動分を考慮して安全側に低めに設定される。したがって、温度変動を低減できれば、耐熱性から評価される設計温度に対して余裕が生じ、温度設定値を増加させることができる。主蒸気温度を上昇させると、プラント効率も上昇するので、燃料消費量を削減でき、経済的メリットが得られる。   In thermal power plants, in particular, boiler plants, attempts have been made to suppress fluctuations in the main steam temperature, which is boiler outlet steam, and increase the temperature set value. The set value of the main steam temperature is evaluated based on the heat resistance of the material at the time of design, but is set lower on the safe side in consideration of the temperature fluctuation generated in the plant. Therefore, if the temperature fluctuation can be reduced, a margin is generated with respect to the design temperature evaluated from the heat resistance, and the temperature set value can be increased. Increasing the main steam temperature also increases plant efficiency, reducing fuel consumption and providing economic benefits.

主蒸気温度変動を低減する方法として、PID制御ゲインの最適化が挙げられる。発電プラントには、PID制御器で構成する制御装置が多く使用されており、PID制御器の比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインの調整によってプラントの応答を変えることができる。ただし、ゲイン調整は、プラントの応答を見ながら試行錯誤的に行われることが多く、必ずしも最適なゲインが設定されているとは言えないのが現状である。   As a method for reducing the main steam temperature fluctuation, optimization of PID control gain can be mentioned. Many power plants use a control device composed of a PID controller, and the response of the plant can be changed by adjusting the proportional gain, integral gain, and differential gain of the PID controller. However, gain adjustment is often performed by trial and error while looking at the response of the plant, and it is not always possible to set an optimum gain.

このような課題に対し、最適な制御ゲインを評価するために、規範モデルを基に制御ゲインを決定する手法がある。規範モデルとは、設計者が要求するプラントの応答を数式で表したものである。規範モデルを用いた制御ゲインの評価手法としては、モデル規範形適応制御(MRAC)やFRIT法などがある。MRACは主にオンラインで制御ゲインを逐次調整する方法であり、FRIT法はオフラインで制御ゲインを決定する方法である。これらの手法を用いることにより、規範モデルを与えれば、プラントの応答が規範モデルと一致するように制御ゲインを自動的に計算することができる。したがって、プラントの応答を見ながら、比例・積分・微分の各ゲインを逐次調整するよりも効率よくゲインを決定できる。   In order to evaluate the optimal control gain for such a problem, there is a method of determining the control gain based on the reference model. The reference model is a mathematical expression of the plant response required by the designer. As a control gain evaluation method using a reference model, there are a model reference adaptive control (MRAC), a FRIT method, and the like. The MRAC is a method for adjusting the control gain sequentially mainly online, and the FRIT method is a method for determining the control gain offline. By using these methods, if a reference model is given, the control gain can be automatically calculated so that the plant response matches the reference model. Accordingly, it is possible to determine the gain more efficiently than sequentially adjusting the proportional, integral and derivative gains while looking at the response of the plant.

制御ゲインの計算処理という点では、規範モデルは任意の関数で与えることができる。ただし、現実のプラントの制御性能を超えるような応答の速い規範モデルを与えた場合、計算によって得られた制御ゲインを実際にプラントの制御器に設定すると、プラント応答に振動が発生するなどの不安定な挙動を示す。したがって、どのような規範モデルを与えるのが制御特性の点で最適なのかを判断するための指標が望まれていた。   In terms of control gain calculation processing, the reference model can be given by an arbitrary function. However, if a reference model with a fast response that exceeds the control performance of the actual plant is given, if the control gain obtained by calculation is actually set in the plant controller, there will be problems such as vibration in the plant response. Shows stable behavior. Therefore, an index for determining what reference model is optimal in terms of control characteristics is desired.

このような課題に対し、例えば、特許文献1に記載された方法では、制御特性(特に立ち上がり特性)を調整するために、規範モデルに対して時定数に相当するパラメータを設けており、実際のプラントで得られた応答をフィードバックしながら、時定数を自動的に調整して規範モデルの最適化を図っている。時定数を小さくすると制御特性は速い応答になり、設定値変更操作では立ち上がりを速くできる。一方、時定数を大きくすると緩やかに変化する応答になる。
この公知例における規範モデルの時定数の調整処理は、以下の現象が発生した場合に、時定数を増加させて制御応答が緩やかになるようにしている。時定数を増加させる判断基準は、操作変数の計測値の振動が閾値を超えて大きくなった場合、制御変数の計測値と設定値との偏差が閾値を超えて大きくなった場合、制御変数の計測値と規範モデルの出力との偏差が閾値を超えて大きくなった場合、制御変数の計測値と予測値との偏差が閾値を超えて大きくなった場合を挙げている。
For such a problem, for example, in the method described in Patent Document 1, a parameter corresponding to a time constant is provided for the reference model in order to adjust the control characteristics (particularly the rising characteristics). The reference model is optimized by automatically adjusting the time constant while feeding back the response obtained in the plant. If the time constant is reduced, the control characteristics will have a quick response, and the start-up can be quickened by changing the set value. On the other hand, when the time constant is increased, the response changes slowly.
The adjustment process of the time constant of the reference model in this known example is such that the control response becomes gentle by increasing the time constant when the following phenomenon occurs. The criterion for increasing the time constant is that the vibration of the measured value of the manipulated variable increases beyond the threshold, the deviation between the measured value of the control variable and the set value increases beyond the threshold, In the case where the deviation between the measured value and the output of the reference model increases beyond the threshold, the case where the deviation between the measured value of the control variable and the predicted value increases beyond the threshold is cited.

特開平1−88706号公報JP-A-1-88706

以上のように、前記した公知例では、規範モデルに制御特性を調整するためのパラメータとして時定数を設け、実際にプラントで得られた応答をフィードバックしながら、幾つかの判断基準により時定数を調整する機能を加えて、規範モデルの最適化を図っている。ただし、前記した公知例では、時定数を設定する規範モデルのベースとなる関数の定義方法について明記されていない。また、前記した公知例では、操作変数の振動や制御変数の設定値偏差などの複数の判断基準を用いて、実際にプラントで得られた応答が閾値を超えた場合に、その都度、時定数を調整する方法をとっている。したがって、規範モデルの逐次修正は可能であるが、制御特性が最適となる規範モデルを定義するという課題に対しての解決にはならない。   As described above, in the above-described known example, a time constant is provided as a parameter for adjusting the control characteristics in the reference model, and the time constant is set according to some judgment criteria while feeding back the response actually obtained from the plant. The function of adjusting is added to optimize the reference model. However, in the above-described known example, a method for defining a function that is a base of a reference model for setting a time constant is not specified. Further, in the above-described known example, each time when the response actually obtained in the plant exceeds a threshold value using a plurality of judgment criteria such as vibration of the manipulated variable and set value deviation of the control variable, each time constant Take a way to adjust. Therefore, although the normative model can be sequentially corrected, it does not solve the problem of defining a normative model with optimal control characteristics.

本発明の目的は、制御ゲインの最適化を図ることができ、プラントの制御性能を向上させ、変動を低減させるなどの安定した運転を実現させることにある。
An object of the present invention is to achieve stable operation such as optimization of control gain, improvement of plant control performance, and reduction of fluctuations.

前述の問題を鑑み、本発明は、条件を変更する条件変更部と、前記条件変更部で変更された条件に対するプラントの応答データを取得するデータ取得部と、前記応答データを基に、制御応答を調整するためのパラメータを導入して規範モデルを決定する規範モデル決定部と、前記規範モデルを基に前記制御ゲインを決定する制御ゲイン設定部を有する。
In view of the above-described problems, the present invention provides a control response based on a condition change unit that changes a condition, a data acquisition unit that acquires response data of a plant for the condition changed by the condition change unit, and the response data. A reference model determining unit that determines a reference model by introducing parameters for adjusting the control gain, and a control gain setting unit that determines the control gain based on the reference model.

本発明によれば、制御ゲインの最適化を図ることができ、プラントの制御性能が向上し、変動が低減するなどの安定した運転を実現できる。
According to the present invention, the control gain can be optimized, and stable operation such as improvement in plant control performance and reduction in fluctuations can be realized.

本発明の第一実施例であるプラント制御装置の制御ゲイン最適化システムの構成。The structure of the control gain optimization system of the plant control apparatus which is a 1st Example of this invention. 制御ゲインを評価するための規範モデルの定義範囲。Definition range of the normative model for evaluating control gain. データ取得部が取得するプラントデータの例。The example of the plant data which a data acquisition part acquires. 応答調整パラメータに対する制御ゲインの計算結果を示すグラフ。The graph which shows the calculation result of the control gain with respect to a response adjustment parameter. 外乱信号と規範モデルの定義範囲の関係を示す図。The figure which shows the relationship between a disturbance signal and the definition range of a reference | standard model. 応答推定部が推定する応答の種類を示す図。The figure which shows the kind of response which a response estimation part estimates. 制御ゲインの評価で使用する制御特性を表す指標の種類を示す図。The figure which shows the kind of parameter | index showing the control characteristic used by evaluation of control gain. 応答調整パラメータと各指標の値との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a response adjustment parameter and the value of each parameter | index. 応答調整パラメータと評価関数の値との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a response adjustment parameter and the value of an evaluation function. 入出力装置による制御ゲイン最適化処理の表示例を示す図。The figure which shows the example of a display of the control gain optimization process by an input / output device. 制御ゲイン最適化処理、温度設定値上昇操作時における設定値と主蒸気温度のトレンド。Trend of set value and main steam temperature during control gain optimization processing and temperature set value increase operation. 入出力装置による制御ゲイン最適化処理の実行を判断するためのデータの表示例を示す図。The figure which shows the example of a data display for judging execution of the control gain optimization process by an input / output device. 本発明の第二実施例であるプラント制御装置の制御ゲイン最適化システムの構成。The structure of the control gain optimization system of the plant control apparatus which is a 2nd Example of this invention. 本発明の第三実施例であるプラント制御装置の制御ゲイン最適化システムの構成。The structure of the control gain optimization system of the plant control apparatus which is the 3rd Example of this invention. 制御ゲインを評価するための規範モデルの定義範囲。Definition range of the normative model for evaluating control gain. データ取得部が取得するプラントデータの例。The example of the plant data which a data acquisition part acquires. 応答調整パラメータと各指標の値との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a response adjustment parameter and the value of each parameter | index. 本発明の第四実施例であるプラント制御装置の制御ゲイン最適化システムの構成。The structure of the control gain optimization system of the plant control apparatus which is 4th Example of this invention. データ取得部が取得するプラントデータの例。The example of the plant data which a data acquisition part acquires. 外乱応答データから推定した設定値変更時の応答を示す図。The figure which shows the response at the time of the setting value change estimated from disturbance response data.

本発明によるプラント制御装置の制御ゲイン最適化システムの構成について図面を参照して以下に説明する。
A configuration of a control gain optimization system for a plant control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施例であるプラント制御装置の制御ゲイン最適化システムを含むプラントの構成を示す図である。1がプラントである。2が制御装置である。ただし、プラント及び制御装置は本発明の処理に関連する部分のみを示している。21が制御ゲインの最適化の対象となるPID制御器である。本図では省略しているが、PID制御器21は、一般的なPID制御器と同様に、比例器、積分器、微分器が実装され、それぞれゲインが設定されている。本実施例では、プラントはボイラ発電プラントを想定している。ボイラプラントでは、ボイラで生成する蒸気の温度、例えば、主蒸気温度が制御される。主蒸気温度を制御するための操作変数の一つとして燃料流量がある。本実施例では、燃料流量による主蒸気温度のフィードバック制御系を対象としている。図に示すように、主蒸気温度の計測値は制御装置2に取り込まれ、主蒸気温度の設定値との偏差を差分器22で求め、PID制御器21の入力となる。PID制御器21は燃料流量デマンドを出力し、プラント1では燃料流量がデマンドに一致するように燃料供給装置11が操作される。図に示すフィードバック制御系により、主蒸気温度の計測値が設定値よりも低くなれば燃料流量を増やし、また、設定値よりも高くなれば燃料流量を減らすように燃料供給装置が操作されるので、主蒸気温度は設定値に追従する。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a plant including a control gain optimization system of a plant control apparatus according to an embodiment of the present invention. 1 is a plant. 2 is a control device. However, the plant and the control apparatus show only the parts related to the processing of the present invention. Reference numeral 21 denotes a PID controller targeted for optimization of control gain. Although omitted in the figure, the PID controller 21 is mounted with a proportional device, an integrator, and a differentiator, and gains are set, respectively, in the same manner as a general PID controller. In this embodiment, the plant is assumed to be a boiler power plant. In the boiler plant, the temperature of steam generated in the boiler, for example, the main steam temperature is controlled. One of the operating variables for controlling the main steam temperature is the fuel flow rate. In this embodiment, the feedback control system for the main steam temperature based on the fuel flow rate is targeted. As shown in the figure, the measured value of the main steam temperature is taken into the control device 2, and the difference from the set value of the main steam temperature is obtained by the subtractor 22 and becomes the input of the PID controller 21. The PID controller 21 outputs a fuel flow demand, and the plant 1 operates the fuel supply device 11 so that the fuel flow matches the demand. The feedback control system shown in the figure operates the fuel supply device to increase the fuel flow rate when the measured value of the main steam temperature is lower than the set value, and to decrease the fuel flow rate when the measured value is higher than the set value. The main steam temperature follows the set value.

図2に、本実施例になるシステムにおけるフィードバック制御系と規範モデルとの関係を示した。図の91で示す範囲に対して規範モデルM(s)を定義する。ここでsは伝達関数のラプラス演算子である。設定値及び主蒸気温度の時間tに対するトレンドをそれぞれR(t)、Y(t)とすると、規範モデルM(s)との関係は以下の式(1)で表すことができる。   FIG. 2 shows the relationship between the feedback control system and the reference model in the system according to the present embodiment. A reference model M (s) is defined for the range indicated by 91 in the figure. Here, s is a Laplace operator of the transfer function. When the trend of the set value and the main steam temperature with respect to time t is R (t) and Y (t), respectively, the relationship with the reference model M (s) can be expressed by the following equation (1).

本明細書では、伝達関数M(s)に対してR(t)を入力としたときの出力がY(t)となる場合、式(1)のような表現を用いる。本実施例になるシステムでは、規範モデルによる制御ゲイン評価手法を用いる。したがって、制御特性が最適となる規範モデルを求めることが、制御ゲインの最適化と等価になる。   In this specification, when the output when R (t) is input to the transfer function M (s) is Y (t), an expression such as Expression (1) is used. In the system according to the present embodiment, a control gain evaluation method using a reference model is used. Therefore, obtaining a reference model that optimizes the control characteristics is equivalent to optimizing the control gain.

前記の図1に示す制御ゲイン最適化システム3において、31は設定値変更部である。本実施例になるシステムでは、制御ゲインを最適化するための入力データとして、設定値変更時のプラントデータを使用する。設定値変更部31は制御装置2の設定値を変更することにより、設定値変更操作を行う。   In the control gain optimization system 3 shown in FIG. 1, reference numeral 31 denotes a set value changing unit. In the system according to the present embodiment, plant data at the time of changing the set value is used as input data for optimizing the control gain. The set value changing unit 31 performs a set value changing operation by changing the set value of the control device 2.

データ取得部32は、設定値変更時における設定値、燃料流量デマンド、及び主蒸気温度計測値の各信号を取得する。図3は、取得したデータの例である。(a)は設定値、(b)は主蒸気温度計測値、(c)は燃料流量のデマンドを示す。本実施例では、設定値をステップ状に変更しているため、燃料流量に対する主蒸気温度のステップ応答を得ることができる。   The data acquisition unit 32 acquires signals of a set value, a fuel flow demand, and a main steam temperature measurement value when the set value is changed. FIG. 3 is an example of acquired data. (a) is the set value, (b) is the main steam temperature measurement value, and (c) is the fuel flow demand. In this embodiment, since the set value is changed stepwise, a step response of the main steam temperature with respect to the fuel flow rate can be obtained.

次に、図1に示す規範モデル決定部33が、データ取得部32が取得したデータを用いて規範モデルを決定する。以下に、この処理を説明する。   Next, the normative model determination unit 33 illustrated in FIG. 1 determines a normative model using the data acquired by the data acquisition unit 32. This process will be described below.

先ず、図3(a)に示した設定値のトレンドを入力として、主蒸気温度計測値を出力として、以下の式(2)で示す関数形でフィッティング処理を行う。   First, the trend of the set value shown in FIG. 3A is input, the main steam temperature measurement value is output, and the fitting process is performed in the function form represented by the following equation (2).

式(2)に示すように、本実施例になるシステムでは2次系伝達関数を用いているが、関数形は対象となるプラントの特性に合わせて変えるのが好ましい。フィッティング処理により式(2)の係数a1及びa2が求まり、伝達関数M0(s)が規範モデルのベース関数となる。次に、ベース関数に対して、制御応答を調整するためのパラメータrを導入して、規範モデルM(s,r)を以下の式(3)で定義する。   As shown in Equation (2), the system according to the present embodiment uses a second-order transfer function, but the function form is preferably changed in accordance with the characteristics of the target plant. The coefficients a1 and a2 of Equation (2) are obtained by the fitting process, and the transfer function M0 (s) becomes the base function of the reference model. Next, a parameter r for adjusting the control response is introduced into the base function, and the reference model M (s, r) is defined by the following equation (3).

以上に示した処理により、本発明になるシステムでは、プラントの設定値変更操作時に取得したプラントデータを基に、制御ゲインを評価するための規範モデルM(s,r)を定義する。ただし、この段階ではパラメータrが決定していないため、最終的な規範モデルは定義できていない。パラメータrは、後述する処理によって制御特性の点から最適となるよう決定される。   With the processing described above, in the system according to the present invention, the reference model M (s, r) for evaluating the control gain is defined based on the plant data acquired at the time of changing the set value of the plant. However, since the parameter r is not determined at this stage, the final reference model cannot be defined. The parameter r is determined so as to be optimal from the viewpoint of control characteristics by a process described later.

規範モデル決定部33が規範モデルM(s,r)を定義すると、次に、応答推定部34が、規範モデルM(s,r)のパラメータrを変えたときの制御ゲインを評価し、同時に、プラントの応答を推定する。さらに、推定されたプラントの応答から制御特性を表す指標を抽出する。以下に、この処理を説明する。   When the reference model determining unit 33 defines the reference model M (s, r), the response estimation unit 34 evaluates the control gain when the parameter r of the reference model M (s, r) is changed, and at the same time Estimate the response of the plant. Further, an index representing control characteristics is extracted from the estimated plant response. This process will be described below.

規範モデルが決まれば、前記したMRACやFRITなどの評価手法により制御ゲインを計算できる。これらの評価手法を用いて、応答推定部34が応答調整パラメータrを変えたときの制御ゲインを計算する。図4に、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインの計算結果の例を示す。図において、横軸は応答調整パラメータrである。応答調整パラメータrを小さくして制御応答を速くすると、一般的に制御ゲインの値は増加する傾向となる。   If the reference model is determined, the control gain can be calculated by an evaluation method such as MRAC or FRIT described above. Using these evaluation methods, the response estimation unit 34 calculates a control gain when the response adjustment parameter r is changed. FIG. 4 shows an example of calculation results of proportional gain, integral gain, and differential gain. In the figure, the horizontal axis represents the response adjustment parameter r. When the response adjustment parameter r is decreased and the control response is accelerated, the control gain value generally tends to increase.

さらに、応答推定部34は、応答調整パラメータrに対する規範モデル及び計算された制御ゲインを用いて、プラントの各種応答を推定する。以下に、この処理の詳細を説明する。   Furthermore, the response estimation unit 34 estimates various responses of the plant using the reference model for the response adjustment parameter r and the calculated control gain. Details of this process will be described below.

PID制御器の伝達関数C(s,r)は以下の式で表せる。   The transfer function C (s, r) of the PID controller can be expressed by the following equation.

ここで、Kpは制御ゲイン、Kiは積分ゲイン、Kdは微分ゲイン、τは微分器のノイズによる影響を低減するためのパラメータである。規範モデルM(s,r)、その規範モデルで計算した制御ゲインにおけるPID制御器の伝達関数をC(s,r)とすると、設定値R(t)に対する主蒸気温度Y(t,r)の応答は、以下の式(5)で表せる。   Here, Kp is a control gain, Ki is an integral gain, Kd is a differential gain, and τ is a parameter for reducing the influence of differentiator noise. If the transfer function of the PID controller at the control gain calculated with the reference model M (s, r) and the control gain is C (s, r), the main steam temperature Y (t, r) with respect to the set value R (t) Can be expressed by the following equation (5).

設定値R(t)は任意の関数であり、ステップ信号を設定すれば、主蒸気温度Y(t,r)のステップ応答が計算できる。   The set value R (t) is an arbitrary function. If a step signal is set, the step response of the main steam temperature Y (t, r) can be calculated.

また、応答推定部34はシステムに外乱を印加したときの外乱応答も推定する。図5を用いて外乱応答の考え方を示す。図5では、前記した図2に示すフィードバック制御系に対し、外乱信号D(t)を入力として加えている。設定値R(t)から主蒸気温度Y(t)への応答が伝達関数M(s)で表されるとき、外乱信号D(t)から主蒸気温度Y(t)への応答G(s)は以下の式(6)で表すことができる   The response estimation unit 34 also estimates a disturbance response when a disturbance is applied to the system. The concept of disturbance response is shown using FIG. In FIG. 5, a disturbance signal D (t) is added as an input to the feedback control system shown in FIG. When the response from the set value R (t) to the main steam temperature Y (t) is expressed by the transfer function M (s), the response G (s) from the disturbance signal D (t) to the main steam temperature Y (t) ) Can be expressed by the following equation (6):

この関係により、応答調整パラメータrを導入した規範モデルをM(s,r)、その規範モデルで計算した制御ゲインの伝達関数をC(s,r)とすると、外乱信号D(t)に対する主蒸気温度Y(t,r)の応答は、以下の式(7)で表せる。   Based on this relationship, if the reference model with the response adjustment parameter r introduced is M (s, r) and the transfer function of the control gain calculated with the reference model is C (s, r), the main signal for the disturbance signal D (t) The response of the steam temperature Y (t, r) can be expressed by the following equation (7).

図6に、応答推定部24が推定する応答の種類を模式的に表した。図に示すように、規範モデルM(s,r)に応じて、設定値をステップ状に変えたときの燃料流量のトレンド、外乱にステップ信号を印加したときのステップ外乱応答、外乱に振動信号を印加したときの振動外乱応答を推定する。式(7)において、外乱信号D(t)にステップ信号を与えればステップ外乱信号が得られ、また、外乱信号D(t)に振動信号を与えれば振動外乱応答が得られる。ここで、応答調整パラメータrが1.0の場合は、現時点(ゲイン調整前)でのプラント実機の応答と等価であることを示す。rを増やすと、実機の応答に比べて緩やかな変化になり、また、rを減らすと応答を速くできる。   FIG. 6 schematically shows the types of responses estimated by the response estimation unit 24. As shown in the figure, according to the reference model M (s, r), the trend of fuel flow when the set value is changed in steps, the step disturbance response when a step signal is applied to the disturbance, the vibration signal to the disturbance Estimate the vibration disturbance response when. In Equation (7), a step disturbance signal is obtained by applying a step signal to the disturbance signal D (t), and a vibration disturbance response is obtained by applying a vibration signal to the disturbance signal D (t). Here, when the response adjustment parameter r is 1.0, it is equivalent to the response of the actual plant at the present time (before gain adjustment). Increasing r results in a gradual change compared to the actual machine response, and decreasing r can speed up the response.

次に、評価関数決定部24は、図6に示した各種応答から制御特性を表す指標データを抽出する。   Next, the evaluation function determination unit 24 extracts index data representing control characteristics from the various responses shown in FIG.

図7では、本実施例になるシステムにおいて、制御ゲインを評価するための制御特性の指標として使用するパラメータを示している。(a)は設定値をステップ状に変えたときの主蒸気温度の変動を示しており、101は主蒸気温度の設定値に対するオーバシュート量、102は主蒸気温度の振れが減衰していくときの整定時間を示す。整定時間は減衰曲線があらかじめ定めた閾値を下回るまでの時間で表す。(b)は設定値をステップ状に変えたときの燃料流量の変動を示しており、103は振れ幅の最大値、104は変化率の最大値を示す。(c)は外乱信号としてステップ信号を印加したときの主蒸気温度の変動を示しており、105は振れ幅の最大値、106は整定時間を示す。(d)は外乱信号として振動信号を印加したときの主蒸気温度の変動を示しており、107は振れ幅を示す。   FIG. 7 shows parameters used as an index of control characteristics for evaluating the control gain in the system according to the present embodiment. (a) shows the fluctuation of the main steam temperature when the set value is changed in steps, 101 is an overshoot amount with respect to the set value of the main steam temperature, and 102 is when the fluctuation of the main steam temperature is attenuated. Shows the settling time. The settling time is expressed as the time until the decay curve falls below a predetermined threshold. (b) shows the fluctuation of the fuel flow rate when the set value is changed in steps, 103 shows the maximum value of the fluctuation width, and 104 shows the maximum value of the change rate. (c) shows the fluctuation of the main steam temperature when a step signal is applied as a disturbance signal, 105 is the maximum value of the swing width, and 106 is the settling time. (d) shows the fluctuation of the main steam temperature when a vibration signal is applied as a disturbance signal, and 107 shows the fluctuation width.

これらの指標は応答調整パラメータrに応じて計算される。図8は、応答調整パラメータrに対する各指標の計算結果を模式的に表した図である。横軸は応答調整パラメータrであり、縦軸は各指標の値である。(a)は設定値をステップ状に変えたときの各指標を示している。図に示すように、主蒸気温度については、応答調整パラメータrを小さくするほど、すなわち、制御応答を速くするほど、オーバシュート量は小さくなり、整定時間も短くできる。つまり、制御性能を改善できる。一方、燃料流量については、応答調整パラメータrを小さくするほど、振れ幅と変化率は大きくなる。制御応答を速くすると、主蒸気温度の設定値追従性は良くなるが、燃料流量は主蒸気温度を設定値に追従させるため急激に変化する。燃料流量の変動が大きくなることは、燃料供給装置の動作も大きく変動することを意味し、機器の故障や劣化進行の要因となる。したがって、制御ゲインは、主蒸気温度の設定値追従性と燃料流量の変動の大きさの両者のトレードオフで決めるのが適当である。また、(b)は外乱としてステップ信号を印加したときの各指標を示している。同様に(c)は外乱として振動信号を印加したときの各指標を示している。外乱応答については、応答調整パラメータrを小さくするほど、すなわち、制御応答を速くするほど、主蒸気温度の変動を小さくできる。つまり、外乱応答における制御ゲインの考え方は設定値変更操作と同様であり、外乱が印加されたときの主蒸気温度変動の抑制効果と燃料流量変動の大きさの両者のトレードオフで制御ゲインを決めるのが適当である。   These indices are calculated according to the response adjustment parameter r. FIG. 8 is a diagram schematically showing calculation results of each index with respect to the response adjustment parameter r. The horizontal axis is the response adjustment parameter r, and the vertical axis is the value of each index. (a) shows each index when the set value is changed in steps. As shown in the figure, for the main steam temperature, the smaller the response adjustment parameter r, that is, the faster the control response, the smaller the overshoot amount and the shorter the settling time. That is, the control performance can be improved. On the other hand, with respect to the fuel flow rate, the smaller the response adjustment parameter r, the larger the fluctuation width and the rate of change. When the control response is made faster, the set value followability of the main steam temperature is improved, but the fuel flow rate changes rapidly in order to make the main steam temperature follow the set value. An increase in the fuel flow rate means that the operation of the fuel supply device also changes greatly, which causes a failure of the device and a progress of deterioration. Therefore, it is appropriate to determine the control gain by a trade-off between both the set value followability of the main steam temperature and the magnitude of the fluctuation of the fuel flow rate. Further, (b) shows each index when a step signal is applied as a disturbance. Similarly, (c) shows each index when a vibration signal is applied as a disturbance. Regarding the disturbance response, the smaller the response adjustment parameter r, that is, the faster the control response, the smaller the fluctuation of the main steam temperature. In other words, the concept of control gain in disturbance response is the same as that for changing the set value, and the control gain is determined by the trade-off between both the main steam temperature fluctuation suppression effect and the fuel flow fluctuation magnitude when disturbance is applied. Is appropriate.

以上の点を踏まえ、評価関数決定部35は、各指標のデータを用いて制御特性を総合的に判断するために、以下の式(8)で表した評価関数F(r)を決定する。   Based on the above points, the evaluation function determination unit 35 determines the evaluation function F (r) expressed by the following equation (8) in order to comprehensively determine the control characteristics using the data of each index.

ここで、fi(r)は応答調整パラメータrにおける図8に示した指標iの値である。また、wiは指標iに対する荷重係数である。重要性が高い指標に対する荷重係数を大きな値に設定することで、その指標に対する性能を重視した制御ゲインを得ることができる。   Here, fi (r) is the value of the index i shown in FIG. 8 in the response adjustment parameter r. Wi is a load coefficient for the index i. By setting the load coefficient for a highly important index to a large value, a control gain emphasizing the performance for that index can be obtained.

図9は、式(8)で示した評価関数F(r)を示している。評価関数の値が小さいほど、制御特性は要求される状態に近いことを示す。したがって、評価関数から応答調整パラメータrの最適値を決定できる。   FIG. 9 shows the evaluation function F (r) represented by the equation (8). The smaller the value of the evaluation function, the closer the control characteristic is to the required state. Therefore, the optimum value of the response adjustment parameter r can be determined from the evaluation function.

制御ゲイン決定部36が、図9で示した評価関数を基に、応答調整パラメータrの最適値を決定した後、前記した図4に示す制御ゲインの計算結果を用いて、rの最適値に対応する比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを求める。   The control gain determination unit 36 determines the optimum value of the response adjustment parameter r based on the evaluation function shown in FIG. 9, and then uses the calculation result of the control gain shown in FIG. 4 to obtain the optimum value of r. Find the corresponding proportional gain, integral gain, and derivative gain.

最後に、制御ゲイン設定部37が、制御装置2のPID制御器21の制御ゲインを前記処理で求めた値に更新する。   Finally, the control gain setting unit 37 updates the control gain of the PID controller 21 of the control device 2 to the value obtained by the above processing.

図10は、本実施例になるシステムに付属する入出力装置4の表示画面例である。入出力装置には制御ゲインの最適化処理で使用した各種情報が表示される。(a)で示す画面には、制御ゲインの計算結果、及び、計算で使用した規範モデルを表示している。運転員は、これらのデータを基に制御ゲインの計算結果を確認し、「ゲイン修正」ボタンを押下することにより、制御装置2に対してPID制御装置のゲインの修正を行う。また、(b)で示す画面には、評価関数の荷重係数を設定する入力窓を表示している。図では、f1からf7までの指標に対する荷重係数を設定できるが、運転員は、これらの指標の重要度に応じて荷重係数を設定できる。このときの評価関数のグラフも合わせて表示している。   FIG. 10 is an example of a display screen of the input / output device 4 attached to the system according to the present embodiment. Various information used in the control gain optimization process is displayed on the input / output device. On the screen shown in (a), the calculation result of the control gain and the reference model used in the calculation are displayed. The operator confirms the calculation result of the control gain based on these data, and presses the “gain correction” button to correct the gain of the PID control device with respect to the control device 2. In addition, an input window for setting the load coefficient of the evaluation function is displayed on the screen shown in (b). In the figure, load factors can be set for the indices from f1 to f7, but the operator can set the load coefficients according to the importance of these indices. The graph of the evaluation function at this time is also displayed.

図11は、制御ゲインを最適化することにより主蒸気温度変動を低減し、温度設定値を上昇させる操作を行ったときの主蒸気温度及び設定値のトレンドを示した図である。システムは、主蒸気温度設定値の上昇・低下(現状値への回復)操作を行ったときのデータを取得し、前述の処理によって制御ゲインの最適値を評価する。ゲインが最適値に修正されると、主蒸気温度の変動が低減する。次に、運転員は温度設定値の上昇操作を行う。これにより、ゲイン修正前よりも主蒸気温度が高い状態でプラントを運転することができ、プラント効率が上昇し、燃料消費量を削減できる。   FIG. 11 is a diagram showing trends in the main steam temperature and the set value when an operation for reducing the main steam temperature variation and increasing the temperature set value is performed by optimizing the control gain. The system acquires data when the main steam temperature set value is increased or decreased (recovered to the current value), and evaluates the optimum value of the control gain by the above-described processing. When the gain is corrected to the optimum value, the fluctuation of the main steam temperature is reduced. Next, the operator performs an operation for increasing the temperature set value. Thereby, the plant can be operated in a state where the main steam temperature is higher than before the gain correction, the plant efficiency is increased, and the fuel consumption can be reduced.

本実施例になるシステムを用いて制御ゲインを最適化するのは、プラントの運転開始前の試運転時、あるいは、定期検査時だけではなく、運転条件が変わった場合にも有効である。運転条件としては、プラントの運転負荷が変わった場合、燃料性状が変わった場合(石炭ボイラでは炭種を変えた場合)、または、大気条件(温度、湿度等)が変わった場合などが挙げられる。また、経年劣化等の要因により主蒸気温度の変動幅が大きくなった場合に最適化を行うことも有効である。図12は、システムによる最適化処理の実行を判断するために、各種情報を提供する表示画面例である。前回の制御ゲイン修正時と現在のプラント状態を比較して情報を表示する。表示情報としては、主蒸気温度の変動幅、ゲイン修正日、大気温度及び湿度、運転負荷、燃料種類(石炭の炭種)が挙げられる。運転員は、これらの情報を基に制御ゲイン最適化の必要性を判断し、最適化を行う場合は、表示画面の「最適化処理画面 表示」ボタンを押下して、前述の図11で示した最適化処理の実行画面を表示させる。   Optimizing the control gain using the system according to the present embodiment is effective not only at the time of trial operation before the start of operation of the plant or at the time of periodic inspection, but also when the operating conditions change. The operating conditions include when the plant operating load changes, the fuel properties change (if the coal boiler changes the coal type), or the atmospheric conditions (temperature, humidity, etc.) change. . It is also effective to perform optimization when the fluctuation range of the main steam temperature becomes large due to factors such as aging. FIG. 12 is an example of a display screen that provides various types of information in order to determine whether the system is performing optimization processing. Information is displayed by comparing the current plant state with the previous control gain correction. Examples of the display information include fluctuation range of main steam temperature, gain correction date, atmospheric temperature and humidity, operational load, and fuel type (coal coal type). The operator determines the necessity of control gain optimization based on this information, and when performing optimization, presses the “optimization processing screen display” button on the display screen, and is shown in FIG. Display the optimization screen.

以上に示したように、本発明になるシステムでは、プラントの設定値変更操作時のデータを取得して、制御ゲインの最適化処理に使用する規範モデルを定義する。このとき、規範モデルは、制御特性の指標となる項目、すなわち、設定値追従性(オーバシュート量、整定時間)、操作量変動、外乱抑制効果(振れ幅、整定時間)を基に、総合的な観点から決定される。これにより、プラントの実際の制御特性に合わせた最適な制御ゲインを評価できる。   As described above, in the system according to the present invention, data at the time of a plant setting value change operation is acquired, and a reference model used for control gain optimization processing is defined. At this time, the normative model is based on items that serve as indices of control characteristics, that is, set value followability (overshoot amount, settling time), manipulated variable fluctuation, disturbance suppression effect (runout width, settling time). It is decided from the viewpoint. This makes it possible to evaluate an optimal control gain that matches the actual control characteristics of the plant.

本実施例はボイラ発電プラントを対象として処理を説明したが、本発明はボイラ発電プラントのみならず、コンバインド火力発電プラントや原子力発電プラント、または、化学プラントにも応用できる。
Although the present embodiment has been described with respect to a boiler power plant, the present invention can be applied not only to a boiler power plant but also to a combined thermal power plant, a nuclear power plant, or a chemical plant.

図13は、本発明の一実施例であるプラント制御装置の制御ゲイン最適化システムを含むプラントの構成を示す図である。図1に示した第一実施例との相違点は、制御ゲイン最適化の対象となるPID制御器21の他に、制御ゲイン最適化の対象としないPID制御器23があることである。以下、第一実施例と異なる処理のみを説明する。   FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a plant including a control gain optimizing system for a plant control apparatus according to an embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that there is a PID controller 23 that is not subject to control gain optimization in addition to the PID controller 21 that is subject to control gain optimization. Hereinafter, only processing different from the first embodiment will be described.

本実施例で適用対象としているボイラプラントでは、主蒸気温度は燃料流量とスプレイ流量の両方により制御される。主蒸気温度に設定値との偏差が生じた場合、スプレイ流量の方が主蒸気温度に速く作用できる。しかし、偏差が大きい場合は、スプレイ流量では十分に対応できないため、燃料流量の調整によって主蒸気温度を設定値に追従させる。つまり、微小で速く変化する温度変動にはスプレイ流量で対応し、大きく緩やかに変化する温度変動には燃料流量で対応する。   In the boiler plant to be applied in this embodiment, the main steam temperature is controlled by both the fuel flow rate and the spray flow rate. If the main steam temperature deviates from the set value, the spray flow rate can act on the main steam temperature faster. However, when the deviation is large, the spray flow rate cannot sufficiently cope with it, and the main steam temperature is made to follow the set value by adjusting the fuel flow rate. That is, a minute and fast change in temperature is handled by a spray flow rate, and a large and slowly changing temperature change is handled by a fuel flow rate.

図13に示す制御装置2には、主蒸気温度の設定値偏差に応じて燃料流量を操作するためのPID制御器21と、スプレイ流量を操作するためのPID制御器23が実装される。PID制御器21が出力した燃料流量デマンドに応じて燃料供給装置11が燃料流量を操作し、PID制御器23が出力したスプレイ流量デマンドに応じてスプレイ弁開度を変えることでスプレイ流量を操作する。   The control device 2 shown in FIG. 13 is equipped with a PID controller 21 for operating the fuel flow rate according to the set value deviation of the main steam temperature and a PID controller 23 for operating the spray flow rate. The fuel supply device 11 operates the fuel flow rate according to the fuel flow rate demand output from the PID controller 21, and the spray flow rate is operated by changing the spray valve opening according to the spray flow rate demand output from the PID controller 23. .

本実施例では、燃料流量を操作するためのPID制御器21をゲイン最適化の対象とする。実施例1で説明した処理と同様に、ゲイン評価に使用するプラントデータを取得するため、設定値変更部31が設定値を操作する。このとき、本実施例になるシステムでは、設定値部31がスプレイ流量を操作するためのPID制御器23の機能を停止し、スプレイ流量デマンドが一定値になるようにする。これは、設定値変更操作時のプラントデータからPID制御器23の影響を除外し、ゲイン最適化の対象としているPID制御器21の影響のみが現れるようにするためである。通常の制御では、主蒸気温度に設定偏差が生じると、燃料流量とスプレイ流量の両方を調整して、主蒸気温度を設定値に追従させる。しかし、本実施例では、燃料流量を調整するPID制御器21に対してゲイン最適化を行うため、スプレイ流量が主蒸気温度に影響を与えないようにする。この処理により、データが取得部32が取得するプラントデータは、燃料流量による主蒸気温度のフィードバック制御系による影響のみであり、PID制御器21のゲインを精度よく評価できる。   In this embodiment, the PID controller 21 for manipulating the fuel flow rate is targeted for gain optimization. Similar to the processing described in the first embodiment, the set value changing unit 31 operates the set value in order to acquire the plant data used for gain evaluation. At this time, in the system according to the present embodiment, the setting value unit 31 stops the function of the PID controller 23 for operating the spray flow rate so that the spray flow demand becomes a constant value. This is because the influence of the PID controller 23 is excluded from the plant data at the time of the setting value changing operation so that only the influence of the PID controller 21 that is the target of gain optimization appears. In normal control, when a set deviation occurs in the main steam temperature, both the fuel flow rate and the spray flow rate are adjusted to cause the main steam temperature to follow the set value. However, in this embodiment, gain optimization is performed on the PID controller 21 that adjusts the fuel flow rate, so that the spray flow rate does not affect the main steam temperature. By this processing, the plant data acquired by the acquisition unit 32 is only the influence of the main steam temperature due to the fuel flow rate due to the feedback control system, and the gain of the PID controller 21 can be accurately evaluated.

これ以降の処理は第一実施例と同様なので、本実施例では説明を省略する。本実施例では、燃料流量を調整するPID制御器のゲインを最適化するため、スプレイ流量を調整するPID制御器を停止したが、逆に、スプレイ流量を調整するPID制御器のゲインを最適化するには、燃料流量を調整するPID制御器を停止すればよい。   Since the subsequent processing is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted in this embodiment. In this embodiment, in order to optimize the gain of the PID controller for adjusting the fuel flow rate, the PID controller for adjusting the spray flow rate is stopped, but conversely, the gain of the PID controller for adjusting the spray flow rate is optimized. To do so, the PID controller that adjusts the fuel flow rate may be stopped.

以上に示したように、本発明になるシステムでは、設定値変更操作において複数のPID制御器が作用する場合でも、制御ゲイン最適化の対象とするPID制御器のみの制御特性を取り出すことができるため、ゲイン評価を高精度で行うことができる。
As described above, in the system according to the present invention, even when a plurality of PID controllers act in the setting value changing operation, it is possible to extract the control characteristics of only the PID controller that is the target of control gain optimization. Therefore, gain evaluation can be performed with high accuracy.

図14は、本発明の一実施例であるプラント制御装置の制御ゲイン最適化システムを含むプラントの構成を示す図である。図1に示した第一実施例との相違点は、制御ゲイン最適化の対象となるPID制御器が2つあることである。以下、第一実施例と異なる処理のみを説明する。   FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a plant including a control gain optimizing system for a plant control apparatus according to an embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that there are two PID controllers that are targets for control gain optimization. Hereinafter, only processing different from the first embodiment will be described.

本実施例では、主蒸気温度は燃料流量、及びスプレイ流量によって制御されるとしている。したがって、制御装置2には、主蒸気温度の設定値偏差に応じて燃料流量を操作するためのPID制御器21と、スプレイ流量を操作するためのPID制御器23が実装される。PID制御器21が出力した燃料流量デマンドに応じて燃料供給装置11が燃料流量を操作し、PID制御器23が出力したスプレイ流量デマンドに応じてスプレイ弁開度を変えることでスプレイ流量を操作する。   In this embodiment, the main steam temperature is controlled by the fuel flow rate and the spray flow rate. Therefore, a PID controller 21 for operating the fuel flow rate and a PID controller 23 for operating the spray flow rate are mounted on the control device 2 in accordance with the set value deviation of the main steam temperature. The fuel supply device 11 operates the fuel flow rate according to the fuel flow rate demand output from the PID controller 21, and the spray flow rate is operated by changing the spray valve opening according to the spray flow rate demand output from the PID controller 23. .

図15に、本実施例になるシステムにおけるフィードバック制御系と規範モデルとの関係を示した。図の92で示す範囲に対して規範モデルM(s)を定義する。2つのPID制御器で構成されているが、設定値R(t)に対する主蒸気温度Y(t)の応答に対して規範モデルを定義する点では、実施例1と同様である。   FIG. 15 shows the relationship between the feedback control system and the reference model in the system according to the present embodiment. A reference model M (s) is defined for the range indicated by 92 in the figure. Although it is comprised by two PID controllers, it is the same as that of Example 1 at the point which defines a reference | standard model with respect to the response of the main steam temperature Y (t) with respect to setting value R (t).

図14に示した制御ゲイン最適化システム3の構成要素の一つであるデータ取得部32は、操作変数として燃料流量デマンドとスプレイ流量デマンドの両方を取得する。図16にデータ取得部32が取得したデータの例を示す。(a)は設定値、(b)は主蒸気温度計測値、(c)は燃料流量のデマンド、(d)はスプレイ流量のデマンドを示す。スプレイ流量については、流量を増やすと主蒸気温度は低下する方向に変化するので、主蒸気温度の変化とは逆の応答を示す。   The data acquisition unit 32, which is one of the components of the control gain optimization system 3 shown in FIG. 14, acquires both the fuel flow demand and the spray flow demand as operation variables. FIG. 16 shows an example of data acquired by the data acquisition unit 32. (a) is a set value, (b) is a main steam temperature measurement value, (c) is a fuel flow demand, and (d) is a spray flow demand. As for the spray flow rate, when the flow rate is increased, the main steam temperature changes in a decreasing direction.

図17は、規範モデルを用いて推定した応答から得られる制御性能を表す指標データを模式的に表した図である。横軸は応答調整パラメータrであり、縦軸は各指標の値である。本実施例では、第一実施例と異なるデータとして、設定値をステップ状に変えたときの各指標のみを示している。本実施例では、燃料流量に加えて、スプレイ流量の振れ幅及び変化率も制御ゲインの評価に使用する。評価関数の定義は、第一実施例と同様で前記の式(8)で表すことができる。評価関数を用いた制御ゲインの決定処理は第一実施例と同様なので、本実施例では説明を省略する。   FIG. 17 is a diagram schematically showing index data representing control performance obtained from a response estimated using a reference model. The horizontal axis is the response adjustment parameter r, and the vertical axis is the value of each index. In the present embodiment, as the data different from the first embodiment, only each index when the set value is changed stepwise is shown. In this embodiment, in addition to the fuel flow rate, the fluctuation range and rate of change of the spray flow rate are also used for evaluating the control gain. The definition of the evaluation function is the same as in the first embodiment and can be expressed by the above formula (8). Since the process for determining the control gain using the evaluation function is the same as that in the first embodiment, description thereof is omitted in this embodiment.

以上に示したように、本発明になるシステムでは、制御ゲイン最適化の対象となるPID制御器が複数ある場合でも、制御特性の点で最適となるゲインを評価できる。本実施例では多入力1出力のシステムを対象としたが、多入力多出力のシステムでも同様の処理で対応できる。したがって、PID制御器を使用している制御装置であれば、対象を限定することなく、本発明になるシステムを適用することができる。
As described above, in the system according to the present invention, even when there are a plurality of PID controllers targeted for control gain optimization, the optimum gain in terms of control characteristics can be evaluated. In this embodiment, a system with multiple inputs and one output is targeted, but a system with multiple inputs and multiple outputs can be handled by the same processing. Therefore, the system according to the present invention can be applied to any control device that uses a PID controller without limiting the target.

図18は、本発明の一実施例であるプラント制御装置の制御ゲイン最適化システムを含むプラントの構成を示す図である。図1に示した第一実施例との相違点は、設定値変更部の代わりに、外乱信号印加部38が実装されている点である。以下、第一実施例と異なる処理のみを説明する。   FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a plant including a control gain optimization system of a plant control apparatus according to an embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that a disturbance signal applying unit 38 is mounted instead of the set value changing unit. Hereinafter, only processing different from the first embodiment will be described.

第一、及び第二実施例では、設定値変更時におけるプラントの応答データを用いて、規範モデルを定義し、制御ゲインを評価した。これに対し、本実施例になるシステムでは、外乱信号を印加したときのプラントの応答データを用いる。これは、制御システムの出力変数(本実施例では主蒸気温度)が一定値制御されており、設定値を変える操作が困難なプラントを対象とした場合を想定している。図18に示した外乱信号印加部38は、PID制御器21の出力である燃料流量デマンドに対し、加算器24を通して外乱を印加する。   In the first and second embodiments, the reference model was defined using the response data of the plant when the set value was changed, and the control gain was evaluated. On the other hand, in the system according to the present embodiment, the response data of the plant when a disturbance signal is applied is used. This assumes a case where the output variable of the control system (main steam temperature in the present embodiment) is controlled at a constant value and the plant is difficult to change the set value. The disturbance signal applying unit 38 shown in FIG. 18 applies a disturbance through the adder 24 to the fuel flow demand that is the output of the PID controller 21.

データ取得部32は、外乱信号印加部38が外乱信号を印加したときのプラントの応答データを取得する。図19は、取得したデータの例である。(a)は印加した外乱信号、(b)は主蒸気温度計測値、(c)は燃料流量デマンドである。(a)に示す外乱信号はステップ信号として与えている。このとき、(c)に示す燃料流量デマンドは、外乱信号を印加されたことにより、ステップ状に上昇するが、フィードバック制御系が働いて、元の値に収束する。(b)に示す主蒸気温度計測値についても、燃料流量デマンドの変化に応じて温度が一時的に上昇するが、元の値に収束する。   The data acquisition unit 32 acquires plant response data when the disturbance signal application unit 38 applies a disturbance signal. FIG. 19 is an example of acquired data. (a) is the applied disturbance signal, (b) is the main steam temperature measurement, and (c) is the fuel flow demand. The disturbance signal shown in (a) is given as a step signal. At this time, the fuel flow demand shown in (c) rises stepwise by applying the disturbance signal, but the feedback control system works and converges to the original value. As for the main steam temperature measurement value shown in (b), the temperature temporarily rises according to the change in the fuel flow demand, but converges to the original value.

本実施例になるシステムでは、これらの外乱応答データを用いて規範モデルを定義する。前記の図5で説明したように、規範モデルM(s)は設定値R(t)から主蒸気温度Y(t)への応答で表す。しかし、本実施例で得られるプラントの応答データは、外乱信号D(t)から主蒸気温度Y(t)への応答である。以下に、外乱応答を用いて規範モデルを定義するための処理を説明する。   In the system according to the present embodiment, the reference model is defined using these disturbance response data. As described above with reference to FIG. 5, the reference model M (s) is represented by a response from the set value R (t) to the main steam temperature Y (t). However, the plant response data obtained in this embodiment is a response from the disturbance signal D (t) to the main steam temperature Y (t). Below, the process for defining a normative model using a disturbance response is demonstrated.

外乱信号D(t)から主蒸気温度Y(t)への応答は、規範モデルM(s)と制御器の伝達関数C(s)を用いて、前記の式(6)で表せる。したがって、外乱応答関数G0(s)を以下の式(9)で表す。   The response from the disturbance signal D (t) to the main steam temperature Y (t) can be expressed by the above equation (6) using the reference model M (s) and the transfer function C (s) of the controller. Therefore, the disturbance response function G0 (s) is expressed by the following equation (9).

ここで、式(9)に前記の式(2)と式(4)を代入すると、以下の式(10)が導ける。   Here, by substituting Equation (2) and Equation (4) into Equation (9), the following Equation (10) can be derived.

式(10)において、比例ゲインKp、積分ゲインKi、微分ゲインKd、微分器のノイズ低減パラメータτは制御器に設定されている値となる。したがって、式(10)で表す伝達関数における未知係数はa1及びa2のみである。前記の図19で示した外乱印加時のプラントの応答データに対して、外乱信号を入力、主蒸気温度を出力として、式(10)でフィッティング処理を行えば、係数a1及びa2を求めることができる。フィッティング処理で求めた係数a1及びa2は、前記の式(2)で示したように規範モデルのベース関数M0(s)の係数と等価である。つまり、プラントで取得した外乱応答データを式(10)でフィッティングすることにより、規範モデルのベース関数を求めることができる。   In Expression (10), the proportional gain Kp, the integral gain Ki, the differential gain Kd, and the noise reduction parameter τ of the differentiator are values set in the controller. Therefore, the unknown coefficients in the transfer function represented by Equation (10) are only a1 and a2. If the disturbance signal is input to the plant response data shown in FIG. 19 and the main steam temperature is output, the coefficient a1 and a2 can be obtained by performing the fitting process using equation (10). it can. The coefficients a1 and a2 obtained by the fitting process are equivalent to the coefficients of the base function M0 (s) of the reference model as shown in the above equation (2). That is, the base function of the reference model can be obtained by fitting the disturbance response data acquired in the plant with the equation (10).

図20は、プラントで得られた外乱応答データから求めた規範モデルのベース関数を示している。図に示すように、外乱応答データから、設定値変更時の主蒸気温度の応答データを推定することができる。   FIG. 20 shows a reference model base function obtained from disturbance response data obtained in the plant. As shown in the figure, it is possible to estimate the main steam temperature response data when the set value is changed from the disturbance response data.

以上の処理により、規範モデルのベース関数M0(s)を決定できたので、これに応答調整パラメータrを導入して、前記の式(3)で表した規範モデルM(s,r)を定義する。以降の制御ゲイン決定までの処理は、第一実施例と同様であるので、本実施例では説明を省略する。   With the above processing, the base function M0 (s) of the norm model can be determined, so the response adjustment parameter r is introduced to this and the norm model M (s, r) expressed by the above equation (3) is defined. To do. The subsequent processing up to the determination of the control gain is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted in this embodiment.

以上に示したように、本実施例のシステムでは、設定値変更操作を行わなくても、外乱信号を印加することにより、制御ゲインの最適化処理を行うことができる。これによって、出力変数(本実施例では主蒸気温度)の設定値変更操作を行うことが好ましくないプラントに対しても、本実施例になるシステムを適用できる。   As described above, in the system of the present embodiment, the control gain optimization process can be performed by applying the disturbance signal without performing the setting value changing operation. As a result, the system according to the present embodiment can be applied to a plant in which it is not preferable to change the set value of the output variable (main steam temperature in the present embodiment).

以上説明した各実施例の制御装置は、規範モデルを用いてPID制御の制御ゲインを決定するプラント制御装置において、条件を変更する条件変更部である設定値変更部31や外乱信号印加部38と、条件変更部で変更された条件に対するプラントの応答データを取得するデータ取得部32と、この応答データを基に、制御応答を調整するためのパラメータを導入して規範モデルを決定する規範モデル決定部33と、この規範モデルを基に制御ゲインを設定する制御ゲイン設定部37を有している。この制御装置によれば、条件を変更したときのプラントの応答データを取得し、この応答データを変形し、制御応答を調整するためのパラメータを導入して規範モデルを決定し、この規範モデルを基に制御ゲインを設定することができるため、設定値変更操作時の制御変数と操作変数の応答、または、外乱信号を印加したときの制御変数の応答から、制御特性の点で最適となる規範モデルを決定できる。これにより、制御ゲインの最適化を図ることができ、プラントの制御性能が向上し、変動が低減するなどの安定した運転を実現できる。
In the plant control apparatus that determines the control gain of PID control using the reference model, the control apparatus according to each embodiment described above includes a set value changing unit 31 and a disturbance signal applying unit 38 that are condition changing units that change conditions. The data acquisition unit 32 for acquiring the response data of the plant with respect to the condition changed by the condition changing unit, and the reference model determination for determining the reference model by introducing parameters for adjusting the control response based on the response data And a control gain setting unit 37 for setting a control gain based on the reference model. According to this control device, the response data of the plant when the condition is changed is obtained, the response data is transformed, the parameters for adjusting the control response are introduced, the reference model is determined, and the reference model is The control gain can be set on the basis of the control variable and the response of the control variable when the set value is changed, or the response of the control variable when a disturbance signal is applied. The model can be determined. As a result, it is possible to optimize the control gain, improve the control performance of the plant, and realize stable operation such as reduction of fluctuations.

本発明になるシステムによれば、発電プラント、化学プラントを始めとするPID制御器を有するプラント全般に利用できる。
The system according to the present invention can be used for all plants having a PID controller such as a power plant and a chemical plant.

1 プラント
2 制御装置
3 制御ゲイン最適化システム
4 入出力装置
11 燃料供給装置
12 スプレイ弁
21 PID制御器
23 PID制御器
31 設定値変更部
32 データ取得部
33 規範モデル決定部
34 応答推定部
35 評価関数決定部
36 制御ゲイン決定部
37 制御ゲイン設定部
38 外乱信号印加部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plant 2 Control apparatus 3 Control gain optimization system 4 Input / output apparatus 11 Fuel supply apparatus 12 Spray valve 21 PID controller 23 PID controller 31 Setting value change part 32 Data acquisition part 33 Reference model determination part 34 Response estimation part 35 Evaluation Function determining unit 36 Control gain determining unit 37 Control gain setting unit 38 Disturbance signal applying unit

Claims (11)

規範モデルを用いてPID制御の制御ゲインを決定するプラント制御装置において、
条件を変更する条件変更部と、
前記条件変更部で変更された条件に対するプラントの応答データを取得するデータ取得部と、
前記応答データをフィッティングして求めた伝達関数に対して制御応答の速さを調整するパラメータを導入することにより規範モデルの基本関数を定義する規範モデル決定部と、
制御特性を評価するための評価関数を定義する評価関数決定部と、
前記評価関数を基に前記パラメータを決定することで規範モデルを決定し、決定した規範モデルを基に制御ゲインを設定する制御ゲイン設定部と、を有し、
前記評価関数決定部は、プラントの設定値変更時における操作変数の変動抑制効果を、操作変数の振れ幅または変化率から評価すること、又は、外乱信号を印加する外乱印加時における出力変数の変動抑制効果を、出力変数の振れ幅または整定時間から評価することを特徴とするプラント制御装置。
In a plant control apparatus that determines a control gain of PID control using a reference model,
A condition changing section for changing the condition;
A data acquisition unit for acquiring response data of the plant with respect to the conditions changed by the condition change unit;
A norm model determining unit that defines a basic function of a norm model by introducing a parameter that adjusts the speed of a control response with respect to a transfer function obtained by fitting the response data;
An evaluation function determination unit that defines an evaluation function for evaluating the control characteristics;
A control gain setting unit that determines a reference model by determining the parameter based on the evaluation function, and sets a control gain based on the determined reference model;
The evaluation function determination unit evaluates the fluctuation suppression effect of the manipulated variable when changing the set value of the plant from the fluctuation width or rate of change of the manipulated variable, or the fluctuation of the output variable when the disturbance is applied by applying a disturbance signal. A plant control device characterized in that a suppression effect is evaluated from a fluctuation width or settling time of an output variable .
請求項1のプラント制御装置において、
前記制御ゲインをプラント制御装置に設定することを特徴とするプラント制御装置。
The plant control device according to claim 1,
A plant control apparatus, wherein the control gain is set in a plant control apparatus.
請求項のプラント制御装置において、
前記条件変更部は、プラントの設定値を変更する設定変更部、または外乱信号を印加する外乱信号印加部であることを特徴とするプラント制御装置。
The plant control device according to claim 1 ,
The said condition change part is a setting change part which changes the setting value of a plant, or a disturbance signal application part which applies a disturbance signal, The plant control apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項のプラント制御装置において、
前記評価関数決定部は、設定値変更時における出力変数の設定値追従性、設定値変更時における操作変数の変動抑制効果、外乱印加時における出力変数の変動抑制効果の少なくとも一つを基に、評価関数を定義することを特徴とするプラント制御装置。
The plant control device according to claim 3 ,
The evaluation function determining unit is based on at least one of the set value followability of the output variable when the set value is changed, the effect of suppressing the fluctuation of the manipulated variable when the set value is changed, and the effect of suppressing the change of the output variable when applying the disturbance. A plant controller characterized by defining an evaluation function.
請求項のプラント制御装置において、
前記評価関数決定部は、出力変数の設定値追従性を、設定値変更時における出力変数の設定値偏差または整定時間から評価することを特徴とするプラント制御装置。
The plant control apparatus according to claim 4 , wherein
The said evaluation function determination part evaluates the set value followability of an output variable from the set value deviation or settling time of the output variable at the time of a set value change, The plant control apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項のプラント制御装置において、
前記評価関数決定部は、設定値変更時における出力変数の設定値偏差または整定時間、設定値変更時における操作変数の振れ幅または変化率、外乱印加時における出力変数の振れ幅または整定時間の少なくとも一つに荷重係数を乗じた合計値によって評価関数を定義することを特徴とするプラント制御装置。
The plant control apparatus according to claim 4 , wherein
The evaluation function determination unit includes at least a set value deviation or settling time of the output variable when the set value is changed, a swing width or change rate of the manipulated variable when the set value is changed, and a swing width or settling time of the output variable when the disturbance is applied. An evaluation function is defined by a total value obtained by multiplying one by a load coefficient.
請求項のプラント制御装置において、
前記荷重係数を乗じる対象の少なくとも一項目を画面に表示させる信号を出力する機能と、
前記項目に対して荷重係数の入力を受け付ける機能と、
前記入力の結果を反映した評価関数を表示させる信号を出力機能を有することを特徴とするプラント制御装置。
The plant control apparatus according to claim 6 , wherein
A function of outputting a signal for displaying on the screen at least one item to be multiplied by the load factor;
A function of receiving an input of a load coefficient for the item;
A plant control apparatus having an output function of a signal for displaying an evaluation function reflecting the result of the input.
請求項1のプラント制御装置において、
制御ゲイン修正後と現在の制御特性を比較するために、出力変数の変動幅、前回の制御ゲインの修正日、大気条件、負荷、燃料種類を表示する機能を有することを特徴とするプラント制御装置。
The plant control device according to claim 1,
In order to compare the control characteristics after the control gain correction and the current control characteristics, the plant control device has a function of displaying the fluctuation range of the output variable, the previous control gain correction date, the atmospheric condition, the load, and the fuel type .
請求項1のプラント制御装置において、
ボイラプラントの制御装置を対象とし、出力変数がボイラ主蒸気温度、かつ、操作変数が燃料流量またはスプレイ流量であることを特徴とするプラント制御装置。
The plant control device according to claim 1,
A plant control device for a boiler plant control device, wherein an output variable is a boiler main steam temperature and an operation variable is a fuel flow rate or a spray flow rate.
請求項のプラント制御装置において、
燃料流量を調整する制御ゲインを最適化する場合には、スプレイ流量を調整する動作を停止させたときのプラントデータで制御ゲインを評価し、
スプレイ流量を調整する制御ゲインを最適化する場合には、燃料流量を調整する動作を停止させたときのプラントデータで制御ゲインを評価することを特徴とするプラント制御装置。
The plant control apparatus according to claim 9 , wherein
When optimizing the control gain to adjust the fuel flow rate, evaluate the control gain with the plant data when the operation to adjust the spray flow rate is stopped,
When optimizing the control gain for adjusting the spray flow rate, a plant control apparatus characterized by evaluating the control gain with plant data when the operation for adjusting the fuel flow rate is stopped.
規範モデルを用いてPID制御の制御ゲインを決定するプラントの制御方法において、
条件を変更したときのプラントの応答データを取得し、
前記応答データをフィッティングして求めた伝達関数に対して制御応答の速さを調整するパラメータを導入することにより規範モデルの基本関数を定義し、
制御特性を評価するための評価関数を定義し、
前記評価関数を基に前記パラメータを決定することで規範モデルを決定し、決定した規範モデルを基に制御ゲインを設定し、
前記評価関数は、プラントの設定値変更時における操作変数の変動抑制効果を、操作変数の振れ幅または変化率から評価すること、又は、外乱信号を印加する外乱印加時における出力変数の変動抑制効果を、出力変数の振れ幅または整定時間から評価することを特徴とするプラント制御方法。
In a plant control method for determining a control gain of PID control using a reference model,
Get the response data of the plant when the conditions are changed,
Define the basic function of the reference model by introducing a parameter that adjusts the speed of the control response to the transfer function obtained by fitting the response data,
Define an evaluation function to evaluate the control characteristics,
Determine a normative model by determining the parameter based on the evaluation function, set a control gain based on the determined norm model,
The evaluation function evaluates the fluctuation suppression effect of the manipulated variable when changing the set value of the plant from the fluctuation width or rate of change of the manipulated variable, or the fluctuation suppression effect of the output variable when the disturbance is applied by applying a disturbance signal. Is evaluated from the amplitude or settling time of the output variable .
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