JPH0434161B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はプロセス制御系等に使用される極値
探索回路に関する。

従来のプロセス制御系、たとえば火力発電プラ
ントでは被制御量を一定に保つ定値制御方式が採
用されている。しかしながら火力発電プラントの
ボイラ制御に関し、ボイラの効率をfB、タービ
ンの効率fT、GRダンパの開度を操作量ｍとした
場合たとえば開度ｍを大にすると、タービン効率
は上るが、ボイラ効率が下り、逆に開度ｍを小に
するとボイラ効率は上るがタービン効率が下るこ
とになり総合効率を最大にする開度ｍを一義的に
決定することは困難である。

そこで近年、火力発電プラントにおいて単に被
制御量を定値に保つのではなく、ボイラ効率、タ
ービン効率を考慮に入れプラントの総合効率が最
大となる被制御量を制御しようとする方式が検討
されるにいたつている。

また一般にプロセス制御系は第１図に示すよう
に、プロセスＰに対し操作量ｍ、外乱ｄとすると
被制御量ｆが出力されるが、操作量ｍの変化に対
する被制御量ｆの関係を示すと、とたえば第２図
のようになり外乱ｄの値により被制御量ｆの極小
点（あるいは極大点）が変化する。これを上記し
た火力発電プラントについて考えると外乱たとえ
ば負荷や燃料比等により操作量すなわり開度ｍの
変化に対する総合効率ｆが最小となる点が相違す
ることになる。それゆえプラント総合効率を最小
になるように制御するためには、操作量ｍを変化
して被制御量である総合効率が最小となる極値を
探索する必要がある。

この発明の目的は上記した制御系に適用可能な
極値探索回路を提供するにある。

この発明の極値探索回路は、ある操作量設定値
から操作量を変化させて所定周期のサイクル毎に
今回の被制御量と前回の被制御量の差を求め、そ
の差値すなわち変化分が極値と同方向の変化であ
れば、操作量をさらに同方向に変化させ、逆に変
化分が極値と逆方向への変化であれば、操作量を
前回とは逆の方向に変化させて順次この操作を繰
り返し、被制御量が極値に近づくように制御する
ことを原理とするものである。

以下、図面に示す実施例によりこの発明を詳細
に説明する。

第３図はこの発明の極値探索回路が実施される
プロセス制御系の基本ブロツク図である。同図に
おいては１はプロセス、２はPIコントローラ、
３は加算器、４は探索回路である。プロセス１の
出力である被制御量ｆは探索回路４の入力信号と
して加えられるている。探索回路４において被制
御量ｆにより操作量ｍの設定値が決定される。操
作量ｍはPIコントローラ２によるフイードバツ
ク制御により制御されている。このPIコントロ
ーラ２はすでによく知られた回路である。

探索回路４のさらに詳細なブロツク図を第４図
に示している。同図において、５はむだ時間発生
器でありこの回路のむだ時間TD1は第５図に示
すサンプリング用のタイミング信号の１サイクル
周期、すなわちTA＋TBに設定されている。６
は減算器であつて、今回（サンプリング時）加え
られる被制御量信号ａとむだ時間発生器５よりの
前回加えられた被制御量信号ｂの差ｃ＝ａ−ｂを
出力する。この差の出力信号ｃは乗算器７に加え
られる。８は一定の負レベル信号ｓを出力する信
号発生器である。９は乗算器７よりの信号ｅと信
号発生器８よりの信号ｓを切換えて出力信号ｇを
導出する切換器である。１０は操作開始指令出力
器であつてプロセス１が整定し十分な時間を経過
した後の時間より（第５図に示すタイミング
T0）、一定期期間TAだけONする操作開始指令
信号ｈを出力し切換器９に加えるようになつてい
る。切換器９は操作開始指令信号ｈがONしてい
る期間信号ｓを、それ以外の期間すなわ操作指令
信号ｈがOFFの間は信号ｅをそれぞれ出力信号
ｇとして出力する。１１は切換器９の出力信号ｇ
を受け、出力信号ｉを導出する切換器である。ま
た１２は切換器１１の出力信号ｉを受け、出力信
号ｋを出力する積分器である。１３は第５図に示
す、サンプリング用のタイミング信号ｊを出力す
るタイミング信号発生器である。このタイミング
信号ｊは切換器１１、積分器１２に加えられるよ
うになつている。切換器１１はタイミング信号ｊ
がONしている期間TAに、切換器９よりの出力
信号ｇを、タイミング信号ｊがOFFしている期
間TBの自身の出力信号ｉをホールド（保持）し
てそれぞれ出力信号ｉとして出力する。また積分
器１２はタイミング信号ｊがONしている期間
TAに入力信号ｉを積分演算し、タイミング信号
ｊがOFFしている期間TBはトラツキングモード
として、タイミング期間TAの終了時点の出力値
をホールドし、それぞれ出力信号ｋとして出力す
る。この出力信号ｋがPIコントローラ２に加え
られ、PIコントローラによつて操作量ｍの新た
な設定値が決定される。

なお上記タイミング信号ｊの周期TA＋TBは
新たな操作量ｍが設定されて後プロセスが整定さ
れる程度に十分に長くとられている。

１４は切換器１１の出力信号ｉを入力に受け、
むだ時間TD2（TA＜TD2＜TB）を持つむだ時間
発生器である。このむだ時間発生器１４の出力信
号ｌは関数発生器１５に加えられる。関数発生器
１５は、第６図に示すように入力信号ｌが正の時
−100の出力信号ｎ、入力信号ｌが負の時＋100の
出力信号ｎを導出する特性を有している。この関
数発生器１５の出力信号ｎは乗算器７に加えられ
るようになつている。乗算器７は減算器６よりの
信号ｃと関数発生器１５よりの信号ｎを入力に受
けｃ・ｎ／100の乗算を行ない、上記したようにその 出力信号ｅを切換器９に加える。このむだ時間発
生器１４、関数発生器１５及び乗算器７は、次の
サンプリング時間に被制御量ｆを極値に近づく方
向に変化させるように操作量ｍを変化させるた
め、減算器６の出力信号ｃに正もしくは負の極性
符号を付与するための回路を構成している。

次に以上のように構成される実施例回路の動作
について説明する。

第３図、第４図に示す回路において、プロセス
が整定して十分な時間を経過した後の時間T0に
操作開始指令出力器１０より操作開始指令信号ｈ
が発せられたとする。この時点における被制御量
をｆ（T0）、操作量をm0とする。この状態下では
プロセスが整定しているのでｆ（T0）＝ｆ（T0−
TD1）＝f0であり、したがつて信号ａ＝信号ｂで
あり減算器６の出力信号ｃは０である。一方時間
T0よりTA期間だけ操作開始指令信号ｈが切換器
９に加えられるので、この期間切換器９は信号発
生器８よりの信号ｓを出力信号ｇとして出力す
る。また切換器１１はタイミング信号ｊによつて
TA期間は入力される信号をそのまま出力し、こ
の信号を積分器１２に加えるので積分器１２には
信号発生器８よりの信号ｓが加えられることにな
り、期間TAの間信号発生器８よりの信号ｓにつ
き積分処理がなされる。期間TAが経過して期間
TBに入ると操作開始指令信号ｈ、タイミング信
号ｊのいずれもがOFFするので、以後期間TB中
は切換器１１の出力信号ｉ及び積分器１２の出力
信号ｋは期間TA終了時点の値にホールドされ
る。そして積分器１２の出力信号ｋがPIコント
ローラ２に加えられ操作量ｍは新たな設定値m1
に決められる。その結果、第７図Ａの時間−操作
量特性及び第７図Ｂの時間−被制御量特性に示す
ように、次のサンプリング時間T1までに、操作
量ｍは新たな設定値m1に被制御量ｆはf0から操
作量設定値m1に対応する値f1に整定される。な
お第７図の例では、操作量ｍの増加に対して当初
被制御量ｆが減少する方向に変化する場合を示し
ている。

期間TBが経過して次のサンプリング時間T1に
達すると、被制御量ｆ（T1）はｆ（T0）に対して
減少方向なので減算器６の出力信号ｃすなわち被
制御量の変化分は負の値となる。一方時、間T0
〜T1サイクルにおける期間TA経過時の切換器１
１の出力信号ｉは負レベルの信号なのでサンプリ
ング時間T1で、むだ時間発生器１４に出力され
る信号ｌも負であり、そのため関数発生器１５の
出力信号ｎとして＋100が導出され、この＋100の
信号が乗算器７に加えられる。乗算器７に加えら
れる２入力信号は負と正となり、出力信号ｅとし
ては、ｅ＝ｃ・100／100＝ｃより、減算器６の負の出 力信号ｃがそのまま導出されることになる。タイ
ミングT1では開始指令信号ｈがOFFなので乗算
器７の出力信号ｅ、すなわち被制御量の変化分は
そのまま切換器９を通過しさらに期間TA中は切
換器１１も通過し積分器１２に加えられる。その
被制御量の変化分は期間TAの間、積分器１２で
積分処理される。期間TBに入ると次のサンプリ
ング時間T2まで切換器１１及び積分器１２の出
力はホールドされる。積分器１２の出力信号ｋは
上記サンプリング時間T0の時と同様PIコントロ
ーラ２に加えられ操作量ｍは新たな設定値m2に
定められる。そして第７図Ａに示すように次のサ
ンプリング時間T2までに、操作量ｍは新たな設
定値m2に、また第７図Ｂに示すように被制御量
ｆはf1から操作量設定値m2に対応する値f2に整
定される。

なお、この動作サイクルにおける切換器１１の
出力信号ｉも負レベルの信号なので、関数発生器
１５の出力信号ｎは＋100すなわち正の信号とな
る。次のサンプリング時間T2でも被制御量ｆ
（T2）はｆ（T1）に対して減少方向なので、上記
したサンプリング時間T1と同様に、極小方向へ
の変化なので、以降の動作もさらに被制御量ｆを
下げる方向に進行する。すなわち、乗算器７の出
力は負の信号すなわち減算器６よりの信号ｃをそ
のまま出力信号ｅとして導出し、切換器９、及び
切換器１１を通過させてこの被制御量の変化分に
対して積分器１２で積分処理を施し、さらにこの
積分器１２の出力信号で操作量ｍを正の方向に増
加させて設定変更する。そして上記サンプリング
時間T0、T1の時と同様第７図Ａに示すように次
のサンプリング時間T3までに、操作量ｍは新た
な設定値m3に、また第７図Ｂに示すように被制
御量ｆはf2から操作量設定値m3に対応する値f3
に整定される。

次にサンプリング時間T3の動作に移るが第７
図に示す例では、T2〜T3の動作サイクルで操作
量ｍ増加に対し被制御量ｆも増加している。すな
わち、被制御量ｆは減少方向から増加方向に変化
している。このことは、増加量m2とm3の間に被
制御量ｆを最小にする点があるこを意味している
（第７図Ｃの操作量−被制御量特性参照）。そのた
めサンプリング時間T3では操作量ｍを下げて被
制御量ｆを下げることになる。

サンプリング時間T3では被制御量ｆ（T3）は
ｆ（T2）に対して増加方向なので、減算器６の出
力、すなわち被制御量の変化分は正の値となる。
この信号ｃは乗算器７、切換器９及び切換器１１
を経てそのまま積分器１２に加えられ、そして積
分器１２で積分処理されて正の出力信号ｋが導出
されPIコントローラ２に加えられ、操作量ｍは
新たな設定値m4に決められる。この新操作量設
定値m4はPIコントローラ２に加えられる信号が
正の信号であるため、前サイクルの設定値m3よ
りも小さくなる。次のサンプリング時間T4まで
に操作量ｍは新たな設定値m4に、被制御量ｆは
f3から操作量設定値m4に対応する値f4に整定さ
れる。

なおこの動作サイクルにおける切換器１１の出
力信号ｉは正レベルの信号なので関数発生器１５
の出力信号ｎは−100すなわち負の信号となる。
そのため次のサンプリング時間T4では、減算器
６の出力信号ｃすなわち被制御量の変化分は、乗
算器７で正負が逆転される。サンプリング時間
T4では被制御量ｆ（T4）がｆ（T3）に対して減少
しているので被制御量の変化分は負であるから、
乗算器７の出力信号ｅは正となりこの正の信号
が、切換器９及び１１を通過して積分器１２に加
えられ積分処理され、そして操作量ｍを今度はさ
らに減少させる方向の出力信号ｋを出力し、PI
コントローラ２に加える。

以上のようにして、各サンプリング時間毎に、
前回に対する今回サンプリング時間の被制御量の
変化分を求める、この変化分に基づいて、次の被
制御量が極小値に近づくように変化する方向の次
の操作量設定値を定め、この動作を繰返すことに
より被制御量が最小値となる点を探索する。

なお上記実施例においては被制御量の最小とな
る点を探索する場合について説明したが、関数発
生器１５に、入力が正の時出力が＋100、入力が
負の時出力が−100となる特性のものを用いるこ
とにより、被制御量が最大値なる点を探索するこ
とができる。

以上のようにこの発明によれば、操作量を順次
変化させるとにり被制御量の極値を探索可能であ
るから、外乱の影響を受けることなく制御系の目
的に合つた最適制御をなすことができる。

その上回路も減算器、切換器、積分器、むだ時
間発生器等、一般の制御用コントローラに組込ま
れる機能ブロツクを用いて実現できるものである
から、特殊複雑なプログラムを組むことが不要で
あり、回路全体を簡単、安価に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なプロセス制御系を示す図、第
２図はプロセス制御系の操作量−被制御量特性の
一例を示す図、第３図はこの発明の極値探索回路
が実施されるプロセス制御系の基本ブロツク図、
第４図は第３図に示すプロセス制御系の探索回路
をさらに詳細に示したブロツク図、第５図は第４
図に示す回路のタイミング信号波形図、第６図は
第４図に示す探索回路の関数発生器の入−出力特
性を示す図、第７図は第３図、第４図に示す回路
の動作を説明するための特性図の一例であつて第
７図Ａは時間−操作量特性を示す図、第７図Ｂは
時間−被制御量特性を示す図、第７図Ｃは操作量
−被制御量特性を示す図である。 １：プロセス、２：PIコントローラ、３：加
算器、４：探索回路、５，１４：むだ時間発生
器、６：減算器、７：乗算器、８：信号発生器、
９，１１：切換器、１０：操作開始指令信号出力
器、１２：積分器、１３：タイミング信号発生
器、１５：関数発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外乱に応じて、操作量に対する被制御量の極
   値が変化する制御系の、被制御量の極値探索回路
   であつて、 前記被制御量が入力され所定周期のサイクルで
   今回入力の被制御量と前回入力の被制御量の差を
   算出して出力する減算手段と、所定レベルの信号
   を出力する信号発生手段と、操作開始指令を出力
   する手段と、前記減算手段と前記信号発生手段よ
   りの信号を受け前記操作開始指令出力手段よりの
   操作開始指令信号ONで前記信号発生手段よりの
   信号を出力し、操作開始指令信号OFFで前記減
   算手段よりの信号を出力する第１の切換手段と、
   前記各サイクルにおける所定の第１期間は前記第
   １の切換手段よりの信号を、その他の第２期間で
   は自身の出力を保持して出力する第２の切換手段
   と、この第２の切換手段出力を受け、前記第１の
   期間は積分演算をなし、前記第２の期間は出力値
   を保持し、その出力値を前記操作量設定値の更新
   用信号とする積分手段と、前記第２の切換手段の
   今回の出力信号の極性に基づいて、次サイクルに
   おける前記減算器から前記第１の切換手段への信
   号に、被制御量が極値に近づく方向に前記操作量
   が変化するように極性を付与する手段とを備える
   ことを特徴とする極値探索回路。