JPH028903A - プロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はプラントのプロセス状態を監視制御するプロセ
ス制御装置に係り、特に自動制御可能な運転範囲を拡大
し得るようにしたプロセス制御装置に関する。

（従来の技術） 従来から、プラントのプロセス状態を監視制御するプロ
セス制御装置としては、その制御目的に応じて色々な制
御方式のものが適用されてきている。この種のプロセス
制御装置の最も基本をなす制御方式は、ＰＩＤ制御方式
である。このＰＩＤ制御方式は、プラントのプロセスか
らの制御量とこの目標値との偏差に対し、Ｐ（比例）。

■　（積分）、Ｄ（微分）の各演算を実行してブロセス
へのＰＩＤＩＤ操作量力するもので、プロセスからの一
つの制御量を入力して一つの操作量を出力する（１入力
１出力）ものである。一方、最近ではその他の制御方式
として、ファジー制御方式が適用されてきている。この
ファジー制御方式は、プラントのプロセスからの制御量
とこの目標値とに基づき、ファジー演算を実行してプロ
セスへのファジー操作量を出力するもので、プロセスか
らの少なくとも一つの制御量を入力して少なくとも一つ
の操作量を出力する（多入力多出力）ものである。

さて、ＰＩＤ制御方式はプラント状態が安定状態にある
場合の制御に適しているのに対して、ファジー制御方式
はプラント状態が不安定な状態（過渡状態を含めて）に
ある場合の制御に適している。しかしながら、従来のプ
ロセス制御装置においては、これらのＰＩＤ制御方式と
ファジー制御方式とはそれぞれ別々に適用されているた
め、プロセス制御装置によって自動制御可能な運転範囲
が狭くなっており、各々の制御方式の長所が十分には生
かされていなかった。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来のプロセス制御装置では、自動制御
可能な運転範囲が狭く制御性が低いという問題があった
。

本発明の目的は、ＰＩＤ制御方式とファジー制御方式と
を組合わせることにより、自動制御可能な運転範囲を拡
大して制御性を向上させることが＋ｊＪ能な信頼性の高
いプロセス制御装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明のプロセス制御装置
は、プラントのプロセスからの制御量とこの目標値との
偏差に対し、Ｐ（比例）、■（積分）、Ｄ（微分）の各
演算を実行してＰＩＤ操作量を出力するＰＩＤ制御手段
と、プロセスからの制御量とこの目標値とに基づき、フ
ァジー演算を実行してファジー操作量を出力するファジ
ー制御手段と、ＰＩＤ制御手段からのＰＩＤ操作量およ
びファジー制御手段からのファジー操作量を入力し、い
ずれか一方の操作量をプロセスに対して切換出力する切
換手段と、プロセスからの制御機、目標値、操作工を入
力し、これらに基づいてプラント状態の判定を行ない、
かつこの判定結果プラント状態が安定である場合にはＰ
ＩＤＩＤ操作量　また不安定である場合にはファジー操
作量を出力するように切換手段に対して切換信号を出力
する制御方式管理手段とを備えて構成している。

（作用） 従って、本発明では以上のような手段を備えたことによ
り、プラント状態が安定である場合には、ＰＩＤ制御手
段からのＰＩＤ操作量によってプロセスの制御が行なわ
れ、またプラント状態が不安定（過渡状態を含めて）で
ある場合には、ファジー制御手段からのファジー操作量
によってプロセスの制御が行なわれることにより、ＰＩ
Ｄ制御方式とファジー制御方式との長所を十分に生かし
、自動制御可能な運転範囲を広くして制御性を高めるこ
とが可能となる。

（実施例） 以ド、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明によるプロセス制御装置の構成例を示
す機能ブロック図である。本実施例のプロセス制御装置
は第１図に示すように、ＰＩＤ制御手段】と、ファジー
制御手段２と、切換手段３と、コモン・メモリ４と、制
御方式管理手段５とから構成している。

ここで、ＰＩＤ制御手段１は、プラントのプロセス６か
らの制御量Ｐｖとこの目標値ＳＶとを入力し、両者の偏
差に対しＰ（比例）、■　（積分）。

Ｄ（微分）の各演算を実行してＰＡＤ操作量ＭＶｐを出
力するものである。また、ファジー制御手段２は、プロ
セス６からの制御量Ｐｖとこの目標値Ｓｖとを入力し、
これらに基づきファジー演算を実行してファジー操作ｍ
ＭＶｆ’を出力するものである。一方、切換手段３は、
ＰＩＤ制御手段１からのＰＩＤ操作量Ｍ　Ｖ　ｐおよび
ファジー制御手段２からのファジー操作量ＭＶｆを入力
し、そのいずれか一方の操作量をコモン・メモリ４に対
して切換出力するものである。また、コモン・メモリ４
は、切換手段３からの操作量が、ＰＩＤ操作量ＭＶｐか
らファジー操作量ＭＶｆ’に、あるいはファジー操作Ｊ
ＳＭ　Ｖ　（’からＰＩＤ操作量ＭＶｐに切換わった際
に、その操作量を補間して操作ＨＭ　Ｖとして出力する
ものである。さらに、制御方式管理手段５は、プロセス
６からの制御量Ｐｖ、目標値ＳＶ、操作量ＭＶ、オペレ
ータの指示入力０■を入力し、これらに基づいてプラン
ト状態の判定を行ない、かつこの判定結果プラント状態
が安定である場合にはＰＩＤ操作操作Ｍ　Ｖ　ｐを。

また不安定である場合にはファジー操作ｆｆ１ＭＶｆ’
を出力するように、切換手段３に対して切換信号ＲＶを
出力すると共に、当該切換信号ＲＶをコモン・メモリ４
に対しても出力するものである。

第２図は、上記制御方式管理手段５の詳細な構成例を示
す機能ブロック図である。すなわち、制御方式管理手段
５は第２図に示すように、入力手段５１と、特徴量抽出
手段５２と、特徴口線形処理手段５３と、特徴量／プラ
ント状態対応テーブル５４と、プラント状態判別手段５
５と、プラント状態／制御方式対応テーブル５６と、制
御方式選択手段５７とから成っている。

ここで、入力手段５１は、プロセス６からの制御ｕｐｖ
、目標値Ｓ■２操作量ＭＶ、オペレータからの指示入力
ＯＶを判断信号として入力処理するものである。また、
特徴量抽出手段５２は、入力手段５１からの出力、例え
ば制御量Ｐ■の振幅。

物理ゴ（大きさ）１周波数等の特徴量を抽出するもので
ある。さらに、特徴口線形処理手段５３は、特徴量抽出
手段５２からの特徴量に対して線形処理等を施し、正規
化された特徴量として取出すものである。一方、特徴量
／プラント状態対応テーブル５４は、例えば第３図に示
すように、特徴】に対応したプラント状態を予めテーブ
ルとして設定しておくものである。また、プラント状態
判別手段５５は、特徴口線形処理手段５３からの特徴量
に基づき、特徴量／プラント状態対応テーブル５４を参
照してその時のプラント状態が、“安定”または“不安
定“のいずれであるかを判別するものである。さらに、
プラント状態／制御方式対応テーブル５６は、例えば第
４図に示すように、プラント状態に対応した制御方式を
予めテーブルとして設定しておくものである。さらにま
た、制御方式選択手段５７は、プラント状態判別手段５
５での判別結果に基づき、プラント状態／制御方式対応
テーブル５６を参照してその時の制御方式を選択するも
のである。すなわち、プラント状態が安定である場合に
はＰＩＤｉｌｌ１手段１を、また不安定である場合には
ファジー制御手段２を選択するように、切換信号ＲＶを
切換手段３に出力すると共にコモン・メモリ４に出力す
るものである。

次に、以上のように構成したプロセス制御装置の作用に
ついて説明する。

第１図において、ＰＩＤ制御手段１では、プラントのプ
ロセス６からの制御Ｑ　Ｐ　Ｖと目標値ＳＶとの偏差に
対してＰ（比例）、■　（積分）、Ｄ（微分）演算が実
行され、ＰＩＤ操作２Ｍｖｐが出力される。また、ファ
ジー制御手段２では、プロセス６からの制御ｆｆ１ＰＶ
と目標値Ｓｖとに基づいてファジー演算が実行され、フ
ァジー操作ＥＬＭｖｒが出力される。

一方、制御方式管理手段５においては、プロセス６から
の制御ｍ　Ｐ　Ｖ　、目標値ＳＶ、操作量Ｍ　Ｖに基づ
いて制御方式の選択が行なわれる。すなわち、まず入力
手段５１には、制御ｍ　Ｐ　Ｖ　、　目標値Ｓ■、操作
ＱＭＶ、オペレータからの指示入力０■が入力処理され
る。次に、特徴量抽出手段５２では、入力手段５１から
の例えばυ制御−ＰＶの振幅、物理量（大きさ）１周波
数等の特徴量が抽出され、この特徴量は特徴量線形処理
手段５３により、線形処理等を施して正規化された特徴
量が取出される。そして、プラント状態判別手段５５で
は、特徴口線形処理手段５３で取出された特徴量を基に
、第３図に示すような特徴ｒ：Ｌ／プラント状態対応テ
ーブル５４を参照して、その時のプラント状態が“安定
“であるか“不安定”であるかの判別が行なわれる。さ
らに、制御方式選択手段５７においては、プラント状態
判別手段５５での判別結果を基に、第４図に示すような
プラント状態／制御方式対応テーブル５６を参照して、
その時の制御方式の選択が行なわれる。

すなわち、いま特徴量線形処理手段５３で取出された特
徴量が例えば６０％である場合には、プラント状態が“
安定”であると判別される。その結果、制御方式選択手
段５７では、プラント状態が”安定“であるという判別
結果に基づいて、制御方式としてＰＩＤ制御手段１が選
択され、その旨の切換信号ＲＶが切換手段３に対して出
力される。これにより、切換手段３ではその接点がＰ　
Ｉ　Ｄ　ｉｉ制御手段１側（図示実線と反対側）に切換
えられ、ＰＩＤ制御手段１からのＰＩＤ操作量ＭＶｐが
コモン・メモリ４を通し、操作Ｑ　Ｍ　Ｖとしてプロセ
ス６に対し与えられ、当該操作ＱＭＶによってプロセス
６の制御が行なわれる。

一方、特？ｊｉｕ線形処理手段５３で取出された特徴量
が例えば９０％である場合には、プラント状態が”不安
定”であると判別される。その結果、制御方式選択手段
５７では、プラント状態が“不安定”であるという判別
結果に基づいて、制御方式としてファジー制御手段２が
選択され、その旨の切換信号ＲＶが切換手段３に対して
出力される。

これにより、切換手段３ではその接点がファジー制御手
段２側（図示実線側）に切換えられ、ファジー制御手段
２からのファジー操作ｍＭＶｆ’がコモン・メモリ４を
通し、操作ｍＭＶとしてプロセス６に対し与えられ、当
該操作１ａＭＶによってプロセス６の制御が行なわれる
。

以−［−により、プラント状態が例えば第５図に示すよ
うな状況で変化する場合、プラント起動時の過渡期間に
はファジー制御手段２からのファジー操作１ｕＭＶ「に
よってプロセス６が制御され、プラント起動完了後の安
定期間にはＰＩＤ制御手段１に切換えられ、これからσ
ＰＩＤ操作ｍ　Ｍ　Ｖ　ｐによってプロセス６が制御さ
れる。そして、ＰＩＤ制御手段１により制御が行なわれ
ている状態で、図示のようにプラント状態が不安定にな
るとファジー制御手段２に切換えられ、これからのファ
ジー操作ｆｆ１ＭＶｒによってプロセス６が制御され、
ファジー制御によってプラントが安定状態になると＋Ｉ
ｊびＰＩＤ制御手段１に切換えられ、これからのＰＩＤ
操作操作Ｍ　Ｖ　ｐによってプロセス６が制御される。

さらに、プラント停止時の過渡期間にはファジー制御手
段２に切換えられ、これからのファジー操作ｍＭＶｆ’
によってプロセス６の制御が行なわれる。

１−述したように、本実施例のプロセス制御装置では、
プラント状態態が安定である場合には、ＰＩＤ制御乎段
１からのＰＩＤ操作童ＭＶｐによってプロセス６の制御
を行ない、またプラント状態か不安定（過渡状態を含め
て）である場合には、ファジー制御手段２からのファジ
ー操作ｍ　Ｍ　Ｖ　「によってプロセス６の制御を行な
うようにしているので、ＰＩＤ制御方式とファジー制御
方式との両者の長所を十分に生かし、自動制御可能な運
転範囲を広くして制御性を大いに高めることが可能とな
る。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、次
のようにしても同様に実施することができるものである
。

（ａ）プロセス６へ入力される操作Ｗ　Ｍ　Ｖの変化に
対応するプロセス６から出力される制御量ＰＶの変化か
ら、ＰＩＤ制御手段１へ設定する最適なＰＩＤパラメー
タを算出する、いわゆるセルフチューニング手段をＰＩ
Ｄ制御手段１側に付加するようにしてもよい。

第６図は、この種のプロセス制御装置の構成例を示す機
能ブロック図であり、第１図と同一要素には同一符号を
付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について
のみ述べる。すなわち第６図において、セルフチューニ
ング手段は、同定信号発生手段７と、加算手段８と、プ
ロセス動特性判定手段つと、最適ＰＩＤパラメータ決定
手段１０と、タイマー１１とから構成している。

ここで、同定信号発生手段７は、加算手段８ヘプロセス
６を同定するための同定信号Ｖｕを送出するものである
。この同定信号Ｖｕは、例えば平均値が０で、分散が１
のＭ系列同定信号である。

また、プロセス動特性判定手段９は、加算手段８からコ
モン・メモリ４を介して出力される。

ＰＩＤ操作量ＭＶｐと同定信号Ｖｕ（ｓ）とを重畳して
得られたプロセス６へ印加される操作ｆｆ１ＭＶを入力
し、同定信号ＶＵのみが出力されている状態で、操作量
Ｍｖと制御量ＰＶとから逐次形最小２乗法を用いて、プ
ロセス６の動特性モデルとしての下式のパルス伝達関数
Ｇ（ｚ’）を同定（推定）するものである。

Ｇ（Ｚ−’） １　＋ａｌ　　Ｚ−’　　＋ａ２　　Ｚ−２＋−−−−
−−ａｎ　　Ｚ−”また、このプロセス動特性判定手段
９は、上式のパルス伝達関数Ｇ（ｚ’）を、例えば“特
願昭６１−１８７７５０号”に示す手法でもって周波数
特性モデルとしての周波数伝達関数Ｇ（ω）へ変換する
ものである。一方、最適ＰＩＤパラメータ決定手段１０
は、上述の周波数特性モデルとしての周波数伝達関数Ｇ
（ω）を、例えば“特願昭６１−１９４５７８号“に示
す手法でもって、ＰＩＤ制御手段１へ設定するプロセス
６に最適なＰパラメータ、Ｉパラメータ、Ｄパラメータ
を算出し、このＰＩＤパラメータをＰＩＤ制御手段１へ
設定するものである。また、タイマー１１は、同定信号
発生手段７゜およびプロセス動特性判定手段９に対して
、例えば所定時間経過する毎にその動作タイミング信号
を与えるためのものである。

（ｂ）上記実施例では、特徴量／プラント状態対応テー
ブル５４とプラント状態／制御方式対応テーブル５６と
はそれぞれ別々のテーブルとしたが、同一のテーブルと
して設定してもよいものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ＰＩＤ制御方式と
ファジー制御方式とを組合わせ、プラントの状態に応じ
てＰＩＤ制御方式とファジー制御方式とを切換えるよう
にしたので、自動制御可能な運転範囲を拡大して制御性
を向上させることが可能な極めて信頼性の高いプロセス
制御装置がＩＪＩＬはできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプロセス制御装置の一実施例を示
す機能ブロック図、第２図は同実施例作用を説明するた
めの図、第３図は本発明によるプロセス制御装置の他の
実施例を示す機能ブロック図である。 １・・・ＰＩＤ制御手段、２・・・ファジー制御手段、
３・・切換手段、４・・・コモン・メモリ、５・・・制
御方式管理手段、５１・・・入力手段、５２・・・特徴
量抽出手段、５３・・・特徴は線形処理手段、５４・・
・特＠量／プラント状態対応テーブル、５５・・プラン
ト状態判別手段、５６・・・プラント状態／制御方式対
応テーブル、５７・・・制御方式選択手段、６・・・プ
ロセス、７・・・同定信号発生手段、８・・・加算手段
、９・・・プロセス動特性判定手段、１０・・・最適Ｐ
ＩＤパラメータ決定手段、１１・・・タイマー 第３図 第４図 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プラントのプロセスからの制御量とこの目標値との偏差
   に対し、Ｐ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）の各演算
   を実行してＰＩＤ操作量を出力するＰＩＤ制御手段と、 前記プロセスからの制御量とこの目標値とに基づき、フ
   ァジー演算を実行してファジー操作量を出力するファジ
   ー制御手段と、 前記ＰＩＤ制御手段からのＰＩＤ操作量および前記ファ
   ジー制御手段からのファジー操作量を入力し、いずれか
   一方の操作量を前記プロセスに対して切換出力する切換
   手段と、 前記プロセスからの制御量、目標値、操作量を入力し、
   これらに基づいて前記プラント状態の判定を行ない、か
   つこの判定結果プラント状態が安定である場合には前記
   ＰＩＤ操作量を、また不安定である場合には前記ファジ
   ー操作量を出力するように前記切換手段に対して切換信
   号を出力する制御方式管理手段と、 を備えて成ることを特徴とするプロセス制御装置。