JPH05303406A

JPH05303406A - 定性推論予測制御方法

Info

Publication number: JPH05303406A
Application number: JP10953192A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tadokoro; 秀之田所; Masanori Kobari; 昌則小針; Mikio Yoda; 幹雄依田; Hitoshi Kizawa; 均鬼澤
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】予測制御システムにおいて、制御対象のモデル
が定式化困難な場合に予測制御システムの構築を可能と
する。【構成】制御対象の動特性を予測する予測モデルのう
ち、定式化が困難な部分のモデルをメンバーシップ関数
をもちいて入力データをファジィ数化し、定性推論によ
って結果をファジィ数にて予測、予測結果を非ファジィ
化して、他の定式化可能な部分とともに予測モデルとし
て構築する予測モデルを有し、予測結果に基づいて、適
用可能な制御方案の全組合せについて、制御結果をシミ
ュレーションにて算出、その評価に際して、複数の評価
基準に対する満足度を、メンバーシップ関数によって評
価し、その総合評価点が最高のものを、採るべき制御方
案として採用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プロセス制御における
予測制御方式に係り、予測モデルが厳密な数学モデルと
して定式化不可能な場合での予測制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の予測制御方法では、制御対象の予
測モデルが厳密に微分方程式等の数学モデルとして定式
化されていなければ、予測誤差によってかえって制御系
を不安定にしてしまう可能性があり、とくに自然環境系
を含むような、系の動特性の数学的な表現の難しい場合
には適用が困難であった。また、モデル化が困難である
ために、オペレータにて手動で制御されているような場
合は、オペレータの経験で、トレードオフ関係にある複
数の評価尺度の調整をとりながら、制御出力を決定して
いるが、数式による表現が難しいため、この評価方法を
予測制御系の評価関数として採用することが困難であっ
た。

【０００３】たとえば、下水道システムにおける雨水排
水ポンプ場のポンプ群制御もこのような系の一例であっ
て、従来のマイコン，計算機による自動制御（雨水ポン
プ台数制御ともよばれる）では、マイコン，計算機内
に、ポンプ井水位と運転台数の関係を記憶させておき、
ポンプ井水位を一定周期で計測し、上記の関係にしたが
って、運転するポンプ台数を決定していく比例制御的な
方法が一般的であった。しかるにこの方法では、ポンプ
井の水位のみで制御しているため、急激な雨水の流入に
追従できにくく、また、管渠内の貯留効果をみていない
ため、ポンプの起動等にともなう一時的な水位の変動を
拾ってしまいやすく、実際は熟練オペレータによる手動
運転に頼らざるを得なかった。そこで、オペレータのノ
ウハウをそのまま定式化する方法として、たとえば電気
学会論文誌Ｃ１０９巻５号、平成元年ｐ３６１〜ｐ３６
６にみられるように、オペレータのノウハウをファジィ
ルール化してファジィ制御する方法がもちいられる場合
があるが、この方法では、ルールの抽出に多大な労力を
要する点、制御対象のモデルに立脚していないために系
の安定性が保証されないという難点があった。

【０００４】急激な雨水の流入に対応しかつ系の安定性
等の評価を容易にするためには、モデルに基づく予測制
御を適用することが必要であり、特開昭64−19402 号に
みられるように、ポンプ井への流入量を予測し、予測値
に基づいて制御する方法がある。本例ではポンプ井への
実績流入量にもとづくカルマンフィルタによる流入予測
を行なっている。しかるに、ポンプ井への流入量は、流
入量を計測するに好適なセンサーが無いばかりではな
く、ポンプ運転の影響を強く受け、良好な予測値を得る
ことは難しい。さらに、ポンプ井の貯留効果に比べて管
渠の貯留効果ははるかに大きいにもかかわらず、この点
が考慮されていない。その他、流入予測手法としては、
修正ＲＲＬ法、タンクモデルといった流出モデルがある
が、パラメータチューニング、パラメータの設定に難づ
かしさがあり、予測制御のために充分な精度を得るのが
容易ではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、制御対象
のモデリングが困難な系にたいして、予測制御の導入を
可能とするとともに、複数の評価尺度が存在する系の人
間の感覚に合致した最適化ができるような方法を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（１）定性推論による制御対象のモデリング自動制御が困難で、手動運転にて制御されているような
対象では、オペレータが制御系の動特性にたいする定性
的なモデル（メンタルモデルとよばれる）を頭の中に持
っていることによって手動制御が実現されていると考え
られる。そこで、ファジィ推論に基づく定性推論を用い
てオペレータの持つメンタルモデルを定式化し、制御対
象をモデリングする。

【０００７】（２）定性的評価基準の採用制御結果の評価は、複数のトレードオフ関係にある評価
基準を同時に満足させることが必要になる。評価尺度の
作成法を人間の感覚に近い形で表現でき、従来の最適化
法のような複数の評価基準の最適化を図る評価関数の不
自然さを軽減するように、各評価尺度の満足度をメンバ
ーシップ関数で表現する。

【０００８】

【作用】上記手段は以下のように作用する。

【０００９】定性推論によって、非線形特性，時変特性
を、制御対象の現象面に表れる因果関係の知識，経験，
自然法則への常識をもちいて比較的容易にモデリングで
きる。また、ルールベースシステムと違って、制御対象
のモデルを有するため、シミュレーションが可能であ
り、予測制御システムのなかに組み込むことが可能であ
る。さらに、制御出力の最適化に際しては、各評価項目
を定性的にメンバーシップ関数で表現し評価関数とする
ことによって、人間の感覚に近い制御が可能である。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１１】図１５は、本発明の方法の全体構成を示し
たものである。コントローラ1500内は、大きく分けて、
制御対象の予測モデルである定性推論予測モデル１５０
１，予測結果にしたがって、各評価項目の満足度を定性
的に評価する定性評価値算出部１５０２，算出された評
価値から、評価値の最も高い制御出力を選択する、最適
制御方案選択部１５０４、可能な制御方案の組合せを記
憶している、制御方案集合１５０３から構成される。定
性推論予測モデルは、制御対象プロセス1505からの計測
値入力し、これをファジィ化して使用する。各制御周期
においては、制御方案集合１５０３より、可能な制御方
案について全ケース選択し、定性推論による予測（シミ
ュレーション）、予測結果の評価値の算出を行う。

【００１２】つぎに、本発明の定性推論予測制御システ
ムの具体的な実施例を、雨水排水ポンプ設備を例にとっ
て説明する。

【００１３】図１は一般的な雨水排水ポンプ設備システ
ムの概要を示したものであり、排水区域１１に降った雨
水が管渠１２を通りポンプ場１３に流入する。ポンプ所
１３では、一定の制御周期で動作する雨水ポンプ制御装
置１１７を用いて固定速ポンプ１１３、可変速ポンプ１
１４の２台以上の組合せからなるポンプ群を運転し、河
川に放流している。一般的なポンプ場では、雨水を自然
流下によってポンプ所に集めるために、河川水位よりも
低いところにポンプ井およびポンプがあり、流入雨水を
適切に処理しなければポンプ場自体を浸水させてしまう
と同時に、ポンプによる放流停止が、排水区域内の浸水
を引き起こし、付近の住民に多大な損害を与える恐れが
あるため、ポンプ台数制御は重要な処理である。

【００１４】雨水ポンプ制御装置１１７は雨水流入予測
部１１５とポンプ場台数制御部116より構成される。ま
た、場合によっては、オペレータによる手動運転時のガ
イダンス情報として雨水流入予測値を活用できるように
ガイダンス表示部１１８を有する。

【００１５】本適用例では、制御対象のモデルとして、
降雨からポンプ場までを含むが、このうち、ポンプ場１
３については、ポンプ性能、ポンプ井等の土木構造物の
形状が分かっているため、定性推論ではなく、通常の数
式モデルによった。

【００１６】流入量予測部１１５は、排水区域１１内お
よび自ポンプ場に設置された複数の地上雨量計１５また
はレーダ雨量計１６からの降雨量データと、管渠１２内
の複数個所に設置された管渠内水位計１２からの水位デ
ータと、ポンプ井に設置されたポンプ井水位センサ１１
０からの水位データを入力とし、ポンプ井４と管内貯留
を考慮した系への雨水流入量を予測する。

【００１７】ポンプ台数制御部１１６は、流入量予測部
１１５からの予測流入量とポンプ井水位データ、河川水
位センサ１１１からの河川水位データ、ポンプ群の運転
状況等を入力とし、現在から一定時刻後までのポンプ群
５の運転量を決定し、ポンプ群に指示する。

【００１８】図２に流入量予測部１１５の構成を示す。
２３は管渠水位演算部であり、ｎ個の管渠内設置の水位
計からの計測値、ポンプ井水位、流入堰水位といった水
位データを入力する。同様に実降雨量演算部処理２４で
は、地上雨量計１５またはレーダ雨量計１６の計測値を
入力する。計測データ記憶メモリ２６は、２３で入力し
た水位データ２７，２４で入力した実降雨量データ２
８，ポンプ吐出量、現時点での実績流入量等を記憶す
る。２６では、制御周期毎に上記データを記憶し、一定
期間保存する。これによって、最新の計測値が一定期間
保存されることになり、後段の流入量予測演算部２９で
使用する。流入量予測演算部２９は定性推論によって雨
水流入量を予測する処理である。ここでは、計測データ
記憶メモリ２６のデータの他に水位データ２７，実降雨
量データ２８，ポンプ吐出量、実績流入量、ポンプ群の
運転状態１９を入力情報として用いる流入予測演算部２
９の演算結果として予測流入量２２が得られる。図３に
流入量予測演算部２９の構成を示す。入力情報はファジ
ィ化処理３１によってファジィ数に変換する。入力デー
タのなかには、降雨変化量、水位変化量等の変化量か含
まれるが、計測データ記憶メモリ２６に保存されている
データを用いることによって容易に求められる。さて、
ファジィ数への変換はメンバーシップ関数によってなさ
れる。図６に降雨量のメンバーシップ関数、図７に管渠
水位のメンバーシップ関数、図８に降雨変化量のメンバ
ーシップ関数の例を示す。各々入力データが、「大き
い」「中くらい」「小さい」といった定性的な値と、こ
の定性値への適合度で表される。例えば図６では、１５
ｍｍ／Ｈｒの降雨量は０．４の適合度で「小さい」とい
え、０.６の適合度で中くらいである。適合度は０〜１
の値をとり、値が大きければ大きいほど適合度が大きい
ことになる。ファジィ数による定性推論ではこのように
複数の値をとることができる（この場合では、「小さ
い」、「中くらい」の２つ）。

【００１９】以上のようにファジィ数に変換された入力
データは、ファジィ推論３２で推論する。３２では、推
論結果として流入量が、「減少」「一定」「増加」のよ
うに変化量で予測する。（本例では、「減少」「一定」
「増加」の３値のみであるが、「やや増加」「やや減
少」のように変化量をよりきめ細かくとらえることもで
きる。ファジィ推論では、図９に例示したように、
｛（降雨量が中程度）ＡＮＤ（降雨変化量が増加）｝Ｏ
Ｒ｛（水位が高い）｝ＴＨＥＮ（流入量は増加）のよう
なルールの集合に対して、ファジィ数化された入力値の
適合度を用いて演算を実行する。ここでは、同一の入力
データであっても先述のように、複数の値を持つことが
できるため、複数のルールに対して演算が進められるこ
とがある。

【００２０】１ルールの演算は以下のようにして行われ
る。図９のルールにおいて、（降雨量が中程度）の適合
度が０.６、（降雨変化量が増加）の適合度が０.５であ
った場合は、両者のＡＮＤ条件（これをＡとする）の適
合度はファジィ集合の演算法に則って、０.５となる
（両者の適合度の低い方をとる)。さらに（水位が高
い）の適合度が０.２であるとすると、ＡとのＯＲ条件
は、ファジィ集合の演算法によって（両者の適合度の高
い方をとる）、０.５となる。よって、本ルールでは、
（流入量は増加）の適合度が０.５である。

【００２１】このような演算を、入力値の適合度が非ゼ
ロの全ルールに対して実行する。実行の結果、通常複数
のファジィ数に対して非ゼロの適合度が与えられること
になる。流入量予測演算部の次の処理である非ファジィ
化処理３３では、これらの複数のファジィ数に対して非
ファジィ化処理を施し、予測流入変化量を算出する。図
１０を用いて非ファジィ化処理を説明する。図１０は、
予測流入変化量のメンバーシップ関数の一例である。本
ケースでは、ファジィ推論３２の結果、予測流入変化量
が「一定」の適合度が０.３、「増加」の適合度が０.５
である。したがって、予測流入量の変化量は「０．３の
適合度で一定で、０．５の適合度で増加する」となり、
図１０のアミカケ部分が、これを表わすメンバーシップ
関数である。非ファジィ化処理は、ファジィ制御で一般
に用いられる重心法等の、非ファジィ化処理を用いる。
重心法を用いた場合は、図１０中のアミカケ部分の重心
をとって４５ｍ³が得られた予測流入変化量となる。

【００２２】以下、現在の実績流入量に予測流入変化量
を加え、予測流入量が算出される。図４はポンプ台数制
御部１１６の構成を示したものである。ポンプ台数制御
部１１６は操作案生成部４１，予測演算部４２，定性評
価部４３，制御出力部４４，評価結果記憶メモリ４５よ
り構成される。

【００２３】操作案生成部４１は、複数台のポンプの全
ての運転組合せを生成し、一つづつ組合せを予測演算部
４２に出力する。運転組合せは、固定能力（ＯＮ／ＯＦ
Ｆ）のポンプが５台あるならば、２の５乗（２⁵)個＝３
２個、６台あれば６４個あり、これらの全てを生成す
る。仮りに５台のポンプの内１台が可変能力のポンプで
あるとすると、可変ポンプは能力の６０〜１００％の範
囲を設定できることより、１％単位で切替ると組合せ数
は、４２×２×２×２×２＝６７２個となる。

【００２４】可変能力ポンプの運転切替量により、ポン
プ台数が増えてくると組合せ数は爆発的に増える可能性
を持つ。このため、可変ポンプの運転切替量の最低単位
ｎ％を任意設定てきる機構とし、更に、ｙ＝ｆ（ｘ），
ｙ：運転切替量で表される関数ｆの定義を可能とした。

【００２５】例えば、関数ｆがｆ（ｘ）＝ｘ²ｘ：整数
で表され、ｎ＝２であるとし、可変ポンプの現在状態
が７０％の能力で運転中であるとすると、操作案は、ｘ
を０からｎ毎変化させｙの値を加算、減算させてやる
と、０（６０以下はＯＦＦ），６６，７０，７４，８６，１
００％ｅｘ）６６＝７０−（２）²、８６＝７０＋（４）² と数を限定できる。

【００２６】また、ポンプの特性として、運転停止後の
一定時間は再起動禁止とする必要のあるポンプには、停
止後タイマを動作させ、タイマ値が０以外の場合は、運
転対象としない手続き、運転起動直後は、ポンプの運転
効果待ち時間として、一定時間は停止対象としない手続
きを持たせた。

【００２７】予測演算部４２は、図１１に示した構成を
とる。ポンプ１台毎に演算部４２１を持ち、演算部４２
１は、揚程演算部４２１１，吐出量演算部４２１２，累
積運転時間演算部４２１４，運転切替量演算部４２１
６，所要電力量差演算部4217より構成され、該当ポンプ
吐出量，累積運転時間，運転切替量，所要電力量差を出
力する。

【００２８】揚程演算部４２１１は、河川水位、該当ポ
ンプ井水位を入力とし、（全揚程）＝（河川水位）−（ポンプ井水位）＋（管路
損失）を演算し、揚程を出力する。図１２にポンプ吐出量と揚
程について示した。

【００２９】吐出量演算部４２１２では、揚程演算部４
２１１からの全揚程値と、操作案生成部４１からの自ポ
ンプの操作案を入力とし、ポンプ運転特性記憶メモリ42
13に基づき、吐出量を演算する。ポンプ運転特性記憶メ
モリ４２１３は図１２に示す吐出量（Ｑ）と揚程（Ｈ）
の関係を記憶した記憶媒体である。図１２に示す、実揚
程は上記揚程演算部４２１１で求めた揚程が相当し、実
揚程が変化することにより、全損失曲線が上下に平行移
動する。実際の吐出量（Ｑ’）は、全揚程・吐出量曲線
と全損失曲線の交点により運転点が決定され、その運転
点より、垂線を下ろしたＱ軸との交点により決定され
る。可変能力ポンプの場合は、図１３に示すように、揚
程・吐出量曲線が運転比率（％）により、相似形で縮小
されるが吐出量の演算は同じである。

【００３０】累積運転時間演算部４２１４では、前回ま
での累積運転時間を記憶した累積運転時間記憶メモリ４
２１５を参照した値に、操作案生成部４１からの操作案
が運転を指示したものであれば、制御周期時間分を加算
した値を、停止を指示したものであればメモリ４２１５
からの参照値を出力する。

【００３１】（運転時の累積運転時間）＝（前回迄の累
積運転時間）＋（制御周期：Δｔ）（停止時の累積運転時間）＝（前回迄の累積運転時間）運転切替量演算部４２１６では、操作案生成部４１から
の操作案と、現在の自ポンプ運転状態との差を求め出力
する。

【００３２】（運転切替量）＝（操作案生成部４１から
の操作案）−（現在状態）所要電力量差演算部４２１７では、運転切替量演算部４
２１６の出力より、使用電力の増減を演算し、出力す
る。

【００３３】これらの演算は、ポンプ台数分行なわれ
る。

【００３４】ポンプ井水位予測演算部４２２では、各ポ
ンプの吐出量の総和を求め、流入予測量との差を計算
し、現在ポンプ井水位と流入吐出量の差とにより、ポン
プ井水位・貯留量対応表４２７より、水位を予測し、水
位予測値を出力する。

【００３５】（差分容積）＝（流入量）−（Σ（ポンプ吐出量））（現在水位による貯留量）−（差分容積）の値により、
対応表検索する。

【００３６】運転切替量・台数演算部４２４では、可変
能力ポンプと固定能力ポンプを分けて、可変能力ポンプ
の切替量の絶対値の和を求め、可変能力ポンプ運転切替
量予測値として出力する。固定能力ポンプは、運転の切
り替わった（ＯＦＦ−＞ＯＮ，ＯＮ−＞ＯＦＦ）台数を
計数し、固定能力ポンプ運転切替台数予測値として出力
する。

【００３７】所要電力量差和演算部４２５では、所要電
力量差の総和を求め、所要電力量予測値として出力す
る。

【００３８】固定能力ポンプ運転時間分散演算部４２６
では、各ポンプの累積運転時間の平均値を求め、分散を
演算し運転時間分散として出力する。

【００３９】定性評価部４３の構成を図５に示す。定性
評価部４３は、予測演算部４２からの水位予測値，可変
能力ポンプ運転切替量予測値，固定能力ポンプ運転切替
台数予測値，所要電力量予測値、運転時間分散を入力と
し、入力の定性的評価を行ない総合評価値を出力する。

【００４０】水位偏差評価５１は、水位の予測値を入力
として、目標水位と水位予測値の差分としての水位偏差
を求め、水位偏差を評価関数記憶メモリ４５から読みだ
した、予め先験的知識により決定しておいた図１４に示
すメンバーシップ関数としての水位評価関数により、水
位評価としての適合度を計算し出力する。

【００４１】同様に、可変能力ポンプ運転切替量評価５
２では、可変能力ポンプ運転切替量予測値を入力して、
評価適合度を出力、固定能力ポンプ運転切替台数評価５
３は、固定能力ポンプ運転切替台数を入力して、評価適
合度を出力、所要電力差評価５４は、所要電力差予測値
を入力して、評価適合度を出力、運転時間分散評価５５
は、運転時間分散を入力して分散の評価適合度を出力す
る。これらの５個の評価適合度（それぞれをａｘ₁〜ａ
ｘ₅とする）に予め、先験的知識により決定したゲイン
の記憶されたゲイン記憶メモリ５８から読みだしたそれ
ぞれの評価尺度に対するゲイン（荷重、それぞれｗ₁〜
ｗ₅とする）により、荷重平均値、すなわち（ａｘ₁・ｗ
₁）＋（ａｘ₂・ｗ₂）〜＋（ａｘ₅・ｗ₅）を計算し、総
合評価点とする。上記により計算した荷重平均値が評価
結果記憶メモリ５９に記憶された値よりも大きい場合、
評価結果記憶メモリ５９に、そのときの設備運転組合せ
と荷重平均値を記憶する。

【００４２】予測演算部４２と定性評価部４３からなる
処理は、操作案が無くなるまで繰返し実行する。

【００４３】繰返し実行が終了した時点で、評価結果記
憶メモリ５９に記憶されている運転組合せは、複数の評
価項目を同時に満足しえたものとなっている。これを制
御出力部４４でポンプに対して出力すると同時に、評価
結果記憶メモリ５９を初期化する。

【００４４】これらの処理を予め設定された制御周期で
繰返し実行する。

【００４５】図１４には、ポンプ運転組合せを制御出力
したと想定した場合、制御状態がどのようになるか予測
し、予測される結果を評価する、本発明の特徴の一つで
あるメンバーシップ関数の例を示す。

【００４６】水位偏差評価メンバーシップ関数は、目標
水位から±１.０ｍの範囲が評価が高くなっており、制
御範囲であることを示している。また、±１.０ｍの範
囲を外れると評価が悪くなり、±３.０ｍを外れると評
価できない非常に悪い状態であることが示されている。

【００４７】運転時間分散評価メンバーシップ関数は、
分散が０の場合最も評価が高い状態を示し、分散値が大
きくなるにつれ評価が小さくなっている。分散が０と
は、固定能力ポンプの運転時間が全て等しいことを示
し、運転時間が平準化されていることを示す。

【００４８】固定能力ポンプ運転切替台数評価メンバー
シップ関数は、１台も運転切替（ＯＦＦ−＞ＯＮ，ＯＮ
−＞ＯＦＦ）が無い場合に評価が最も高く、運転台数を
増やすことも、停止することも同等に評価が下がってい
る。これは、起動することも、停止することにもペナル
ティを与え、できる限り運転操作切替を行なわないよう
にしたいことを示している。

【００４９】可変能力ポンプ運転切替量評価メンバーシ
ップ関数は、運転切替量の絶対値の和を評価することよ
り、運転量を切替ない方が評価が高く、操作量を替えな
いことが良いとしていることを示している。

【００５０】所要電力量評価メンバーシップ関数は、運
転量を減らせば電力は減り、運転量を増やせば電力は増
えることを率直に評価することを示している。

【００５１】本実施例では、分流式下水道における雨水
排水のためのポンプ台数制御について説明したものであ
るが、合流式下水道においても同様の考え方で適用可能
である。本発明を、合流式下水道に適用する場合には、
予測流入量２２に、日汚水流入パターンに基づく汚水流
入量を加算し、以下に続く処理を実行することで可能で
ある。

【００５２】日汚水流入パターンは、雨水と違い、一定
の傾向があるため晴天時の日汚水変動パターンをあらか
じめ統計処理することによって得ることができる。

【００５３】

【発明の効果】制御系を、定性推論にてモデリングし、
前記モデルの予測にもとづき、メンバーシップ関数によ
って表現された定性的な評価尺度によって評価すること
によって、数学的に厳密なモデルの作成の困難な系に対
しても予測制御が適用でき、雨水排水ポンプ場にみられ
るように、急激な制御対象の変化にたいしても遅れなく
追従することができるといった効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定性推論予測制御方法を適用した雨水
排水システムの概要。

【図２】雨水流入量予測システムの構成。

【図３】定性推論部の実施例である流入量予測演算部の
構成。

【図４】ファジィ制御手段の構成。

【図５】定性評価値算出部の雨水排水システムにおける
実施例。

【図６】降雨量のメンバーシップ関数。

【図７】管渠水位のメンバーシップ関数。

【図８】降雨変化量のメンバーシップ関数。

【図９】定性推論の例。

【図１０】定性推論による予測モデルの推論例。

【図１１】予測演算手段の構成。

【図１２】ポンプ運転特性と運転点の算出。

【図１３】回転数制御ポンプ運転特性。

【図１４】定性評価用メンバーシップ関数例。

【図１５】定性推論予測制御システムの全体構成。

【符号の説明】

２２…雨水流入予測部の出力となる予測流入量、２３…
管渠水位の演算部、２４…実降雨量の演算部、２６…上
記の計測データの記憶メモリ、２９…流入量の予測演算
部、３１…ファジィ化処理、３２…ファジィ推論、３３
…非ファジィ化処理、４１…操作案生成部、４２…予測
演算部、４３…定性評価部、４４…制御出力部、４５…
評価結果記憶メモリ、５１…水位偏差評価部、５２…可
変能力ポンプ運転切替量評価部、５３…固定能力ポンプ
運転切替台数評価部、５４…所要電力量差評価部、５５
…運転時間分散評価部、５６…総合評価部、５７…評価
関数メモリー、５８…ゲイン記憶メモリー、５９…評価
結果メモリー、４２１…ポンプ性能の演算部、４２１１
…揚程演算部、４２１２…吐出量演算部、4213…ポンプ
１運転特性記憶メモリ、４２１４…ポンプの累積運転時
間演算部、4215…ポンプの累積運転時間記憶メモリ、４
２１６…運転切替量演算、４２１７…所要電力量差演算
部、４２７…管渠水位−容積特性記憶メモリ、４２２…
ポンプ井水位予測演算、４２４…運転切替量台数演算、
４２５…所要電力量差和演算、426…固定能力ポンプ運
転時間分散演算、１５０１…定性推論予測モデル、１５
０２…定性評価値算出、１５０３…制御方案集合、１５
０４…最適制御方案の選択、１５０５…制御対象プロセ
ス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者依田幹雄茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者鬼澤均茨城県日立市幸町三丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コントローラ内部に制御対象のモデルを有
し、制御周期毎にモデルに基づき最適な操作出力を選択
していく予測制御方法において、制御対象のモデルを定
性的な推論に基づいて表現されたモデルとし、今制御周
期でとりうる制御出力全ケースについて、上記定性的な
モデルによって制御結果を予測し、予測結果を、各評価
項目の評価点が、制御結果に対する定性的な満足度とし
てメンバーシップ関数で与えられ、総合評価点は、各評
価項目の満足度の重み付き総合点で表される定性評価機
能にて評価し、総合評価点が最大の制御出力を今制御周
期の制御出力として選択し、出力してゆくことに特徴を
有する定性推論予測制御方法。
【請求項２】特許請求範囲の項１の定性的な予測モデル
において、制御対象からの計測値をメンバーシップ関数
によってファジィ数化して、さらにファジィ数化された
計測値のファジィ論理演算にて予測結果をファジィ数と
して求め、上記予測結果を非ファジィ化処理することに
よって、予測値を算出するところに特徴を有する定性推
論予測制御方法。
【請求項３】雨水排水ポンプ所におけるポンプ運転台数
制御方法において、排水区域内に設置された雨量計また
は、レーダー雨量計からの降雨量計測値をもとに、管渠
（かんきょ）・ポンプ井への汚水、雨水流入量を定性的
な推論方法によって予測する流入量予測手段と、予測流
入量と現在のポンプ井水位計測値、ポンプ運転状態、河
川水位計測値を入力とし、複数のポンプ運転組合せ案の
一つ一つに対して、制御出力した場合の将来状態を予測
し、ポンプ井水位、ポンプ運転時間のバラツキ、ポンプ
運転能力切替量、所要電力量などの複数の評価項目を、
先験的な情報により評価し、評価の最も良い運転組合せ
を制御出力と決定する運転台数決定手段を備えたことを
特徴とする、最適ポンプ運転台数制御方法。
【請求項４】特許請求の範囲請求項３において、ポンプ
運転組合せを生成する運転案生成手段、予測流入量、現
在の河川及びポンプ井水位、各々のポンプ運転状態に基
づき、ポンプ運転案の一つ一つに対して、運転案を制御
出力した場合、ポンプ井水位が一定時間後にどのように
変化するか、同様にポンプ運転時間のバラツキ状況、ポ
ンプ運転切替量，所要電力量を予測し、先験的知識によ
り予め決定しておいたメンバーシップ関数により、ファ
ジィ量（適合度）として評価し、水位の評価値、運転時
間のバラツキ具合の評価値、運転切替量の評価値、所要
電力量の評価値を予め先験的な知識により決定しておい
た荷重値により、荷重平均を求め、荷重平均値が最大と
なる運転組合せを、今回の制御出力として採用する最適
ポンプ運転台数決定方法。
【請求項５】特許請求の範囲請求項３において、計測値
として得られる降雨情報，管渠，ポンプ井，流入渠等の
水位情報、実績の流入量と、これらの計測値の時系列デ
ータを入力情報として、これら入力情報をファジィ数化
する処理、および前記ファジィ数と、ファジィ数化され
た流入量の変化量との間の因果関係を、ファジィ集合論
の意味でのＡＮＤ，ＯＲの論理演算の階層構造で表現し
た定性推論部と、上記定性推論の結果より得られた流入
量の変化量を非ファジィ化し、予測流入量を算出する処
理とを有することを特徴とする流入量予測方法。