JPH0749702A - ファジィ推論機能付き制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 演算部と推論部とを急変させずに切換え、フ
ァジィ推論を実プラントに安心して適用し、ファジィ推
論をオンライン的に適用することにある。 【構成】 フィードバック制御とフィードフォワード制
御とを組み合せた制御装置において、プロセス制御変数
からフィードフォワード係数を求めるフィードフォワー
ド演算部２３およびファジィ推論部２５と、これら演算
部２３，ファジィ推論部２５の出力側に設けられ、自身
の非選択時に自身に対応する演算部２３の出力およびフ
ァジィ推論部２５の出力を相手側である推論部の出力ま
たは演算部の出力に追従させる第１および第２の切換手
段２６，２７と、任意周期により第１および第２の切換
手段を交互に選択し、演算部の出力または推論部の出力
を取り出して前記フィードバック制御の出力を補償する
切換指令手段２８，３２とを設けたファジィ推論機能付
き制御装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般産業の種々のプロ
セス制御に利用されるファジィ推論機能付き制御装置に
係わり、特に通常のＰＩＤ（Ｐ：比例，Ｉ：積分，Ｄ：
微分）制御にファジィ制御技術を適用したファジィ推論
機能付き制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種のプロセス制御において
は、ＰＩＤ演算制御を基本とするとともに、フィードバ
ック制御にフィードフォーワード制御を組み合せてなる
制御方式を採用し、実際にはＰＩＤ制御パラメータおよ
びフィードフォーワード係数を用いてＰＩＤ演算を実行
して操作出力を求め、この操作出力を制御対象に印加す
ることにより、プラントの温度，圧力，流量，レベルま
たは成分などを制御する構成となっている。

【０００３】ところで、このような制御方式を用いて種
々の制御対象を制御しているが、複雑な反応制御を目的
とするプロセス制御の場合にはかかる制御方式を用いた
だけでは充分に満足できる制御結果が得られないことが
多い。

【０００４】そこで、最近では、フィードフォワード演
算部とは別にファジィ推論を用いてプロセス制御系の主
要なパラメータであるフィードフォーワード係数を推論
決定し、ここで決定されたフィードフォーワード係数を
用いてプラントの制御を行うことが試みられている。

【０００５】図３は、従来のファジィ推論機能付き制御
装置を示す構成図であって、通常の制御方式とファジィ
推論による制御方式とを切換えて使用する構成となって
いる。すなわち、この制御装置は、検出器１の検出出力
であるプロセス制御変数２をＰＩＤ調節演算部３に取り
込み、ここでプロセス制御変数と目標値との偏差を零に
すべくＰＩＤ制御パラメータを用いてＰＩＤ調節演算を
実行して調節出力４を求めた後、乗算手段５に導入す
る。

【０００６】一方、フィード・フォワード制御系は、プ
ロセス制御変数２の変化その他の外乱信号７を取り込ん
でフィードフォワード係数（フィード・フォーワード補
償ゲイン）８を求めるフィードフォワード演算部９と、
同じくプロセス制御変数２の変化その他の外乱信号７を
取り込んでフィードフォワード係数１０を推論するファ
ジィ推論部１１が設けられ、これら演算部９および推論
部１１で得られたフィードフォワード係数８，１０が切
換手段１２によって選択的に取り出され、乗算手段５に
送られる。

【０００７】そして、この乗算手段５においてＰＩＤ調
節演算部３からの調節出力４に演算部９または推論部１
１によって得られるフィードフォワード係数を乗算する
ことにより、外乱補償を行った操作出力１３を得た後、
この操作出力１３を操作端である調節弁１４に印加し、
当該調節弁１４の開度を調節している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、図３に示すよ
うなフィードフォーワード演算部９とファジィ推論部１
１とを切換え選択する方式のものは、例えばファジィ推
論のバックアップ用としてフィードフォワード演算部９
を使用する場合、ファジィ推論部１１側からフィードフ
ォーワード演算部９側に切換えることになるが、このと
き両出力のレベル変化が大きいときには切換タイミング
が判断できず、ファジィ推論を安心して利用できない問
題がある。その理由は、ファジィ制御の推論の妥当性，
つまりファジィルールの適合性，信頼性を評価するため
には、実プラントを用いて長時間にわたって検証するこ
とが必要であり、なかなか実プラントへの適用が進まな
いためである。

【０００９】そこで、結局、ファジィ推論部１１を試験
的に適用し、その制御結果を常時監視し、制御性に問題
がなければ適用するが、制御性に問題がある場合にはフ
ィードフォワード演算部９側に切換えて使用している。

【００１０】従って、以上のようなファジィ推論機能付
き制御装置においては、フィードフォワード演算部９と
ファジィ推論部１１とを併設しているにも拘らず、これ
ら構成部分９，１１を適宜選択的に使用することが難し
く、特にファジィ推論部１１をオンライン的に連続的に
使用できない問題がある。

【００１１】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、ファジィ推論の出力をオンライン的に使用可能であ
り、これによってフィードフォワード演算とファジィ推
論とを任意の時間間隔で自由に設定して使用できるファ
ジィ推論機能付き制御装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１，２に対応する発明は、ＰＩまたはＰＩＤ
によるフィードバック制御とフィードフォワード制御と
を組み合せた制御装置において、プロセス制御変数や外
乱信号からフィードフォワード係数を求めるフィードフ
ォワード演算部およびファジィ推論部と、これらフィー
ドフォワード演算部の出力側に設けられ、自身の選択時
に当該フィードフォワード演算部の出力を送出し、自身
の非選択時に当該フィードフォワード演算部の出力を相
手側である前記ファジィ推論部の出力に追従させる第１
の切換手段と、前記ファジィ推論部の出力側に設けら
れ、自身の選択時に当該ファジィ推論部の出力を送出
し、自身の非選択時に当該ファジィ推論部の出力を相手
側である前記フィードフォワード演算部の出力に追従さ
せる第２の切換手段と、任意に定めた周期により前記第
１の切換手段および第２の切換手段を選択し、前記フィ
ードフォワード演算部の出力または前記ファジィ推論部
の出力を取り出してフィードフォワード係数として前記
フィードバック制御の出力を補償する切換指令手段とを
設けたファジィ推論機能付き制御装置である。

【００１３】なお、切換指令手段は、適宜な周期で第１
の切換手段および第２の切換手段を選択し、フィードフ
ォワード演算部の出力またはファジィ推論部の出力を取
り出すことが可能であるが、例えばファジィ推論部のフ
ァジィルールの完成度に応じて周期的な選択時間を可変
し、前記ファジィ推論部に対応する第２の切換手段を選
択するとよい。

【００１４】さらに、請求項３に対応する発明は、請求
項１記載の発明の構成要素に、新たに前記切換指令手段
からファジィ推論部の出力側に対応する前記第２の切換
手段を選択する信号を受けたとき、ファジィ推論の評価
を行うために少なくともプロセス制御変数を確保するフ
ァジィ推論評価手段を設けたファジィ推論機能付き制御
装置である。

【００１５】

【作用】従って、請求項１に対応する発明は、以上のよ
うな手段を講じたことにより、フィードフォワード演算
部の出力側およびファジィ推論部の出力側に対応する第
１の切換手段および第２の切換手段は、切換指令手段に
より予め定めた適宜な周期で選択するが、このとき第１
および第２の切換手段では、自身の選択時に自身と対応
関係にある演算部または推論部の出力を選択して出力す
るが、自身の非選択時には相手側の推論部の出力または
演算部の出力を取り込んで自身と対応関係にある演算部
の出力または推論部の出力を追従させるようにするの
で、選択時に急変させずにスムーズに切換えることがで
き、これによってファジィ推論を実プラントに安心して
適用できる。

【００１６】しかも、請求項２に対応する発明のよう
に、ファジィ推論部のファジィルールの完成度に応じて
周期的な選択時間を可変すれば、実プラントに影響を与
えずに徐々にファジィ推論部によるファジィルールの適
合性等を評価しながら完成することができる。

【００１７】さらに、請求項３に対応する発明は、切換
指令手段からファジィ推論部の出力側に対応する前記第
２の切換手段を選択する信号を受けたとき、ファジィ推
論の評価を行うために少なくともプロセス制御変数を確
保すれば、推論評価プログラムによりオンライン的にフ
ァジィ推論を評価でき、また確保したプロセス制御変数
を用いてオフライン的にファジィ推論を評価することが
できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１はフィードフォワード係数間欠修正形
ファジィ推論機能付き制御装置の一実施例を示す構成図
である。なお、同図において図３と同一部分には同一符
号を付して説明する。この制御装置においては、プロセ
ス制御変数２を検出する検出端である検出器１、この検
出器１からのプロセス制御変数２と目標値との偏差に基
づいてＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実行し調節信号４を
求める調節演算部３およびこの調節演算部３によって求
められる調節信号４を用いてプロセスラインの流量等を
制御する操作端である調節弁１４等を設けている点は、
従来装置の構成と同じである。

【００１９】本装置において特に異なるところは、フィ
ードフォワード制御系を改良したことにある。このフィ
ードフォワード制御系にあっては、プロセス制御変数２
の変化その他の外乱信号２１を取り込んでフィードフォ
ワード係数２２を求めるフィードフォワード演算部２３
と、同じくプロセス制御変数２の変化その他の外乱信号
２１を取り込んでフィードフォワード係数２４を推論す
るファジィ推論部２５とが併設され、さらに演算部２３
の出力側および推論部２５の出力側にはそれぞれ切換手
段２６，２７が設けられている。

【００２０】この切換手段２６は、演算部２３の出力だ
けでなく、相手側であるファジィ推論部２５の出力をも
取り込み、相手側選択時に演算部２３の出力を相手側で
あるファジィ推論部２５の出力に追従動作させる機能を
もっている。一方、切換手段２７は、ファジィ推論部２
５の出力だけでなく、相手側である演算部２３の出力を
も取り込み、相手側選択時にファジィ推論部２５の出力
を相手側である演算部２３の出力に追従動作させる機能
をもっている。

【００２１】２８は切換手段２６または切換手段２７を
選択して対応する演算部２３の出力またはファジィ推論
部２５の出力を取り出す切換手段であり、ここで選択的
に取り出した演算部２３の出力またはファジィ推論部２
５の出力は外乱補償信号としてのフィードフォワード係
数２９として乗算手段３０に送り、ここでＰＩＤ調節演
算部３の調節出力４にフィードフォワード係数２９を乗
算し、外乱補償を行った操作出力３１を取り出し、調節
弁１４に導入する。

【００２２】３２は切換指令装置であって、所定の周期
で切換手段２６と切換手段２７とを切換え選択し、また
切換手段２８も同期的に切換え制御する。３３は切換指
令装置３２から切換手段２７を選択した旨の信号を受け
たとき、プロセス制御変数をメモリに保存し、或いは予
め定めたファジィ推論評価プログラムを用いて推論結果
を評価するファジィ推論評価手段である。

【００２３】次に、以上のような装置の動作について図
２を参照して説明する。今、例えばフィードフォワード
演算部２３とファジィ推論部２５とを周期的に間欠動作
させる場合、切換指令装置３２に一定の繰り返し周期Ｔ
に対するファジィ推論周期ｔ（時間）を設定する。

【００２４】この状態において切換指令装置３２は、フ
ァジィ推論部側の切換手段２７を時間ｔだけ継続して選
択する指令を与えると同時に、切換手段２８についても
同期的に切換手段２７側に選択する旨の指令を与える。
さらに、切換指令装置３２はファジィ推論評価手段３３
にも同様に切換手段２７側に選択する旨の信号を送出す
る。

【００２５】この切換手段２７では、切換指令装置３２
からの切換指令を受ける前，ファジィ推論部２５の出力
をフィードフォワード演算部２３の出力に追従するよう
な動作を行っているので、この切換え時には急変するこ
となくスムーズに切り換えてファジィ推論部２５の出力
を乗算手段３０に導入することができ、その後、例えば
ランプ関数その他の低減要素を用いて徐々にファジィ推
論部２５の出力であるプロセス制御変数２その他の外乱
信号２１に対するフィードフォワード係数２４に移行さ
せつつ、外乱の変化に対する補償を行うものである。

【００２６】このとき、切換手段２６側は、非選択状態
になっているが、相手側であるファジィ推論部２５の出
力を取り込み、フィードフォワード演算部２３の出力が
ファジィ推論部２５の出力に追従するような動作を行
い、次の切換え選択の時に備えている。

【００２７】そして、時間ｔが経過すると、切換指令装
置３２の出力がオフとなり、フィードフォワード演算部
２３の出力選択経路側に戻り、残り時間（Ｔ−ｔ）の
間，フィードフォワード演算部２３で求めたフィードフ
ォワード係数２２を用いて外乱の変化に対する補償動作
を行うことになる。このときも、本来のフィードフォワ
ード演算部２３の出力に徐々に戻していく。

【００２８】従って、時間ｔのとき、ほぼ１００％ファ
ジィ推論部２５による制御となり、残り時間（Ｔ−ｔ）
のとき、ほぼ１００％フィードフォワード演算部２３に
よる制御となる。

【００２９】従って、以上のような実施例の装置によれ
ば、ファジィ制御の適用に際し、ファジィルールの適合
性，信頼性をチェックするためには実プラントを用いて
実証することが有効となるが、そのためには本装置のよ
うに間欠修正形ファジィ制御方式を採用し、従来のＰＩ
Ｄ調節演算によるフィードバック制御＋フィードフォワ
ード制御を基本としながらも、任意周期ごとにファジィ
推論にスムーズに切換えてフィードフォワード係数を決
定しつつ制御を実行するので、徐々にファジィ推論の適
合性，信頼性を上げながら適用していくことが可能とな
る。このことは、ファジィルールの完成度に応じて、フ
ァジィ推論時間ｔを可変設定することができ、ファジィ
推論によるフィードフォワード制御を安心して実プラン
トに活用することができる。

【００３０】なお、この実施例は、プロセス制御であっ
て、ＰＩＤによるフィードバック制御＋フィードフォワ
ード制御に、ファジィ推論を適用するあらゆる応用例に
適用可能であることは言うまでもない。また、ファジィ
推論評価手段３３はプロセス制御変数のみ取り込んで保
存するようにしたが、評価に必要な他の信号を取り込む
ことも自由である。また、ファジィ推論評価手段３３
は、ＰＩＤ調節演算部３に設けたが、ファジィ推論部２
５に設けてもよい。その他、本発明はその要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施できる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。請求項１の発明によれ
ば、フィードフォワード演算部の出力とファジィ推論部
の出力とを交互に切換えて出力したとき、急変させずに
スムーズに切換えることができ、ファジィ推論を実プラ
ントに安心して適用でき、かつ、ファジィ推論をオンラ
イン的に連続的に適用できる。

【００３２】次に、請求項２の発明においては、実プラ
ントに影響を与えずに徐々にファジィ推論を評価しつつ
完成させることができる。さらに、請求項３の発明によ
れば、ファジィ推論部の出力を外乱補償するとき、少な
くともプロセス制御変数を確保することにより、推論評
価プログラムによりオンライン的にファジィ推論を評価
でき、またオフライン的にファジィ推論を評価すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるファジィ推論機能付き制御装置
の一実施例を示す構成図。

【図２】本発明装置の動作を説明するタイムチャート。

【図３】従来装置におけるファジィ推論機能付き制御装
置の構成図。

【符号の説明】

２…プロセス制御変数、３…調節演算部、２１…外乱信
号、２２，２４…フィードフォワード係数、２３…フィ
ードフォワード演算部、２５…ファジィ推論部、２６〜
２８…切換手段、３０…乗算手段、３２…切換指令装
置、３３…ファジィ推論評価手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＰＩまたはＰＩＤによるフィードバック
   制御とフィードフォワード制御とを組み合せた制御装置
   において、 プロセス制御変数や外乱信号からフィードフォワード係
   数を求めるフィードフォワード演算部およびファジィ推
   論部と、 これらフィードフォワード演算部の出力側に設けられ、
   自身の選択時に当該フィードフォワード演算部の出力を
   送出し、自身の非選択時に当該フィードフォワード演算
   部の出力を相手側である前記ファジィ推論部の出力に追
   従させる第１の切換手段と、 前記ファジィ推論部の出力側に設けられ、自身の選択時
   に当該ファジィ推論部の出力を送出し、自身の非選択時
   に当該ファジィ推論部の出力を相手側である前記フィー
   ドフォワード演算部の出力に追従させる第２の切換手段
   と、 任意に定めた周期により前記第１の切換手段および第２
   の切換手段を選択し、前記フィードフォワード演算部の
   出力または前記ファジィ推論部の出力を取り出してフィ
   ードフォワード係数として前記フィードバック制御の出
   力を補償する切換指令手段と、 を備えたことを特徴とするファジィ推論機能付き制御装
   置。
2. 【請求項２】 切換指令手段は、ファジィ推論部のファ
   ジィルールの完成度に応じて周期的な選択時間を可変
   し、前記ファジィ推論部に対応する第２の切換手段を選
   択することを特徴とする請求項１記載のファジィ推論機
   能付き制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のファジィ推論機能付き制
   御装置において、 前記切換指令手段からファジィ推論部の出力側に対応す
   る前記第２の切換手段を選択した旨の信号を受けたと
   き、ファジィ推論の評価を行うために少なくともプロセ
   ス制御変数を保存するファジィ推論評価手段を付加した
   ことを特徴とするファジィ推論機能付き制御装置。