JPH06202709A - プロセス制御方法およびプロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィードバック制御とフィードフォワード制
御との切換えまたは併用のタイミングを的確に判断する
手段を備えたプロセス制御装置を提供する。 【構成】 フィードフォワード制御系１１とフィードバ
ック制御系１２の出力をを切換え使用しまたは併用する
タイミングをファジィ推論により判断するファジィ推論
手段１１を備えた。 【効果】 両者の出力を切換え使用しまたは併用するタ
イミングをファジィ推論により判断するので、大振幅の
目標値変化等の即応性が求められる場合はフィードフォ
ワード制御を使い、定常状態における偏差をゼロに近づ
けるような場合はフィードバック制御を使うというルー
ルを制御装置自体に組み込むことができ、オペレータの
手を煩わすことなく、あらゆる状態で、良好な制御性が
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業プロセスを制御す
るプロセス制御方法およびプロセス制御装置に係り、特
に、熱交換器の制御のように、フィードバック制御とフ
ィードフォワード制御とを切換え使用しまたは併用する
場合の制御手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】プロセス制御装置においては、ＰＩＤ制
御に代表されるフィードバック制御が多用されている。
フィードバック制御は、定常状態における小振幅の目標
値変更に対する追従性や定常偏差をゼロにする特性は優
れているが、大振幅の目標値変更や外乱に対する追従性
が良くない。

【０００３】この点を改善するために、フィードフォワ
ード制御が使用される。フィードフォワード制御は、目
標値の変化や外乱の量を別の手段で測定し、その変化や
外乱量によるプロセス測定値の変化量を予測し、この変
化量を打ち消すように、先回りして操作量を変更する方
式である。

【０００４】ただし、目標値の変化や外乱によるプロセ
ス測定値の変化量を完全に打ち消すことが通常できない
ので、フィードフォワード制御は、フィードバック制御
と併用されるのが一般的である。この種の従来技術は、
松山著『だれでもわかる自動制御』（pp78〜81，省エネ
ルギーセンター，1992）等に示されている。

【０００５】この方法は、通常フィードフォワードフィ
ードバック制御系と呼ばれている。しかし、この方法で
は、センサーの非線形性の影響や測定誤差等により、特
定の領域では、フィードフォワード制御が、制御性にか
えって悪影響を及ぼすような場合も発生する。そのよう
な場合は、フィードバック制御のみに切換えて制御をす
ることもなされている。この種の従来技術は、例えば、
山下・保志著『ディジタルプロセス制御』(pp115〜13
3，コロナ社，1969)等に示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のフィードバック
制御は、定常状態における小振幅の目標値変更に対する
追従性や定常偏差をゼロにする特性は優れているが、大
振幅の目標値変更や外乱に対する追従性が良くないとい
う問題があった。

【０００７】一方で、フィードフォワード制御は、目標
値変更に対する追従性は優れているが、目標値変化や外
乱によるプロセス測定値の変化量を完全に打ち消すこと
が通常はできない。

【０００８】また、両者を組み合わせたフィードフォワ
ードフィードバック制御では、両制御の切換えが、オペ
レータの経験と勘とに頼ってなされており、完全な自動
制御を達成できないのが実状であった。

【０００９】本発明の目的は、フィードバック制御とフ
ィードフォワード制御とを切換え使用しまたは併用する
プロセス制御系において、フィードバック制御とフィー
ドフォワード制御との切換えまたは併用のタイミングを
的確に判断する手段を備えたプロセス制御方法およびプ
ロセス制御装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、フィードフォワード制御部の出力とフィ
ードバック制御部の出力とによりプロセスを制御する方
法において、フィードフォワード制御部の出力とフィー
ドバック制御部の出力との切換え使用または併用の判断
をファジィ推論により実行するプロセス制御方法を提供
する。

【００１１】前記ファジィ推論においては、下記のルー
ルを用いる。 (１)目標値または外乱の変化量が大きいときには主とし
てフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標値または外乱の変化量が中くらいのときにはフ
ィードフォワード制御とフィードバック制御を併用す
る。 (３)目標値または外乱の変化量が小さいときには主とし
てフィードバック制御を用いる。

【００１２】本発明は、また、上記目的を達成するため
に、フィードフォワード制御部とフィードバック制御部
と両者の出力に基づいて制御対象プラントを制御する手
段とを含むプロセス制御装置において、プラント制御手
段が、フィードフォワード制御部の出力とフィードバッ
ク制御部の出力との切換え使用または併用を判断するフ
ァジィ推論器を備えたプロセス制御装置を提供する。

【００１３】前記プラント制御手段は、フィードフォワ
ード制御部の出力とフィードバック制御部の出力との切
換え使用または併用を判断するファジィ推論器を備え、
そのファジィ推論器は、下記のルールを用いる。 (１)目標値または外乱の変化量が大きいときには主とし
てフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標値または外乱の変化量が中くらいのときにはフ
ィードフォワード制御とフィードバック制御を併用す
る。 (３)目標値または外乱の変化量が小さいときには主とし
てフィードバック制御を用いる。

【００１４】本発明は、さらに、上記目的を達成するた
めに、被加熱流体の熱交換器への入口温度および流量に
基づいて熱交換器への蒸気流量を演算するフィードフォ
ワード制御部の出力と被加熱流体の熱交換器からの出口
温度に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算するフィー
ドバック制御部の出力とにより熱交換器を制御する方法
において、フィードフォワード制御部の出力とフィード
バック制御部の出力との切換え使用または併用の判断を
ファジィ推論により実行する熱交換器制御方法を提供す
る。

【００１５】前記ファジィ推論においては、下記のルー
ルを用いる。 (１)目標温度または温度外乱の変化量が大きいときには
主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標温度または温度外乱の変化量が中くらいのとき
にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
用する。 (３)目標温度または温度外乱の変化量が小さいときには
主としてフィードバック制御を用いる。

【００１６】また、前記ファジィ推論においては、下記
のルールを用いることもできる。 (１)目標温度または温度外乱の変化量が大きいときには
主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標温度または温度外乱の変化量が中くらいのとき
にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
用する。 (３)目標温度または温度外乱の変化量が小さいときには
主としてフィードバック制御を用いる。 (４)被熱交換流体の流量が大きく入り口温度変動が小さ
いときはフィードバック制御を主として用いる。 (５)被熱交換流体の流量が小さいときはフィードフォワ
ードとフィードバックを併用する。 (６)被熱交換流体の入り口温度変動が大きい場合にはフ
ィードフォワード制御を用いる。

【００１７】本発明は、上記目的を達成するために、被
加熱流体の熱交換器への入口温度および流量に基づいて
熱交換器への蒸気流量を演算するフィードフォワード制
御部と被加熱流体の熱交換器からの出口温度に基づいて
熱交換器への蒸気流量を演算するフィードバック制御部
と両者の出力に基づいて熱交換器を制御する手段とを含
む熱交換器制御装置において、前記熱交換器制御手段
が、フィードフォワード制御部の出力とフィードバック
制御部の出力との切換え使用または併用を判断するファ
ジィ推論器を備えた熱交換器制御装置を提供する。

【００１８】前記ファジィ推論器は、下記ルールを用い
る。 (１)目標温度または温度外乱の変化量が大きいときには
主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標温度または温度外乱の変化量が中くらいのとき
にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
用する。 (３)目標温度または温度外乱の変化量が小さいときには
主としてフィードバック制御を用いる。

【００１９】前記ファジィ推論器は、下記ルールを用い
ることも可能である。 (１)目標温度または温度外乱の変化量が大きいときには
主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標温度または温度外乱の変化量が中くらいのとき
にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
用する。 (３)目標温度または温度外乱の変化量が小さいときには
主としてフィードバック制御を用いる。 (４)被熱交換流体の流量が大きく入り口温度変動が小さ
いときはフィードバック制御を主として用いる。 (５)被熱交換流体の流量が小さいときはフィードフォワ
ードとフィードバックを併用する。 (６)被熱交換流体の入り口温度変動が大きい場合にはフ
ィードフォワード制御を用いる。

【００２０】本発明は、また、上記目的を達成するため
に、前段スタンドの板厚と目標板厚との誤差を演算する
フィードフォワード制御部の出力と当段スタンドの目標
板厚と実測板厚との誤差を演算するフィードバック制御
部の出力とに基づいて圧延機を制御する方法において、
フィードフォワード制御部の出力とフィードバック制御
部の出力との切換え使用または併用の判断をファジィ推
論により実行する圧延機制御方法を提供する。

【００２１】そのファジィ推論においては、下記ルール
を用いる。 (１)目標板厚または板厚外乱の変化量が大きいときには
主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標板厚または板厚外乱の変化量が中くらいのとき
にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
用する。

【００２２】(３)目標板厚または板厚外乱の変化量が小
さいときには主としてフィードバック制御を用いる。

【００２３】本発明は、さらに、上記目的を達成するた
めに、前段スタンドの板厚と目標板厚との誤差を演算す
るフィードフォワード制御部の出力と当段スタンドの目
標板厚と実測板厚との誤差を演算するフィードバック制
御部の出力とに基づいて圧延機を制御する手段とを含む
圧延機制御装置において、前記圧延機制御手段が、フィ
ードフォワード制御部の出力とフィードバック制御部の
出力との切換え使用または併用を判断するファジィ推論
器を備えた圧延機制御装置を提供する。

【００２４】前記ファジィ推論器は、下記のルールを用
いる。 (１)目標板厚または板厚外乱の変化量が大きいときには
主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標板厚または板厚外乱の変化量が中くらいのとき
にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
用する。 (３)目標板厚または板厚外乱の変化量が小さいときには
主としてフィードバック制御を用いる。

【００２５】

【作用】本発明においては、フィードフォワード制御と
フィードバック制御の出力を切換え使用しまたは併用す
るタイミングをファジィ推論により判断するので、大振
幅の目標値変化等の即応性が求められる場合はフィード
フォワード制御を使い、定常状態における偏差をゼロに
近づけるような場合はフィードバック制御を使うという
ようなルールを制御装置自体に組み込むことができ、オ
ペレータの手を煩わすことなく、即応性が求められる場
合も、定常状態においても、良好な制御性が得られる。

【００２６】

【実施例】次に、図１〜7を参照して、本発明によるプ
ロセス制御方法およびプロセス制御装置の実施例を説明
する。

【００２７】図１は、本発明によるプロセス制御装置の
概念を示すブロック図である。本実施例のプロセス制御
装置１は、フィードフォワード調節計１１と、フィード
バック調節計１２と、ファジィ推論器１３とからなる。
プロセス制御装置１は、目標値が与えられると、制御対
象２の出力をその目標値に近付けるように動作する。フ
ァジィ推論器１３は、制御対象プラント２の状態に応じ
て、フィードフォワード調節計１１の出力を操作量とし
て用いるか、フィードバック調節計１２の出力を操作量
として用いるか、両者を併用するかをファジィ推論によ
り決定する。

【００２８】本発明をさらに具体的に説明するために、
ここでは熱交換器の制御を例に採るが、本発明は、フィ
ードフォワード制御とフィードバック制御とを併用する
制御システム全般に適用できる。

【００２９】図２は、熱交換器の制御に本発明を適用し
たプロセス制御装置の一実施例の構成を示すブロック図
である。被加熱流体は、熱交換器２０に流入し、ここで
蒸気により加熱され、系外に熱を運び去る。熱交換器２
０に流入する被加熱流体の温度すなわち入口温度Ｔi
は、入口温度計２１により測定され、フィードフォワー
ド調節計１１およびファジィ推論器１３に取り込まれ
る。同様に、熱交換器２０に流入する被加熱流体の流量
Ｆ1は、流量計２２により測定され、フィードフォワー
ド調節計１１およびファジィ推論器１３に取り込まれ
る。熱交換器２０から流出する被加熱流体の温度すなわ
ち出口温度Ｔoは、出口温度計２３により測定され、フ
ィードバック調節計１２に取り込まれる。

【００３０】一方、ここでは図示しない上位の制御装置
は、被加熱流体の目標温度Ｔrefをフィードフォワード
調節計１１とフィードバック調節計１２とファジィ推論
器１３とに与える。

【００３１】フィードフォワード調節計１１は、入口温
度Ｔiおよび流量Ｆ1と目標温度Ｔrefとに基づいて、フ
ィードフォワード制御量を演算し、ファジィ推論器１３
に出力する。フィードバック調節計１２は、出口温度Ｔ
oと目標温度Ｔrefとに基づいて、フィードバック制御量
を演算し、ファジィ推論器１３に出力する。ファジィ推
論器１３は、入口温度Ｔiおよび流量Ｆ1とフィードフォ
ワード制御量とフィードバック制御量と目標温度Ｔref
とに基づいて、に出力する。フィードフォワード制御量
とフィードバック制御量とを切換えて用いるかまたは併
用するかを判断し、２次調節弁２４を介して蒸気流量調
節弁２５を制御し、熱交換器２０に流入する蒸気流量Ｆ
2を制御する。なお、蒸気流量Ｆ2は、蒸気流量計２６に
より測定される。

【００３２】熱交換器２０の特性は、式(１)のように近
似される。 Ｆ2＝Ｋ＊Ｆ1＊(Ｔo−Ｔi)＊(１＋Ｔ1＊ｓ)／(１＋Ｔ2＊ｓ)……(１) ここで、Ｆ2は操作量としての蒸気流量、Ｋは比例定
数、Ｆ1は被加熱流体の流量、Ｔoは被加熱流体の出口温
度、Ｔiは被加熱流体の入口温度、Ｔ1は熱交換器２０の
動特性を左右する一次進み要素の時定数、Ｔ2は同じく
熱交換器２０の動特性を左右する一次遅れ要素の時定数
である。

【００３３】この式を用いてフィードフォワード制御を
実行する場合、(式１)のＴoを目標温度Ｔrefに置き換え
た(式２)が用いられる。 Ｆ2＝Ｋ＊Ｆ1＊(Ｔref−Ｔi)＊(１＋Ｔ1＊ｓ)／(１＋Ｔ2＊ｓ)……(２) このフィードフォワード制御を用いると、外乱(Ｆ1，Ｔ
iの変動)に対して即応性の良い制御を実行できるが、流
量Ｆ1，入口温度Ｔiなどの測定誤差がそのまま出力に現
れ、定常偏差をゼロにできない場合が多い。

【００３４】一方、フィードバック制御を実行する場
合、Ｔref−Ｔoを偏差として、その偏差がゼロに向かう
ように、操作量Ｆ2を制御する。このフィードバック制
御には、一般的にはＰＩＤ制御が用いられる。ＰＩＤ制
御の場合、定常偏差を小さくできるが、外乱に対する即
応性が悪い。

【００３５】そこで、本実施例においては、下記の考え
方をファジィルールに変換し、フィードフォワード制御
の出力とフィードバック制御の出力とを切換え使用しま
たは併用することにした。 〈考え方１〉目標値または外乱の変化量が大きいときに
は、主としてフィードフォワード制御を用いる。 〈考え方２〉目標値または外乱の変化量が中くらいのと
きには、フィードフォワード制御とフィードバック制御
とを併用する。 〈考え方３〉目標値または外乱の変化量が小さいときに
は、主としてフィードバック制御を用いる。 〈考え方４〉被熱交換流体の流量が大きく、入り口温度
変動が小さいときは、フィードバック制御を主として用
いる。 〈考え方５〉被熱交換流体の流量が小さいときは、フィ
ードフォワード制御とフィードバック制御とを併用す
る。 〈考え方６〉被熱交換流体の入り口温度変動が大きい場
合には、フィードフォワード制御を用いる。

【００３６】以上の考え方をファジィルールに変換する
と以下のようになる。ｙfをフィードフォワード制御を
使用する割合(０≦ｙf≦１)、ｙbをフィードバック制御
を使用する割合(０≦ｙb≦１)とし、 ｙb＝１−ｙf ……(３) とおく。 〈ルール１〉もし｜Ｔref−Ｔo｜が大ならば、ｙfは大
きくする。 〈ルール２〉もし｜Ｔref−Ｔo｜が中ならば、ｙfは中
くらいとする。 〈ルール３〉もし｜Ｔref−Ｔo｜が大ならば、ｙfは小
さくする。 〈ルール４〉もしＦ1が大で｜Ｔi−Ｔiold｜が小なら
ば、ｙfは小さくする。 〈ルール５〉もしＦ1が小ならば、ｙfは中くらいとす
る。 〈ルール６〉もし｜Ｔi−Ｔiold｜が大ならば、ｙfは大
きくする。 ここで、Ｔrefは、被熱交換流体の出口温度目標値、Ｔo
は被熱交換流体の出口温度、Ｔiは被熱交換流体の入口
温度、Ｔioldは被熱交換流体の入口温度の１サンプリン
グ前の値、大，中，小などは各々のメンバーシップ関数
を表している。

【００３７】図３は、ファジィ推論器１３における推論
手順の一例を示すフローチャートである。ステップ１は
制御対象の各種パラメータを取り込む部分であり、ステ
ップ２はファジィ推論の前件部であり、ステップ３はフ
ァジィ推論の後件部であり、ステップ４は脱ファジィ化
部分である。

【００３８】ステップ１においては、Ｔref，Ｔoを取り
込み、｜Ｔref−Ｔo｜を求める。また、Ｆ1を取り込
む。さらに、Ｔi，Ｔioldを取り込み、｜Ｔi−Ｔiold｜
を求める。

【００３９】ステップ２においては、｜Ｔref−Ｔo｜が
大である一致度ａ1を求め、｜Ｔref−Ｔo｜が中である
一致度ａ2を求め、｜Ｔref−Ｔo｜が小である一致度ａ3
を求める。Ｆ1が大である一致度ｂ1を求め、Ｆ1が小で
ある一致度ｂ2を求める。｜Ｔi−Ｔiold｜が大である一
致度ｃ1を求め、｜Ｔi−Ｔiold｜が小である一致度ｃ2
を求める。さらに、一致度ｂ1と一致度ｃ2とのうち、小
さい方の値MIN（ｂ1，ｃ2）を求める。

【００４０】ステップ３においては、ｙfが大のメンバ
ーシップ関数に一致度ａ1を乗算し、ｙfが中のメンバー
シップ関数に一致度ａ2を乗算し、ｙfが小のメンバーシ
ップ関数に一致度ａ3を乗算する。ｙfが大のメンバーシ
ップ関数にMIN（ｂ1，ｃ2）を乗算し、ｙfが中のメンバ
ーシップ関数に一致度ｂ2を乗算する。また、ｙfが大の
メンバーシップ関数に一致度ｃ1を乗算する。

【００４１】ステップ４においては、各メンバーシップ
関数のファジィ論理和を採り、その重心をｙfとする。

【００４２】ここでは、図面スペースの関係で、図示し
ていないが、その後に、(３)式により、ｙbを求め、ｙf
とｙbの値に基づいて、、フィードフォワード制御の出
力とフィードバック制御の出力とを切換え使用しまたは
併用して、蒸気流量を制御する。

【００４３】図４は、式(１)で表されるプラントを本発
明により制御したときの制御特性を示す図、図５は、式
(１)で表されるプラントをフィードフォワードフィード
バック制御したときの制御特性を示す図、図６は、式
(１)で表されるプラントをフィードバック(ＰＩＤ)制御
したときの制御特性を示す図、図７は、式(１)で表され
るプラントをフィードフォワード制御したときの制御特
性を示す図である。ここで、プラントのパラメータは、
下記の通りであり、被加熱流体の流量Ｆ1については、
測定誤差が５％あるものと仮定している。 比例定数Ｋ：１℃・ｍ³／sec 被加熱流体の流量Ｆ1：１ｍ³／sec 一次進み要素の時定数Ｔ1：２０sec 一次遅れ要素の時定数Ｔ2：１５sec 被熱交換流体の入口温度Ｔi：１０℃ 被熱交換流体の出口温度Ｔo：１０℃ 図４に示すように、本発明のファジィ推論を用いてフィ
ードフォワード制御とフィードバック制御とを切換えま
たは併用する方式においては、目標値変化に対する追従
性，定常特性，外乱に対する特性がともに優れている。

【００４４】図５に示すように、従来のフィードフォワ
ードフィードバック制御を用いる方式においては、目標
値変化に対する追従性が十分でなく、しかも定常時にも
誤差が残る。

【００４５】図６に示すように、従来のフィードバック
制御(ＰＩＤ)のみを用いる方式においては、定常特性は
優れているものの、目標値変化に対する追従性が良くな
い。図７に示すように、従来のフィードフォワード制御
のみを用いる方式においては、目標値変化に対する追従
性には優れているが、一般には定常偏差がゼロにならな
い。流量Ｆ1の測定誤差の影響がそのまま操作量に反映
されてしまうからである。

【００４６】本実施例によれば、ファジィ推論を用い
て、フィードフォワード制御の出力とフィードバック制
御の出力との切換え使用または併用を自動的に実行で
き、制御特性が向上する。

【００４７】次に、図８〜図９を参照して、圧延システ
ムにおける圧下制御に本発明を適用した実施例について
説明する。

【００４８】図８は圧延システムの概略構成を示す系統
図である。コイル状の圧延材ペイオフリール１００は、
入側処理ライン１０１，ルーパ１０２を通り、圧延スタ
ンドNo.１（１０３）〜圧延スタンドNo.４（１０６）で
圧延され、テンションリール１０７に巻き取られる。圧
延スタンド等は、電動機１０８〜１１４およびそのドラ
イブシステム１１５により駆動される。プロセスコント
ローラ１１６〜１１９は、ドライブシステム１１５を制
御する。プロセスコントローラ１１６〜１１９は、ネッ
トワーク１２０を介して互いに接続され、データを交換
できる。ネットワーク１２０に接続された管理用コンピ
ュータ１２２およびマンマシンインターフェイス１２１
は、システム全体を監視し管理するために設けられてい
る。

【００４９】圧延スタンドNo.１（１０３）〜圧延スタ
ンドNo.４（１０６）は、それぞれの目標板厚を与えら
れ、その目標板厚になるように、各スタンドの圧延ロー
ルギャップをフィードバック制御する。この場合、複数
のスタンドが直列に接続されているため、もし前段のス
タンドで板厚誤差が発生すると、それは次段スタンドの
外乱となってしまう。そこで、一般的には、前段での板
厚誤差を測定し、次段の目標板厚を補正する手段が採ら
れている。しかし、このときのフィードフォワードが有
効に働くためには、圧延材の特性（材質，温度，板厚，
板幅）や圧下率に応じて、圧延ゲインを経験的に補正し
なければならないという問題があった。

【００５０】図９は、経験や勘に頼らずに、次段の目標
板厚を自動的に補正する手段備えた本発明の実施例の系
統構成を示し、より具体的には、第ｉ番目のスタンド６
０４が圧延材６０５を圧延する場合の圧下装置の制御ブ
ロックを示している。

【００５１】一般に、圧延ロールのギャップをＳ，圧延
荷重をＰとすると、板厚ｈは、 ｈ＝Ｓ＋Ｐ／Ｋ ……（４） で表される。ここで、Ｋは圧延機の特性によって定まる
定数である。

【００５２】フィードフォワード演算部２００は、前段
のスタンドの圧延荷重Ｐi-1と圧延ロールのギャップＳi
-1とから、式（４）を用いて得られる前段スタンドの板
厚と前段スタンドの目標板厚ｈpi-1の誤差ΔｈFBを求め
る。ここでαi-1は定数、Ｚ~¹は前段スタンドから当該
スタンドに圧延材が到着するまでに要する時間分の遅れ
を作ることを示している。

【００５３】一方、フィードバック演算部３００は、そ
のスタンドの目標板厚ｈpと板厚計６０６で測定された
実測板厚ｈxとの偏差ΔｈFBを求める。

【００５４】ファジィ推論部５００は、板幅，圧延材の
材質，温度など圧延材の特性を左右するファジー入力５
０１に基づいて、ΔhFFとΔhFBとの併用比を推論し、Δ
hAGCを得る。ΔhAGCと圧延材の基準板厚ｈLOCとを加算
して、指令板厚hAGCを得る。なお、基準板厚ｈLOCは、
制御ブロック４００で示すように、圧延開始時の圧延ロ
ールのギャップＳLOCと測定された圧延荷重ＰLOCとに基
づいて（４）式により求められる。

【００５５】プロセスコントローラは、演算器６０２が
圧下装置６０２の圧延荷重Ｐを換算した板厚と指令板厚
hAGCとに基づいて、圧延機のギャップ指令値ＳAGCを求
め、圧下装置の調節計６０１に出力し、圧下装置６０３
を制御する。

【００５６】ファジー推論部５００の演算は、上記実施
例のように、式（２）を用いてフィードフォワードとフ
ィードバックとの併用比を調節してもよいが、フィード
バックの比率ｙb（０〜１）とフィードフォワードｙf
（０〜１）の２出力とし、 hAGC＝ｙf・ΔhFF＋ｙb・hFB
……（５）となるようにしてもよい。

【００５７】本実施例によれば、オペレータの手を煩わ
すこと無く、フィードフォワード制御の出力とフィード
バックの出力との切換え使用または併用ができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、フィードフォワード制
御とフィードバック制御の出力を切換え使用しまたは併
用するタイミングをファジィ推論により判断するので、
大振幅の目標値変化等の即応性が求められる場合は、フ
ィードフォワード制御を使い、定常状態における偏差を
ゼロに近づけるような場合は、フィードバック制御を使
うというようなルールを制御装置自体に組み込むことが
でき、オペレータの手を煩わすことなく、あらゆる状態
において、良好な制御性が得られるプロセス制御方法お
よびプロセス制御装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプロセス制御装置の概念を示すブ
ロック図である。

【図２】熱交換器の制御に本発明を適用したプロセス制
御装置の一実施例の構成を示すブロック図である。

【図３】ファジィ推論器における推論手順の一例を示す
フローチャートである。

【図４】本発明により制御したときの制御特性を示す図
である。

【図５】フィードフォワードフィードバック制御を用い
た場合の制御特性を示す図である。

【図６】フィードバック制御(ＰＩＤ)のみを用いた場合
の制御特性を示す図である。

【図７】フィードフォワード制御のみを用いた場合の制
御特性を示す図である。

【図８】圧延システムにおける圧下制御に本発明を適用
した実施例の概略構成を示す系統図である。

【図９】図８の圧延システムにおいて、経験や勘に頼ら
ずに、次段の目標板厚を自動的に補正する手段備えた本
発明の実施例の系統構成を示す図である。

【符号の説明】

１ プロセス制御装置 ２ 制御対象プラント １１ フィードフォワード調節計 １２ フィードバック調節計 １３ ファジィ推論部 ２０ 熱交換器 ２１ 入口温度計 ２２ 流量計 ２３ 出口温度計 ２４ ２次調節弁 ２５ 蒸気流量調節弁 ２６ 蒸気流量計 １００ コイル状の圧延材ペイオフリール １０１ 入側処理ライン １０２ ルーパ １０３ 圧延スタンドNo.１ １０４ 圧延スタンドNo.２ １０５ 圧延スタンドNo.３ １０６ 圧延スタンドNo.４ １０７ テンションリール １０８ 電動機 １０９ 電動機 １１０ 電動機 １１１ 電動機 １１２ 電動機 １１３ 電動機 １１４ 電動機 １１５ ドライブシステム １１６ プロセスコントローラ １１７ プロセスコントローラ １１８ プロセスコントローラ １１９ プロセスコントローラ １２０ ネットワーク １２１ マンマシンインターフェイス １２２ 管理用コンピュータ ２００ フィードフォワード演算部 ３００ フィードバック演算部 ４００ 制御ブロック ５００ ファジィ推論部 ５０１ ファジィ入力 ６０１ 調節計 ６０２ 演算器 ６０３ 圧下装置 ６０６ 板厚計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梓沢 昇 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 大沼 邦彦 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

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィードフォワード制御部の出力とフィ
   ードバック制御部の出力とによりプロセスを制御する方
   法において、 フィードフォワード制御部の出力とフィードバック制御
   部の出力との切換え使用または併用の判断をファジィ推
   論により実行することを特徴とするプロセス制御方法。
2. 【請求項２】 フィードフォワード制御部の出力とフィ
   ードバック制御部の出力とによりプロセスを制御する方
   法において、 フィードフォワード制御部の出力とフィードバック制御
   部の出力との切換え使用または併用の判断をファジィ推
   論により実行し、 当該ファジィ推論において下記ルールを用いることを特
   徴とするプロセス制御方法。 (１)目標値または外乱の変化量が大きいときには主とし
   てフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標値または外乱の変化量が中くらいのときにはフ
   ィードフォワード制御とフィードバック制御を併用す
   る。 (３)目標値または外乱の変化量が小さいときには主とし
   てフィードバック制御を用いる。
3. 【請求項３】 フィードフォワード制御部とフィードバ
   ック制御部と両者の出力に基づいて制御対象プラントを
   制御する手段とを含むプロセス制御装置において、 前記プラント制御手段が、フィードフォワード制御部の
   出力とフィードバック制御部の出力との切換え使用また
   は併用を判断するファジィ推論器を備えたことを特徴と
   するプロセス制御装置。
4. 【請求項４】 フィードフォワード制御部とフィードバ
   ック制御部と両者の出力に基づいて制御対象プラントを
   制御する手段とを含むプロセス制御装置において、 前記プラント制御手段が、フィードフォワード制御部の
   出力とフィードバック制御部の出力との切換え使用また
   は併用を判断するファジィ推論器を備え、 当該ファジィ推論器が、下記ルールを用いることを特徴
   とするプロセス制御装置。 (１)目標値または外乱の変化量が大きいときには主とし
   てフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標値または外乱の変化量が中くらいのときにはフ
   ィードフォワード制御とフィードバック制御を併用す
   る。 (３)目標値または外乱の変化量が小さいときには主とし
   てフィードバック制御を用いる。
5. 【請求項５】 被加熱流体の熱交換器への入口温度およ
   び流量に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算するフィ
   ードフォワード制御部の出力と被加熱流体の熱交換器か
   らの出口温度に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算す
   るフィードバック制御部の出力とにより熱交換器を制御
   する方法において、 フィードフォワード制御部の出力とフィードバック制御
   部の出力との切換え使用または併用の判断をファジィ推
   論により実行することを特徴とする熱交換器制御方法。
6. 【請求項６】 被加熱流体の熱交換器への入口温度およ
   び流量に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算するフィ
   ードフォワード制御部の出力と被加熱流体の熱交換器か
   らの出口温度に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算す
   るフィードバック制御部の出力とにより熱交換器を制御
   する方法において、 フィードフォワード制御部の出力とフィードバック制御
   部の出力との切換え使用または併用の判断をファジィ推
   論により実行し、 当該ファジィ推論において下記ルールを用いることを特
   徴とする熱交換器制御方法。 (１)目標温度または温度外乱の変化量が大きいときには
   主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標温度または温度外乱の変化量が中くらいのとき
   にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
   用する。 (３)目標温度または温度外乱の変化量が小さいときには
   主としてフィードバック制御を用いる。
7. 【請求項７】 被加熱流体の熱交換器への入口温度およ
   び流量に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算するフィ
   ードフォワード制御部の出力と被加熱流体の熱交換器か
   らの出口温度に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算す
   るフィードバック制御部の出力とにより熱交換器を制御
   する方法において、 フィードフォワード制御部の出力とフィードバック制御
   部の出力との切換え使用または併用の判断をファジィ推
   論により実行し、 当該ファジィ推論において下記ルールを用いることを特
   徴とする熱交換器制御方法。 (１)目標温度または温度外乱の変化量が大きいときには
   主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標温度または温度外乱の変化量が中くらいのとき
   にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
   用する。 (３)目標温度または温度外乱の変化量が小さいときには
   主としてフィードバック制御を用いる。 (４)被熱交換流体の流量が大きく入り口温度変動が小さ
   いときはフィードバック制御を主として用いる。 (５)被熱交換流体の流量が小さいときはフィードフォワ
   ードとフィードバックを併用する。 (６)被熱交換流体の入り口温度変動が大きい場合にはフ
   ィードフォワード制御を用いる。
8. 【請求項８】 被加熱流体の熱交換器への入口温度およ
   び流量に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算するフィ
   ードフォワード制御部と被加熱流体の熱交換器からの出
   口温度に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算するフィ
   ードバック制御部と両者の出力に基づいて熱交換器を制
   御する手段とを含む熱交換器制御装置において、 前記熱交換器制御手段が、フィードフォワード制御部の
   出力とフィードバック制御部の出力との切換え使用また
   は併用を判断するファジィ推論器を備えたことを特徴と
   する熱交換器制御装置。
9. 【請求項９】 被加熱流体の熱交換器への入口温度およ
   び流量に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算するフィ
   ードフォワード制御部と被加熱流体の熱交換器からの出
   口温度に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算するフィ
   ードバック制御部と両者の出力に基づいて熱交換器を制
   御する手段とを含む熱交換器制御装置において、 前記熱交換器制御手段が、フィードフォワード制御部の
   出力とフィードバック制御部の出力との切換え使用また
   は併用を判断するファジィ推論器を備え、 当該ファジィ推論器が、下記ルールを用いることを特徴
   とする熱交換器制御装置。 (１)目標温度または温度外乱の変化量が大きいときには
   主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標温度または温度外乱の変化量が中くらいのとき
   にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
   用する。 (３)目標温度または温度外乱の変化量が小さいときには
   主としてフィードバック制御を用いる。
10. 【請求項１０】 被加熱流体の熱交換器への入口温度お
    よび流量に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算するフ
    ィードフォワード制御部と被加熱流体の熱交換器からの
    出口温度に基づいて熱交換器への蒸気流量を演算するフ
    ィードバック制御部と両者の出力に基づいて熱交換器を
    制御する手段とを含む熱交換器制御装置において、 前記熱交換器制御手段が、フィードフォワード制御部の
    出力とフィードバック制御部の出力との切換え使用また
    は併用を判断するファジィ推論器を備え、 当該ファジィ推論器が、下記ルールを用いることを特徴
    とする熱交換器制御装置。 (１)目標温度または温度外乱の変化量が大きいときには
    主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標温度または温度外乱の変化量が中くらいのとき
    にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
    用する。 (３)目標温度または温度外乱の変化量が小さいときには
    主としてフィードバック制御を用いる。 (４)被熱交換流体の流量が大きく入り口温度変動が小さ
    いときはフィードバック制御を主として用いる。 (５)被熱交換流体の流量が小さいときはフィードフォワ
    ードとフィードバックを併用する。 (６)被熱交換流体の入り口温度変動が大きい場合にはフ
    ィードフォワード制御を用いる。
11. 【請求項１１】 前段スタンドの板厚と目標板厚との誤
    差を演算するフィードフォワード制御部の出力と当段ス
    タンドの目標板厚と実測板厚との誤差を演算するフィー
    ドバック制御部の出力とに基づいて圧延機を制御する方
    法において、 フィードフォワード制御部の出力とフィードバック制御
    部の出力との切換え使用または併用の判断をファジィ推
    論により実行することを特徴とする圧延機制御方法。
12. 【請求項１２】 前段スタンドの板厚と目標板厚との誤
    差を演算するフィードフォワード制御部の出力と当段ス
    タンドの目標板厚と実測板厚との誤差を演算するフィー
    ドバック制御部の出力とに基づいて圧延機を制御する方
    法において、 フィードフォワード制御部の出力とフィードバック制御
    部の出力との切換え使用または併用の判断をファジィ推
    論により実行し、 当該ファジィ推論において下記ルールを用いることを特
    徴とする圧延機制御方法。 (１)目標板厚または板厚外乱の変化量が大きいときには
    主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標板厚または板厚外乱の変化量が中くらいのとき
    にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
    用する。 (３)目標板厚または板厚外乱の変化量が小さいときには
    主としてフィードバック制御を用いる。
13. 【請求項１３】 前段スタンドの板厚と目標板厚との誤
    差を演算するフィードフォワード制御部の出力と当段ス
    タンドの目標板厚と実測板厚との誤差を演算するフィー
    ドバック制御部の出力とに基づいて圧延機を制御する手
    段とを含む圧延機制御装置において、 前記圧延機制御手段が、フィードフォワード制御部の出
    力とフィードバック制御部の出力との切換え使用または
    併用を判断するファジィ推論器を備えたことを特徴とす
    る圧延機制御装置。
14. 【請求項１４】 前段スタンドの板厚と目標板厚との誤
    差を演算するフィードフォワード制御部の出力と当段ス
    タンドの目標板厚と実測板厚との誤差を演算するフィー
    ドバック制御部の出力とに基づいて圧延機を制御する手
    段とを含む圧延機制御装置において、 前記圧延機制御手段が、フィードフォワード制御部の出
    力とフィードバック制御部の出力との切換え使用または
    併用を判断するファジィ推論器を備え、 当該ファジィ推論器が、下記のルールを用いることを特
    徴とする圧延機制御装置。 (１)目標板厚または板厚外乱の変化量が大きいときには
    主としてフィードフォワード制御を用いる。 (２)目標板厚または板厚外乱の変化量が中くらいのとき
    にはフィードフォワード制御とフィードバック制御を併
    用する。 (３)目標板厚または板厚外乱の変化量が小さいときには
    主としてフィードバック制御を用いる。