JP6904282B2 - Plant control regulator - Google Patents

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Description

本発明は、プラント設備におけるプラント制御調整装置に関する。 The present invention relates to a plant control and adjustment device in plant equipment.

従来のプラント制御、特にプロセス系のフィードバック制御における制御性能の評価手法として、下記非特許文献1,2に記載されるような、最小分散ベンチマークあるいは「ハリス指標」と呼ばれる手法が広く知られており、この手法を用いてプラントの変動を検知することが可能となる。 As a method for evaluating control performance in conventional plant control, especially in process system feedback control, a method called a minimum variance benchmark or "Harris index" as described in Non-Patent Documents 1 and 2 below is widely known. , It is possible to detect plant fluctuations using this method.

プラントの変動を検知することができれば、この変動をセルフチューニングにおける調整タイミングの自己診断に用いるか、又は、調整タイミングを管理者に通知することができる。 If the fluctuation of the plant can be detected, this fluctuation can be used for self-diagnosis of the adjustment timing in self-tuning, or the adjustment timing can be notified to the manager.

ハリス指標は、用いるデータがプラントの計測値のみであることから新たに計測センサを取り付ける必要がなく、また、ノイズの減衰を測定するためにシステム内に特定の周波数を注入したり、あるいは、例えばステップ入力等の特定の指令値を入力したり、そのためにプログラム変更や装置の改造を行うといった操作をすることなく、操業運転を一切止めずに、従来やり取りしているデータ、及び、そこに含まれる雑音のみで評価を行うことができる優れた手法である。 The Harris index does not require the installation of a new measurement sensor because the data used is only the measured value of the plant, and a specific frequency is injected into the system to measure noise attenuation, or, for example. Data that has been exchanged in the past without stopping the operation operation without inputting a specific command value such as step input, changing the program or modifying the device for that purpose, and included in it This is an excellent method that can be evaluated only by the noise generated.

Lane Desborough et al. "Performance Assessment Measures for Univariate Feedback Control" The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol.70, 12, 1992 P.1186-1197Lane Desborough et al. "Performance Assessment Measures for Univariate Feedback Control" The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol.70, 12, 1992 P.1186-1197 丸田 浩、他4名、“第1章 最小分散制御をベンチマークとする手法”、[online]、日本学術振興会プロセスシステム工学 第143委員会 ワークショップ No.25 最終報告書、P.224−234、[平成29年12月5日検索]、インターネット〈http://ws25.pse143.org/Part3.pdf〉Hiroshi Maruta, 4 others, "Chapter 1 Method using minimum distributed control as a benchmark", [online], Japan Society for the Promotion of Science Process Systems Engineering 143rd Committee Workshop No. 25 Final Report, P.M. 224-234, [Search on December 5, 2017], Internet <http://ws25.pse143.org/Part3.pdf> 大西 義浩、他1名、“制御誤差の低周波成分評価に基づいたスマートPID制御システムの設計”、平成29年 電気学会産業応用部門大会 2‐OS1‐2、[II‐55]−[II‐58]Yoshihiro Onishi, 1 other person, "Design of smart PID control system based on low frequency component evaluation of control error", 2017 IEEJ Industrial Application Division Conference 2-OS1-2, [II-55]-[II- 58]

しかしながら、ハリス指標は、「分散」という統計的手法を用いるため、時系列データが多く必要とされ、また、時系列データが多く必要であることから、プラントの変動があった際に、その変動が指標に反映されるまでに相応の時間を要する。 However, since the Harris index uses a statistical method called "variance", a large amount of time-series data is required, and since a large amount of time-series data is required, the change occurs when there is a change in the plant. It takes a considerable amount of time for the data to be reflected in the index.

さらに、ハリス指標は、むだ時間への依存度も高いため、むだ時間を正確に測ることができない、あるいは、単純に長いプラントには機能しづらく、また、安価な装置においては大量の時系列データを維持することができないため、適用自体が難しくなる。 In addition, the Harris index is highly dependent on wasted time, which makes it impossible to measure wasted time accurately, or simply makes it difficult to function in long plants, and a large amount of time series data in inexpensive equipment. The application itself becomes difficult because it cannot be maintained.

そこで、上記非特許文献3に開示されるように、雑音の周波数帯全域を利用するのではなく、システムの応答に関わる低域成分のみを、LPF(ローパスフィルタ)を通して抽出することで、反映速度を向上させる手法、並びに、忘却係数を用いてデータ量を圧縮する手法が考案されている。 Therefore, as disclosed in Non-Patent Document 3, instead of using the entire frequency band of noise, only low-frequency components related to the response of the system are extracted through an LPF (low-pass filter) to reflect the reflection speed. And a method of compressing the amount of data using the forget-me-not coefficient have been devised.

しかし、上記非特許文献3は、数式シミュレーションのみであり、実際にこれを行うには、LPFのカットオフ周波数をどこで切るべきか、性能の評価基準をどこに定めるか等、具体的な問題は解決されていない。 However, the above-mentioned Non-Patent Document 3 is only a mathematical simulation, and in order to actually perform this, specific problems such as where to cut the cutoff frequency of the LPF and where to set the performance evaluation standard are solved. It has not been.

本発明は、上記技術的課題に鑑み、プラント変動に対しコントローラの調整を適切に行うことができる、プラント制御調整装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a plant control adjustment device capable of appropriately adjusting a controller in response to plant fluctuations in view of the above technical problems.

上記課題を解決するための第1の発明に係るプラント制御調整装置は、
設定値SVに基づきプラントに対して操作量MVの入力を行うPIDコントローラ、及び、該プラントの出力に外乱Dが加わった出力yに対して処理を行う処理部を備え、該出力yに対して該処理が行われた計測値PVに基づき、該プラントに対してフィードバック制御を行うプログラマブルコントローラに接続される、プラント制御調整装置であって、
前記設定値SVが一定の場合にSVトリガ信号を出力するデータ記憶部と、
前記操作量MV、前記計測値PV、及び、前記プログラマブルコントローラの設定データに基づき、前記プラントの同定モデル及び規範モデルを作成し、該規範モデルを用いて前記PIDコントローラの制御パラメータを調整する演算を行うパラメータ最適化部と、
前記パラメータ最適化部によって調整された制御パラメータを、前記PIDコントローラに入力するパラメータ送信部と、
前記同定モデル又は前記規範モデルに含まれる時定数及び前記設定データに基づき、周波数データとしての、LPFカットオフ周波数fcf及び次数を決定する周波数決定部と、
前記計測値PV、前記SVトリガ信号、及び、前記周波数データを用いて、前記PIDコントローラの制御性能が低下していると判断すると調整トリガ信号を出力する制御性能評価部とを備え、
前記パラメータ最適化部は、
前記調整トリガ信号が入力されると前記PIDコントローラの制御パラメータを調整する演算を行い、
前記制御性能評価部は、
前記SVトリガ信号が入力されると、前記計測値PVから該計測値PVの平均値を求め、該計測値PVから該計測値PVの平均値を差し引く平均値演算部と、
前記周波数データに基づきフィルタパラメータが設計され、前記平均値演算部により算出された値のフィルタ処理を行うローパスフィルタと、
前記SVトリガ信号が入力されると、前記ローパスフィルタによりフィルタ処理が行われた前記計測値PVに基づき、出力分散σy 2を算出する分散演算部と、
前記SVトリガ信号が入力されると、前記計測値PVに基づき前記外乱Dを推定し、推定した該外乱Dから最小分散σMV 2を求める最小分散演算部と、
前記出力分散σy 2及び前記最小分散σMV 2に基づき、ハリス指標ηを求めるハリス指標演算部と、
前記ハリス指標ηに関する値が予め設定したしきい値を超えた場合に、前記調整トリガ信号を出力するデータ評価部とを備える
ことを特徴とする。
The plant control adjustment device according to the first invention for solving the above problems is
It is provided with a PID controller that inputs an operation amount MV to the plant based on the set value SV, and a processing unit that processes the output y in which the disturbance D is added to the output of the plant. A plant control adjustment device connected to a programmable controller that performs feedback control on the plant based on the measured value PV in which the processing is performed.
A data storage unit that outputs an SV trigger signal when the set value SV is constant, and
An operation of creating an identification model and a normative model of the plant based on the manipulated variable MV, the measured value PV, and the setting data of the programmable controller, and adjusting the control parameters of the PID controller using the normative model. Parameter optimization section to be performed and
A parameter transmission unit that inputs control parameters adjusted by the parameter optimization unit to the PID controller, and a parameter transmission unit.
A frequency determination unit that determines the LPF cutoff frequency f cf and order as frequency data based on the time constant and the setting data included in the identification model or the reference model.
It is provided with a control performance evaluation unit that outputs an adjustment trigger signal when it is determined that the control performance of the PID controller is deteriorated by using the measured value PV, the SV trigger signal, and the frequency data.
The parameter optimization unit
When the adjustment trigger signal is input, an operation for adjusting the control parameters of the PID controller is performed.
The control performance evaluation unit
When the SV trigger signal is input, an average value calculation unit that obtains the average value of the measured value PV from the measured value PV and subtracts the average value of the measured value PV from the measured value PV, and
A low-pass filter in which filter parameters are designed based on the frequency data and the values calculated by the average value calculation unit are filtered.
When the SV trigger signal is input, a variance calculation unit that calculates the output variance σ y 2 based on the measured value PV filtered by the low-pass filter, and
When the SV trigger signal is input, the disturbance D is estimated based on the measured value PV, and the minimum variance calculation unit for obtaining the minimum variance σ MV 2 from the estimated disturbance D, and the minimum variance calculation unit.
The Harris index calculation unit for obtaining the Harris index η based on the output variance σ y 2 and the minimum variance σ MV 2.
It is characterized by including a data evaluation unit that outputs the adjustment trigger signal when the value related to the Harris index η exceeds a preset threshold value.

上記課題を解決するための第2の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第1の発明に係るプラント制御調整装置において、
前記周波数決定部は、
前記時定数に基づき、第1LPFカットオフ周波数候補fcaを算出する第1LPFカットオフ周波数候補演算部と、
前記設定データに基づき、第2LPFカットオフ周波数候補fcb及び下限周波数fminを算出する第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部と、
前記第1LPFカットオフ周波数候補fca及び前記第2LPFカットオフ周波数候補fcbのうち、前記下限周波数fminのn1倍の周波数より高い方、又は、両方とも前記下限周波数fminのn1倍の周波数より高い場合には、その中で周波数の低い方を、前記LPFカットオフ周波数fcfとして、前記制御性能評価部に入力する周波数比較決定部とを備え、1≦n1≦100とする
ことを特徴とする。
The plant control adjustment device according to the second invention for solving the above problems is
In the plant control adjustment device according to the first invention.
The frequency determination unit
The first LPF cutoff frequency candidate calculation unit that calculates the first LPF cutoff frequency candidate f ca based on the time constant, and
Based on the above setting data, the second LPF cutoff frequency candidate f cb and the second LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit for calculating the lower limit frequency f min, and
Of the first LPF cutoff frequency candidate f ca and the second LPF cutoff frequency candidate f cb , whichever is higher than n 1 times the lower limit frequency f min , or both are n 1 times the lower limit frequency f min. When the frequency is higher than the frequency of, the lower frequency is provided as the LPF cutoff frequency f cf with a frequency comparison determination unit to be input to the control performance evaluation unit, and 1 ≦ n 1 ≦ 100. It is characterized by that.

上記課題を解決するための第3の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第2の発明に係るプラント制御調整装置において、
前記第1LPFカットオフ周波数候補演算部は、
前記時定数をTとすると、下記(A)式により前記第1LPFカットオフ周波数候補fcaを算出し、
前記第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部は、
前記設定データから、前記処理部による前記処理が移動平均処理である場合の移動平均点数m、及び、サンプリング周期ΔTを読み取り、該移動平均処理に用いる移動平均フィルタのカットオフ周波数の1/10を前記第2LPFカットオフ周波数候補fcbとして、下記(B)式のように該第2LPFカットオフ周波数候補fcbを算出する
ことを特徴とする。

Figure 0006904282
The plant control adjustment device according to the third invention for solving the above problems is
In the plant control adjustment device according to the second invention.
The first LPF cutoff frequency candidate calculation unit is
Assuming that the time constant is T, the first LPF cutoff frequency candidate f ca is calculated by the following equation (A).
The second LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit is
From the set data, the moving average score m and the sampling period ΔT when the processing by the processing unit is the moving average processing are read, and 1/10 of the cutoff frequency of the moving average filter used for the moving average processing is set. As the second LPF cutoff frequency candidate f cb , the second LPF cutoff frequency candidate f cb is calculated as shown in the following equation (B).
Figure 0006904282

本発明に係るプラント制御調整装置によれば、プラント変動に対しコントローラの調整を適切に行うことができる。 According to the plant control adjustment device according to the present invention, the controller can be appropriately adjusted in response to plant fluctuations.

フィードバック制御系に本発明の実施例1に係るプラント制御調整装置が設けられた状態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the state which the plant control adjustment apparatus which concerns on Example 1 of this invention is provided in the feedback control system. 本発明の実施例1に係るプラント制御調整装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the plant control adjustment apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における制御性能評価部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control performance evaluation part in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における周波数決定部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the frequency determination part in Example 1 of this invention. パワースペクトル密度(PSD)分布の一例を表すグラフである。It is a graph which shows an example of a power spectral density (PSD) distribution. プラント変動が起きた場合のPSD分布の変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the change of PSD distribution when a plant change occurs. PSD分布のうち高域成分をカットし、必要な周波数領域のPSDのみを取り出した状態を示すグラフである。It is a graph which shows the state which cut the high region component in the PSD distribution, and extracted only the PSD of a necessary frequency region. 本発明の実施例2に係るプラント制御調整装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the plant control adjustment apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例2における周波数決定部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the frequency determination part in Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係るプラント制御調整装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the plant control adjustment apparatus which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例3における制御性能評価部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control performance evaluation part in Example 3 of this invention. 本発明の実施例3における周波数決定部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the frequency determination part in Example 3 of this invention. 本発明の実施例3における、上記図5Cに対応したグラフであり、選択した各次数の周波数成分の線のみを計算する状態を表している。It is the graph corresponding to the said FIG. 5C in Example 3 of this invention, and shows the state of calculating only the line of the frequency component of each selected order. 本発明の実施例3における、選択した各次数の周波数に対して、重み係数を配分した状態を表すグラフである。It is a graph which shows the state which distributed the weighting coefficient with respect to the frequency of each selected order in Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係るプラント制御調整装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the plant control adjustment apparatus which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例4における制御性能評価部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control performance evaluation part in Example 4 of this invention. 本発明の実施例4における周波数決定部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the frequency determination part in Example 4 of this invention. 本発明の実施例4の周波数領域における出力分散を示すグラフである。It is a graph which shows the output dispersion in the frequency domain of Example 4 of this invention. 本発明の実施例4における、上記図5C,11Aに対応したグラフであり、実線部分は、nが大きい場合のpv(n)の値を示している。It is a graph corresponding to the above FIGS. 5C and 11A in the fourth embodiment of the present invention, and the solid line portion shows the value of pv (n) when n is large. 本発明の実施例4における、白色雑音が付与されたPV信号と、PV信号に忘却係数M=0.99で求めたその時々のpvを計算回数1000回までプロットしたグラフである。It is a graph which plotted the PV signal to which white noise was added, and the pv at that time obtained by the forgetting coefficient M = 0.99 to the PV signal up to 1000 times of calculation in Example 4 of this invention. 本発明の実施例4における、pvとPVの実平均値との比を示したグラフである。It is a graph which showed the ratio of pv and the actual average value of PV in Example 4 of this invention.

以下、本発明に係るプラント制御調整装置について、実施例にて図面を用いて説明する。 Hereinafter, the plant control and adjustment device according to the present invention will be described with reference to the drawings in Examples.

[実施例1]
まず、本実施例に係るプラント制御調整装置の構成について説明する。図1は、フィードバック制御系に本実施例に係るプラント制御調整装置(プラント制御調整装置6)が設けられた状態を示すブロック図である。
[Example 1]
First, the configuration of the plant control and adjustment device according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a state in which the plant control adjustment device (plant control adjustment device 6) according to the present embodiment is provided in the feedback control system.

図1に示すフィードバック制御系は、プログラマブルコントローラ(PLC)1、分散制御装置(DCS)2及びプラント3から成る。また、プログラマブルコントローラ1は、PIDコントローラ4及び処理部5を備えている。 The feedback control system shown in FIG. 1 includes a programmable controller (PLC) 1, a distributed control device (DCS) 2, and a plant 3. Further, the programmable controller 1 includes a PID controller 4 and a processing unit 5.

PIDコントローラ4は、プラントPの出力の目標rに基づき、プラント3へ入力uを入力する。このときの入力uの値を操作量MVとする。プラント3は入力uが入力されると出力yを出力する。なお、目標rの値である設定値SVは、プログラマブルコントローラ1の上位の制御装置である分散制御装置2から入力されるか、あるいは、作業者が入力する。 The PID controller 4 inputs an input u to the plant 3 based on the output target r of the plant P. The value of the input u at this time is defined as the manipulated variable MV. The plant 3 outputs the output y when the input u is input. The set value SV, which is the value of the target r, is input from the distributed control device 2 which is a higher-level control device of the programmable controller 1, or is input by the operator.

処理部5は、プラント3の出力に外乱Dwを加えた出力yに対し、処理Hを加える。この処理Hとは、プログラマブルコントローラ1側で一般にデータトレンドを見るために入れることが多い移動平均処理である。出力yに処理Hが加えられた後の値を計測値PVとし、目標r(設定値SV)に計測値PVを加算したものをPIDコントローラ4に再入力し、プラント3に対してフィードバック制御を行う。 The processing unit 5 adds the processing H to the output y obtained by adding the disturbance Dw to the output of the plant 3. This process H is a moving average process that is often inserted to see the data trend on the programmable controller 1 side. The value after the processing H is added to the output y is set as the measured value PV, the value obtained by adding the measured value PV to the target r (set value SV) is re-input to the PID controller 4, and feedback control is performed to the plant 3. Do.

ここで、プラント3の出力に加わる外乱Dwは、例えば温度調整器であれば、室温の変化等の外的要素と計測雑音等を一括して表しており、白色雑音wが伝達特性Dを通ってきたものとして表現する。 Here, the disturbance Dw applied to the output of the plant 3 collectively represents an external element such as a change in room temperature and measurement noise, for example, in the case of a temperature controller, and the white noise w passes through the transmission characteristic D. Express it as if it came.

プラント制御調整装置6は、このようなフィードバック制御系に設けられる。その際、分散制御装置2、あるいは、プログラマブルコントローラ1に接続されたパソコン(いわゆるローダPC)上において実現されるものとしてもよい。また、プラント制御調整装置6のうち一部の負荷の軽い機能(構成)については、プログラマブルコントローラ1上にて行うものとしてもよい。 The plant control adjustment device 6 is provided in such a feedback control system. At that time, it may be realized on a personal computer (so-called loader PC) connected to the distributed control device 2 or the programmable controller 1. Further, some of the functions (configurations) of the plant control and adjustment device 6 having a light load may be performed on the programmable controller 1.

図2は、プラント制御調整装置6の構成を示すブロック図である。図2に示すように、プラント制御調整装置6は、データ記憶部11、パラメータ最適化部12、パラメータ送信部13、周波数決定部(FD)14、制御性能評価部(ACP)15、及び、評価データ保存部15aを備えている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the plant control and adjustment device 6. As shown in FIG. 2, the plant control adjustment device 6 includes a data storage unit 11, a parameter optimization unit 12, a parameter transmission unit 13, a frequency determination unit (FD) 14, a control performance evaluation unit (ACP) 15, and an evaluation. A data storage unit 15a is provided.

データ記憶部11は、操作量MV及び計測値PVの各データを記憶(揮発性サイクリックメモリによる一時的な記憶(記録)及び不揮発性メモリ等による長期的な記憶(保存))する。また、データ記憶部11は、記憶した計測値PVを、パラメータ最適化部12及び制御性能評価部15に入力し、記憶した操作量PVを制御性能評価部15に入力する。さらに、データ記憶部11は、設定値SVの値が変化したか否かを判断し、設定値SVの変化が止まったとき(設定値SVが一定の場合)にSVトリガ信号を制御性能評価部15に入力する(図2中のSVトリガ)。 The data storage unit 11 stores each data of the operation amount MV and the measured value PV (temporary storage (recording) by the volatile cyclic memory and long-term storage (storage) by the non-volatile memory or the like). Further, the data storage unit 11 inputs the stored measured value PV to the parameter optimization unit 12 and the control performance evaluation unit 15, and inputs the stored operation amount PV to the control performance evaluation unit 15. Further, the data storage unit 11 determines whether or not the value of the set value SV has changed, and controls the SV trigger signal when the change of the set value SV stops (when the set value SV is constant). Input to 15 (SV trigger in FIG. 2).

パラメータ最適化部12は、操作量MV及び計測値PVの各データ、並びに、プログラマブルコントローラ1の設定データに基づき、プラント3の同定モデルを作成して、この同定モデルを用いてPIDコントローラ4の制御パラメータを最適化し、この同定モデル及び制御パラメータを記憶する(パラメータ最適化部12は、同定モデルだけでなく、実施例2で説明する規範モデルも作成するが、本実施例では省略する)。また、パラメータ最適化部12は、後述する調整トリガ信号が入力されるとPIDコントローラ4の制御パラメータを調整する演算を行う。 The parameter optimization unit 12 creates an identification model of the plant 3 based on each data of the operation amount MV and the measured value PV, and the setting data of the programmable controller 1, and controls the PID controller 4 using this identification model. The parameters are optimized, and the identification model and the control parameters are stored (the parameter optimization unit 12 creates not only the identification model but also the normative model described in the second embodiment, but omits it in this embodiment). Further, the parameter optimization unit 12 performs an operation for adjusting the control parameters of the PID controller 4 when an adjustment trigger signal described later is input.

パラメータ送信部13は、パラメータ最適化部12によって最適化された制御パラメータを、PIDコントローラ4に入力する。 The parameter transmission unit 13 inputs the control parameters optimized by the parameter optimization unit 12 to the PID controller 4.

制御性能評価部15は、計測値PV及びSVトリガ信号を用いて、制御性能を評価し、調整トリガ信号を出力する。さらに、制御性能評価部15は、後述する周波数決定部14から入力される周波数データを用いて、制御性能評価の精度を向上させる。 The control performance evaluation unit 15 evaluates the control performance using the measured value PV and the SV trigger signal, and outputs the adjustment trigger signal. Further, the control performance evaluation unit 15 improves the accuracy of the control performance evaluation by using the frequency data input from the frequency determination unit 14 described later.

なお、負荷が比較的軽い制御性能評価部15や、保存領域が確保されている場合のデータ記憶部11は、プログラマブルコントローラ1側に設けてもよい。 The control performance evaluation unit 15 having a relatively light load and the data storage unit 11 when the storage area is secured may be provided on the programmable controller 1 side.

図3は、制御性能評価部15の構成を示すブロック図である。図3に示すように制御性能評価部15は、平均値演算部21、LPF(ローパスフィルタ)22、分散演算部23、最小分散演算部24、ハリス指標演算部25、及び、データ評価部26を備えている。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control performance evaluation unit 15. As shown in FIG. 3, the control performance evaluation unit 15 includes an average value calculation unit 21, an LPF (low-pass filter) 22, a dispersion calculation unit 23, a minimum dispersion calculation unit 24, a Harris index calculation unit 25, and a data evaluation unit 26. I have.

平均値演算部21では、データ記憶部11からSVトリガ信号が入力されると、データ記憶部11から入力される計測値PVから計測値PVの平均値を求める。そして、計測値PVから計測値PVの平均値を差し引く。 When the SV trigger signal is input from the data storage unit 11, the average value calculation unit 21 obtains the average value of the measured value PV from the measured value PV input from the data storage unit 11. Then, the average value of the measured value PV is subtracted from the measured value PV.

LPF22は、周波数データに基づきフィルタパラメータが設計され、平均値演算部21により算出された値のフィルタ処理を行うものである。なお、再同定が行われるなどにより周波数データ自体が更新されるまで、LPF22のフィルタパラメータは固定される。 The LPF 22 has filter parameters designed based on frequency data, and filters the values calculated by the average value calculation unit 21. The filter parameters of the LPF 22 are fixed until the frequency data itself is updated due to re-identification or the like.

分散演算部23は、データ記憶部11からSVトリガ信号が入力されると、LPF22によりフィルタ処理が行われた計測値PVに基づき、分散(出力分散)σy 2を算出する。 When the SV trigger signal is input from the data storage unit 11, the variance calculation unit 23 calculates the variance (output variance) σ y 2 based on the measured value PV filtered by the LPF 22.

最小分散演算部24は、データ記憶部11からSVトリガ信号が入力されると、計測値PVから外乱Dを推定し、推定した外乱Dから最小分散σMV 2を求め、評価のベンチマークとする。 When the SV trigger signal is input from the data storage unit 11, the minimum variance calculation unit 24 estimates the disturbance D from the measured value PV, obtains the minimum variance σ MV 2 from the estimated disturbance D, and uses it as a benchmark for evaluation.

ハリス指標演算部25では、分散演算部23から入力される出力分散σy 2と、最小分散演算部24から入力される最小分散σMV 2に基づき、ハリス指標ηを求め、評価データとしてデータ評価部26及び評価データ保存部15aに出力する。評価データ保存部15aでは、この評価データを保存する。 The Harris index calculation unit 25 obtains the Harris index η based on the output variance σ y 2 input from the variance calculation unit 23 and the minimum variance σ MV 2 input from the minimum variance calculation unit 24, and evaluates the data as evaluation data. Output to unit 26 and evaluation data storage unit 15a. The evaluation data storage unit 15a stores this evaluation data.

データ評価部26は、評価データ保存部15aから入力される過去の評価データを基にベンチマークを作成し、該ベンチマークと、ハリス指標演算部25から入力される最新の評価データとの差分を求め、該差分がしきい値を超えた場合に、調整トリガ信号を発生する。 The data evaluation unit 26 creates a benchmark based on the past evaluation data input from the evaluation data storage unit 15a, obtains the difference between the benchmark and the latest evaluation data input from the Harris index calculation unit 25, and obtains the difference. When the difference exceeds the threshold value, an adjustment trigger signal is generated.

また、図2に示す周波数決定部14は、パラメータ最適化部12により求められるデータである同定モデル、及び、プログラマブルコントローラ1の設定データを参照することで、カットオフ周波数、及び、次数のデータを決定し、これら周波数データを、制御性能評価部15に入力するものである。なお、制御性能評価部15は、これら周波数データを用いることで精度を向上させることができる。 Further, the frequency determination unit 14 shown in FIG. 2 refers to the identification model, which is the data obtained by the parameter optimization unit 12, and the setting data of the programmable controller 1, and obtains the cutoff frequency and the order data. It is determined and these frequency data are input to the control performance evaluation unit 15. The control performance evaluation unit 15 can improve the accuracy by using these frequency data.

図4は、周波数決定部14の構成を示すブロック図である。周波数決定部14は、第1LPFカットオフ周波数候補演算部27、第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部28、及び、周波数比較決定部29を備えている。 FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the frequency determination unit 14. The frequency determination unit 14 includes a first LPF cutoff frequency candidate calculation unit 27, a second LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit 28, and a frequency comparison determination unit 29.

第1LPFカットオフ周波数候補演算部27は、パラメータ最適化部12から入力される同定モデルに基づき、第1LPFカットオフ周波数候補fcaを計算する。 The first LPF cutoff frequency candidate calculation unit 27 calculates the first LPF cutoff frequency candidate f ca based on the identification model input from the parameter optimization unit 12.

第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部28は、プログラマブルコントローラ1の設定データに基づき、第2LPFカットオフ周波数候補fcb及び下限周波数fminを算出する。 The second LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit 28 calculates the second LPF cutoff frequency candidate f cb and the lower limit frequency f min based on the setting data of the programmable controller 1.

周波数比較決定部29は、上記LPFカットオフ周波数候補fca,cbのうち、より周波数の低い方をLPFカットオフ周波数fcfとし、このLPFカットオフ周波数fcfを制御性能評価部15に入力する。下限周波数fminのn1倍の周波数より高い方、又は、両方とも下限周波数fminのn1倍の周波数より高い場合には、その中で周波数の低い方を、LPFカットオフ周波数fcfとする。なお、n1については、1≦n1≦100とする。 The frequency comparison determination unit 29 sets the lower frequency of the LPF cutoff frequency candidates f ca and f cb as the LPF cutoff frequency f cf, and inputs this LPF cutoff frequency f cf to the control performance evaluation unit 15. To do. Higher than n 1 times the frequency of the lower frequency f min, or, if both higher than n 1 times the frequency of the lower frequency f min is the lower frequency therein, the LPF cutoff frequency f cf To do. For n 1 , 1 ≦ n 1 ≦ 100.

以下では、プラント制御調整装置6が設けられたフィードバック制御系についてより詳述する。 In the following, the feedback control system provided with the plant control adjustment device 6 will be described in more detail.

図1に示す離散系のシステム構成のとき、出力yは下記(1)式で表される。

Figure 0006904282
In the case of the discrete system system configuration shown in FIG. 1, the output y is represented by the following equation (1).
Figure 0006904282

制御性能評価部15において出力yの分散σy 2をとるとき(図1〜3では、出力yではなく計測値PVが制御性能評価部15に入力されるものと表しているが、処理Hが1であれば計測値PVと出力yは等しくなる)、定値制御により設定値SVが一定であれば、右辺rの項は0になる。すなわち、出力yの分散σy 2は全て外乱によってもたらされるものと考えることができる。よって、外乱にトレンドが無いのであれば、出力yからARIMAモデルによる相関分析で外乱伝達関数Dを推定することができる。 When the variance σ y 2 of the output y is taken in the control performance evaluation unit 15, it is expressed in FIGS. 1 to 3 that the measured value PV is input to the control performance evaluation unit 15 instead of the output y. If it is 1, the measured value PV and the output y are equal), and if the set value SV is constant by the constant value control, the term on the right side r becomes 0. That is, it can be considered that the variance σ y 2 of the output y is entirely caused by the disturbance. Therefore, if there is no trend in the disturbance, the disturbance transfer function D can be estimated from the output y by the correlation analysis by the ARIMA model.

ハリス指標演算部25では、出力の分散σy 2を用い、最小分散制御を行ったときの分散σMV 2をベンチマークとして、下記(2)式からハリス指標ηを求める。

Figure 0006904282
The Harris index calculation unit 25 uses the output variance σ y 2 and obtains the Harris index η from the following equation (2) using the variance σ MV 2 when the minimum variance control is performed as a benchmark.
Figure 0006904282

最小分散σMV 2は可能な限り外乱成分を制御で抑え込むことで達成できる分散の最小値であり、σy 2=σMV 2を達成するとき、ハリス指標ηは最大の1となる。また、最小分散σMV 2は、PIDコントローラ4の制御パラメータに依存しない理論値であるため、これをベンチマークとして、制御系の評価が可能となる。 The minimum variance σ MV 2 is the minimum value of the variance that can be achieved by suppressing the disturbance component as much as possible, and when σ y 2 = σ MV 2 is achieved, the Harris index η becomes the maximum 1. Further, since the minimum variance σ MV 2 is a theoretical value that does not depend on the control parameters of the PID controller 4, it is possible to evaluate the control system using this as a benchmark.

最小分散σMV 2は、最小分散演算部24において、設定値SVが一定であるとき、すなわちデータ記憶部11からSVトリガ信号が入力される場合に、計測値PVから外乱Dを推定し、外乱Dに基づき求められるものであり、これを評価のベンチマークとする。最小分散σMV 2は毎回計算する必要はなく、調整毎、1日毎、あるいは1週間毎など、システムに対して十分に長い周期を予め設定しておいて更新を行う。 The minimum variance σ MV 2 estimates the disturbance D from the measured value PV in the minimum variance calculation unit 24 when the set value SV is constant, that is, when the SV trigger signal is input from the data storage unit 11, and the disturbance It is required based on D, and this is used as a benchmark for evaluation. The minimum variance σ MV 2 does not need to be calculated every time, and is updated by presetting a sufficiently long cycle for the system, such as every adjustment, every day, or every week.

ここで、PIDコントローラ4ではなく、プラント3の伝達特性が変動したとき(例えば、外気温が低下して吸気ファンによる冷却効果が上がった場合など)を考える。 Here, consider when the transmission characteristics of the plant 3 instead of the PID controller 4 fluctuate (for example, when the outside air temperature decreases and the cooling effect of the intake fan increases).

プラント3の伝達特性が変動したとき、PIDコントローラ4がその変動に対応するため、出力yについては、設定値SVになるように平均値が保たれるが、外乱の伝達が変化していることから分散は変動する。 When the transmission characteristic of the plant 3 fluctuates, the PID controller 4 responds to the fluctuation, so that the average value of the output y is maintained so as to be the set value SV, but the transmission of the disturbance is changed. The variance fluctuates from.

プラント3が吸気ファンである場合、ゲインが過大となって出力yが振動的となり、より分散が大きくなり、平均値は保たれているものの、消費電力は増大する。逆にゲインが過少となれば、最終的に平均値を保つことができなくなるほど制御性能が悪化していく。 When the plant 3 is an intake fan, the gain becomes excessive, the output y becomes oscillating, the dispersion becomes larger, and the average value is maintained, but the power consumption increases. On the contrary, if the gain is too small, the control performance deteriorates so that the average value cannot be maintained in the end.

つまり、出力分散σy 2の変化、すなわちハリス指標ηの変化は、制御パラメータを再調整すべきタイミングを示すことになる。これを利用して、制御性能評価部15は、ハリス指標ηが予め定めたしきい値を超えた場合に調整トリガ信号をパラメータ最適化部12に出力する。これによりプラント制御調整装置6はセルフチューニングを実行する。 That is, the change in the output variance σ y 2 , that is, the change in the Harris index η indicates the timing when the control parameter should be readjusted. Utilizing this, the control performance evaluation unit 15 outputs an adjustment trigger signal to the parameter optimization unit 12 when the Harris index η exceeds a predetermined threshold value. As a result, the plant control and adjustment device 6 executes self-tuning.

N個のデータyn(n=1,2,…,N)の分散σy 2は、分散演算部23において、下記(3)式によって求める。

Figure 0006904282
The variance σ y 2 of N data y n (n = 1, 2, ..., N) is obtained by the following equation (3) in the variance calculation unit 23.
Figure 0006904282

すなわち、平均値演算部21において平均値を求め、これをデータynから予め引いておけば、分散σy 2は、上記(3)式のように二乗和を1/N倍したものとなる。 That is, if the average value calculation unit 21 obtains the average value and subtracts it from the data y n in advance, the variance σ y 2 is obtained by multiplying the sum of squares by 1 / N as in the above equation (3). ..

図5Aは、パワースペクトル密度(PSD)分布の一例を表すグラフであり、横軸が周波数、縦軸がPSDを示している。分散σy 2は、図5Aに示すような周波数領域のPSDの面積を表すことになる。 FIG. 5A is a graph showing an example of the power spectral density (PSD) distribution, in which the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents PSD. The variance σ y 2 represents the area of the PSD in the frequency domain as shown in FIG. 5A.

さらに、すでに説明したとおり、設定値SVが一定であれば、出力yの分散σy 2は外乱要素のみとなるので、このPSDは外乱の周波数解析に等しい。よって、定常的な外乱(白色雑音)のみであれば、プラント変動が起きない限りPSDの面積は一定(時間的な変化がない状態)となる。 Further, as described above, if the set value SV is constant, the variance σ y 2 of the output y is only the disturbance element, so this PSD is equivalent to the frequency analysis of the disturbance. Therefore, if there is only steady disturbance (white noise), the PSD area will be constant (no change over time) unless plant fluctuations occur.

図5Bは、プラント変動が起きた場合のPSD分布の変化の一例を示すグラフであり、横軸が周波数、縦軸がPSDを示している。図5Bに示すように、PSDはプラント変動によってグレーで表した部分が増加している(下記図5Cのグレー部分も同じ意味)。 FIG. 5B is a graph showing an example of changes in the PSD distribution when plant fluctuations occur, with the horizontal axis representing frequency and the vertical axis representing PSD. As shown in FIG. 5B, the portion of PSD shown in gray is increasing due to plant fluctuations (the gray portion in FIG. 5C below has the same meaning).

プラント変動によりPSDの面積が変化することを、分散σy 2の変化を検出することに利用するためには、変動幅が相当大きくなければ、PSDの変化が検知できるレベルにならないことが経験的にわかっている。 In order to utilize the change in the PSD area due to plant fluctuations for detecting changes in the variance σ y 2 , it is empirical that the changes in PSD cannot reach a level that can be detected unless the fluctuation range is considerably large. I know.

これは、図5Bに示すように、プラント変動が特に見えにくい高域成分の分散に占める割合がそれなりに大きいことが原因で、高域成分の変化による増減分の中にプラント変動による増減分(図5Bにおけるグレーの増加部分)が埋もれやすいことにある。 This is because, as shown in FIG. 5B, the ratio of plant fluctuations to the dispersion of high-frequency components, which is particularly difficult to see, is rather large, and the increase / decrease due to plant fluctuations is included in the increase / decrease due to changes in high-frequency components ( The gray increase portion in FIG. 5B) is likely to be buried.

実際は、処理部5による処理H(移動平均)によってシステムに対して高域成分は削ぎ落とされるが、この移動平均は、トレンドデータのために視覚的な滑らかさの目的で置かれることもあるため、ここで必要としているフィルタ効果としては弱い。よって、図5Cに破線で示す部分のように、高域成分をより大きくカットして、必要な周波数領域のみを取り出す必要がある。 In reality, the processing H (moving average) by the processing unit 5 removes the high frequency components from the system, but this moving average may be placed for the purpose of visual smoothness for trend data. , The filter effect required here is weak. Therefore, as shown by the broken line in FIG. 5C, it is necessary to cut the high frequency component larger and extract only the necessary frequency region.

そこで、図2に示す同定モデルが、1次遅れ系の下記(4a)式、1次遅れ系と積分系の合成による2次遅れ系の下記(4b)式、一般化2次遅れ系の下記(4c)式、又は、2次遅れ系と積分系の合成による3次遅れ系の下記(4d)式のいずれかで表現される場合、図4の第1LPFカットオフ周波数候補演算部27において、同定モデルの時定数の逆数又は固有角速度の1/10を第1LPFカットオフ周波数候補として、下記(5a)式又は下記(5b)式のように算出する。

Figure 0006904282
Therefore, the identification model shown in FIG. 2 is the following equation (4a) for the first-order lag system, the following equation (4b) for the second-order lag system obtained by synthesizing the first-order lag system and the integral system, and the following equation for the generalized second-order lag system. When expressed by either the equation (4c) or the following equation (4d) of the third-order lag system obtained by synthesizing the second-order lag system and the integral system, the first LPF cutoff frequency candidate calculation unit 27 in FIG. The reciprocal of the time constant of the identification model or 1/10 of the natural angular velocity is used as the first LPF cutoff frequency candidate, and is calculated as the following equation (5a) or the following equation (5b).
Figure 0006904282

また、上述の第1LPFカットオフ周波数候補fcaを求める動作と並行して、図4の第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部28では、プログラマブルコントローラ1の設定データから、処理Hの移動平均点数m、及び、サンプリング周期ΔTを読み取り、下記(6)式によって、移動平均フィルタのカットオフ周波数fcmを求め、移動平均カットオフ周波数fcmの1/10を第2LPFカットオフ周波数候補fcbとして、下記(7)式のように算出する。

Figure 0006904282
Further, in parallel with the operation of obtaining the first LPF cutoff frequency candidate f ca described above, in the second LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit 28 of FIG. 4, the moving average of the process H is obtained from the setting data of the programmable controller 1. The score m and the sampling period ΔT are read, the cutoff frequency f cm of the moving average filter is obtained by the following equation (6), and 1/10 of the moving average cutoff frequency f cm is set as the second LPF cutoff frequency candidate f cb. As a result, it is calculated as shown in the following equation (7).
Figure 0006904282

ただし、サンプリング周波数fsは、プログラマブルコントローラ1の設定データから求められる。また、第2LPFカットオフ周波数候補fcbについて、処理H(移動平均)がない場合は、サンプリング周波数fsの1/2倍を用い、fcb=(1/2)fsとする。 However, the sampling frequency f s is obtained from the setting data of the programmable controller 1. If there is no processing H (moving average) for the second LPF cutoff frequency candidate f cb , 1/2 times the sampling frequency f s is used and f cb = (1/2) f s .

さらに、周波数比較決定部29では、上記LPFカットオフ周波数候補fca,cbのうち、より周波数の低い方をLPFカットオフ周波数fcfとし、このLPFカットオフ周波数fcfを制御性能評価部15に入力する。 Further, in the frequency comparison determination unit 29, the lower frequency of the LPF cutoff frequency candidates f ca and f cb is set as the LPF cutoff frequency f cf, and this LPF cutoff frequency f cf is used as the control performance evaluation unit 15. Enter in.

制御性能評価部15では、LPFカットオフ周波数fcfに基づき、例えば下記(8)式のような1次のLPF1の値を有するLPF22を形成し、これにより計測値PVの低域成分のみを抽出する。なお、所望の特性に近いものが得られるように、より高次のフィルタやFIR(finite impuls response:有限パルス応答)フィルタにすることも考えられる。

Figure 0006904282
Based on the LPF cutoff frequency f cf , the control performance evaluation unit 15 forms an LPF 22 having a primary LPF 1 value as shown in the following equation (8), whereby only the low frequency component of the measured value PV is extracted. Extract. It is also conceivable to use a higher-order filter or FIR (finite impulse response) filter so that a filter having desired characteristics can be obtained.
Figure 0006904282

ただし、周波数の低域成分は、下記(9)式に示す如く、データ長(サンプリング周期ΔT×データ点数Ns)で下限周波数fminが決まる。LPFカットオフ周波数fcfは少なくとも下限周波数fminの10倍以上となる。

Figure 0006904282
However, for the low frequency component, the lower limit frequency f min is determined by the data length (sampling period ΔT × number of data points N s) as shown in the following equation (9). The LPF cutoff frequency f cf is at least 10 times or more the lower limit frequency f min.
Figure 0006904282

したがって、第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部28では、プログラマブルコントローラ1の設定データに基づき、第2LPFカットオフ周波数候補fcbとともに下限周波数fminも計算しておき、LPFカットオフ周波数fcfの決定の際に考慮する。 Therefore, the second LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit 28 calculates the lower limit frequency f min together with the second LPF cutoff frequency candidate f cb based on the setting data of the programmable controller 1, and the LPF cutoff frequency f cf. Consider when making a decision.

本実施例によれば、制御性能評価にあたり行う低周波成分の抽出において、同定モデルを利用したLPFのカットオフ周波数を決定することで、プラント変動に対しコントローラの調整を適切なタイミングで行うことができる。 According to this embodiment, in the extraction of low-frequency components performed in the control performance evaluation, the controller can be adjusted at an appropriate timing for plant fluctuations by determining the cutoff frequency of the LPF using the identification model. it can.

[実施例2]
本実施例に係るプラント制御調整装置は、実施例1において説明したLPFカットオフ周波数fcfの選定において、同定モデルに代えて規範モデルRを用い、規範モデルRの時定数TRの逆数を第1カットオフ周波数候補fcaに用いるものである。以下、実施例1と異なる部分を中心に説明する。
[Example 2]
Plant control adjustment apparatus according to the present embodiment, in the selection of the LPF cutoff frequency f cf described in Example 1, using a reference model R instead of identifying the model, the reciprocal of the constant T R when the reference model R Chapter It is used for one cutoff frequency candidate f ca. Hereinafter, the parts different from those of the first embodiment will be mainly described.

図6は、本実施例に係るプラント制御調整装置(プラント制御調整装置7)の構成を示すブロック図である。また、図7は、周波数決定部34の構成を示すブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a plant control adjustment device (plant control adjustment device 7) according to the present embodiment. Further, FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the frequency determination unit 34.

図6に示すように、プラント制御調整装置7は、データ記憶部11、パラメータ最適化部32、パラメータ送信部13、周波数決定部(FD)34、制御性能評価部(ACP)15、及び、評価データ保存部15aを備えている。 As shown in FIG. 6, the plant control adjustment device 7 includes a data storage unit 11, a parameter optimization unit 32, a parameter transmission unit 13, a frequency determination unit (FD) 34, a control performance evaluation unit (ACP) 15, and an evaluation. A data storage unit 15a is provided.

パラメータ最適化部32は、実施例1にて説明したごとく求めた同定モデルに基づき、さらに、規範モデルRを生成する。 The parameter optimization unit 32 further generates a normative model R based on the identification model obtained as described in the first embodiment.

周波数決定部34は、第1LPFカットオフ周波数候補演算部37、第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部28、及び、周波数比較決定部29を備えている。 The frequency determination unit 34 includes a first LPF cutoff frequency candidate calculation unit 37, a second LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit 28, and a frequency comparison determination unit 29.

第1LPFカットオフ周波数候補演算部37は、パラメータ最適化部32が生成する規範モデルRに基づき、第1LPFカットオフ周波数候補fcaを算出する。 The first LPF cutoff frequency candidate calculation unit 37 calculates the first LPF cutoff frequency candidate f ca based on the norm model R generated by the parameter optimization unit 32.

第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部28は、実施例1同様、プログラマブルコントローラ1の設定データに基づき、第2LPFカットオフ周波数候補fcb及び下限周波数fminを算出する。 The second LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit 28 calculates the second LPF cutoff frequency candidate f cb and the lower limit frequency f min based on the setting data of the programmable controller 1 as in the first embodiment.

周波数比較決定部29は、第1LPFカットオフ周波数候補演算部37で算出した第1LPFカットオフ周波数候補fcaと、第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部28で算出した第2LPFカットオフ周波数候補fcbのうち、下限周波数fminの10倍の周波数より高い方、又は、両方とも下限周波数fminの10倍の周波数より高い場合には、その中で周波数の低い方を、LPFカットオフ周波数fcfとする。 The frequency comparison determination unit 29 includes a first LPF cutoff frequency candidate f ca calculated by the first LPF cutoff frequency candidate calculation unit 37 and a second LPF cutoff frequency candidate calculated by the second LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit 28. If f cb is higher than 10 times the lower limit frequency f min , or both are higher than 10 times the lower limit frequency f min , the lower frequency is the LPF cutoff frequency. Let f cf.

パラメータ最適化部32は、規範モデルRを、プラント3のN次プラントモデル+PIDコントローラ4の近似として、下記(10)式で示す1次遅れのN乗の形で作成し、この規範モデルRを用いてPIDコントローラ4の制御パラメータを最適化する。下記(10)式における規範モデルRの次数Nは、プラント3の次数及びPIDコントローラ4の次数により決定される。

Figure 0006904282
The parameter optimization unit 32 creates a norm model R as an approximation of the Nth-order plant model of the plant 3 + the PID controller 4 in the form of the Nth power of the first-order lag shown in the following equation (10), and creates this norm model R. It is used to optimize the control parameters of the PID controller 4. The order N of the normative model R in the following equation (10) is determined by the order of the plant 3 and the order of the PID controller 4.
Figure 0006904282

第1LPFカットオフ周波数候補演算部37は、第1LPFカットオフ周波数候補fcaを下記(5c)式のように算出する。

Figure 0006904282
The first LPF cutoff frequency candidate calculation unit 37 calculates the first LPF cutoff frequency candidate f ca as shown in the following equation (5c).
Figure 0006904282

実施例1では、プラント3の次数を2次系+積分系までの3次としていたが、プラント3の次数がさらに高い場合でも、上記(10)式を用いることにより時定数1つで表現することができるため、第1LPFカットオフ周波数候補fcaを一意に定めることができる。 In the first embodiment, the order of the plant 3 is a quadratic system up to a quadratic system + an integral system, but even if the order of the plant 3 is higher, it is expressed by one time constant by using the above equation (10). Therefore, the first LPF cutoff frequency candidate f ca can be uniquely determined.

ただし、規範モデルRはシステム(プラント3+PIDコントローラ4)に対して、高速か低速かを、ユーザーあるいは上位制御システム(分散制御装置2、あるいは、対象のプログラマブルコントローラ1の上位にさらにプログラマブルコントローラが設けられている場合にはそのプログラブルコントローラ)が定めた時定数の設定に基づいて決定する場合があるため、必ずしも規範モデルRの応答がシステムの特性を表現するわけではない。 However, in the normative model R, a programmable controller is further provided above the user or the host control system (distributed controller 2 or the target programmable controller 1) depending on whether the system (plant 3 + PID controller 4) is high speed or low speed. If so, the response of the normative model R does not necessarily represent the characteristics of the system because it may be determined based on the setting of the time constant determined by the programmable controller).

しかしながら、速いシステムに対して規範モデルRを敢えて遅く設定することはできるが、その逆に、システムの限界を超えるほど規範モデルRを速く設定することは、システムの安定性を欠くため、一般的に調整で行うことはない。 However, although it is possible to set the norm model R late for a fast system, it is common to set the norm model R so fast that it exceeds the limit of the system because the stability of the system is lost. There is nothing to do with adjustment.

よって、本来のシステム周波数、すなわち、プラント3の変動による周波数成分の変動領域を低く見積もることはあっても、高く見積もることはできないので、規範モデルRに基づき作成したLPFカットオフ周波数fcfは、指標算出において不要な高域成分側の除去として機能することになる。 Therefore, although the original system frequency, that is, the fluctuation region of the frequency component due to the fluctuation of the plant 3 may be underestimated, it cannot be overestimated. Therefore, the LPF cutoff frequency f cf created based on the norm model R is It functions as a removal of unnecessary high frequency components in the index calculation.

このようにして、本実施例では、実施例1における同定モデルを規範モデルに代用することができる。 In this way, in this embodiment, the identification model in Example 1 can be substituted for the normative model.

実施例1,2では、同定モデルあるいは規範モデルの中に含まれる時定数によって第1LPFカットオフ周波数候補fcaを決定している。そして、実施例2は、実施例1で記載した上記(5a)式の時定数TPの部分を上記(10)式の時定数TRに代えたものである。 In Examples 1 and 2, the first LPF cutoff frequency candidate f ca is determined by the time constant included in the identification model or the normative model. Then, Example 2 is one in which a portion of the constant T P when the (5a) equation described in Example 1 was replaced with constant T R when the equation (10).

この点について説明を補足する。まず、時定数は1次遅れ及び2次遅れの式に含まれる係数であり、3次以上の式では、限定された状況下でのみしか、時定数を表現することができない。 The explanation is supplemented on this point. First, the time constant is a coefficient included in the equations of the first-order lag and the second-order lag, and the time constant can be expressed only under limited circumstances in the equation of the third order or higher.

同定モデルは、実データに基づき式が表されるものである。そして、その式が上記(4a)〜(4d)式の何れかの形で記述される場合のみ、上記(5a)又は(5b)式から時定数TPを表すことができる。 The identification model expresses an equation based on actual data. Then, the time constant T P can be expressed from the above equations (5a) or (5b) only when the equation is described in any of the above equations (4a) to (4d).

それに対して規範モデルは、ユーザーあるいは上位制御システムによって決定された時定数TRを用いて、1次遅れ又は2次遅れの式を作成するものであり、時定数TRが先に決定されている。 Reference model contrast, using a constant T R when determined by the user or the higher-level control system is intended to create an expression of first-order lag or second-order lag time constant T R is the previously determined There is.

そして、実施例1の同定モデルを用いる場合にしても、実施例2の規範モデルを用いる場合にしても、パラメータ最適化部12,32から周波数決定部14,34に対しては、時定数を抽出せずにモデルごと入力し、周波数決定部14、34内の第1LPFカットオフ周波数候補演算部27,37において、モデルに含まれる時定数を用いて第1LPFカットオフ周波数候補fcaを決定する。同定モデル及び規範モデルの時定数を纏めてTとすれば、第1LPFカットオフ周波数候補fcaは下記(5d)式で表されることになる。

Figure 0006904282
Then, regardless of whether the identification model of Example 1 is used or the normative model of Example 2 is used, a time constant is set for the parameter optimization units 12 and 32 to the frequency determination units 14 and 34. The model is input without extraction, and the first LPF cutoff frequency candidate calculation units 27 and 37 in the frequency determination units 14 and 34 determine the first LPF cutoff frequency candidate f ca using the time constant included in the model. .. If the time constants of the identification model and the normative model are collectively T, the first LPF cutoff frequency candidate f ca is expressed by the following equation (5d).
Figure 0006904282

[実施例3]
実施例1,2は、制御性能評価部及び周波数決定部を備え、分散を用いて周波数成分を「面」で計算していたが、本実施例に係るプラント制御調整装置は、制御性能評価部45及び周波数決定部44を備え、これを特定の周波数成分の「線」で計算する。以下、実施例1,2と異なる部分を中心に説明する。
[Example 3]
Examples 1 and 2 include a control performance evaluation unit and a frequency determination unit, and the frequency components are calculated in "planes" using dispersion. However, the plant control adjustment device according to this embodiment is a control performance evaluation unit. A 45 and a frequency determination unit 44 are provided, and this is calculated by a "line" of a specific frequency component. Hereinafter, the parts different from those of Examples 1 and 2 will be mainly described.

図8は、プラント制御調整装置8の構成を示すブロック図である。図8に示すように、プラント制御調整装置8は、データ記憶部11、パラメータ最適化部12、パラメータ送信部13、周波数決定部(FD)44、制御性能評価部(ACP)45、及び、評価データ保存部45aを備えている。 FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the plant control and adjustment device 8. As shown in FIG. 8, the plant control adjustment device 8 includes a data storage unit 11, a parameter optimization unit 12, a parameter transmission unit 13, a frequency determination unit (FD) 44, a control performance evaluation unit (ACP) 45, and an evaluation. A data storage unit 45a is provided.

制御性能評価部45は、計測値PV、SVトリガ信号、及び、基底周波数fbaseを用いて、PIDコントローラ4の制御性能が低下していると判断すると調整トリガ信号を出力する。より詳しくは、基底周波数fbase、及び、そのn倍周波数の正弦波及び余弦波を生成し、生成した正弦波及び余弦波と計測値PVとの積和演算を行い、特定の周波数成分のみを計測値PVから抽出する。そして、抽出した周波数成分から性能指標を計算して評価を行い、調整トリガ信号を出力する。なお、n倍周波数の波を基底周波数fbaseのn次調波と呼び、基底周波数fbase及びn次調波は後述の周波数決定部44によって決定する。 The control performance evaluation unit 45 outputs an adjustment trigger signal when it is determined that the control performance of the PID controller 4 is deteriorated by using the measured value PV, the SV trigger signal, and the base frequency f base. More specifically, a sine wave and a chord wave having a base frequency f base and an frequency n times the base frequency are generated, and the product-sum calculation of the generated sine wave and the chord wave and the measured value PV is performed to obtain only a specific frequency component. Extract from the measured value PV. Then, the performance index is calculated from the extracted frequency component, evaluated, and the adjustment trigger signal is output. Incidentally, a wave of n times a frequency referred to as the n-order harmonic of the base frequency f base, base frequency f base and n th harmonic is determined by the frequency determining unit 44 which will be described later.

図9は、本実施例における制御性能評価部45の構成を示すブロック図である。図9に示すように、制御性能評価部45は、正弦波・余弦波発生器51、定常パワースペクトル演算部54、指標演算部55、及び、データ評価部56を備えている。 FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the control performance evaluation unit 45 in this embodiment. As shown in FIG. 9, the control performance evaluation unit 45 includes a sine wave / cosine wave generator 51, a steady power spectrum calculation unit 54, an index calculation unit 55, and a data evaluation unit 56.

正弦波・余弦波発生器51は、基底周波数fbase及び次数nに基づき、基底周波数fbase及びそのn倍周波数の正弦波及び余弦波を生成する。その後計測値PVとの積和演算を行う。これにより、基底周波数fbaseとそのn次調波成分のみを取り出すことができる。 The sine wave / cosine wave generator 51 generates a sine wave and a cosine wave having a base frequency f base and an n times frequency thereof based on the base frequency f base and the order n. After that, the product-sum calculation with the measured value PV is performed. As a result, only the base frequency f base and its nth harmonic component can be extracted.

定常パワースペクトル演算部54は、SVトリガ信号が入力された場合に、計測値PVに基づき、計測値PVの定常パワースペクトルを計測しておき、これをベンチマークとして、実施例1における最小分散σMV 2の代わりに使用する。この計測値PVの定常パワースペクトルをσyst 2とする。これも最小分散σMV 2と同様に、SVトリガ信号を確認した上で、システム時定数に対して十分に長い周期で更新を行う。 When the SV trigger signal is input, the stationary power spectrum calculation unit 54 measures the stationary power spectrum of the measured value PV based on the measured value PV, and uses this as a benchmark to obtain the minimum variance σ MV in Example 1. Use instead of 2. Let the steady power spectrum of this measured value PV be σ yst 2 . Similar to the minimum variance σ MV 2 , this is also updated at a sufficiently long cycle with respect to the system time constant after confirming the SV trigger signal.

指標演算部55は、基底周波数fbaseとそのn次調波成分に、重み配分をかけたものを計測値PVのパワースペクトルσy 2と見做し、このパワースペクトルσy 2、及び、定常パワースペクトル演算部54から入力される定常パワースペクトルσyst 2に基づき、下記(2c)式から指標ξを求め、評価データとして出力する。出力された評価データは図示しない記憶部に保存される。

Figure 0006904282
The index calculation unit 55 regards the base frequency f base and its nth-order tuning component multiplied by weight distribution as the power spectrum σ y 2 of the measured value PV, and regards the power spectrum σ y 2 and the steady state. Based on the steady power spectrum σ yst 2 input from the power spectrum calculation unit 54, the index ξ is obtained from the following equation (2c) and output as evaluation data. The output evaluation data is stored in a storage unit (not shown).
Figure 0006904282

データ評価部56は、最新の評価データと過去の評価データとの比較を行い、予め設定したしきい値を超えた場合に調整トリガ信号を発生する。 The data evaluation unit 56 compares the latest evaluation data with the past evaluation data, and generates an adjustment trigger signal when the preset threshold value is exceeded.

一方、周波数決定部44は、実施例1,2同様、プログラマブルコントローラ1の設定データから、移動平均処理のカットオフ周波数fcm、及び、下限周波数fminを計算し、それを基に基底周波数fbase、及び、次数nを決定する。また、同時に重みを決定する。そして、これらを制御性能評価部45に入力する。 On the other hand, the frequency determination unit 44 calculates the cutoff frequency f cm and the lower limit frequency f min of the moving average processing from the setting data of the programmable controller 1 as in the first and second embodiments, and based on the cutoff frequency f min, the base frequency f. The base and the order n are determined. At the same time, the weight is determined. Then, these are input to the control performance evaluation unit 45.

図10は、本実施例における周波数決定部44の構成を示すブロック図である。図10に示すように、周波数決定部44は、最大周波数・下限周波数演算部58、次数決定部59、及び、重み配分演算部60を備えている。 FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the frequency determination unit 44 in this embodiment. As shown in FIG. 10, the frequency determination unit 44 includes a maximum frequency / lower limit frequency calculation unit 58, a degree determination unit 59, and a weight distribution calculation unit 60.

最大周波数・下限周波数演算部58は、移動平均のカットオフ周波数fcm、及び、サンプリング周波数fsを読み取り、移動平均のカットオフ周波数fcmから端数を切り捨てた周波数(例えばfcm=4.47Hzであれば4Hz)、あるいは、サンプリング周波数fsの1/2の周波数(1/2)fsから端数を切り捨てた周波数を、最大周波数fmaxとして算出する。なお、端数を切り捨てる処理については、計算上の利便性を向上させるためのものであり、本実施例に必須の処理ではない。 Maximum frequency and lower frequency calculating unit 58, the moving average of the cut-off frequency f cm, and reads the sampling frequency f s, the frequency with rounded down from the moving average of the cut-off frequency f cm (eg f cm = 4.47Hz If so, 4 Hz), or the frequency obtained by rounding off the fraction from the frequency (1/2) f s which is 1/2 of the sampling frequency f s is calculated as the maximum frequency f max. It should be noted that the process of truncating the fraction is for improving the convenience of calculation, and is not an essential process in this embodiment.

また、最大周波数・下限周波数演算部58は、最大周波数fmaxに対して、0.1倍、0.01倍、・・・のようにして、0.1倍(10次)ずつ下げた周波数の中から、下限周波数fminを下回らない周波数を選択する。そしてこのとき、選択した中で最小の周波数を基底周波数fbaseとする(すなわち、基底周波数fbaseは、最大周波数fmaxと下限周波数fminとの間において決定される)。なお、下限周波数fminは、設定データに基づき実施例1における(9)式により求められる。 Further, the maximum frequency / lower limit frequency calculation unit 58 lowers the frequency by 0.1 times (10th order) with respect to the maximum frequency f max, such as 0.1 times, 0.01 times, and so on. Select a frequency that does not fall below the lower limit frequency f min. At this time, the smallest frequency selected is set as the base frequency f base (that is, the base frequency f base is determined between the maximum frequency f max and the lower limit frequency f min). The lower limit frequency f min is obtained by the equation (9) in the first embodiment based on the setting data.

次数決定部59は、基底周波数fbaseのn倍、つまりn次調波の次数nを決定する。なお、最大周波数fmaxを含む他の周波数(基底周波数fbase以外の周波数)は、基底周波数fbaseのn倍、つまりn次調波とする。 The order determination unit 59 determines n times the base frequency f base, that is, the order n of the nth harmonic. Other frequencies including the maximum frequency f max (frequency other than the base frequency f base ) are n times the base frequency f base, that is, nth harmonic harmonics.

ただし、制御性能評価部45に備わる正弦波・余弦波発生器51の特性によっては、正確でキリの良い周波数を発生することができず、単純に切り捨てや0.1倍を行うことができないことがある。 However, depending on the characteristics of the sine wave / cosine wave generator 51 provided in the control performance evaluation unit 45, it is not possible to generate an accurate and sharp frequency, and it is not possible to simply round down or perform 0.1 times. There is.

そのため、最大周波数・下限周波数演算部58及び次数決定部59において決定される基底周波数fbase及び次数nは、正弦波・余弦波発生器51において発生することができる最も近い周波数に丸めて近似してもよい。 Therefore, the base frequency f base and the order n determined by the maximum frequency / lower limit frequency calculation unit 58 and the order determination unit 59 are rounded and approximated to the closest frequencies that can be generated by the sine wave / cosine wave generator 51. You may.

ちなみに、最大周波数fmaxが基底周波数fbaseと100倍以上離れていない場合は、次数決定部59において、最大周波数fmaxに対して下げる次数幅を10次から変更する。これにより、下限周波数fminを下回らない周波数を必ず3点以上選択する。 Incidentally, when the maximum frequency f max is not separated from the base frequency f base by 100 times or more, the order determination unit 59 changes the order width to be lowered with respect to the maximum frequency f max from the 10th order. As a result, three or more frequencies that do not fall below the lower limit frequency f min are always selected.

重み配分演算部60は、次数決定部59により選択した各次数の周波数に対して、重み係数を配分する。こうすることで、一般的なフーリエ変換によるスペクトル分析でガウス窓等の窓関数を使うのと同じように、抽出する周波数のうち、最大周波数・下限周波数演算部58から入力された下限周波数fmin、及び、サンプリング周波数の1/2である(1/2)fsに近い周波数ほど重みを下げて、ダイナミックレンジを上げることができる。 The weight distribution calculation unit 60 distributes weight coefficients to frequencies of each order selected by the order determination unit 59. By doing so, the lower limit frequency f min input from the maximum frequency / lower limit frequency calculation unit 58 of the extracted frequencies is the same as using a window function such as a Gaussian window in the spectrum analysis by the general Fourier transform. , and is half the sampling frequency (1/2) to lower the weight as the frequency close to f s, it is possible to increase the dynamic range.

こうして決定した基底周波数fbase、次数n、及び、重み分配を周波数データとして周波数決定部44から制御性能評価部45に入力する。 The base frequency f base , the order n, and the weight distribution determined in this way are input to the control performance evaluation unit 45 from the frequency determination unit 44 as frequency data.

制御性能評価部45は、周波数決定部44で決定した周波数データを基に、正弦波及び余弦波を発生させ、計測値PVと積和演算することで、基底周波数fbaseとそのn次調波成分のみを取り出すことができる。 The control performance evaluation unit 45 generates a sine wave and a cosine wave based on the frequency data determined by the frequency determination unit 44, and performs a product-sum calculation with the measured value PV to obtain the base frequency f base and its nth harmonic. Only the ingredients can be taken out.

この取り出した成分に周波数決定部44で決定した重み配分をかけたものを計測値PVのパワースペクトルσy 2と見做して性能評価を行う。 The performance is evaluated by regarding the extracted component multiplied by the weight distribution determined by the frequency determination unit 44 as the power spectrum σ y 2 of the measured value PV.

ただし、実施例1,2と比べて極端にパワースペクトルσy 2が下がるため、最小分散σMV 2を用いると、最小分散σMV 2よりもパワースペクトルσy 2が小さくなり、上記(2)式で表されるηが1を超えてしまう可能性がある。そこで、定常パワースペクトル演算部54において、定常パワースペクトルσyst 2求め、これを最小分散σMV 2の代わりに用いるのである。 However, since the power spectrum σ y 2 is extremely lower than that of Examples 1 and 2, when the minimum variance σ MV 2 is used, the power spectrum σ y 2 becomes smaller than the minimum variance σ MV 2 , and the above (2) There is a possibility that η represented by the formula will exceed 1. Therefore, the steady-state power spectrum calculation unit 54 obtains the steady-state power spectrum σ yst 2 , and uses this instead of the minimum variance σ MV 2.

図11Aは、図5Cに対応したグラフであり、選択した各次数の周波数成分の線のみを計算する状態を表している。また、図11Bは、選択した各次数の周波数に対して、重み係数を配分した状態を表すグラフである。なお、図11A,11Bには、参考のため、Fmin,Fbase,Fmax,Fcm,(1/2)Fsの値(特に、Fcm<(1/2)Fsの場合の一例)を表している。 FIG. 11A is a graph corresponding to FIG. 5C, and shows a state in which only the lines of the frequency components of each selected order are calculated. Further, FIG. 11B is a graph showing a state in which weighting coefficients are distributed to frequencies of each selected order. For reference, FIGS. 11A and 11B show the values of Fmin, Fbase, Fmax, Fcm, and (1/2) Fs (particularly, an example in the case of Fcm <(1/2) Fs).

図11Bにおける実線部分の合計が、本実施例におけるパワースペクトルσy 2となる。ちなみに、図11A,11Bにおける破線部分を含めた全体の面積が、実施例1,2で説明した分散σy 2となる。すなわち、実施例1,2では、分散を用いて周波数成分を面で計算していたが、本実施例では、これを、選択した各次数の周波数成分の線で計算することになる。このように本実施例では、分散を用いないため応答が速くなる。 The sum of the solid lines in FIG. 11B is the power spectrum σ y 2 in this embodiment. Incidentally, the total area including the broken line portion in FIGS. 11A and 11B is the variance σ y 2 described in Examples 1 and 2. That is, in Examples 1 and 2, the frequency component was calculated in terms of the surface using dispersion, but in this example, this is calculated by the line of the frequency component of each selected order. As described above, in this embodiment, the response is fast because the dispersion is not used.

よって、本実施例によれば、モデルデータ及び分散を利用することなく、特定周波数成分のみを抽出することで、高速な評価応答を実現することができる。 Therefore, according to this embodiment, a high-speed evaluation response can be realized by extracting only a specific frequency component without using model data and variance.

[実施例4]
本実施例に係るプラント制御調整装置は、制御性能評価部において、計測値PVを実施例1,2で用いたLPF22の代わりにBPF(バンドパスフィルタ)72に通し、BPF72の出力データを圧縮し、評価データとして指標演算を行うものであり、これにより、実施例1〜3に比べてデータ量を抑制することができる。以下、実施例1〜3と相違する部分を中心に説明する。
[Example 4]
In the plant control adjustment device according to this embodiment, the control performance evaluation unit passes the measured value PV through the BPF (bandpass filter) 72 instead of the LPF22 used in the first and second embodiments, and compresses the output data of the BPF 72. , The index calculation is performed as the evaluation data, and the amount of data can be suppressed as compared with Examples 1 to 3. Hereinafter, the parts different from those of Examples 1 to 3 will be mainly described.

図12は、プラント制御調整装置8の構成を示すブロック図である。図12に示すように、プラント制御調整装置8は、データ記憶部11、パラメータ最適化部12、パラメータ送信部13、周波数決定部(FD)64、制御性能評価部(ACP)65、及び、評価データ保存部65aを備えている。 FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the plant control and adjustment device 8. As shown in FIG. 12, the plant control adjustment device 8 includes a data storage unit 11, a parameter optimization unit 12, a parameter transmission unit 13, a frequency determination unit (FD) 64, a control performance evaluation unit (ACP) 65, and an evaluation. A data storage unit 65a is provided.

図13は、本実施例における制御性能評価部65の構成を示すブロック図である。制御性能評価部65は、計測値PV、SVトリガ信号、遮断周波数、及び、忘却係数Mを用いて、PIDコントローラの制御性能が低下していると判断すると調整トリガ信号を出力するものである。図13に示すように、制御性能評価部65は、BPF72、定常パワースペクトル・圧縮演算部74、指標演算部75、及び、データ評価部76を備えている。 FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the control performance evaluation unit 65 in this embodiment. The control performance evaluation unit 65 outputs an adjustment trigger signal when it is determined that the control performance of the PID controller is deteriorated by using the measured value PV, the SV trigger signal, the cutoff frequency, and the forgetting coefficient M. As shown in FIG. 13, the control performance evaluation unit 65 includes a BPF 72, a steady power spectrum / compression calculation unit 74, an index calculation unit 75, and a data evaluation unit 76.

BPF72は、周波数決定部64の設計する遮断周波数に基づき構成され、計測値PVに対してフィルタ処理を行う。 The BPF 72 is configured based on the cutoff frequency designed by the frequency determination unit 64, and filters the measured value PV.

定常パワースペクトル・圧縮演算部74は、SVトリガ信号が入力されると、計測値PVに基づき、定常時のパワースペクトルである定常パワースペクトルσyst 2を計測するとともに、忘却係数Mを用いてPVデータを圧縮し、実施例1〜3における出力分散(又はそのみなし量)に相当するσy 2を演算する。 When the SV trigger signal is input, the steady-state power spectrum / compression calculation unit 74 measures the steady-state power spectrum σ yst 2 , which is the power spectrum at the steady state, based on the measured value PV, and uses the oblivion coefficient M to PV. The data is compressed, and σ y 2 corresponding to the output variance (or the deemed amount thereof) in Examples 1 to 3 is calculated.

指標演算部75は、定常パワースペクトルσyst 2及び上記みなし量σy 2に基づき、下記(2d)式を用いて制御性能指標ζを演算する。

Figure 0006904282
The index calculation unit 75 calculates the control performance index ζ using the following equation (2d) based on the steady power spectrum σ yst 2 and the deemed quantity σ y 2.
Figure 0006904282

データ評価部76は、最新の評価データと過去の評価データとの比較を行い、予め設定したしきい値を超えた場合に調整トリガ信号を発生する。この点については、実施例1におけるデータ評価部26の説明と同様である。すなわち、評価データ(制御性能指標ζ)に関する値が予め設定したしきい値を超えた場合に、調整トリガ信号を出力するということである。 The data evaluation unit 76 compares the latest evaluation data with the past evaluation data, and generates an adjustment trigger signal when the preset threshold value is exceeded. This point is the same as the description of the data evaluation unit 26 in the first embodiment. That is, when the value related to the evaluation data (control performance index ζ) exceeds the preset threshold value, the adjustment trigger signal is output.

図14は、本実施例における周波数決定部64の構成を示すブロック図である。周波数決定部64は、プログラマブルコントローラ1の設定データに基づき、周波数データとしての、計測値PVについての遮断周波数を決定するとともに、プログラマブルコントローラ1の内部データ(データ型)に基づき、計測値PVについての忘却係数Mを決定するものである。図14に示すように、周波数決定部64は、上側遮断周波数・下側遮断周波数及びBPF設計部78、忘却係数算出部79を備えている。 FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the frequency determination unit 64 in this embodiment. The frequency determination unit 64 determines the cutoff frequency for the measured value PV as frequency data based on the setting data of the programmable controller 1, and determines the cutoff frequency for the measured value PV based on the internal data (data type) of the programmable controller 1. It determines the oblivion coefficient M. As shown in FIG. 14, the frequency determination unit 64 includes an upper cutoff frequency / lower cutoff frequency, a BPF design unit 78, and a forgetting coefficient calculation unit 79.

上側遮断周波数・下側遮断周波数演算及びBPF設計部78は、同定モデル又は規範モデル(図12,14では、同定モデルのみ記載している)に含まれる時定数、及び、プログラマブルコントローラ1の設定データに基づき、BPF72を構成するための遮断周波数を演算する。遮断周波数は、上側遮断周波数fc1及び下限遮断周波数fc2から成る。 The upper cutoff frequency / lower cutoff frequency calculation and the BPF design unit 78 include the time constant included in the identification model or the normative model (only the identification model is described in FIGS. 12 and 14), and the setting data of the programmable controller 1. Based on, the cutoff frequency for forming the BPF 72 is calculated. The cutoff frequency consists of an upper cutoff frequency f c1 and a lower cutoff frequency f c2 .

忘却係数算出部79は、プログラマブルコントローラ1の内部データ(データ型)に基づき、ハードウェア上の制約を元にデータを圧縮するために有効な忘却係数Mを算出する。 The forgetting coefficient calculation unit 79 calculates an effective forgetting coefficient M for compressing the data based on the internal data (data type) of the programmable controller 1 based on the restrictions on the hardware.

実施例1〜3においては、いずれも下限周波数fminを求める際に上記(9)式を用いるが、下限周波数fminは、データ点数Nsというハードウェアの制約によって決まる値である。 In Examples 1-3, both using the above equation (9) when determining the lower limit frequency f min, but the lower limit frequency f min is a value determined by hardware constraints of the data points N s.

図15は、周波数領域における出力分散σy 2を示すグラフである。図15の横軸には、下限周波数fmin、サンプリング周波数の1/2である(1/2)fs又は移動平均のカットオフ周波数fcm、LPFカットオフ周波数fcが記載されている。なお、LPFカットオフ周波数fcfは、実施例3においてはn次調波周波数のひとつを示している。 FIG. 15 is a graph showing the output variance σ y 2 in the frequency domain. On the horizontal axis of FIG. 15, the lower limit frequency f min , (1/2) f s which is 1/2 of the sampling frequency, or the cutoff frequency f cm of the moving average, and the LPF cutoff frequency f c are described. The LPF cutoff frequency f cf indicates one of the nth harmonic frequencies in the third embodiment.

図15において、fminを下限、(1/2)fs又はfcmを上限と考えると、LPFカットオフ周波数fcf(又はn次調波周波数)は、この上下限の間に設定されることになる。また、出力分散σy 2そのものもこの上下限の間の周波数帯域が計算されていることに等しい。 Considering that f min is the lower limit and (1/2) f s or f cm is the upper limit in FIG. 15, the LPF cutoff frequency f cf (or nth harmonic frequency) is set between the upper and lower limits. It will be. Moreover, the output variance σ y 2 itself is equivalent to the calculation of the frequency band between the upper and lower limits.

このとき、右端である上限は、サンプリング周波数fsで決定されるため、機器の処理速度制性能に大きく依存し、容易にはさらなる高周波帯域へと拡張することはできないが、下限は計測値PVのデータ点数Nsで決定されるため、データ保存容量を大きくとることができれば、さらに延ばすことができる。 The upper limit is the right end, because it is determined by the sampling frequency f s, largely depends on the processing speed system equipment performance, readily but can not be extended to higher frequency bands, the lower limit is the measured value PV Since it is determined by the number of data points N s , if the data storage capacity can be increased, it can be further extended.

しかし、保存容量もまたハードウェアによる制約であるから、保存データを圧縮することで同等の効果を得たい。そこで、定常パワースペクトル・圧縮演算部74において、計測値PV(BPF72を通過した後のPV)に対して下記(11)式の処理を行う。

Figure 0006904282
However, since the storage capacity is also limited by hardware, we would like to obtain the same effect by compressing the stored data. Therefore, the steady-state power spectrum / compression calculation unit 74 performs the processing of the following equation (11) on the measured value PV (PV after passing through the BPF 72).
Figure 0006904282

忘却係数Mは、1に近いが1より小さい数(例えば0.99等)である。ひとつ前の計算結果pv(n−1)に忘却係数Mをかけた値と、現在の計測値PVを足してpv(n)とする。 The forgetting coefficient M is a number close to 1 but smaller than 1 (for example, 0.99, etc.). The value obtained by multiplying the previous calculation result pv (n-1) by the forgetting coefficient M and the current measured value PV are added to obtain pv (n).

ここで、初項a、公比rの等比数列Sを考えると、下記(12)式の等比数列の和の公式より、r<1であればa/(1−r)に収束するので、下記(13)式のように、Sに(1−r)をかければ初項aを求めることができる。 Here, considering the geometric progression S of the first term a and the common ratio r, it converges to a / (1-r) if r <1 from the formula of the sum of the geometric progressions in the following equation (12). Therefore, the first term a can be obtained by multiplying S by (1-r) as shown in the following equation (13).

この等比数列Sの一定のa=PVcとして同様に考えれば下記(14)式のように収束する。下記(14)式も下記(13)式同様に、両辺に(1−M)をかけると、下記(15)式になるので、収束した計測値PVcを取り出すことができる。 Considering the same as a constant a = PV c of this geometric progression S, it converges as shown in the following equation (14). Similar to the following equation (13), the following equation (14) becomes the following equation (15) by multiplying both sides by (1-M), so that the converged measured value PV c can be taken out.

実際にはPVが一定ということはないが、こうして過去のPVデータを参照しつつも、古いPVデータほど影響力が弱まる形で積算することができる。

Figure 0006904282
In reality, PV is not constant, but in this way, while referring to past PV data, it is possible to integrate the older PV data in a form that has less influence.
Figure 0006904282

図17は、白色雑音が付与されたPV信号と、PV信号に忘却係数M=0.99で求めたその時々のpvを計算回数1000回までプロットしたグラフである。また、図18は、pvとPVの実平均値との比を示したグラフである。 FIG. 17 is a graph in which the PV signal to which white noise is added and the pv at that time obtained by the forgetting coefficient M = 0.99 on the PV signal are plotted up to 1000 times of calculation. Further, FIG. 18 is a graph showing the ratio of pv to the actual average value of PV.

実際のデータとしては、使用するデータが現在値と前回の計算結果のみで、400点(回)目の計算で誤差3%、500点(回)目で誤差1%程度になる。 As the actual data, only the current value and the previous calculation result are used, and the error is about 3% at the 400th point (time) calculation and about 1% at the 500th point (time) calculation.

本実施例では、定常パワースペクトル・圧縮演算部74において、実施例1〜3のように分散、パワースペクトルを求める計算は行っていないが、上記(11)式を用いて計算を行うことで、nが大きければ、pv(n)の値が実施例1〜3における分散、パワースペクトルに相当する値σy 2になる。図16は、上記図5C,11Aに対応したグラフである。図16の実線部分は、このpvの値を示している。 In this embodiment, the stationary power spectrum / compression calculation unit 74 does not perform the calculation for obtaining the variance and power spectrum as in Examples 1 to 3, but by performing the calculation using the above equation (11), If n is large, the value of pv (n) becomes the value σ y 2 corresponding to the dispersion and power spectra in Examples 1 to 3. FIG. 16 is a graph corresponding to FIGS. 5C and 11A. The solid line portion in FIG. 16 shows the value of this pv.

このようにして、本実施例では、誤差収束までの時間をかける点は変わらないが、大量のデータを保持する必要がなくなる。 In this way, in this embodiment, the point that it takes time to converge the error does not change, but it is not necessary to hold a large amount of data.

また、忘却係数Mは1に近いほど上記(11)式より前回計算結果pv(n−1)の項が1/(1−M)倍に大きくなるので、プログラマブルコントローラ1の内部データ(データ型)のビット数や計測値PVの上下限と分解能に応じて忘却係数Mが決まる。なお、分解能とは、内部データが持つ最小単位のことであり、上下限は、計測器や変換器などによってかかる制限である。 Further, as the oblivion coefficient M is closer to 1, the term of the previous calculation result pv (n-1) becomes 1 / (1-M) times larger than that of the above equation (11), so that the internal data (data type) of the programmable controller 1 is increased. The oblivion coefficient M is determined according to the number of bits of), the upper and lower limits of the measured value PV, and the resolution. The resolution is the smallest unit of internal data, and the upper and lower limits are limits imposed by a measuring instrument, a converter, or the like.

下記(16),(17)式のkMは内部データを保持することができる上限の倍率を表し、Bitはビット数、PVpeakは動作領域を表す。

Figure 0006904282
Below (16), k M of (17) represents the ratio of the upper limit that can retain data, Bit is the number of bits, PV peak represents the operation area.
Figure 0006904282

例えばプログラマブルコントローラ1の内部データが16ビットの場合、216=65536に対して、計測値PVの分解能が0.1%で上下限が200%ならば±2000が動作領域になるので、倍率上限は65536/4000=16.384、切り捨てで16倍となる。これによって、上記(17)式により忘却係数Mは15/16=0.9375よりも小さい値であるので、分解能0.1%にあわせて小数点第2位以下を切り捨てで0.93となる。 For example, when the internal data of the programmable controller 1 is 16 bits, the operating region is ± 2000 if the resolution of the measured value PV is 0.1% and the upper and lower limits are 200% with respect to 2 16 = 65536. Is 65536/4000 = 16.384, which is 16 times when rounded down. As a result, since the forgetting coefficient M is a value smaller than 15/16 = 0.9375 according to the above equation (17), it becomes 0.93 by rounding down the second decimal place according to the resolution of 0.1%.

しかし、実施例1,2の手法のように出力分散σy 2を用いる場合、平均値演算が必要になり、一定のデータを要求してしまう(図3の平均値演算部21では、平均値を求めるために過去のPVのデータを保持し続けている)。 However, when the output variance σ y 2 is used as in the methods of Examples 1 and 2, the average value calculation is required, and a certain amount of data is required (in the average value calculation unit 21 of FIG. 3, the average value is calculated. Keeps track of past PV data to find out).

そこで、本実施例では、保持するデータ量を抑えるため、LPF22の代わりにBPF72を用いる。BPF72は特定帯域の周波数成分のみを通すため、直流分が取り除かれて、平均値との差分を取る必要がなくなる。 Therefore, in this embodiment, BPF72 is used instead of LPF22 in order to suppress the amount of data to be held. Since the BPF 72 passes only the frequency component of a specific band, the DC component is removed and it is not necessary to take a difference from the average value.

上側遮断周波数・下側遮断周波数演算及びBPF設計部78は、BPF72の上側遮断周波数fc1として、実施例1,2のLPF22と同じカットオフ周波数fcf(同定モデル又は規範モデルに含まれる時定数、及び、前記設定データに基づき決定された、周波数データとしてのカットオフ周波数fcf)を用い、下限遮断周波数fc2は、忘却係数M、及び、設定データ(設定データのうち、計測値PVのサンプリング周期ΔT、分解能reso、及び、上限又は下限limup)に基づき、内部データが1未満になったときの時間を下限遮断周期とし、その逆数として求める。 The upper cutoff frequency / lower cutoff frequency calculation and the BPF design unit 78 set the upper cutoff frequency f c1 of the BPF 72 to the same cutoff frequency f cf as the LPF 22 of Examples 1 and 2 (time constant included in the identification model or the normative model). and, it said determined based on the setting data, using a cut-off frequency f cf) as frequency data, the lower limit cutoff frequency f c2 is the forgetting factor M, and, among the setting data (setting data, the measurement value PV Based on the sampling period ΔT, the resolution reso, and the upper limit or the lower limit frequency), the time when the internal data becomes less than 1 is defined as the lower limit cutoff cycle and is obtained as the reciprocal thereof.

上記(14)式で極限を取らない場合の右辺の最終第n項、すなわち最古のデータ成分pvnは下記(18)式で表す。ここで、pv(1)が上限値limupにあるとき、データ点数nがいくつになると(18)式の最古のデータ成分pvnが分解能以下すなわち0になるかを、対数をとって下記(19)式に表す。

Figure 0006904282
The final nth term on the right side, that is, the oldest data component pv n when the limit is not taken in the above equation (14) is expressed by the following equation (18). Here, when pv (1) is at the upper limit value limp, how many data points n will cause the oldest data component pv n in Eq. (18) to be below the resolution, that is, 0, by taking the logarithm as follows ( 19) Expressed in equation.
Figure 0006904282

例えば、上述の例に倣って、内部データが、ΔT:1s,reso:0.1%,limup:200%,M:0.93であった場合、n=105のとき、内部データは0.98となり、1を切る、すなわち、最小単位より小さいのでゼロ扱いとなる。n×ΔT=105sで最古のデータ成分pvnが消滅するので、これが下側遮断周期であり、上記(20)式に示すように逆数をとり、さらに切り上げを行って0.01Hzが下側遮断周波数fc2となる(ただし、切り上げは本実施例に必須の構成ではない)。 For example, according to the above example, when the internal data is ΔT: 1s, reso: 0.1%, limup: 200%, M: 0.93, when n = 105, the internal data is 0. It becomes 98, which is less than 1, that is, it is treated as zero because it is smaller than the minimum unit. Since the oldest data component pv n disappears at n × ΔT = 105s, this is the lower cutoff cycle. As shown in the above equation (20), the reciprocal is taken and rounded up to 0.01 Hz. The cutoff frequency is f c2 (however, rounding up is not an essential configuration in this embodiment).

以上を用いて、上側遮断周波数・下側遮断周波数演算及びBPF設計部78は、BPF72の値を設計する。周波数決定部64は、その周波数データ及び忘却係数Mを制御性能評価部65に送る。 Using the above, the upper cutoff frequency / lower cutoff frequency calculation and the BPF design unit 78 design the value of the BPF 72. The frequency determination unit 64 sends the frequency data and the forgetting coefficient M to the control performance evaluation unit 65.

制御性能評価部65は、上記周波数データを基にBPF72を構成して計測値PVをフィルタ処理し、フィルタ出力は、忘却係数Mを用いて圧縮する。圧縮されたデータは、既に直流分と平均化が取り除かれているので、二乗によって出力分散σy 2に変換される。 The control performance evaluation unit 65 configures the BPF 72 based on the frequency data, filters the measured value PV, and compresses the filter output using the forgetting coefficient M. The compressed data has already been stripped of DC and averaging, so it is converted to the output variance σ y 2 by square.

ただし、この出力分散σy 2は、分散値としては小さくなることから、最小分散σMV 2を指標として用いることができないため、実施例3同様に定常パワースペクトルσyst 2を記憶しておき、指標演算においては定常パワースペクトルσyst 2をベンチマークとして計算する。 However, since this output variance σ y 2 is small as a variance value, the minimum variance σ MV 2 cannot be used as an index. Therefore, the stationary power spectrum σ yst 2 is stored in the same manner as in Example 3. In the index calculation, the stationary power spectrum σ yst 2 is used as a benchmark.

定常パワースペクトルσyst 2は、やはり実施例3同様に、SVトリガ信号を確認しつつ、システム時定数に対して十分に長い周期で更新を行う。 The steady-state power spectrum σ yst 2 is updated at a sufficiently long cycle with respect to the system time constant while confirming the SV trigger signal, as in the third embodiment.

なお、本実施例において、上側遮断周波数・下側遮断周波数演算及びBPF設計部78は、BPF72の上側遮断周波数fc1として、実施例1,2のLPF22と同じカットオフ周波数fcfを用いると説明したが、すなわち、上側遮断周波数・下側遮断周波数演算及びBPF設計部78は、同定モデル又は規範モデルに基づき、第1カットオフ周波数候補fcaを算出し、プログラマブルコントローラ1の設定データに基づき、第2カットオフ周波数候補fcb及び下限周波数fminを算出し、第1カットオフ周波数候補fca及び第2カットオフ周波数候補fcbのうち、下限周波数fminのn3倍の周波数より高い方、又は、両方とも下限周波数fminのn3倍の周波数より高い場合には、その中で周波数の低い方を、カットオフ周波数fcfとして求める。なお、このとき1≦n3≦100とする。 In this embodiment, the upper cutoff frequency / lower cutoff frequency calculation and the BPF design unit 78 will use the same cutoff frequency f cf as the LPF 22 of Examples 1 and 2 as the upper cutoff frequency f c1 of the BPF 72. That is, the upper cutoff frequency / lower cutoff frequency calculation and the BPF design unit 78 calculate the first cutoff frequency candidate f ca based on the identification model or the normative model, and based on the setting data of the programmable controller 1. The second cutoff frequency candidate f cb and the lower limit frequency f min are calculated, and of the first cutoff frequency candidate f ca and the second cutoff frequency candidate f cb , whichever is higher than n 3 times the lower cutoff frequency f min. Or, if both are higher than n 3 times the lower limit frequency f min , the lower frequency is obtained as the cutoff frequency f cf. At this time, 1 ≦ n 3 ≦ 100.

また、上側遮断周波数・下側遮断周波数演算及びBPF設計部78は、時定数をTとすると、下記(21)式により前記第1カットオフ周波数候補fcaを算出し、設定データから、処理部5による処理が移動平均処理である場合の移動平均点数m、及び、サンプリング周期ΔTを読み取り、移動平均処理に用いる移動平均フィルタのカットオフ周波数の1/10を第2カットオフ周波数候補fcbとして、下記(22)式のように第2カットオフ周波数候補fcbを算出する。

Figure 0006904282
Further, assuming that the time constant is T, the upper cutoff frequency / lower cutoff frequency calculation and the BPF design unit 78 calculate the first cutoff frequency candidate f ca by the following equation (21), and the processing unit from the setting data. The moving average score m and the sampling period ΔT when the processing according to 5 is the moving average processing are read, and 1/10 of the cutoff frequency of the moving average filter used for the moving average processing is set as the second cutoff frequency candidate f cb. , The second cutoff frequency candidate f cb is calculated as shown in the following equation (22).
Figure 0006904282

本実施例によれば、実施例1,2において低周波数成分のために保存するデータ量を抑制することができる。 According to this embodiment, it is possible to suppress the amount of data stored due to the low frequency component in Examples 1 and 2.

本発明は、プラント制御調整装置として好適である。 The present invention is suitable as a plant control and adjustment device.

1 プログラマブルコントローラ(PLC)
2 分散制御装置(DCS)
3 プラント
4 PIDコントローラ
5 処理部
6 (本発明の実施例1に係る)プラント制御調整装置
7 (本発明の実施例2に係る)プラント制御調整装置
8 (本発明の実施例3に係る)プラント制御調整装置
9 (本発明の実施例4に係る)プラント制御調整装置
11 データ記憶部
12 (実施例1における)パラメータ最適化部
13 パラメータ送信部
14 (実施例1における)周波数決定部(FD)
15 (実施例1における)制御性能評価部(ACP)
15a 評価データ保存部
21 平均値演算部
22 LPF(ローパスフィルタ)
23 分散演算部
24 最小分散演算部
25 ハリス指標演算部
26 (実施例1における)データ評価部
27 第1LPFカットオフ周波数候補演算部
28 第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部
29 周波数比較決定部
32 (実施例2における)パラメータ最適化部
34 (実施例2における)周波数決定部(FD)
37 第1LPFカットオフ周波数候補演算部
44 (実施例3における)周波数決定部(FD)
45 (実施例3における)制御性能評価部(ACP)
45a 評価データ保存部
51 正弦波・余弦波発生器
54 定常パワースペクトル演算部
55 (実施例3における)指標演算部
56 (実施例3における)データ評価部
58 最大周波数・下限周波数演算部
59 次数決定部
60 重み配分演算部
64 (実施例4における)周波数決定部(FD)
65 (実施例4における)制御性能評価部(ACP)
65a 評価データ保存部
72 BPF(バンドパスフィルタ)
74 定常パワースペクトル・圧縮演算部
75 (実施例4における)指標演算部
76 (実施例4における)データ評価部
78 上側遮断周波数・下側遮断周波数及びBPF設計部
79 忘却係数算出部
1 Programmable controller (PLC)
2 Distributed Control System (DCS)
3 Plant 4 PID controller 5 Processing unit 6 (corresponding to Example 1 of the present invention) Plant control coordinator 7 (corresponding to Example 2 of the present invention) Plant control coordinator 8 (corresponding to Example 3 of the present invention) Plant Control regulator 9 (corresponding to the fourth embodiment of the present invention) Plant control regulator 11 Data storage unit 12 (in the first embodiment) Parameter optimization unit 13 Parameter transmission unit 14 (in the first embodiment) Frequency determination unit (FD)
15 Control Performance Evaluation Unit (ACP) (in Example 1)
15a Evaluation data storage unit 21 Average value calculation unit 22 LPF (low-pass filter)
23 Variance calculation unit 24 Minimum dispersion calculation unit 25 Harris index calculation unit 26 (in Example 1) Data evaluation unit 27 1st LPF cutoff frequency candidate calculation unit 28 2nd LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit 29 Frequency comparison determination unit 32 Parameter optimization unit (in Example 2) 34 Frequency determination unit (FD) (in Example 2)
37 First LPF cutoff frequency candidate calculation unit 44 Frequency determination unit (FD) (in Example 3)
45 Control Performance Evaluation Unit (ACP) (in Example 3)
45a Evaluation data storage unit 51 Sine wave / cosine wave generator 54 Steady power spectrum calculation unit 55 (in Example 3) Index calculation unit 56 (in Example 3) Data evaluation unit 58 Maximum frequency / lower limit frequency calculation unit 59 Order determination Unit 60 Weight distribution calculation unit 64 Frequency determination unit (FD) (in the fourth embodiment)
65 Control Performance Evaluation Unit (ACP) (in Example 4)
65a Evaluation data storage unit 72 BPF (Bandpass filter)
74 Steady power spectrum / compression calculation unit 75 (in Example 4) Index calculation unit 76 (in Example 4) Data evaluation unit 78 Upper cutoff frequency / lower cutoff frequency and BPF design unit 79 Oblivion coefficient calculation unit

Claims (3)

設定値SVに基づきプラントに対して操作量MVの入力を行うPIDコントローラ、及び、該プラントの出力に外乱Dが加わった出力yに対して処理を行う処理部を備え、該出力yに対して該処理が行われた計測値PVに基づき、該プラントに対してフィードバック制御を行うプログラマブルコントローラに接続される、プラント制御調整装置であって、
前記設定値SVが一定の場合にSVトリガ信号を出力するデータ記憶部と、
前記操作量MV、前記計測値PV、及び、前記プログラマブルコントローラの設定データに基づき、前記プラントの同定モデル及び規範モデルを作成し、該規範モデルを用いて前記PIDコントローラの制御パラメータを調整する演算を行うパラメータ最適化部と、
前記パラメータ最適化部によって調整された制御パラメータを、前記PIDコントローラに入力するパラメータ送信部と、
前記同定モデル又は前記規範モデルに含まれる時定数及び前記設定データに基づき、周波数データとしての、LPFカットオフ周波数fcf及び次数を決定する周波数決定部と、
前記計測値PV、前記SVトリガ信号、及び、前記周波数データを用いて、前記PIDコントローラの制御性能が低下していると判断すると調整トリガ信号を出力する制御性能評価部とを備え、
前記パラメータ最適化部は、
前記調整トリガ信号が入力されると前記PIDコントローラの制御パラメータを調整する演算を行い、
前記制御性能評価部は、
前記SVトリガ信号が入力されると、前記計測値PVから該計測値PVの平均値を求め、該計測値PVから該計測値PVの平均値を差し引く平均値演算部と、
前記周波数データに基づきフィルタパラメータが設計され、前記平均値演算部により算出された値のフィルタ処理を行うローパスフィルタと、
前記SVトリガ信号が入力されると、前記ローパスフィルタによりフィルタ処理が行われた前記計測値PVに基づき、出力分散σy 2を算出する分散演算部と、
前記SVトリガ信号が入力されると、前記計測値PVに基づき前記外乱Dを推定し、推定した該外乱Dから最小分散σMV 2を求める最小分散演算部と、
前記出力分散σy 2及び前記最小分散σMV 2に基づき、ハリス指標ηを求めるハリス指標演算部と、
前記ハリス指標ηに関する値が予め設定したしきい値を超えた場合に、前記調整トリガ信号を出力するデータ評価部とを備える
ことを特徴とするプラント制御調整装置。
It is provided with a PID controller that inputs an operation amount MV to the plant based on the set value SV, and a processing unit that processes the output y in which the disturbance D is added to the output of the plant. A plant control adjustment device connected to a programmable controller that performs feedback control on the plant based on the measured value PV in which the processing is performed.
A data storage unit that outputs an SV trigger signal when the set value SV is constant, and
An operation of creating an identification model and a normative model of the plant based on the manipulated variable MV, the measured value PV, and the setting data of the programmable controller, and adjusting the control parameters of the PID controller using the normative model. Parameter optimization section to be performed and
A parameter transmission unit that inputs control parameters adjusted by the parameter optimization unit to the PID controller, and a parameter transmission unit.
A frequency determination unit that determines the LPF cutoff frequency f cf and order as frequency data based on the time constant and the setting data included in the identification model or the reference model.
It is provided with a control performance evaluation unit that outputs an adjustment trigger signal when it is determined that the control performance of the PID controller is deteriorated by using the measured value PV, the SV trigger signal, and the frequency data.
The parameter optimization unit
When the adjustment trigger signal is input, an operation for adjusting the control parameters of the PID controller is performed.
The control performance evaluation unit
When the SV trigger signal is input, an average value calculation unit that obtains the average value of the measured value PV from the measured value PV and subtracts the average value of the measured value PV from the measured value PV, and
A low-pass filter in which filter parameters are designed based on the frequency data and the values calculated by the average value calculation unit are filtered.
When the SV trigger signal is input, a variance calculation unit that calculates the output variance σ y 2 based on the measured value PV filtered by the low-pass filter, and
When the SV trigger signal is input, the disturbance D is estimated based on the measured value PV, and the minimum variance calculation unit for obtaining the minimum variance σ MV 2 from the estimated disturbance D, and the minimum variance calculation unit.
The Harris index calculation unit for obtaining the Harris index η based on the output variance σ y 2 and the minimum variance σ MV 2.
A plant control adjustment device including a data evaluation unit that outputs the adjustment trigger signal when a value related to the Harris index η exceeds a preset threshold value.
前記周波数決定部は、
前記時定数に基づき、第1LPFカットオフ周波数候補fcaを算出する第1LPFカットオフ周波数候補演算部と、
前記設定データに基づき、第2LPFカットオフ周波数候補fcb及び下限周波数fminを算出する第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部と、
前記第1LPFカットオフ周波数候補fca及び前記第2LPFカットオフ周波数候補fcbのうち、前記下限周波数fminのn1倍の周波数より高い方、又は、両方とも前記下限周波数fminのn1倍の周波数より高い場合には、その中で周波数の低い方を、前記LPFカットオフ周波数fcfとして、前記制御性能評価部に入力する周波数比較決定部とを備え、1≦n1≦100とする
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御調整装置。
The frequency determination unit
The first LPF cutoff frequency candidate calculation unit that calculates the first LPF cutoff frequency candidate f ca based on the time constant, and
Based on the above setting data, the second LPF cutoff frequency candidate f cb and the second LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit for calculating the lower limit frequency f min, and
Of the first LPF cutoff frequency candidate f ca and the second LPF cutoff frequency candidate f cb , whichever is higher than n 1 times the lower limit frequency f min , or both are n 1 times the lower limit frequency f min. When the frequency is higher than the frequency of, the lower frequency is provided as the LPF cutoff frequency f cf with a frequency comparison determination unit to be input to the control performance evaluation unit, and 1 ≦ n 1 ≦ 100. The plant control adjustment device according to claim 1, wherein the plant control and adjustment device is characterized.
前記第1LPFカットオフ周波数候補演算部は、
前記時定数をTとすると、下記(A)式により前記第1LPFカットオフ周波数候補fcaを算出し、
前記第2LPFカットオフ周波数候補・下限周波数演算部は、
前記設定データから、前記処理部による前記処理が移動平均処理である場合の移動平均点数m、及び、サンプリング周期ΔTを読み取り、該移動平均処理に用いる移動平均フィルタのカットオフ周波数の1/10を前記第2LPFカットオフ周波数候補fcbとして、下記(B)式のように該第2LPFカットオフ周波数候補fcbを算出する
ことを特徴とする請求項2に記載のプラント制御調整装置。
Figure 0006904282
The first LPF cutoff frequency candidate calculation unit is
Assuming that the time constant is T, the first LPF cutoff frequency candidate f ca is calculated by the following equation (A).
The second LPF cutoff frequency candidate / lower limit frequency calculation unit is
From the set data, the moving average score m and the sampling period ΔT when the processing by the processing unit is the moving average processing are read, and 1/10 of the cutoff frequency of the moving average filter used for the moving average processing is set. The plant control adjustment device according to claim 2, wherein the second LPF cutoff frequency candidate f cb is calculated as the second LPF cutoff frequency candidate f cb as shown in the following equation (B).
Figure 0006904282
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